曝氣設備在污水處理中的應用
污水處理工程是工藝和設備完美結(jié)合的結(jié)果，二者相輔相成，不可偏廢。在此過程中，設備需要切實有效的工藝才能發(fā)揮作用;同時，工藝也需要配套的設備確保工藝實施，達到處理效果。所以在污水處理行業(yè)，需要不斷更新的并非工藝，而是與工藝相適應的高效節(jié)能的水處理設備。
電費的不斷上漲，使污水處理廠的運行成本增加，因成本過高而不能正常運行，出現(xiàn)“建得起，養(yǎng)不起”的現(xiàn)象。此外，在污水處理廠的運行能耗中，曝氣系統(tǒng)耗電量約占總耗電量的40%-60%，選擇節(jié)能曝氣方式、研究曝氣系統(tǒng)控制模式，對于衡量曝氣系統(tǒng)對生化處理效果以及指導污水處理廠的節(jié)能運行有著重大的意義。
一、曝氣原理
曝氣是指通過曝氣系統(tǒng)充氧作用，空氣中的氧被強制轉(zhuǎn)移到泥水混合液中的過程，并使混合液處于懸浮狀態(tài)，加強池內(nèi)溶解氧和有機物、微生物的接觸，在有充足溶解氧的條件下，池內(nèi)微生物對污水中有機物產(chǎn)生氧化分解作用。
曝氣效果主要通過氧的利用率和氧轉(zhuǎn)移速率兩個參數(shù)來反映，同時也是曝氣設備的性能指標。氧利用率就是參照系統(tǒng)運行條件與設備自身情況優(yōu)化曝氣裝置分布，合理使用曝氣裝置提高氧利用率。氧轉(zhuǎn)移速率的提高可以通過增加濃度梯度或提高氧氣轉(zhuǎn)移系數(shù)。
二、常見曝氣設備種類
不同環(huán)境的水處理方式不盡相同，所用的曝氣設備的類型也有所區(qū)別，主要有以下幾種類型。
2.1 鼓風曝氣
該曝氣系統(tǒng)主要是通過鼓風機、空氣輸送管道和曝氣裝置向生化池底部輸送氧氣。空氣從曝氣裝置通過，產(chǎn)生尺寸不同的氣泡，氣泡在上升以及隨水流循環(huán)流動的過程中與混合液接觸并轉(zhuǎn)移其中，最后到達液面處破裂。曝氣裝置是鼓風曝氣系統(tǒng)的重要裝置，根據(jù)產(chǎn)生氣泡大小主要分為：中大氣泡(穿孔管曝氣器)、微氣泡(管式、盤式、橡膠膜片微孔曝氣器)、水力剪切式空氣擴散裝置(倒盆擴散器、射流曝氣器等)。
該曝氣系統(tǒng)的優(yōu)點體現(xiàn)在：操作比較簡便，設備并不復雜，自動化程度較高。同時也存在較多的問題：中大孔擴散設備氧利用率較低;微孔曝氣設備易堵塞;曝氣膜片易撕裂。
2.2 機械曝氣
機械曝氣是通過安裝于池面的表面曝氣器向池中混合液充氧。當曝氣池的葉輪或渦輪曝氣機轉(zhuǎn)動時，混合液在以水幕、水滴與空氣接觸過程中完成氧轉(zhuǎn)移，與池中混合液相溶，且隨著混合液上下循環(huán)流動，氣、液接觸界面不斷更新，提高氧的轉(zhuǎn)移速率。機械曝氣器按傳動軸安裝方向，分為豎軸式(泵型、倒傘型和平板型)和臥軸式(轉(zhuǎn)刷曝氣機和轉(zhuǎn)碟曝氣機)兩類。
機械曝氣系統(tǒng)相較于鼓風曝氣設備具有明顯的優(yōu)越性：無需建造鼓風機房、需要布設的管道與曝氣頭也較少、安裝較為簡單、成本的投入也較低;但同樣存在一些需要解決的問題：能耗高、氧利用率低、可調(diào)節(jié)性低且運營維護費成本較高。
2.3 射流曝氣
