7.4 纯氧曝气工艺

7.4.1 纯氧曝气活性污泥法由于具有负荷高、反应池容积小、占地少、耐冲击负荷、运行稳定、污泥产率低、污泥浓缩脱水性能好、溶解氧动力消耗低、对周围环境影响小等优点，我国20世纪80年代从国外引进了密闭多段表面曝气形式的纯氧曝气池(UNOX)系统。
    目前，我国扬子等石化企业有引进或国内设计的密闭式表面曝气纯氧活性污泥装置在运行，用于处理不同性质的石化污水，由于大型化工企业一般都生产氧气，因此有氧源可利用的条件下可采用本工艺。
7.4.2 纯氧曝气工艺有密闭式和敞开式两种，由于密闭式表面曝气的纯氧曝气工艺具有构造简单、运行控制可靠的特点，是国内外工程上常用的工艺，故本条推荐密闭式表面曝气工艺。
    由于化工污水与石化污水性质相似，故本条提出的主要设计参数是参照国内外石化污水设计运行装置的数据，结合中国工程建设标准化协会标准《氧气曝气设计规程》CECS 114:2000确定的。无试验或相似污水运行数据时，可供选用。表3是国内部分石化企业采用密闭式表面曝气工艺的纯氧曝气装置的主要设计数据。表4是日本部分密闭式表面曝气纯氧曝气装置的设计运行资料。

表3 国内部分纯氧曝气装置主要设计数据

注：①为石化污水设计数据。
       ②为处理环氧氯丙烷装置污水设计数据，含CaCl₂为2.03％。
       ③为COD_Mn。

表4 日本部分纯氧曝气装置主要设计运行数据

注：①为石化污水运行数据。
       ②为皮革污水运行数据。
       ③为城市污水设计数据。
       ④为COD_Mn。

7.4.3 本条提出了密闭式表面曝气反应池设计的基本规定：
    1 加盖的纯氧曝气生物反应池内气压一般在300Pa～500Pa，基本接近大气压力，在这个压力范围内，一方面有效密封池内气体，使漏损最小，同时也能满足气流通过各段隔墙孔口的压力的损失和气体强制流向出口的需要。
    2 本款规定了反应池的基本池型。反应池采用多段串联形式，每段为完全混合式，总体上为推流式，有利于提高系统总的反应速率和BOD₅的去除率。系统中进水、污泥回流和氧气进口设在前端的第一段，气液采用顺流接触，可使混合液的需氧量递降与氧气浓度的降低相协调，溶氧功率和氧的总利用率都可达到最佳状态，分段数为3段～4段时，氧的利用率达到90％左右，分段数的增加虽可以降低溶氧功率和提高氧的总利用率，但根据资料，再增加分段数得到的改善有限。
    3 反应池水深、水深与池宽比与选用的曝气机的性能和曝气机尺寸有关，只有两者密切配合才能发挥最佳混合和充氧效果，故作此规定。反应池水深宜为3m～5m，反应池气相部分高度应满足气体流通和曝气机充氧时水跃空间的要求，一般取1m～1.4m。
    4 曝气机是混合液混合和充氧的设备，为了适应负荷和需氧量的变化，达到节能效果，一般第一、第二段宜采用变速或双速电机驱动，表面曝气机叶轮浸没深度也影响充氧和混合液的搅拌，为了达到动力消耗最省，一般表面曝气机叶轮浸没深度也应有一定的调节范围。
    5 池内设垂直挡板和导流锥是为了保持最佳水流循环状态。
    6 各段隔墙通气孔用于氧气和清扫时空气的流通。曝气池运行过程中可能产生泡沫，曝气机运行中将泡沫甩向外缘，故浮渣、泡沫通道应设在各段隔墙墙角处，各段之间的水流通道应设在隔墙下部，为防止短流，各段之间应错开，采用对角布置。
    7 反应池出水应设出水堰，使出水均匀。出水堰宜采用内堰，可以控制池内液位，不致因曝气池内气相压力变化影响堰上水头，避免因水位变化影响表面曝气机的充氧量和动力消耗。
    8 为使反应池排气完全消散，减少对环境的影响，故作此规定。
    9 反应池在曝气过程中会产生泡沫，影响表面曝气机充氧效率和池内气流流通，故在通气孔和易聚集泡沫处宜设消泡水管，通过位于池顶部的阀门、窥镜控制消泡水量，消泡水源宜采用处理站处理后的出水。
    10 双向安全阀是曝气池必须配置的安全保护设施，安全阀有两个作用，一是防止池内超压或产生真空，导致反应池受损；二是当池内富氧空间积聚的可燃气体的浓度达到设定值，启动清扫风机时，清洗空气能从末端安全阀排出，过量清洗空气可从首段安全阀逸出。本款提出的双向安全阀正、负压值是一般取值范围，需要说明的是，首末两段安全阀的正压值应根据清洗空气从首段至末段空气压力损失计算确定。双向安全阀正负压值均应在运行前的调试阶段最后确定。
    11 污水中挥发性可燃物在曝气过程中会逸出，混入曝气池富氧气相空间，在一定条件下，有可能发生爆炸，故应设清扫风机，一旦需要清扫时，启动风机，通入空气，将池内可燃气体清扫干净。
    12 由于氧气具有腐蚀性，故液面下1m以上及气相空间均必须防腐，通常采用环氧树脂玻璃布或其他耐腐蚀材料贴面。
    13、14 这两款对反应池的管道、阀门、设备提出了防腐要求。
7.4.4 本条对密闭式表面曝气反应池的生产控制及安全监控提出了基本要求：
    1 本款提出了采用反应池第一段气相压力变化控制供氧量的方法，因为BOD₅负荷变化会引起需氧量的变化，BOD₅负荷增加，溶氧速率增大，因而气相压力下降，反之亦反，故可用第一段气相压力变化调节供气量，以保障活性污泥对氧的需要。
    2 本款是对纯氧曝气安全监控的规定。在曝气机的搅拌下，污水中的挥发性可燃物会逸出，有一定的爆炸危险，为防止爆炸，应设安全措施。在第一段应设可燃气体监测报警装置，当气相中可燃气体浓度(一般按甲烷计)达到燃烧下限的25％时，可燃气体报警装置发出警报，自动关闭进氧阀门，同时启动清扫风机，并开启末段尾气阀，扫除池内可燃气体，如果可燃气体继续增加达到燃烧下限的50％，第二次发出警报，并自动关闭曝气机，曝气机搅拌停止，污水中挥发性可燃物逸出减少到最低程度，随空气清扫时间的延续，气相中可燃气体浓度达到燃烧下限25％以下时，曝气池恢复正常运行。
    3 本款是对反应池排气中氧的浓度和排气量的控制规定，通过调节尾气排放流量，可维持末段气相中所要求的氧浓度并达到要求的氧利用率，一般情况下，末段气相中氧浓度为40％～50％，排气量为进气量的10％～20％，纯氧曝气系统氧的利用率可大于90％。