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1、第三章深井曝气第一节概述深井曝气也称“超深水曝气”、超深层曝气”，是英国在70年月所开发的一项新技术。以往，国外由于钻井技术较发达，一度曾采用废井将生产污水注入地下进行处置。后来由于环境爱护的要求日益严格，深井注入法渐渐被淘汰，进而改为在深井的基础上，把井壁和井底用钢筋混凝土或钢板作为井衬来加以密封，使污水不会渗出造成污染，从而有效地采用深井的巨大深度，进行超深水曝气，即为“深井曝气深井曝气法是由英国有限帝国化学公司(LC.1)的农业部于1968年在以好气性甲醇菌生产单细胞蛋白质的讨论中派生出来的，1973年公开发表，后又于1974年将这种技术应用于活性污泥法，在皮林翰姆市(Billingha
2、m)污水处理厂建筑了第一座半生产性的深井曝装置，进行了基础讨论。1975年4月，公司发表了深井曝气工艺的使用结果：该深并直径0.4m,井深135m,处理力量363m3d,停留时间1.2h,MLSS为26gL,出水BOD5为15mgL,SS为18mgL,取得了良好的处理效果。该公司认为，此法是污水处理近几十年来的最大革新，具有投资省，占地面积少，运行稳定，费用低，无恶臭等特点；且该法对氧的采用率可比常规曝气法高10倍。自从公司发表论文后，引起了北美、欧洲、南非及日本各国的极大爱好，它们相继引进和推广该技术，迄今为止作了很多改进，并建成了很多生产性装置。表5-1所示为世界上已建成的部分深井曝气厂的
3、简洁状况。表5-1深井曝气厂的简洁状况污水厂厂址污水量(md)入水BOD/SS(mgL)出水BOD/SS(mgL)深井尺寸(m,直径X深度)英国Billingham400800200-300/25020/300.4X130英国Anglina6480I(XX)/-60/601.9130英国KimberlyCklrk216001000/-0.8X50德国Leer加拿大Barrie15000400/-2.681加拿大Manitoba1090300/-30/-0.4X150法国NorsolorIl400228005(X)40()30/301.4X150美国Ithaca,NY-2X100日本丰中9502
4、00/-30/300.4X150日本东海地区2400300/30020/301.0X100日本滋贺26403730/-360/1002.1X100日本琦玉20000125/6010/10-182.8100日本东京15800-3.4X100中国苏州150003.4X100500COD943.1COD212.11.0X94.6我们我国的水处理工作者为了进展本国的水处理技术，也进行了深井曝气法处理工艺的讨论。国内讨论院所及大专院校从1978年起进行了深井工艺的开发，并在讨论的基础上，吸取国外的新成果，推出了多种形式的深井装置。目前在国内，深井曝气工艺在制药、化工领域等排放的不易生化降解的废水及食品、
5、啤酒业等高浓度有机废水处理中得到了较为胜利的应用。国内为推广这一技术还成立了特地设计、制造这种装置的深井曝气设施厂。其次节深井曝气的机理深井曝气是以地下深竖井构筑物作为曝气装置的高效活性污泥工艺。深井直径一般为056.0m,深度为50150m深井纵向被分隔为两部分提升管和下降管。废水进入深井后，随原污水和回流污泥的混合液在下降管和提升管内反复循环流淌，并在此过程中得到净化。一、充氧力量深井曝气工艺中氧的传递速率亦遵循氧向水中一般传质公式的规律：KLa(CSc)(5-1)dt式中:dcdt-氧在清水中的传递率，mg/(Lh);KLa一氧在清水中总传递系数，h,;Ci氧在清水中的饱和溶解度，mg/
6、L；c氧在清水中的实际浓度，mg/U与其他曝气方法相比较，在深井曝气条件下，氧的传递速率de/dt要大得多，其主要缘由如下所述。(1)与一般鼓曝池中螺旋形前进的水流不同，深井内的液流为紊流状态，雷诺数高达l()5o6由于紊流激烈，气泡直径较微小，气泡液膜更新很快，同时又由于空隙率较低，气液两相混合匀称，从而促使KLa值增大。(2)气泡和液体接触时间长。常规曝气法中气泡和液体的接触时间约为15s,而深井曝气法气泡和液体的接触时间却可长达35min,从而使氧传递速率增大。(3)由于气泡在平衡状态时的氧饱和溶解浓度Cs值随水深的增大而增大，故深井中处于高静水压力下的气泡的CS成倍增加，则氧向水中转移
