摘要：本文介紹了變壓吸附制氧（VPSA制氧）的原理和特點(diǎn)，以及VPSA制氧技術(shù)在富氧曝氣上的使用情況。例舉了深圳某河流采用了富氧曝氣后，河流的溶解氧的數(shù)據(jù)變化，結(jié)果表明變壓吸附制氧具有經(jīng)濟(jì)性，靈活性及安全性高的特點(diǎn)，是廣大黑臭河流富氧曝氣活性污泥的理想選擇。

關(guān)鍵詞：變壓吸附制氧、VPSA制氧；富氧；曝氣

1.概述

富氧曝氣是VPSA制氧設(shè)備的最早應(yīng)用，普萊克斯公司采用以鋰基分子篩的VPSA設(shè)備將氧氣充入本公司的水處理系統(tǒng)。富氧曝氣就是用富度為80%~93%的氧氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的空氣為微生物提供氧氣。

富氧曝氣和空氣曝氣的比較

    曝氣過(guò)程中氧的傳輸速率(即溶解氧濃度的變化率)和氧虧值成正比，如式(1)所示。所謂氧虧值是氧飽和濃度和實(shí)際達(dá)到的溶解氧濃度之差。Dc/dt=KLA/V（Cs-CT) (1)式中KL—氧傳遞系數(shù)，h-1 Cs—飽和溶解氧濃度，mg/LCT—實(shí)際溶解氧濃度，mg/L，氧虧值為（Cs-CT)在空氣曝氣時(shí)氧的分壓為21 kPa，而富氧曝氣時(shí)氧壓力可達(dá)101 kPa。于是，富氧曝氣時(shí)氧飽和濃度是43.74 mg/L(20 ℃),這是空氣曝氣時(shí)9.17 mg/L的4.8倍。如果實(shí)際要求達(dá)到溶解氧濃度5 mg/L,則空氣曝氣時(shí)氧虧值是4.17 mg/L,而富氧曝氣時(shí)氧虧值高達(dá)38.74mg/L。顯然，富氧曝氣時(shí)溶解氧的增長(zhǎng)速率是空氣曝氣時(shí)的38.74/4.17=9.3倍。

 富氧曝氣的優(yōu)點(diǎn)是投資及運(yùn)行費(fèi)用低、處理能力強(qiáng)、占地面積小、系統(tǒng)穩(wěn)定性高。隨著國(guó)家對(duì)污水處理的政策支持力度加大，作為一種先進(jìn)污水處理手段的富氧曝氣技術(shù)將會(huì)越來(lái)越受到關(guān)注和重視。除了環(huán)?？萍脊ぷ髡咴谘芯啃录夹g(shù)新流程上加倍努力之外，昆山錦程氣體設(shè)備有限公司作為工業(yè)氣體設(shè)備供應(yīng)商充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)，加快研究和開(kāi)發(fā)適用的富氧曝氣系統(tǒng)和為之配套的制氧裝置，在推動(dòng)環(huán)保技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，開(kāi)拓工業(yè)氣體的新市場(chǎng)。

2.氧氣制取的方法

目前工業(yè)化制氧技術(shù)主要有兩大類(lèi):一種工藝是深冷空氣分離制氧,所得的氧氣富度高,但是制氧成本高、投資大,只適用于大規(guī)模用氧場(chǎng)合;另一工藝是變壓吸附制氧 (簡(jiǎn)稱(chēng)PSA,VPSA制氧),氧氣富度只有80%~93%,但投資小、能耗低,適用于中小規(guī)模不需要高富度氧的場(chǎng)合。我國(guó)中石化公司引進(jìn)富氧曝氣活性污泥工藝處理石化廢水,曝氣用氧采用深冷空氣分離制得。雖然深冷空氣分離制氧成本比較高,電耗大約為0.55~0.60 kW·h/m3, 但石化公司的富氧來(lái)自其制氮空分裝置,是副產(chǎn)品,石化公司以其處理污水是經(jīng)濟(jì)的。對(duì)于絕大多數(shù)的污水處理廠, 如用深冷法制氧特別昂貴。用VPSA制氧卻便宜得多。國(guó)內(nèi)變壓吸附制氧已有多年經(jīng)驗(yàn), 但因所用吸附劑性能差,制氧成本仍很高。近10年來(lái)昆山錦程氣體采用上海恒業(yè)鋰基分子篩,其吸氮能力和氮氧分離系數(shù)比傳統(tǒng)分子篩高得多,利用此吸附劑及德國(guó)拜爾傳統(tǒng)工藝開(kāi)發(fā)出新變壓吸附工程技術(shù),使制氧電耗低達(dá)0.30kWh/m3, 達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。裝置價(jià)格比進(jìn)口設(shè)備低約60%,制氧規(guī)?？蛇_(dá)5000Nm3/h富氧單套,吸附劑一次裝填可使用10年以上，氣動(dòng)蝶閥300萬(wàn)次無(wú)需更換密封件。目前昆山錦程已在國(guó)內(nèi)及國(guó)外有色冶金、化工、高爐富氧、臭氧氧源等行業(yè)建成近三百套裝置,運(yùn)行狀態(tài)良好。昆山錦程氣體變壓吸附制氧技術(shù)的突破, 為我國(guó)推廣富氧曝氣活性污泥工藝進(jìn)行污水處理創(chuàng)造了有利條件并真正引領(lǐng)了變壓吸附制氧技術(shù)潮流。

