射流曝气技术在工业废水处理中的应用 16页

射流曝气技术在工业废水处理中的应用ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY2005年第25卷第6期化工环保451郝建张安龙(陕西科技大学造纸工程学院，陕西咸阳712081)［摘要】介绍了射流曝气的基本原理及在废水好氧生物处理屮的独特作用,阐述了射流曝气技术的性［中图分类号】X703［文献标识码］A［文章编号］1006-1878(2005)06-0451-04曝气技术广泛应用在生活污水和工业废水的好氧生物处理中［1］很大，使空气中的氧更易快速溶解于水中。由于气泡直径小，上升速度缓慢，从而延长了大气中氧气溶解于水的时间，促使废水和氧气充分混合接触，氧化废水中的还原性物质，杀灭大部分还原菌和其它一［3］些厌氧菌,进而达到处理废水的目的。1.3废水生物处理中射流曝气的独特作用n射流曝气作为一种曝气充氧方法,它的作用不仅仅是作为一种气泡扩散充氧装置（如鼓风曝气屮的各种空气扩散装置），也不能单纯看作是一种机械曝气设备，而是介于两者之间，利用气泡扩散和水力剪切两个作用达到曝气和混合的目的。实际上，在活性污泥法废水处理系统中，由于通常采用废水与活性污泥的混合物作为工作介质,当吸入（或压入）空气后在射流器的喉管内发生相当剧烈的混合作用。这一混合作用一方面进行着气-液-固（活性污泥）之间的紊动扩散与能量交换及气-液-固三相间的转移过程，还有更加突出的是发生在被高速剧烈紊动“切割”得非常细微的气泡、活性污泥的微小颗粒以及废水（液相）中有机物这三者[4]，主要有机械曝气、鼓风曝气、射流曝气。其中射流曝气是利用射流曝气器将气流或气-液混合流导入曝气池，以增加液体中氧含量的系统,由于其一系列优点而得到较为广泛的应用。射流曝气作为一种曝气充氧方法，从20世纪40年代开始渔用到废水处理中，至今已宥60多年的历1射流曝气技术简介1.1射流器的结构射流曝气系统的核心设备是射流器。射流器是利用射流紊动扩散作用来传递能量和质量的流体机械和混合反应设备，它由喷嘴、吸气室、喉管及n扩散管等部件构成。图1是一个典型的单喷嘴射流器结构，也是废水生化处理屮常用的曝气用射流器。1射流器结构1.喷嘴;2.吸气室;3.喉管;4.扩散管;5.尾管之间的生物学上的作用。因此,要评价射流曝气用于活性污泥法的作用,如果仅仅作为曝气充氧装置来理解就没有充分反映这一综合过程的全部机理。这一综合过程的机理应当理解为在活性污泥微生物存在的条件下，发生在射流器喉管部分的高速紊动过程中的生物学特性与三相间物理力学特性的综合过程。气体经高速水流吸入后经喉管压缩，气、液相剧烈混合，此时气泡刚形成，吸氧率高;气泡进一步在管道中受剧烈揽动,粉碎成细微气泡,使气、液接［收稿曰期］2005-04-27;［修订日期］2005-05-24。［作者简介］郝建昌（1979一），男，陕西省渭南市人,硕士研1.2射流曝气的基本原理射流器采用文丘里喷嘴，工作水泵出水通过射流器的喷嘴，随着喷嘴直径变小，液体以极高的速度从喷嘴喷射出来，高速流动的液体穿过吸气坌进入喉管，在喉管形成局部真空，通过导气管吸入（或压入）的大量空气进入喉管后，在喷水压力的作用下被分割成大量微小的气泡，与水形成混合体。气n液混合体通过扩散管向外排出，其速度减慢，压力増强，形成强力喷射流，对废水搅拌充氧。气泡经多次,，n化工环保ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY2005年第25卷触面积增大，也提高吸氧率。尤其是当工作介质为废水与活性污泥混合物时，喉管的紊动搅拌作用不只限于微小气泡对废水的充氧作用,同时还发生气-同、液-固间等多方妞的作用，特别是当活性污泥被“切割”成非常细小的颗粒，无疑将大大增加活性污泥的表面更新率与吸附表面积，从而使活性污泥的细小絮状体能与气泡屮的氧及废水屮的有机物有充分的接触吸附作用，使吸附能力大大提高。