曝气设备在污水处理中的应用及发展前景
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摘要：本文从工作原理、适用条件和优缺点等方面介绍了目前市政污水和工业废水生化处理段常用的曝气设备，并对不同曝气设备的充氧效率、节能降耗和安装维护进行比较，探讨曝气设备存在的问题和未来的发展方向。
关键词：曝气器;节能降耗;充氧效率
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）04-0-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.04.065
Abstract：This paper introduces the common aeration equipment used in the biochemical treatment of municipal sewage and industrial wastewater from the aspects of working principle，applicable conditions，advantages and disadvantages，and compares the aeration efficiency，energy saving and consumption reduction， installation and maintenance of different aeration equipment， and discusses the existing problems of aeration equipment and the future of development direction.
Key Words：Aeration equipment;Energy saving;Aeration efficiency
污水处理工程是工艺和设备完美结合的结果，二者相辅相成，不可偏废。在此过程中，设备需要切实有效的工艺才能发挥作用;同时，工艺也需要配套的设备确保工艺实施，达到处理效果。所以在污水处理行业，需要不断更新的并非工艺，而是与工艺相适应的高效节能的水处理设备[1]。
电费的不断上涨，使污水处理厂的运行成本增加，因成本过高而不能正常运行，出现“建得起，养不起”的现象[2]。此外，在污水处理厂的运行能耗中，曝气系统耗电量约占总耗电量的40%-60%，选择节能曝气方式、研究曝气系统控制模式，对于衡量曝气系统对生化处理效果以及指导污水处理厂的节能运行有着重大的意义[2，3]。
1 曝气原理
曝气是指通过曝气系统充氧作用，空气中的氧被强制转移到泥水混合液中的过程，并使混合液处于悬浮状态，加强池内溶解氧和有机物、微生物的接触，在有充足溶解氧的条件下，池内微生物对污水中有机物产生氧化分解作用[4，5]。
曝气效果主要通过氧的利用率和氧转移速率两个参数来反映，同时也是曝气设备的性能指标。氧利用率就是参照系统运行条件与设备自身情况优化曝气装置分布，合理使用曝气装置提高氧利用率。氧转移速率的提高可以通过增加浓度梯度或提高氧气转移系数。
2 常见曝气设备种类
不同环境的水处理方式不尽相同，所用的曝气设备的类型也有所区别，主要有以下几种类型。
2.1 鼓风曝气
该曝气系统主要是通过鼓风机、空气输送管道和曝气装置向生化池底部输送氧气。空气从曝气装置通过，产生尺寸不同的气泡，气泡在上升以及随水流循环流动的过程中与混合液接触并转移其中，最后到达液面处破裂。曝气装置是鼓风曝气系统的重要装置，根据产生气泡大小主要分为：中大气泡（穿孔管曝气器）、微气泡（管式、盘式、橡胶膜片微孔曝气器）、水力剪切式空气扩散装置（倒盆扩散器、射流曝气器等）。
该曝气系统的优点体现在：操作比较简便，设备并不复杂，自动化程度较高。同时也存在较多的问题：中大孔扩散设备氧利用率较低;微孔曝气设备易堵塞;曝气膜片易撕裂。
2.2 机械曝气