7、的推动力(CS-C)亦大大提高。对于50150m的深井，氧传质推动力是常规法的616倍，因而深井曝气法的充氧力量大，氧的采用率高。此外，在深井曝气中，注入下降管内的空气气泡所需要的能量，可以由提升管中释放出的气泡所产生的扬升作用而得到相当大的抵消，因此获得高气相分压时充氧效果所花费的能量并不大，故充氧动力效率高。由上分析可知，深井曝气法具有其他生物法所难以达到的高充氧性能，其比较如表5-2所示。表52各种曝气法充氧性能比较方法氧传递量kgO2m3.h氧采用率(%)动力效率kgO2(Kw.h)常规曝气法0.05-0.15150.51.0纯氧曝气法0.25901.0-1.5深井曝气法直径310m0
8、.25602.06.0直径2m2806.0直径Im3903.5井深13Om二、生化处理效果完成有机污染物向最终产物剩余污泥和CO2的转化是生物处理系统的目的。在废水的生化处理过程中，影响处理效果的因素有很多，主要有：有机物浓度(B0D5),废水的可生化性和活性生物体浓度(MLVSS)等。生物反应受以下两个基本传质过程掌握：(1)氧的传质过程：(2)有机物的传质过程。其中，氯的传质过程包括两个过程氧从气相传递到液相和由液相传递到生物体。当液相中可采用的溶解氧完全充分时，生物反应过程的效率主要取决于微生物降解和同化有机物的力量，而降解和同化有机物的速率随MLVSS浓度和混合搅拌强度的提高而增大。在
9、好氧生物处理工艺中，曝气装置保持好氧环境的力量是其主要制约因素之一。如在常规活性污泥系统中，由于供氧力量的限制，对于不同浓度的混合液都有一个极限的负荷率F/Mo例如当MLVSS=3g/L时，按表5-1中所示的O.O8kgO2/(nh)计在不超过常规装置的曝气力量的条件下，系统的运行负荷率F/M不会超过0.55。而深井曝气工艺由于传氧效率高，可以在井内维持高达10gL的MLVSS浓度；同时由于井内的液体循环速度大、紊流程度高，能使生物体和有机质间有效地进行混合传质，从而使得F/M能够超过常规曝气中的极限，曝气时间也大大缩短。例如处理生活污水时，由于在深井中活性污泥生物是处于高浓度溶解氧的条件下，
10、一般深井中溶解氧可达2030mgL,脱气池中68mgL,活性得到提高，当BOD污泥负荷高达2.0kg(kgMLVSSd)时，BoD5的去除率仍可达到90%以上，曝气时间也可缩短到30min,具有良好的处理效果。第三节深井曝气的工艺及运转一、深井曝气的工艺流程及构造深井曝气工艺流程如图51所示：原污水经过格栅和沉砂池除去大悬浮物和砂之后直接进入深井曝气池中。在那里污水与回流污泥混合，供空气于污水中，使污水循环流淌，进行处理。漏水中的有机物被微生物氧化分解。从深井曝气池出来的混合液进入脱气设施，然后采纳机械搅拌、鼓气搅拌及抽真空等方式使活性污泥所包含的微气泡分别出来。脱除气体后的混合液再进入沉淀池
11、中，活性污泥在那里沉淀下来，澄清液排放。沉淀下来的污泥部分回流到深井曝气池，多余的活性污泥进入处置系统。上浮污泥回流I-格栅；2沉砂池；3深井；4一浮选澄清池；5-脱气池；6沉淀池浮选方式;沉淀方式由图5/可知，深井曝气污水处理系统，一般由以下几部分构筑物组成：格栅、沉砂池、深井曝气池、脱气池、沉淀池等。其中格栅、沉砂池、浮选池、沉淀池的功能与一般活性污泥法和生物接触氧化法相同，故以下只对深井曝气池和脱气池加以介绍。（一）深井曝气池深井曝气构筑物的结构一般可分为U型管型和同心圆型深井。U型管的构造如图5-2所示。U型管深井采纳一侧进水、进气，通过U型管底部后，再从另一侧出水，两侧水位的高度差（
