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摘要：本文主要介绍了纯氧曝气系统的特点，并对纯氧曝气系统的设计进行了总结。
关键词：纯氧曝气，MLSS，F/M，污泥产率系数，安全措施
Brief discussion on process design of Oxygen aeration system
Abstract：This paper mainly introduces the characteristics of Oxygen aeration system，and summarizes the design of Oxygen aeration system.
Keywords：Oxygen aeration，MLSS，F/M，Sludge yield coefficient，Safety measures
本文主要介绍了纯氧曝气系统的特点，并对纯氧曝气系统的设计进行了总结。
1 概述
1.1 活性污泥法
活性污泥法是处理污水最广泛使用的方法，它能从污水中去除溶解的和胶体的可生物降解有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质。
活性污泥法生化系统是由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排出等单元组成。污水、回流污泥和空气（或者氧气）一起进入曝气池形成混合系统，污水中的有机物、氧气同微生物充分接触反应。随后混合液流入二沉池，混合液经过沉淀作用，净化水从上部流出，污泥大部分作为回流污泥回至曝气池，曝气池中增殖的微生物以剩余污泥的形式排出。
1.2 纯氧曝气系统
1.2.1 纯氧曝气系统简介
纯氧曝气系统是活性污泥法的一种特殊形式，它以纯氧（一般氧气纯度在90%以上）代替空气，水中溶解氧浓度较高，曝气时间较短，处理效果好，污泥的沉淀性能好。纯氧曝气系统一般采用密闭的池子，并分成多段反应器，见图1。
纯氧曝气系统适合有空分车间的工厂，并且应做好曝气系统的密封和安全设计工作。
1.2.2 纯氧曝气系统工艺特性
（1）气液并流
氧气、污水与回流污泥一起进入第一段并连续流过其他各段，各段均设有一台表面曝气机，其撞击产生的动量及辅助的抽吸作用可以更有效的用于产生液体整体的循环和混合，使气泡很好的分散到水中，得到均匀的溶解氧浓度。微生物利用溶解氧降解有机污染物，产生的二氧化碳和解吸的溶解氮降低了各段气相部分氧气的浓度。气液并流依次通过各段反应器使各段气相部分氧气浓度和分压驱动力与BOD和摄氧量相匹配，形成各段完全混合式，系统推流式的处理流态。
（2）高溶解氧浓度
由于气相部分氧气浓度和分压均较空气活性污泥系统有所增加，这样就可使液相部分中的溶解氧浓度始终处于高水平。为测量液相溶解氧的含量，各段反应器均配有溶解氧检测器，并与氧曝机相联锁，这样就可通过调整氧曝机的转速来维持设定的溶解氧浓度，并监控各段反应器的运行状况。
（3）高污泥沉降性能
维持高溶解氧浓度有助于污泥絮凝和沉淀，相对于空气活性污泥系统，纯氧曝气系统可提高污泥沉降性能。
（4）高处理效率
纯氧曝气池内也可保持高混合溶液悬浮固体浓度。它可利用高污泥浓度和高传氧速率提高对有机污染物的处理效率，从而减少曝气池停留时间和曝气池容积，尤其对高浓度、难生化处理工业废水更能充分发挥其优越性。
（5）低系统压力
曝气池盖以下的压力实质上是大气压力（微正压），该压力足以控制工艺供氧并使末段尾气。曝气池各段反应器之间存在的少量递减压差以阻止气体逆向混合。
（6）低剩余污泥量
高溶解氧浓度有助于降低剩余污泥产量。
（7）改善污泥脱水性能
与空气活性污泥系统相比较，纯氧曝气系统可产生脱水性能良好的剩余污泥。
（8）耐冲击负荷
纯氧曝气系统具有高速输氧至混合溶液的能力，液相部分溶解氧浓度较高，使得纯氧曝气系统可承受来水负荷变化的冲击。
（9）环境效益好
