探析曝氣在環(huán)境工程水處理中的應(yīng)用

孫道臣

摘 要：環(huán)境工程水處理中主要是利用曝氣設(shè)備進(jìn)行環(huán)境控制，借助曝氣設(shè)備的多樣性特點(diǎn)，利用氣液混合時(shí)的氣體轉(zhuǎn)移現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)對(duì)不同性質(zhì)、不同水體的污水處理。目前，曝氣技術(shù)已經(jīng)在環(huán)境工程中被廣泛應(yīng)用，并且水處理效果非常好，曝氣技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)就是：適用性強(qiáng)、操作方面、高效成果，能夠滿足環(huán)境工程中對(duì)水資源循環(huán)利用、防止污泥沉淀的要求，對(duì)節(jié)約水源、提高經(jīng)濟(jì)效益有很好的貢獻(xiàn)意義。

關(guān)鍵詞：曝氣技術(shù)；環(huán)境工程；污水處理；有氧分解；應(yīng)用

曝氣技術(shù)一直以來(lái)在環(huán)境工程中都占有重要的地位，大部分環(huán)境工程的總投入額中有百分之五十五左右都用于污水處理，而曝氣設(shè)備在此就發(fā)揮了很大的作用，不僅能夠提高污水處理效果，還在很大程度上節(jié)約資金的投入，使得環(huán)境工程水源得到可循環(huán)利用價(jià)值。曝氣技術(shù)能夠有效的促進(jìn)水源中的有機(jī)物被微生物有氧分解，實(shí)現(xiàn)高效凈水效果，是環(huán)境工程中廣泛應(yīng)用的技術(shù)，下面文章中將對(duì)曝氣技術(shù)的基本原理、設(shè)備應(yīng)用等方面進(jìn)行探討。

一、曝氣的基本原理

1、曝氣技術(shù)中的氣體轉(zhuǎn)移原理

曝氣技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種建立在氣液傳質(zhì)基礎(chǔ)上的氣體吸收過(guò)程，其可以用雙膜理論來(lái)解釋：空氣中的氧氣分子在曝氣過(guò)程中由氣相轉(zhuǎn)移到液相，該過(guò)程中，氣體分子需要通過(guò)層流的氣膜和液膜（雙膜）。分子通過(guò)雙膜的動(dòng)力來(lái)自于氣膜的氣體分壓梯度和液膜中的分子濃度梯度，阻力則來(lái)自于雙膜界面。對(duì)于氧氣的轉(zhuǎn)移過(guò)程，氧氣分子受到的阻力主要來(lái)自于液膜。

2、常用曝氣設(shè)備

環(huán)境工程污水處理過(guò)程中，主要利用曝氣設(shè)備，實(shí)施對(duì)水源凈化處理，其投資額相對(duì)較高，可達(dá)總工程投資額的一半以上，曝氣設(shè)備具有多樣化優(yōu)勢(shì)，各種類型的設(shè)備可供選擇，因此，在環(huán)境工程水處理中，需要結(jié)合實(shí)際水處理?xiàng)l件與要求進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備選擇，常見(jiàn)的曝氣設(shè)備有：鼓風(fēng)曝氣、表面曝氣以及水下曝氣三種形式，各曝氣類型都有各自的應(yīng)用特點(diǎn)與適用范圍，如：鼓風(fēng)曝氣設(shè)備可以通過(guò)空氣加壓設(shè)備制造壓縮空氣，由管道將氣體通入曝氣池的空氣擴(kuò)散裝置中，進(jìn)而以氣泡的形式向水中擴(kuò)散；表面曝氣設(shè)備則是通過(guò)曝氣機(jī)在水體表面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)擾動(dòng)，將水滴或水幕揚(yáng)起形成水躍，在水體和空氣的充分接觸過(guò)程中增加水中的含氧量；射流曝氣則是向水下直接充入或吸入高速高壓空氣以完成氧氣從氣相向液相的轉(zhuǎn)移。

二、鼓風(fēng)曝氣設(shè)備及其應(yīng)用分析

1、鼓風(fēng)曝氣設(shè)備的構(gòu)成

鼓風(fēng)曝氣設(shè)備主要由空氣加壓裝置、空氣輸送管道和空氣擴(kuò)散裝置組成?？諝饧訅貉b置包含了空氣凈化系統(tǒng)和鼓風(fēng)機(jī)。鼓風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量需要根據(jù)池中生化反應(yīng)的需氧量來(lái)確定，且要滿足混合液固體顆粒保持懸浮狀態(tài)的攪拌條件。尤其需要注意的是，為了使氣體被順利送入水體，鼓風(fēng)機(jī)的送風(fēng)壓力還應(yīng)當(dāng)大于管道系統(tǒng)的摩擦損耗和空氣擴(kuò)散裝置處的靜水壓；輸送管道包括輸氣管和曝氣池中的干管、支管；而空氣擴(kuò)散裝置是鼓風(fēng)曝氣設(shè)備中最重要的部分，為了增加送入空氣與液體接觸的表面積，需要由空氣擴(kuò)散裝置將氣體分成不同大小的氣泡。因此，根據(jù)氣泡產(chǎn)生方式的不同，又可以將空氣擴(kuò)散裝置的管道進(jìn)行分類，以適用于不同尺寸的氣泡產(chǎn)生需求。