12、压头损失）使得水体流淌。同心圆深井的构造如图5-3所示。它是由两个不同直径的圆柱型钢管构成的圆柱体，两管之间由几十块限位板固定，其外管直径可达数米。水流一般由内管进入，再从外管流出。目前国内应用较多的就是这种气提式同心圆深井。深井曝气池是整个处理系统的核心部分，以下以同心圆深井为例对深井曝气池结构作简要说明。1.头部水箱头部水箱具有多种构造，体积可达50n,但其作用是全都的，即：使通过深井曝气池底部的水体回流到地面时得到缓冲，脱除水体中部分溶解气体，以便使大部分水体能够再次进入深井曝气池，保证新加入的污水和回流活性污泥能充分混合后直接进入内管；设置出水口。图5-2U型管深井结构示意图图5-3同
13、心圆深井结构和孔隙率示意图1 一贮气罐：2空压机：3-头部水箱：4-提升管：5-下降管：6-提升布气管：7下降布气管2 .提升管提升管的作用是使同心圆内、外管水体保持循环流淌。提升管的安装深度一般在3040m范围内。曝气头（亦可用穿孔管代替）在此处释放空气或氧气。由于气体气泡在上浮过程中可造成外管的水体向上流淌，从而带动内管中的水体向下流淌，这样便实现了内、外管水体的循环流淌。设计较好的深井,提升管曝气头仅在运行初始阶段使用，一旦深井内污水循环起来以后，其供气量将逐步减小，直至可以全部关闭。这时，深井内污水的循环动力主要依靠下述的来维持。此外，提升管还具有肯定的充氧效果，而且因气体释放点的深度
14、（压力）远远大于一般活性污泥法和生物接触氧化法，故其充氧效果也较一般传统生物法为佳。3 .下降管下降管的作用是对循环水体进行充氧，采用井底的压力，使水体溶解氧的浓度大大提高，这也是开发深井曝气法处理污水的主要缘由。下降管设有向下曝气头，释放的空气随内管水流到达井底，在井底压力（每IOm水深相当于10L325kPa）的作用下,大量溶解在水中，其增加的溶解氧浓度可达18mg/L左右，达到了高浓度活性污泥运行所需的溶解氧浓度。水流通过井底后在外管（提升管）向上流淌并渐渐减小压力，溶解在水体中的气体释放，体积也渐渐增大，这样便形成了提升管水体空隙率均和下降管水体空隙率2之间的空隙率差4，是水体循环的主
15、要推动力。下降管的设置是整个深井曝气工艺中较为重要的环节，其安装位置的合理与否将影响到系统运行的提升气量与下降气量比，从而关系到整个系统处理效果的好坏，这也是它不同于提升管（整个深井系统运行中水流循环的较为直接的动力）的地方。下降管位置一般应设在井深3060m之间，详细位置应视井深而定。阅历数据表明，当井深大约为下降管安置深度的2.6倍时系统能够较为正常的运行。（二）脱气池与其他生物处理法相比，深井曝气处理系统中增加了脱气池。脱气方式有三种：空气曝气搅拌、机械搅拌及抽真空脱气。前两种应用较多。脱气池的主要功能是通过不同的脱气方式释放大量在头部水箱中还来不及释放（溶解于水中）的气体，从而使得水中
16、的活性污泥能够在随后的二沉池中沉降下来，由回流管再次进入深井。止匕外，采纳曝气搅拌方式时，脱气池还可用作传统的曝气池来处理废水，污水在深井中一般停留13h后，有些有机物的分子结构在几次高压、低压的作用下可能刚被破坏，还来不及进一步氧化，在脱气池中停留的24h期间，这些有机物可以被进一步生物降解。这也是有些在常规曝气法中经过几十小时曝气而不能被有效去除的物质在深井曝气法中能够得到降解的缘由之一。二、深井曝气的运转方式依据井内混合液循环时采纳的不同动力，深井曝气的运转方式可分为三种一气提循环式、水泵循环式（即机械循环式）和水泵循环自吸曝气式。（一）气提循环式气提循环式深井采用提升、下降管中气体含率
17、差形成的压差或直接采用提升管的扬升作用，使井内液体循环。注入井内的空气既是循环的动力，又是生化作用的氧源。启动时，先在提升管一侧比较浅的部位进行曝气，由于气提作用，液体在井内开头循环，待液流达到完全循环后，再在下降管一侧逐步供应空气，直到全部空气完全由下降管供应为止。由于液体的循环流速（一般0.6l.5ms）大于气泡在水中的上浮速度（按0.3ms考虑），故注入下降管内的空气气泡会随循环液流下降，并随静水压力的增加被溶解，在深井底部转向后沿提升管提升的过程中再渐渐释放。由于下降管和提升管的空隙率（气体体积百分数）存在差异，故促使液流能保持不断循环运转。见图5-4。（二）水泵循环式深井水泵循环式深
