深井曝气废水处理工艺
上海广联建设发展有限公司
一、深井曝气的发展历史
深井曝气(Deep Shaft Process)也称“超深水曝气”、“超深层曝气”是一种新型的废水处理工艺，1968年首先由英国帝国化学工业有限公司(Imperial Chemical Industries Ltd.)将其应用于废水处理中，1974年在英国的Billingham建成了世界第一个半生产性的深井曝气装置；1975年前西德KSK在埃里克海姆(Emlichheim)的马铃薯淀粉厂建成了世界上第一座处理工业废水的深井曝气装置。之后，日本、美国、加拿大、法国等相继进行了研究，并相继建成了一批生产处理装置。目前，欧美已把此工艺用于处理化工废水、制药废水、食品加工废水、造纸废水和混合废水等。
我国从1978年起进行了深井工艺的开发研究，在吸取国外的最新成果的基础上，推出了多种形式的深井装置。目前国内深井曝气工艺在纺织染整、制药、化工等行业排放的不易生化降解废水及食品、啤酒业等高浓度有机废水处理中均得到了较为成功的应用。国内为推广这一技术还成立了专门设计、制造这种装置的深井曝气设备厂。
经过几十年的研究和应用，深井曝气工艺在净化理论、应用范围、运行方式等方面都得到了很大的发展，并因为其众多的优点而成为一种具有很大潜力的技术。
表1为世界发达国家采用深井工艺的情况；表2为深井工艺应用的主要领域。
二、深井曝气工艺的特点
1、深井的工艺流程及构造
深井曝气工艺流程如图1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井中。在那里污水与回流污泥混合，用空压机供空气于污水中，使污水循环流动，进行处理，污水中的有机物被微生物氧化分解。从深井曝气井顶槽出来的混合液进入脱气池，然后采用机械搅拌、鼓气搅拌或抽真空等方式使活性污泥所包含的微气泡分离出来。脱除气体后的混合液再进入沉淀池中，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井，多余的活性污泥进入污泥处置系统。
在深井曝气工艺中，格栅、沉砂池、二沉池等与常规的活性污泥法或生物膜法一致，其特点主要体现在深井上。
深井曝气是以地下超深竖井构筑物作为曝气装置的高效活性污泥工艺，其直径为0.5～6.0m，深50～150m，深井纵向被分为两部分——上升管和下降管。按照上升管和下降管结构的差异可分为U型管型、中隔墙型和同心圆型深井。
由于施工相对简单、制造方便，目前的深井处理工艺大都采用同心圆型深井，其构造如图2所示。
同心圆型深井由井体、顶槽和脱气池组成；井体由两个不同直径的同心圆筒构成，两筒之间由限位板固定。水流由内管进入，再从外管流出。井口上方的顶槽其作用是：使通过深井曝气井底部的水体回流到顶槽时流速得以缓冲，压力得到释放，水体中部分溶解气体得以脱除；而大部分水体则再次进入深井曝气井，与新加入的污水和回流活性污泥充分混合后，再进入内管。通向脱气池的顶槽侧壁设置出水口。上升管的作用是使同心圆内、外管水体保持循环流动。下降管的作用是对循环水体进行充氧，利用井底的压力，使水体溶解氧的浓度大大提高。脱气池的脱气方式有三种：空气曝气搅拌、机械搅拌及抽真空脱气。脱气池的主要功能是通过不同的脱气方式释放大量在顶槽中还来不及释放(溶解于水中)的气体，从而使得水中的活性污泥能够在随后的二沉池中沉降下来。
深井运行的方式有气提循环式、水泵循环式以及水泵循环自吸曝气式。
2、充氧能力
与其他曝气方法相比较，由于深井曝气气液两相混合均匀、气泡和液体接触时间长、静水压力高，其充氧能力要强得多，比较结果见表3。
3、生化处理效果
影响处理效果的因素主要有有机物浓度(BOD5)、废水的可生化性和活性生物体浓度(MLVSS)等。当液相中可利用的溶解氧完全充足时，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能力，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。而要增加MLVSS浓度，曝气装置保持好氧环境的能力必须得到提高。深井曝气工艺由于传氧效率高，可以在井内维持高达10g/L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之间有效地进行混合传质，从而使得负荷(F/M) 能够超过常规曝气中的极限，曝气时间也大大缩短。一般深井中溶解氧可达20～30mg/L，脱气池中6～8mg/L，污泥活性得到提高，当BOD5污泥负荷高达2.0kg/(kgMLVSS?d)时，BOD5的去除率仍可达到90％以上，曝气时间也可大大缩短，仍可获得良好的处理效果。
4、深井曝气的优点深井曝气已经在许多国家有了成功的工程经验，技术已经十分成熟。从国外的文献和我们的工程实践来看，该工艺的优势主要包括以下两个方面：
1)总体优势
A)设备简单
深井曝气不使用复杂的设备。
B)投资少、运行成本低
C)节省土地
深井曝气处理废水是在地下的曝气井中进行的，曝气井容积负荷高，占地是普通曝气法的1/20－1/50，加上污泥量少，污泥处置设施的规模就相应减小。与常规处理工艺相比较，应用深井曝气法可节约用地50%以上。
D)环境影响小
深井曝气由于设施简单，曝气井位于地下，其噪声、气味等影响也明显较常规工艺小。
E)动力效率高
深井曝气的动力效率可达1～4kgBOD5/kw?h以上，远高于常规曝气法的0.4～0.8kgBOD5/kw?h。
F)无需初沉池
由于深井曝气氧化能力强，一般可省掉初沉池。
G)氧利用率高
H)不受气候影响
由于深井垂直置于地下，使处理水不暴露在冬季或夏季极端寒冷和酷热的温度中，一年四季均可保持良好的运行条件和处理效果。
2)运行优势
A)设施较少，易实现完全自动化
B)耐水力、有机负荷冲击，抗毒物能力强
C)适应范围广
能处理负荷在1～30kgBOD5/m3 ?d的污水，而常规工艺的处理范围仅为
0.4～1.3kgBOD5/m3 ?d。
D)无丝状菌造成的污泥膨胀问题深井曝气改变了丝状菌的形态，不会产生丝状菌造成的污泥膨胀，便于污泥的固液分离，减小沉淀池尺寸。
E)维护成本低深井装置结构简单，寿命长，可保证50年以上的使用期限，在使用期限内基本无需维修。