这是其它类型曝气设备所不能达到的[4]但这种装置的缺点是构造比较复杂，制造、安装、检修比较W难。20世纪80年代以来,德国拜耳和赫司特两大化工公司先后完成了采用高塔一射流曝气活性污泥法处理化工废水的扩建过程，日处理废水量分别为5331.6X10m（工业废水90000m,市政污水70000m）和1.0X10m。它们分别采用获得专利的狭缝射流器和径向射流喷嘴进行曝气。这两种压力供气射流器结合高塔型（水深25〜30m）的反应器，强化了氧的分布、溶解和利用，n有效地防止了气泡并聚，提高了氧的利用率，在水深17m的条件下充氧动力效率达到3.8kg/（kWh）,系统B0D5的去除率均在90%以上3[7]3531.4射流曝气技术的主要性能特点射流曝气法与其它曝气力法的区别在于其核心设备射流曝气器。射流曝气法的优点:（1）射流曝气器混合搅拌作用强，具有较高的的充氧能力、氧利用率和氧动力转移效率。（2）构造简单、工作可靠、运转灵活、便于调节、不易堵塞、易维修管理。（3＞当采用自吸式射流曝气器时，可取消鼓风机，消除噪音污染。（4）在射流曝气器喉管内，由于射流的紊动及能量交换作用，形成了剧烈的混掺现象，不仅在瞬间（10s）完成氧从气相向液相中的转移，而且射流曝气的工作水流是进水和回流污泥的混合液或曝气池混合液,因此在混合液内迅速地进行着泥（微生物）-水（有机物）-气（溶解氧）三者间的传质与生化反应,这是一个在特定条件下发生的快速生物反应与三相间传质的综合过程[1]n。日本在北九洲市日明废水处理厂中应用了射流曝气系统，废水处理量为75000m/d,进水B0D5为136mg/L,处理后出水B0D5为4.7mg八。2.2国内射流曝气技术的发展国内对射流曝气技术的研究和应用始于20世纪70年代,主要用在中小型废水处理装置中。1978年以来，同济大学等单位对城市及工业废水的处理工艺、活性污泥生物学特性进行了较为系统的研究,并在生产规模下将其用于处理屠宰废水和丝绸印染废水。北京市政设计院研宄了“II型射流器”的充氧性能，并在生物接触法中使用了射流器，处理感光胶片生产中的涂布废水和地毯染纱废水。20世纪90年代末，清华大学的孟立新开发出集曝气与搅拌为一体的新型射流器，其清水充氧能力达到日本同类产品的水平，并实际应用到SBR工艺屮。同一时期，北京工业大学和屮国环境科学院合作研制开发的氧化沟用供气式射流曝气器,也达到了国外同类产品的先进水平[8][6][8]。⑸提高了污泥的活性，基质降解常数较其它活性污泥法高。（6）所需曝气时间短，土建投资省，运转费用低,占地面积小。2射流曝气技术在工业废水处理中的应用进展n2.1国外射流曝气技术的发展国外用射流曝气技术作为废水生化处理可以追溯到20世纪40年代。1947年美国的DOW化学公司将射流曝气法用于规模为1.85X10m/d的含酚废水处理厂，布置了724只射流器,采用压力供气，工作介质为二沉池出水或曝气池混合液[5]53。而后,西安交通大学环境科学与工程中心、陕西科技大学造纸环保研究所和陕西清源环保工程有限公司，在吸收国内外先进技术的基础上，自主研制开发了新一代节能型生物曝气系统FAS-jet系列供气式低压射流曝气好氧生物处理系统,并将其成功应用于宁夏沙湖纸业有限公司2000m/d综合废水生物处理工程、H本独资洛川伊天果汁有限公司20000m/a浓缩果汁项目废水处理工程等多项工程。33。20世纪五六十年代，射流曝气法在国外成用得更多，并逐渐成[5]为继鼓风曝气和机械曝气后的第3类曝气法。1968年德国的拜4化学公司采用获得专利的被称为8/14型射流器（即n喷嘴直径为8mm,混合管直径14mm）以压力供气方式处理化工废水[6,7]，射流器设在曝气池底部，池深4.8m,淹没深度4.2mm。33其运行参数为:废水量720m/h,空气量3320m/h,水深4.2m,氧利用率7.7%,充氧能力340kg/h?//h3射流曝气技术在我国工业废水处理中的应用实例3.1在酱油加工废水处理屮的应用60,3453中主要成分为粮食残留物、各种微生物分泌的酶和代谢产物，还有微量洗涤剂、消毒剂。