18、井以水泵作为井内液体循环的动力，生物所需要的空气注入位置不需很深，可在下降管中比脱气池位置稍高处加入，这样可使气液接触时间增长。此时下降管内注入的空气只作为氧源而不作为循环驱动力。水泵的扬程由克服液体循环所产生的摩阻和注入井内的空气所产生的气阻打算。见图55。图5-4；气提循环式深井原污水回流污泥(a)(b)图5-5水泵循环式深井1一空压札2下降管：3提升管1循环泵（a）装置；（b）空隙率沿水深的变化（a）装置：（b）空隙率沿水深的变化（三）水泵循环自吸曝气式深井国内也开发了一种新型深井装置水泵循环自吸曝气式深井。其原理为在上述水泵循环式基础上改进了进氧方式。其无需特地的供氧设施和管路系统，使
19、深井曝气装置大为简化。所谓自吸曝气就是靠在连接循环水泵压水管和深井下降管的虹吸管中形成的负压，自吸带入空气进井。该运转方式不使用空压机或风机，削减了设施和修理工作量，简化了操作管理，同时还消退了噪声污染。见图5-6。图5-6水泵循环自吸曝气式深井1循环泵：2降流管：3升流管三、深井曝气后固液分别方式由于在井底处是高压下充氧，当其在沿提升管提升的过程中，随着静水压力的减小，混合液中溶有的过饱和空气就会被解析出来，因此有相当数量的微气泡裹挟在活性污泥菌胶团中，影响污泥沉降性能,故用重力沉淀进行固液分别时，在进入二沉池前尚需脱除微气泡。脱气的方法有真空脱气、机械搅拌脱气、曝气脱气。真空脱气法是用真空
20、泵保持在所定的真空度，将污泥上附着的气泡进行脱气的方式;机械搅拌法是采纳剧烈的搅拌打碎菌团，促使菌团内微气泡聚并而分别的方式；曝气脱气法是吹入空气以粉碎菌团，使菌团内微气泡粘附于大气泡上而实现脱气。在所定时间曝气的脱气方式：气浮分别法是采用气泡附着在污泥上，直接在气浮分别槽进行的固液分别方式。三种固液分别的组合方式如图5-7所示。由于深井中混合液固形物浓度往往大于6g/L,因此二沉池仅按水力负荷设计难以保证合格的SS出水，设计时需同时考虑固体负荷。图5-7深井曝气的固液分别方法1一真空脱气塔：2沉淀槽：3脱气槽污压缩空气四、深井曝气装置的循环驱动力深井法同常规法相比，生物过程相同，不同的只是运
21、转方式。深井曝气是污水在井中作提升和下降的循环流淌的同时，鼓入空气。因此把握深井流体力学特性是深井工艺的关键。若忽视固相，则正常运转的深井流态属垂直管中以液体为连续相，气体为分散相的匀称气液二相流。其运转所需的总驱动力即为深井的总阻力K是由水力阻力加和气浮阻力/两部分组成的，即y=%+或5-2)(一)水阻hf流体在井内循环流淌所产生的水头损失即为水阻，它包括沿程摩阻为I和井底与井头部的局部阻力伽2，即：hf=+hfi(5-3)其中外I是主要部分。当循环量确定后，按水力学公式可求出外I和加2。HI.2hf, = K- (5-4)C 4 2g1 .同心圆式对于同心圆式深井，其沿程摩阻入”可按下式计
22、算:式中：液体单相流摩阻系数；K系数,H深井有效深度，m；口一下降管内液体流速，m/s；dt下降管直径，m。2 .U型管式对于U型管式结构的深井，其沿程摩阻可按下式计算.yV22v2_he,=1H(5-5)b2gCR1-式中：，一井底局部阻力系数，折返180。转弯取4.8；C流速系数，C=-R6,m为粗糙系数;R-水力半径，m；H-深井深度，m；V-液体循环流速，m/s。不论是对同心圆结构还是U字型结构的深井，在粗略估算总阻力h1时，由于局部阻力g的值较小，故均可不计hf2的值，或亦可按hf=1.2h口值计算。(二)气阻ZV由于注入井内的空气泡的上浮作用对液体循环所造成的阻力即为气阻。当气体和
23、液体处于两相流的状态下，气泡在水中由于比重轻而上浮的同时会带动一部分液体提升。但是气泡一旦超过某一界限量，就会相互合并而不能保持匀称的两相流状态，这个界限空气量常用空隙率占来表示。在液流循环形成后，下降管中气泡的上浮与液流同向，故其移动速度比液流快，所以在深井曝气筒中，同一水深处，提升管中的空隙率2比下降管的1要小，因此气阻可通过下降与提升两管中空隙率总和的差值求出。1 .求空隙率以物(ms)表示注入下降管中空气的空管流速，vb(ms)表示气泡在水中的上浮速度，则依据气体流量平衡，得下式：求证：上试中：时下降管中液体的空管流速；下降管的空隙率；Vb气泡在水中的上浮速度%注入下降管中空气的空管流