纯氧曝气系统采用密集的水池，只有少量的排气，减少了空气曝气活性污泥法大量废气直接排放所含病菌和VOCs对人体的危害。
图1 纯氧曝气系统（四段式）典型流程
2 纯氧曝气系统设计
本文所述工艺采用加盖表面纯氧曝气池曝气系统，曝气设备采用双速表面曝气机，主要流程为：生产污水、生活污水经过预处理后一起进入纯氧曝池进水井（起混合、加药、进水水封作用）中，然后与回流污泥、99%以上纯度的氧气一起依次流过四段式纯氧曝气池进行生化处理，纯氧曝气池出水流入二沉池完成泥水分离，经沉淀后的二沉池上部清水经提升后送入后续处理系统，二沉池下部污泥经二沉池刮吸泥机刮吸后，再经提升回供至第一段纯氧曝气池，满足其>50%污泥回流比要求，其剩余污泥送入污泥脱水系统。
2.1 工艺设计
2.1.1 设计进、出水水质
（1）进水水质
流量：500 m3/h；pH：6-9；温度：常温；BOD浓度：350mg/L；COD浓度：860mg/L；SS浓度：<210 mg/L；石油类物质浓度：<40 mg/L；Cl-浓度：<550 mg/L。
（2）出水水质
BOD浓度：20mg/L；COD浓度：100mg/L。
2.1.2 设计参数取值
根据标准规范和设计手册，主要设计参数取值见表1-3。
表1 主要设计参数
2.2 安全防爆设计
正常情况下，纯氧曝气系统不存在爆炸的危险，但当有大量石油化工物料及产品泄漏时，应设置防止意外的安全防爆设施，且氧曝机和清扫风机均为选用防爆型电机。
2.2.1 安全阀
纯氧曝气池气相部分一般设计为微正压，首尾两端应设置双向安全阀。
（1）首段双向安全阀设定起跳压力：正压+15mbar；负压-10mbar。
（2）尾段双向安全阀设定起跳压力：正压+12mbar；负压-10mbar。
2.2.2 空气清扫装置
纯氧曝气系统应设空气清扫装置，本项目设清扫风机，设计流量按换气率3次/小时，风压选择3kPa。
Q风机=13.2×13.2×1×4×3（次）=2100m3/h。
2.2.3 可燃气体检测及报警
纯氧曝气系统应在第一段设可燃气体报警仪，当气相中可燃气体浓度达到爆炸下限的25%时，可燃气体报警仪发出警报，自动关闭进氧阀门，同时启动清扫风机，开始清扫曝气池内可燃气体。如果可燃气体浓度继续增加而达到爆炸下限的50%时，第二次发出警报，并自动关闭氧曝机。在危险解除后，系统方可恢复运行。
3 小结
纯氧曝气系统优点明显，但其也存在投资大、运行成本高等制约因素，而且密封要求非常高。
纯氧曝气系统在水池容积、产生污泥、需氧量等计算上与普通活性污泥法没有什么区别，只是参数取值略有不同。纯氧曝气系统设计的特殊之处主要有以下几方面：
（1）需要计算每段的充氧量，以选择相应的氧曝机；
（2）设计稳定的安全措施，主要为安全阀、安全工艺联锁条件和清扫风机的设计；
（3）系统的密闭措施设计，主要为进、出口的水封和可能存在泄漏位置的密封；
（4）因纯氧曝气池中气相部分介质的特殊性，需考虑与其接触的设备和水池的材质以及氧气管线管件、仪表、阀门的脱脂处理。
参考文献
［1］高廷耀 顾国维主编 水污染控制技术（下册 第二版）[M]，高等教育出版社，1999年第2版。
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［3］北京市市政工程设计研究总院有限公司主编，给水排水设计手册（第5册 城镇排水 第三版）[M]，中国建筑工业出版社，2017年第三版。
［4］王良均 吴孟周主编，石油化工废水处理设计手册[M]，中国石化出版社，1996年第1版。
［作者简介］崔燕军（1980—），硕士，高工。E-mail：ws-cuiyj@cntcc.cn。
论文作者:崔燕军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年10期
论文发表时间:2019/9/10
标签：污泥论文; 曝气池论文; 曝气论文; 系统论文; 浓度论文; 溶解氧论文; 氧气论文; 《建筑学研究前沿》2019年10期论文;