2、鼓風(fēng)曝氣設(shè)備的應(yīng)用特性

鼓風(fēng)曝氣設(shè)備的應(yīng)用特性，可以依據(jù)其產(chǎn)生氣泡的性質(zhì)差異來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)于用于形成微小氣泡的曝氣設(shè)備，其擴(kuò)散裝置由多孔透氣材料構(gòu)成，如陶粒、氧化鋁、尼龍等。該種設(shè)備可以產(chǎn)生直徑小于0.2mm的微小氣泡，在該種氣泡的作用下，氣液接觸面積最大，氧氣利用率極高，但也存在著擴(kuò)散阻力較大、容易堵塞等缺點(diǎn)。為了防止堵塞擴(kuò)散裝置，需要在鼓風(fēng)前將空氣通入凈化器中處理凈化；用于形成中型氣泡的管道由塑料或鋼制成，由管道下部?jī)蓚?cè)開(kāi)孔以形成氣泡。該種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且氣體流動(dòng)阻力較小，在大流速條件下（x≥10m/s）不容易形成堵塞，可靠性很高。

三、表面曝氣設(shè)備及其應(yīng)用分析

1、表面曝氣設(shè)備的構(gòu)成

表面曝氣設(shè)備在中小型污水處理廠中應(yīng)用較為廣泛，其按照主轉(zhuǎn)軸的方向可以分為立軸式和水平軸式。對(duì)于常用的水平軸式表面曝氣設(shè)備，按照曝氣器的不同又可以分為轉(zhuǎn)刷曝氣器、轉(zhuǎn)盤曝氣器和轉(zhuǎn)筒曝氣器。轉(zhuǎn)刷曝氣器可以在矩形和圓形曝氣池中工作，其由電動(dòng)機(jī)、減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)刷等部件構(gòu)成。在向氧化溝中充氧的過(guò)程中，表面曝氣設(shè)備通過(guò)轉(zhuǎn)刷葉片的不斷旋轉(zhuǎn)，使得水滴呈飛濺式切向飛出，與空氣混合。同時(shí)，轉(zhuǎn)刷還起到推動(dòng)混合液在氧化溝中循環(huán)流動(dòng)的作用，使得氧的溶解可以在整個(gè)氧化溝中均勻進(jìn)行。該種設(shè)備由電動(dòng)機(jī)、減速傳統(tǒng)裝置、轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)盤等部件構(gòu)成，其將轉(zhuǎn)盤安裝在水平轉(zhuǎn)軸上，同樣可以對(duì)水體產(chǎn)生切向推動(dòng)力，促進(jìn)污水和活性污泥混合液循環(huán)流動(dòng)混合。

2、表面曝氣設(shè)備的應(yīng)用特性

表面曝氣設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易操作、裝卸方便、容易維護(hù)等，目前在城市污水處理中應(yīng)用比較多，具體來(lái)講，轉(zhuǎn)刷曝氣器的推進(jìn)力較強(qiáng)，可靈活地調(diào)節(jié)充氧能力，具備很好的充氧效率，但容易破壞活性污泥絮體；轉(zhuǎn)盤曝氣器同樣具備轉(zhuǎn)刷曝氣器的主要優(yōu)點(diǎn)，且對(duì)絮體的剪切作用??；新型轉(zhuǎn)筒曝氣器集曝氣、攪拌、混合、循環(huán)推流等多種功能于一體，不僅改善了深水曝氣的效率，且可以適應(yīng)不同的工作環(huán)境，安裝和維護(hù)工作也較為方便。

四、水下曝氣設(shè)備及其應(yīng)用分析

1、水下曝氣設(shè)備的構(gòu)成

水下曝氣設(shè)備，其最大的特點(diǎn)是置于曝氣水體的底層或中層，將空氣送入水中來(lái)完成水氣混合。按照水下供氣的方式不同，又可以分為射流式曝氣機(jī)和潛水式曝氣機(jī)。常用的自吸式射流曝氣機(jī)由潛水泵和射流器構(gòu)成，通過(guò)潛水泵工作產(chǎn)生高壓水流，再經(jīng)由射流器噴嘴形成射流，該高速射流可以在混合室內(nèi)形成負(fù)壓，將空氣通過(guò)導(dǎo)管吸入并充分混合，并從射流器噴出（而供氣式射流曝氣機(jī)的空氣則是由空氣壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)提供的）。由于噴出的射流具有較高的動(dòng)能，因此可以使曝氣池中的水體形成環(huán)流，使得氧氣溶解更為均勻；而潛水式曝氣機(jī)，又稱泵式水下曝氣機(jī)，常作為SBR反應(yīng)器的配套曝氣設(shè)備。

2、水下曝氣設(shè)備的應(yīng)用特性

水下曝氣機(jī)可針對(duì)水底層直接送氧氣，這樣一來(lái)，其優(yōu)點(diǎn)就會(huì)非常明顯，比如：供氧速度直接上升，供養(yǎng)范圍可擴(kuò)展到最大范圍，并且對(duì)水池底層的污泥雜志進(jìn)行吹動(dòng)，同時(shí)水下活動(dòng)的噪聲可大大縮減，減少對(duì)周邊居民的生活影響。水下曝氣設(shè)備有：射流式水下曝氣設(shè)備、潛水曝氣器、自吸式螺旋曝氣器等，各曝氣設(shè)備都有相應(yīng)的適用范圍，如：建筑、工業(yè)等領(lǐng)域廢水、污水處理可利用射流式水下曝氣設(shè)備的曝氣與攪拌功能；環(huán)境處理面積小或者氧化溝等污水處理中可利用自吸式螺旋曝氣器，相應(yīng)的維護(hù)費(fèi)低，運(yùn)行效率高，是一個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)用型的選擇。

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