24、速(l-)-液体占的体积分率；T-混合液中(二相混合流)液体的实际流速；(L二斗-二相混合流体的实际流速，即气体的实际流速；幺一气体在管道中空隙率为马时的流速；与达到平衡时，表示同一种流速，故相等。下降管中的空隙率即可由此式导出的近似式求出，即：G二一-(5-7)气泡群在水中的上浮速度可依据流态化工程中表达紊流状态的戴维斯斯(IViSTaylor)公式求出:：v,=0.771U),z2(5-8)式中db气泡直径，m。假定气泡为球形，直径4220mm,由上式得w0.10.3m/s,因此为了使污泥不在井内沉积,气泡在稳定状况下的提升速度W要保持0.3ms,深井内气体和液体的相对速度按此亦采纳0.3
25、ms,这是偏平安数据。由于通过同水深的下降管和提升管断面的气体流量平衡，即：S向(匕-以)=力2(岭+以)(5-9)求证：(WVb)-气体在下降管中的实际流速;S用气体在下降管中流过的断面积；回M止卜单位时间流过下降管的气体的量;(也+监)气体在提升管中的实际流速；S22-气体在提升管中流过的断面积;$22(也+卅)-单位时间流过提升管的气体的量；气体在提升管中和下降管中均没有增加和削减,故上试成立；则可得：”=23=处3(5-10)?52(v2+vz,)V1(V2-Vft)式中甲一提升管与下降管孔隙率的比值：1一下降管空隙率：2提升管空隙率；下降管液体空管流速，ms:也一提升管液体空管流速，
26、m/s；Si下降管断面积，m2；S2-提升管断面积，m2o通过式(57)、式(510)可分别求出下降管与提升管中的空隙率，同时用此可以推断两管中空隙率的抵消程度。2 .空隙率沿井深的变化水深Hm处的静水压P(H)为：p(H)=po+pgH(5-11)式中：水深H=Om处的大气压力；p液体密度。为了简化计算，假定井中的空气为惰性气体，即沿水流循环不发生汲取与解析现象，则依据气体的等温压缩方程式，可得空隙率与H的关系式：=I/(5-12)式中：0下降管液面处的空隙率：卬一水深Mh轴T空隙率。依据上式，以水深H与空隙率绘成的曲线，如图5-4和图55所示。井内最大空隙率不得大于0.2,否则气液就会相互
27、合并，以液体为连续相的分散型气液的二相流将被破坏，深井不能运转。在采纳空气驱动宋使井内液流循环的状况下，提升管井颈部位的空隙率最大，如图54所示。在采纳机械驱动来使井内液流循环的状况下，下降管空气加入部位的空隙率最大,如图5-5所示。3 .气阻的求法把式(5-12)积分，积分范围为0H,则可求出深井侧的空隙率总和，亦即空隙率面积水头J(m)：HJ-Co1(1(5-13)式中：C常数，C=PMPgo下降管一侧的力阻碍循环，提升管一侧的人起气提作用，故其差值即为气浮阻力，J=2=(l-)(5-14)(此处，J2=Jx-=Jx)(三)循环驱动力为保持深井曝气筒内液流循环，所需驱动力可由图5-4和图5
28、-5中求得。如前所述，图5-4和图5-5中的曲线是依据式(5-12),以水深H与空隙率绘成的，把提升管2斜线所包含的面积减去下降管1的面积，两者之差即为液流循环所需驱动力。驱动力的计算也可采纳下列方法。由式(5-2)和式(5-14)可得，所需的总水头Y为：Y=hj+J=hfl+hj2+fl(l-)(515)循环水泵的动力N(kW)为：N=QY120(516)式中：Q井内循环流量，m3so由图5-4可看出J1-J2就是气提循环的驱动力，当该值与水阻相等时，不用供应曝气空气以外的动力就能维持循环，它是靠在下降管内肯定深度h处曝气才得以满意的，h可由下式求出：Yh=cexp1(5-17)式中一气提循