机械曝气是通过安装于池面的表面曝气器向池中混合液充氧。当曝气池的叶轮或涡轮曝气机转动时，混合液在以水幕、水滴與空气接触过程中完成氧转移，与池中混合液相溶，且随着混合液上下循环流动，气、液接触界面不断更新，提高氧的转移速率。机械曝气器按传动轴安装方向，分为竖轴式（泵型、倒伞型和平板型）和卧轴式（转刷曝气机和转碟曝气机）两类。
机械曝气系统相较于鼓风曝气设备具有明显的优越性：无需建造鼓风机房、需要布设的管道与曝气头也较少、安装较为简单、成本的投入也较低;但同样存在一些需要解决的问题：能耗高、氧利用率低、可调节性低且运营维护费成本较高。
2.3 射流曝气
潜水射流曝气机主要由潜污泵、曝气器和进气管三部分组成，通过潜水泵产生水流，水流经过喷嘴加速，形成高速水流，与空气结合产生水气混合流。潜水射流曝气机可以使氧气的吸收率大大提高，且占地面积小，因此被广泛应用于水处理的过程中。射流曝气器既不是一种气泡扩散装置，也不是一种机械曝气设备，而是介于这二者之间的一种曝气设备，利用气泡扩散和水利剪切这两个作用达到曝气和混合的目的。
射流曝气具有如下优点：（1）适应性强，造价低，设备简单，维修管理方便;（2）较高的氧转移系数和氧利用率，混合搅拌作用强;（3）污泥活性好，基质降解常数较高和沉淀性能好;（4）占地面积小，气味和噪音小;（5）适用于农村生活污水处理。
2.4 旋流曝气器
可提升式旋流剪切曝气器在使用过程中，气体从底部进入，由于气提作用，气、水、泥混合液在筒内和筒外产生循环流动，气液在上升过程中，与筒内切割装置产生多次碰撞、切割，最终形成直径在2mm左右微小气泡，气液充分混合及不断循环对流，增强了氧传递速率和利用率。
旋流曝气器具有氧利用率高、不结垢不堵塞、坚固耐用寿命长、运行维护简单、压力损失低节电明显、污泥量少等诸多优点，适用于不同水质状况的污水处理，市政污水和工业废水均可采用。 3 常用曝气设备的比较（见表1）
4 曝气设备在污水处理的发展未来
4.1 我国现有曝气技术存在的问题
根据污水处理运营中的经验和对曝气设备的研究发现，在曝气器使用过程中还存在诸多问题：
（1）曝气孔堵塞、撕裂，充气不均;（2）转碟、转刷曝气器的主要部件主轴、轴承、轴承座等质量较差，不耐用;（3）配套鼓风机能耗较高，风机和曝气器不能完美结合，造成资源浪费;（4）底部曝气设备损坏，更换周期较长，需要停产，成本过高。
4.2 曝气设备的发展前景
曝气设备已成为市政污水和工业废水处理工艺的关键环节，也在不断受到广泛的关注，随着科研工作者的研究和运营人员实际运行中不断的革新，对于曝气设备的使用参数和技术要求日益强化，随之而来的是曝气设备的更新换代。新材料膜片曝气器、可提升混流曝气器、微纳米曝气器等也在不断地涌现，对水处理产生极大的促进作用。曝气设备的发展前景广阔，产品的升级发展顺应了社会的发展需求，曝气设备的推广使用过程中应注意与实际工作环境相结合，使曝气设备的作用最大化发挥。
5 总结
随着在环保力度不断加大、形势日渐严峻的今日，污水处理刻不容缓。对污水处理核心部分“生化处理”起着决定性作用的便是曝气系统。同时，在国家“节能减排”号召下，控制污水处理能耗最高的曝气系统，同样具有较好的经济与环境效益;实际工作中，曝气设备的动力效率、充氧能力和氧转移速率等参数还需要进一步研究;在选用曝气设备时要根据进水水质水量和排放标准，切合实际工作环境，做出合适的选择，为我国的环保事业贡献力量。
参考文献
[1]王春兰，张鑫珩.污水处理用倒伞型表面曝气机的典型应用[J].中国机电工业，2018（03）：96-98.
[2]朱五星，舒锦琼.城市污水处理厂能量优化策略研究[J].给水排水，2005（12）：31-33.
[3]杨盼.城市污水处理厂表曝与鼓风曝气系统能耗比较研究[D].武汉：武汉科技大学，2012.
[4]王孟嘉.A-B法在漳州市污水处理厂中的应用[J].山西建筑，2013（21）.
[5]謝伟，刘小华，胡嘉莹.污水好氧生化处理工艺节能增效的实践与探索[J].环境与发展，2018，30（04）：108-109.
收稿日期：2020-02-03
作者简介：邱飞龙（1987-），男，汉族，硕士研究生，助理工程师，研究方向为水污染控制、市政污水和工业废水的治理。
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