废水主要来自包装车间、生产车间的制曲、发酵回淋等生产工段[9]2废水处理工艺流程该厂采用水解酸化一射流曝气一煤渣吸附工艺处理废水，其工艺流程见图2。其中曝气池尺寸:3.0mX3.0mX3.5m,有效容积、45m,池中安装一个射流曝气器，喷嘴直径20nmm,充氧能力30m/h项目处理前处理后平均去除率,％COD/(mgL-l)700〜130070〜100923该厂废水处理站处理能力90m/d,占地妞积23260m,总投资32万元，运行费用约1.7元/m,废水处理效果见表1。p(NH3-N)/(mgL-1)35〜556〜1185色度(稀释倍数)80〜35030〜46873表1废水处理效果P(SS)/(mgL-1)150〜28010〜30903.2在饮料加工废水处理中的成用武汉江申(百事可乐)饮料有限公司废水处理工程处理废水水量为550m/d,废水COD为800〜1500mg/L,处理系统包括水解酸化池一接触氧化池一序批式氧化沟。其中氧化沟有2座，按序批式n3运行,总有效容积为457m,采用的曝气设备是工作液总流量为320m/h的16支自吸式射流曝气器。运行结果表明,自吸式射流曝气器不仅满足了曝气充氧的要求，而且满足了搅拌推流的要求,曝气搅拌阶段沟内混合液平均水平流速大于0.25m/s,活性污泥呈完全悬浮状态，没有沉淀现象发生[8]33合，完成氧从气相向液相的转移，同时对混合液在氧化沟中的循环流动起到推动作用，充氧动力效率可达5.0〜5.8kg/(kWh)。该废水处理工程于2003年3月20日开始正式进水调试,2003年9月29円通过当地环保局检测验收见表2。[10]，废水处理效果O图3综合废水处理工艺流程表2废水处理效果BOD5/COD/p(SS)/(mgL-l)(mgL-l)(mgL-l)16831203359>78806560<89>89596260<87>86该工程己于1997年11月正式竣工验收。验收前，武汉市东西湖区环境监测站取样检测COD,检测结果:处理设施进出口COD平均值分別为n869.18,46.28mg/Lo该结果表明,COD总去除率在95%左右，其屮氧化沟的去除率在90%左右,达到了预期的效果。验收后，当进水COD达到1500mg/L时，出水COD仍小于100mg/L。3.3在制浆造纸废水处理中的应用宁夏沙湖纸业有限公司产纸量为35000t/a,该厂废水主要来源于制浆和造纸工艺屮的挤浆、洗浆和漂白等工段,废水种类包括黑液、屮段水、白水和板纸废水。其中黑液排放量为1500m/d,其它废水合并进入中段水处理系统，其排放量为18500m/d。该厂综合废水处理工艺流程如图3所示。作为好氧生物处理单元的氧化沟,采用先进的供气式低压射流曝气系统供氧。该系统将氧化沟中的混合液用混合泵打入安装在沟底的射流曝气器，33项冃混合池进水水解酸化池出水二沉池出水去除率,％pH7.2〜8.77.0〜8.57.0〜7.64结语射流曝气器是向生化废水中提供足够溶解氧的关键设备，它的充氧性能不仅影响生化效果，而且直接影响运行费用。射流曝气技术的应用与完善,关键在于射流曝气器的研究与发展。常规射流器由于充氧能力和动力效率较低,限制了该技术的推广应用。因此,针对现有射流器的不足之处研制开n发新型射流器，不断提高其充氧效率,提高氧利用率，改454化工环保ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY2005年第25卷件,开发不同型号的射流曝气器，使射流曝气技术得到进一步推广应用,是推进射流曝气技术发展的关键。参考文献1瞿永彬，俞庭康,沈燕云.射流曝气器充氧性能研究.同济大学学报,1993,21(1):129〜1332高远,岳晓勤.浅析影响射流曝气的因素.中国市政工程,2002,96(1):49〜503丁延国，张建，张旭.污水射流曝气工艺技术在聚驱中的应用.大庆石油地质与开发,2003,22(1):50〜514尚海涛.