29、环时的曝气点深度，m；C|(0)好(0)下降管顶部空隙率，是一个虚构值，以/7处实际空隙率(3按式(512)推算求得。深井的运转是一个简单的包含有能量转化的生化过程，上述各式是在对深井的实际状况作了不少简化与假设之后导出的，只是对深井的流体力学特性的简略描述，当进行工程设计时Y值及h值应附加肯定的自由水头。第四节工艺参数深井曝气法处理污水高效的主要缘由，是由于它具有很高的充氧力量，并能维持很高的混合液污泥浓度，因此才有可能把深井的容积负荷提得很高。一般状况下其工艺参数在表53所示范围。表5-3深井曝气工艺参数工艺参数变化范围【.井深2 .充氧力量3 .氧采用率4 .曝气时间和有机物负荷5 .M
30、LSS6 .孔隙率7 .经济循环流速8 .回流污泥比9 .脱气池容积10 .二沉池固体负荷及停留时间一般为50150m,常用75130m。一般为0.51.0kgO2m3.h,最高可达3.0kg2m3.h(.当井深为50150m,空隙率为0.10左右时，为40%80%。城市污水般为LOh,高浓度工业废水应以有机物负荷掌握，依据水质的可生化性，COD负荷为1030kgmh,BOD负荷为0.52.0kgkgVSS.d一般为5IOg/L。最高不得大于02,超过此限易发生气泡合并，产生气堵。依据不同曝气量计算确定的经济循环流速，一般在LOL5ms.50%200%,般为50%00%,尽可能大些，一般为井容
31、的30%50%。当VSI超过150时,掌握在15()kg(it?.；当VSI小于100时，可提高到300kg(nd);停留时间掌握在35h之内。第五节深井曝气工艺运行特性一、提升气量与下降气量比提升气量与下降气量比是深井曝气的一个很重要的运行参数.一般来说，下降气量与提升气量之比越大，则水中的溶解氧也越多，能耗也越低，但是系统运行的稳定性相对却越差，简洁造成循环水流的反冲。以同心圆深井为例，运行时，首先打开提升布气管以便使内外管形成稳定的水体循环。当水流速度达到0.6L5m/s后，再缓缓开启下降布气管。因气泡在水体中的初始上浮速度在0.3m/s左右，水流能带动下降管中的气泡一起向下移动。运行中
32、，渐渐增大下降管的气量，削减提升管的气量，以达到动态平衡。但是，假如下降管气量增加速率太快，使得内管中水体空隙率太大，有可能使外管产生的压力大于内管产生的压力而形成反向循环流，即外管内为下降流、内管内为提升流(反冲)。因此应选取适当的提升气量与下降气量比。二、气水比工程运行中，空压机的运转费用占运行费用中较大的一部分。选择适当的气水比能削减能耗，降低运行费用。据文献报道，在K)Om深处，水流速度为1.4ms,气水比为5%的运行系统中，溶解氧增加的幅度在8mgL左右；气水比为15%的运行系统中溶解氧增加的幅度在16mgL左右；气水比为25%的运行系统中，溶解氧增加的幅度在18mgL左右由此可以看
33、出，在提升管需要达到肯定气量以维持深井中水体正常、稳定循环的前提下，大幅度地增加下降管气量并不能大幅度地提高水体的溶解氧，反而使气水比提高，能耗增大。有数据表明：在60m的深井中，气水比为25%时运行系统(Ch)的能耗2.8kg/(kWh)比气水比为15%时运行系统的能耗4.0kg/(kWh)高很多。三、耐冲击负荷由于深井的循环水量很大，深井内活性污泥浓度和溶解氯浓度都很高，能充分维持微生物的活性，所以有机物的降解相当快速。因此一旦遇到冲击负荷，头部水箱能够保证最新加入的废水直接进入深井内管(下降水流)，在很短时间内就能很好地与深井循环水完全混合，同时经过深井内、外管一次循环后，水体中的有机物
34、被快速氧化，这样就使得冲击负荷能够在很大程度上得到缓冲，并且曝气池出水仍能维持在一个较高的水准。四、污泥产量深井曝气法的剩余污泥量比常规曝气法少，一般IkgBoD5产泥量为0.250.35kg其缘由是由于活性污泥中的微生物进行了高度的自行消化作用，微生物的增殖速度受到抑制。在深井曝气系统中，污水污泥从下降管上部引入，BoD浓度高，在下降过程中BoD开头分解，直至提升管部分，BoD浓度变低。由于BOD浓度和氧的分压在下降管和提升管之间有很大差异，而且这种差异始终在往复循环，致使微生物分解BOD时产生的能量与微生物增殖所需能量间产生不平衡状态。这样的环境使生物的增殖受到肯定抑制，而产生的能量促使微