潛水射流曝氣機主要由潛污泵、曝氣器和進氣管三部分組成，通過潛水泵產(chǎn)生水流，水流經(jīng)過噴嘴加速，形成高速水流，與空氣結(jié)合產(chǎn)生水氣混合流。潛水射流曝氣機可以使氧氣的吸收率大大提高，且占地面積小，因此被廣泛應用于水處理的過程中。射流曝氣器既不是一種氣泡擴散裝置，也不是一種機械曝氣設備，而是介于這二者之間的一種曝氣設備，利用氣泡擴散和水利剪切這兩個作用達到曝氣和混合的目的。
射流曝氣具有如下優(yōu)點：(1)適應性強，造價低，設備簡單，維修管理方便;(2)較高的氧轉(zhuǎn)移系數(shù)和氧利用率，混合攪拌作用強;(3)污泥活性好，基質(zhì)降解常數(shù)較高和沉淀性能好;(4)占地面積小，氣味和噪音小;(5)適用于農(nóng)村生活污水處理。
2.4 旋流曝氣器
可提升式旋流剪切曝氣器在使用過程中，氣體從底部進入，由于氣提作用，氣、水、泥混合液在筒內(nèi)和筒外產(chǎn)生循環(huán)流動，氣液在上升過程中，與筒內(nèi)切割裝置產(chǎn)生多次碰撞、切割，最終形成直徑在2mm左右微小氣泡，氣液充分混合及不斷循環(huán)對流，增強了氧傳遞速率和利用率。
旋流曝氣器具有氧利用率高、不結(jié)垢不堵塞、堅固耐用壽命長、運行維護簡單、壓力損失低節(jié)電明顯、污泥量少等諸多優(yōu)點，適用于不同水質(zhì)狀況的污水處理，市政污水和工業(yè)廢水均可采用。
三、常用曝氣設備的比較(見表1)
四、曝氣設備在污水處理的發(fā)展未來
4.1 我國現(xiàn)有曝氣技術(shù)存在的問題
根據(jù)污水處理運營中的經(jīng)驗和對曝氣設備的研究發(fā)現(xiàn)，在曝氣器使用過程中還存在諸多問題：(1)曝氣孔堵塞、撕裂，充氣不均;(2)轉(zhuǎn)碟、轉(zhuǎn)刷曝氣器的主要部件主軸、軸承、軸承座等質(zhì)量較差，不耐用;(3)配套鼓風機能耗較高，風機和曝氣器不能完美結(jié)合，造成資源浪費;(4)底部曝氣設備損壞，更換周期較長，需要停產(chǎn)，成本過高。
4.2 曝氣設備的發(fā)展前景
曝氣設備已成為市政污水和工業(yè)廢水處理工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也在不斷受到廣泛的關(guān)注，隨著科研工作者的研究和運營人員實際運行中不斷的革新，對于曝氣設備的使用參數(shù)和技術(shù)要求日益強化，隨之而來的是曝氣設備的更新?lián)Q代。新材料膜片曝氣器、可提升混流曝氣器、微納米曝氣器等也在不斷地涌現(xiàn)，對水處理產(chǎn)生極大的促進作用。曝氣設備的發(fā)展前景廣闊，產(chǎn)品的升級發(fā)展順應了社會的發(fā)展需求，曝氣設備的推廣使用過程中應注意與實際工作環(huán)境相結(jié)合，使曝氣設備的作用最大化發(fā)揮。
五、總結(jié)
隨著在環(huán)保力度不斷加大、形勢日漸嚴峻的今日，污水處理刻不容緩。對污水處理核心部分“生化處理”起著決定性作用的便是曝氣系統(tǒng)。同時，在國家“節(jié)能減排”號召下，控制污水處理能耗最高的曝氣系統(tǒng)，同樣具有較好的經(jīng)濟與環(huán)境效益;實際工作中，曝氣設備的動力效率、充氧能力和氧轉(zhuǎn)移速率等參數(shù)還需要進一步研究;在選用曝氣設備時要根據(jù)進水水質(zhì)水量和排放標準，切合實際工作環(huán)境，做出合適的選擇，為我國的環(huán)保事業(yè)貢獻力量。
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