自吸式空心环流射流曝气器充氧性能研宄(二):［学位论文］.西安:西安建筑科技大学,20005潘涛,邬扬善，王绍堂.三相生物流化床射流曝气器的研究与设计.给水排水,1997,23(5):11〜126陈福泰，胡德智,栾兆坤.射流曝气器研究进展.环境污染治理技术与设备,2002,3(2):77〜797李天n，高廷耀，赵俊英.联邦德国三大化工公司的废水生物处理.化工环保,1988,8(6)345〜3478朱谋溪.自吸式射流曝气器在中小型氧化沟中的应用.给水排水,1999,25(8):13〜149梁卫东，汤H斌，杜刚.水解+射流曝气+煤渣吸附工艺处理酱油废水.黑龙江环境通报,2003,27(2):47〜4810崔炜，张安龙,贺延龄.水解酸化一氧化沟工艺处理造纸废水.中国给水排水7004,20(5)78〜79JetAerationTechnologyandltsApplicationinlndustrialWastewaterTreatmentHaoJianchang'ZhangAnlong(CollegeofPapermakingEngineering,ShanxillniversityofScienceandTechnology,ShannxiXianyang712081,China)Abstract:Theactionprincipleofjetaerationanditsuniqueeffectsonaerobicbiologicaltreatmentofwastewaterareintroduced.ltsperformancecharacteristicsaredescribed.ltsapplicationprogressinindustrialwastewatertreatmentisreviewedandseveralapplicationexamplesareenumerated.lntheend'theresearchanddevelopingtrendsinjetaerationtechnologyareindicated.Keywords:jetaeration;jetaerator;wastewatertreatment(编辑徐怡珊)信息与动态n一种先进的硫酸烷基化工艺开发成功ChemicalandEngineeringNews,2005,83(20):9可以降低总的资本投资。在新工艺流程中主要设备是一个反应器和一个分离器，而不再需要酸洗和碱洗过程。同时，由于新工艺设计成一个干燥的系统,因此设备的腐蚀程度较小。非搅拌型反应器的使用降低了设备的维护成木，因为不再需要对机械搅拌器或密封部件进行维护。而产品分馏部分可以根据原料和产品规格的不同要求设计成单塔或双塔流程。这种新型的烷基化工艺可以显著减少硫酸和能源的消耗，而且对1,3-丁二烯（一种FCCC4产品中带有的对烷基化反应产生不利影响的污染物）的容忍能力也大大提高,在没有显著的酸消耗情况下，可以处理含1,3-丁二烯体积分数达到5X10的反应物。此外,CDAIky工艺还可以提高现有和新建烷基化装置的生产能力。CDTECH公司己成功地运作了一套2.5桶/d的试验装置,时间长达3a,期间测试了不同的原料，都取得了成功。）-3据悉，美国催化蒸馏技术公司（CDTECH）日前己经开发成功一种命名为CDAIky的先进硫酸烷基化工艺，用于生产高辛烷值烷基化汽油。在该新工艺中最为核心的创新是设计了一种非搅拌型的反应器,可以改进硫酸催化烷基化过程产物的性能并且生产出更高辛烷值的产品。n传统工艺中的反应器设计是使用机械搅拌来达到硫酸催化剂和反应物（烯烃和异丁烷）之间的充分接触。这种工艺的缺点在于产品需要进行碱洗，对下游设备容易产生腐蚀和堵漏，增加操作和维护的成本。而CDAIky新工艺的反应器中使用一种专有设备,该设备没有转动的部件。该新工艺主要的两大创新是:在理想的温度条件下使得硫酸和反应物充分混和;从酸溶液中很容易地分离出反应产物。此外,新,，