35、生物进行自行分解，保持了较高的呼吸速率，由此来维持能量的平衡。此外，用放射性同位素作试验，在深井曝气筒内测定BoD浓度分布，发觉BoD中的成分，分解成COz的转化率比常规曝气方式高30%左右。这也能进一步证明深井曝气装置的污泥产生量较少的缘由。五、温度影响一般的生化处理工艺，在冬季寒冷季节里，往往去除效果不佳，其主要缘由是污水温度过低时，水中的微生物活性受到影响。而深井曝气处理工艺，即使在地面气温很低时，仍旧能够有效地运行，且去除效果也很好。这主要是由于深并曝气池大部分埋设在地底下，且深度很大，井内的水体将从地层中吸取地热，从而能使水的温度有所提高。据测定，在严冬时深井的水温也能保持在18C以
36、上。而一般的水处理构筑物，不仅不能够从环境汲取热量，而且还会向大气散热，有时甚至导致构筑物内的水结冰。因此，深井曝气池和一般氧化池的水温变化趋势相反，这是深井曝气池能够维持低温条件下的有效运行的一个因素。此外，由于深井曝气活性污泥法多用于降解高浓度有机废水，降解率又很高，则意味着会产生较多的热量，这些热量将使井内水体升温。而一般的生扮装置由于水中有机物的浓度很低，产生的热量也很少，不会显著地改善水的温度条件。在酷热的夏季则正好相反，当深井水温过高时，温度稳定的地层又会汲取深井污水的热量，使深井的温度维持在相宜于微生物生长的温度范围内。六、能耗深井曝气法的氧采用率高，所需空气量少，生的压力大，传
37、统方式吹入压力假如为0.5kg/cm?,那么深井曝气池吹入压力可达4kg/co?,综合而论，深井曝气法所需的能耗低。深井曝气法的动力效率(。2)一般在2.34.0kg/(kWh),较传统生物曝气法的一般小于2.0kg/(kWh)高一些。第六节深井的施工技术深井曝气池是有机物降解的主要构筑物，也是废水处理工艺中造价最高和施工要求最严格的构筑物。深井的施工方法大致有钻孔法、沉井法、反循环法、地下连续墙法和挖掘法等。钻孔法是以冲击钻或回旋钻进行凿孔，此技术适用于在冲击层和软岩石地层中开挖深度较深的小口径深井。目前.，在推广应用工程中，直径在Im以内的小口径深井都采纳钻孔法进行施工，井筒为钢材料，外侧
38、浇灌混凝土。采纳钻孔法进行施工时，防止塌孔的关键技术是泥浆护壁。成孔后下钢筋管的施工，由于往往采纳浮力下管方法，因此要留意防止井管失稳事故的发生。这两点都需要在设计与施工中严格掌握。沉井法和连续墙法则适用于在冲击层中大口径深井的施工，但深度一般不超过5060m0以上方法均需采纳泥浆护壁。目前，口径较大的深井，如尹LlmXmOm的深井上部50m需采纳沉井法，井管为预制钢筋混凝土管，采纳防水环氧树脂砂浆进行粘接：沉井法往往使用触变泥浆来减小土层摩擦力。45mxH50m的大深井一般采纳地下连续墙法施工。挖掘法适用于在能够自承的硬粘土层或者地下水涌水量很小的岩石层中较大口径深井的施工。此外，在深井施工
39、中还必需满意防腐和结构稳定的要求。一般钢筋混凝土是较为合适的材料。由于成井技术所限，庐2.0m以下的深井多采纳钢管结构，内涂防腐层，井管外灌筑混凝土层包围，起对钢管的结构稳定和防腐防渗等作用。表5-4是几处深井曝气的成井施工方法及造价统计资料。表5-4深井曝气施工方法及造价深井尺寸m结构形式成井施工方法深井总容积(m3)造价万元直径深度总价单方0.780钢管同心圆式,外灌混凝土层泥浆护壁回旋钻进圆孔泥浆护壁30140.470.750钢管U型管式、外灌混凝土层冲击钻进槽孔泥浆护壁冲击钻进81180.220.780钢管U型管式、内衬钢筋混凝土、外灌混凝土层。槽孔369900.244.550钢筋混凝
40、土圆井中隔墙式地卜.连续壁临时支护挖掘法造孔、滑摸灌筑内层衬钢筋混凝土。爆破岩石挖掘法造孔、滑摸灌筑内795670.083.0100钢筋混凝土圆井中隔墙式层衬钢筋混凝土。706460.06第七节设计方法示例某城市污水量为40000nd,CoD为500mgL,BoD浓度为300mgL,要求生化处理后BOD去除率为80%90%,COD去除率60%70%。求深井曝气的有关数据。1 .深井深度依据工程地质状况、施工力量和工程造价等多种因素，确定井深为65m。2 .并容井容V()的计算公式为:y=QxC;XE(5/8)式中：Q污水量，m3d:Cb-污水BOD浓度，kg/m3；E去除率；Lw有机物容积负荷