 VPSA制氧系統(tǒng)主要由鼓風(fēng)機(jī)，真空泵，切換閥，吸附器和氧氣緩沖罐組成。原料空氣經(jīng)入口緩沖罐除塵后，被羅茨風(fēng)機(jī)增壓至0.45Kpa進(jìn)入其中一吸附塔內(nèi)，吸附塔內(nèi)裝填吸附劑，其中水分，二氧化碳，以及其他少量其它其它組分在吸附塔底部的活性氧化鋁所吸附而氧氣為非吸附組分從吸附塔頂部出口作為產(chǎn)品氣排至氧氣緩沖罐。當(dāng)該吸附塔吸附到一定程度，其中的吸附劑將達(dá)到飽和狀態(tài)，此時(shí)通過(guò)閥門(mén)切換，首先經(jīng)過(guò)均壓降壓過(guò)程將吸附塔壓力將至微負(fù)壓，再利用真空泵對(duì)之進(jìn)行抽真空（與吸附方向相反）真空度約為-50Kpa.已吸附的水分，二氧化碳，氮?dú)饧吧倭科渌鼩怏w被抽出排至大氣，吸附劑得到再生。

      VPSA的每個(gè)吸附塔都交替執(zhí)行以下步驟：---吸附---解析---沖壓

3.VPSA制氧機(jī)在曝氣上的應(yīng)用

由于富氧的壓力高于空氣中氧的分壓，富氧曝氣可顯著提高氧的轉(zhuǎn)移速率。昆山錦程氣體協(xié)助深圳某公司開(kāi)發(fā)了微氣富氧曝氣技術(shù)，將微孔曝氣和富氧曝氣的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái),采用微孔軟管曝氣，在水深5m處的氧利用率高達(dá)80％，該工藝應(yīng)用于敞開(kāi)曝氣池。此外，該工藝還廣泛應(yīng)用于污染河流的曝氣，由于設(shè)備簡(jiǎn)單可靠、噪聲治理非常好和對(duì)流態(tài)不形成擾動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合于具有旅游景觀功能的市區(qū)河道的治理。中試時(shí)是一條嚴(yán)重污染的河道，河水黑臭，COD高達(dá)100～200mg/L。由于受周邊居民的影響，河道流態(tài)變化復(fù)雜。試驗(yàn)裝置由一個(gè)80Nm3/hVPSA制氧機(jī)、小型開(kāi)放式曝氣池組成。軟管的供氣壓力為0.05MPa，氧氣流量在0～80Nm3/h范圍內(nèi)可調(diào)。試驗(yàn)結(jié)果表明，富氧曝氣可有效降低黑臭水體中的COD濃度。在三個(gè)月的連續(xù)運(yùn)行中整個(gè)VPSA制氧機(jī)及曝氣系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行正常，無(wú)需任何維修。由于VPSA制氧降噪措施和對(duì)河道水體的流態(tài)不會(huì)形成任何明顯的擾動(dòng)和障礙，故工藝尤其適用于非航運(yùn)、具有旅游景觀功能的河道上進(jìn)行全自動(dòng)富氧曝氣。

    中試效果非常好，深圳某公司一次性向昆山錦程定購(gòu)三套大型VPSA制氧設(shè)備，三套設(shè)備采用模組化設(shè)計(jì)，動(dòng)力設(shè)備擺放到集裝箱內(nèi)部，吸附塔和其他靜設(shè)備露天布置，本條河流處理完畢后，可移至其他河流。

三套數(shù)據(jù)如下：第一套產(chǎn)量250M3/h （合同值230M3/h）,富度83%（合同值80%） ，壓力51kpa。第二套制氧設(shè)備參數(shù)：產(chǎn)量580M3/h（合同值560M3/h）,富度84%（合同值80%）,壓力52kpa，第三套制氧設(shè)備參數(shù); 產(chǎn)量710M3/h（合同值680M3/h）,富度82%（合同值80%），壓力53kpa。當(dāng)河水流速較平緩時(shí)，COD濃度降低30%～50%；經(jīng)過(guò)曝氣區(qū)的BOD/COD值從0.46降至0.40，這表明在富氧曝氣過(guò)程中不僅發(fā)生了硫化物、亞鐵等還原物質(zhì)的化學(xué)氧化（表現(xiàn)為水體黑色變淺，臭味減弱），而且發(fā)生了一定程度的生物降解作用。同時(shí)溶解氧的數(shù)據(jù)有一定變化，如下圖。由圖可知，連續(xù)進(jìn)水曝氣在0~10min時(shí)，溶解氧含量迅速上升，10min之后上升趨勢(shì)變慢，在17min之后開(kāi)始趨于平緩，說(shuō)明溶解氧在水中達(dá)到飽和，飽和值在22mg/L左右。

4.結(jié)論

綜上所述，富氧曝氣活性污泥法具有氧轉(zhuǎn)移率高、剩余污泥量少、污水處理效率高、抗有機(jī)物沖擊性能高等特點(diǎn)。制氧技術(shù)的發(fā)展，制氧成本的降低，為這項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了可能。昆山錦程氣體開(kāi)發(fā)的變壓吸附制氧技術(shù)及微氣泡曝氣技術(shù)為我國(guó)推廣富氧氧曝氣活性污泥工藝進(jìn)行污水及河道治理創(chuàng)造了條件。

錦程制氧、綠色中國(guó)

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