41、，kg(m3d)o400000.30.9=10803 (519)3 .井径该深井采纳U字型式，故将井以中隔墙一分为二，提升管与下降管断面相等。4 .需气量OxgxExf40000.30.9l.00.28 P0.280.55=70129.8zJ= 48.7m3 / min(5-21)式中:/，耗氧系数，kgCh/去除kgBODQ.28每立方米空气中所含氧，kg2/m3;P一氧采用率。5 .需用驱动力依据前述有关深井阻力的计算公式，进行联合求解得出：经济循环流速为L2ms;总阻力为1.13mH2(1)采纳水泵循环时水泵扬程=总阻力+自由水头：1.13+1.0=2.13m:水泵流量二循环流速X下降管
42、断面=1.13x8.3=10m3s(2)采纳气提循环时曝气点深度为22.05m,取25m；选空压机排气压力为3kg/cm2：空压机排气量，按生物化学反应所需氧量计算的空气量为48.7m3/mine空压机选型：3L-20/3型1台，排气压力3kgcm2t排气量20m3/min：3LB-15/3型2台，排气压力3kg/cm2,排气量15m3/min。三台空压机总排气量为50min,大于所需气量。第八节应用实例及评价一、应用实例(一)处理高浓度有机废水江苏某制药厂采纳深井曝气法后续组合填料接触氧化法的二段生化处理工艺来处理高浓度有机废水。该厂排放的废水水量为1250d,废水中有机物平均浓度：CODc
43、r,为2800mgL,BOD5为1400mg/L；废水缺氮、无磷；污染物排放量为3500kgCODcr/d,1750kgBOD5/d0处理工艺流程如图5-8所不。罗茨风机甚宓白F67_排至运Ill图5-8深井曝气处理工艺流程示意图L一初沉池；2-调整池；3深井曝气装置：4-脱气池：5中间沉淀池：6组合填料接触氧化池；7-二沉池：8污泥浓缩池；9-板框压滤机工艺中采纳的深井为同心圆式，直径1.8m,中心下降管直径1.15m,井容208?。气提方式运行,下降管与提升管曝气量比2：1,穿孔管曝气器设在水面下40m处。生产运行状况表明，深井曝气装置CoDC平均去除效率80%,接触氧化池COD.平均去除
44、效率50%,全流程对CODC，的去除率在90%以上。表5-5为某月废水处理详细状况。表55深井曝气废水处理状况表项目井深接触氧化池总去除率(%)实测数据实测数据进水温度/匕18处理水量/(m3d)720720水力停留时间/h6.3914.77进水CODCI7(mgL)4096.8(2213.9-6467.3)832.3(439.6-1293.1)出水CODCr/(mgL)832.3(439.6-1293.1)413(205.6-616.4)去除率/(%)80：(77-81)53：(51-56)90MLSS/(mgL)3.69；(3.16-4.21)MLVSS/(mgL)2.27；(1.89-2
45、.65)容积负荷(kgCODcr(m3.d)14.181.33污泥负荷(kgCODcr(kgMLVSS.d)3.84注：括号内数据为变化范围。(二)处理农药废水浙江某农药厂采纳深井曝气法处理有机磷农药废水，处理流程如图59所示。循环水空气贮气罐循环水泵深井装置浮选池进水脱气池泡沫进水混合液城浮选池回流污泥浮二沉池进水二沉池二沉池出水消泡池消泡池出水二沉池回流污泥剩余污泥集泥池三角堰出水三角堰一原污水进水艺掌握条件为:进水COD1OOOmgZL处理水量3O35tdPH值9池温1540C曝气量200250h停留时间2.83.3h出水Dol3mgL污泥浓度68gL回流比100%200%COD容积负荷812kg(COD)m3d)有机磷农药废水经深井曝气法处理后出水水质基本达到我国工.业废水排放标准，废水处理结果如表56所示。表56深井曝气废水处理结果项目进水浓度出水浓度去除率/%PH值9.76.7COD1233
