曝氣設(shè)備在污水處理中的應(yīng)用及發(fā)展前景

邱飛龍 韓雪斌 葉興凱 王超 彭林 王小存

摘要：本文從工作原理、適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)等方面介紹了目前市政污水和工業(yè)廢水生化處理段常用的曝氣設(shè)備，并對(duì)不同曝氣設(shè)備的充氧效率、節(jié)能降耗和安裝維護(hù)進(jìn)行比較，探討曝氣設(shè)備存在的問(wèn)題和未來(lái)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：曝氣器;節(jié)能降耗;充氧效率

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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

污水處理工程是工藝和設(shè)備完美結(jié)合的結(jié)果，二者相輔相成，不可偏廢。在此過(guò)程中，設(shè)備需要切實(shí)有效的工藝才能發(fā)揮作用;同時(shí)，工藝也需要配套的設(shè)備確保工藝實(shí)施，達(dá)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(yīng)的高效節(jié)能的水處理設(shè)備[1]。

電費(fèi)的不斷上漲，使污水處理廠的運(yùn)行成本增加，因成本過(guò)高而不能正常運(yùn)行，出現(xiàn)“建得起，養(yǎng)不起”的現(xiàn)象[2]。此外，在污水處理廠的運(yùn)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(duì)于衡量曝氣系統(tǒng)對(duì)生化處理效果以及指導(dǎo)污水處理廠的節(jié)能運(yùn)行有著重大的意義[2，3]。

1 曝氣原理

曝氣是指通過(guò)曝氣系統(tǒng)充氧作用，空氣中的氧被強(qiáng)制轉(zhuǎn)移到泥水混合液中的過(guò)程，并使混合液處于懸浮狀態(tài)，加強(qiáng)池內(nèi)溶解氧和有機(jī)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(duì)污水中有機(jī)物產(chǎn)生氧化分解作用[4，5]。

曝氣效果主要通過(guò)氧的利用率和氧轉(zhuǎn)移速率兩個(gè)參數(shù)來(lái)反映，同時(shí)也是曝氣設(shè)備的性能指標(biāo)。氧利用率就是參照系統(tǒng)運(yùn)行條件與設(shè)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(guò)增加濃度梯度或提高氧氣轉(zhuǎn)移系數(shù)。

2 常見(jiàn)曝氣設(shè)備種類

不同環(huán)境的水處理方式不盡相同，所用的曝氣設(shè)備的類型也有所區(qū)別，主要有以下幾種類型。

2.1 鼓風(fēng)曝氣

該曝氣系統(tǒng)主要是通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)、空氣輸送管道和曝氣裝置向生化池底部輸送氧氣?？諝鈴钠貧庋b置通過(guò)，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(dòng)的過(guò)程中與混合液接觸并轉(zhuǎn)移其中，最后到達(dá)液面處破裂。曝氣裝置是鼓風(fēng)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(kuò)散裝置（倒盆擴(kuò)散器、射流曝氣器等）。

該曝氣系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：操作比較簡(jiǎn)便，設(shè)備并不復(fù)雜，自動(dòng)化程度較高。同時(shí)也存在較多的問(wèn)題：中大孔擴(kuò)散設(shè)備氧利用率較低;微孔曝氣設(shè)備易堵塞;曝氣膜片易撕裂。

2.2 機(jī)械曝氣

機(jī)械曝氣是通過(guò)安裝于池面的表面曝氣器向池中混合液充氧。當(dāng)曝氣池的葉輪或渦輪曝氣機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，混合液在以水幕、水滴與空氣接觸過(guò)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(dòng)，氣、液接觸界面不斷更新，提高氧的轉(zhuǎn)移速率。機(jī)械曝氣器按傳動(dòng)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(jī)和轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)）兩類。

機(jī)械曝氣系統(tǒng)相較于鼓風(fēng)曝氣設(shè)備具有明顯的優(yōu)越性：無(wú)需建造鼓風(fēng)機(jī)房、需要布設(shè)的管道與曝氣頭也較少、安裝較為簡(jiǎn)單、成本的投入也較低;但同樣存在一些需要解決的問(wèn)題：能耗高、氧利用率低、可調(diào)節(jié)性低且運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)成本較高。

2.3 射流曝氣

潛水射流曝氣機(jī)主要由潛污泵、曝氣器和進(jìn)氣管三部分組成，通過(guò)潛水泵產(chǎn)生水流，水流經(jīng)過(guò)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(jī)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(yīng)用于水處理的過(guò)程中。射流曝氣器既不是一種氣泡擴(kuò)散裝置，也不是一種機(jī)械曝氣設(shè)備，而是介于這二者之間的一種曝氣設(shè)備，利用氣泡擴(kuò)散和水利剪切這兩個(gè)作用達(dá)到曝氣和混合的目的。

射流曝氣具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）適應(yīng)性強(qiáng)，造價(jià)低，設(shè)備簡(jiǎn)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(qiáng);（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(guò)程中，氣體從底部進(jìn)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(dòng)，氣液在上升過(guò)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(duì)流，增強(qiáng)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(jiān)固耐用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、壓力損失低節(jié)電明顯、污泥量少等諸多優(yōu)點(diǎn)，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。

3 常用曝氣設(shè)備的比較（見(jiàn)表1）

4 曝氣設(shè)備在污水處理的發(fā)展未來(lái)

4.1 我國(guó)現(xiàn)有曝氣技術(shù)存在的問(wèn)題

根據(jù)污水處理運(yùn)營(yíng)中的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)曝氣設(shè)備的研究發(fā)現(xiàn)，在曝氣器使用過(guò)程中還存在諸多問(wèn)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(fēng)機(jī)能耗較高，風(fēng)機(jī)和曝氣器不能完美結(jié)合，造成資源浪費(fèi);（4）底部曝氣設(shè)備損壞，更換周期較長(zhǎng)，需要停產(chǎn)，成本過(guò)高。

4.2 曝氣設(shè)備的發(fā)展前景

曝氣設(shè)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(yùn)營(yíng)人員實(shí)際運(yùn)行中不斷的革新，對(duì)于曝氣設(shè)備的使用參數(shù)和技術(shù)要求日益強(qiáng)化，隨之而來(lái)的是曝氣設(shè)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(duì)水處理產(chǎn)生極大的促進(jìn)作用。曝氣設(shè)備的發(fā)展前景廣闊，產(chǎn)品的升級(jí)發(fā)展順應(yīng)了社會(huì)的發(fā)展需求，曝氣設(shè)備的推廣使用過(guò)程中應(yīng)注意與實(shí)際工作環(huán)境相結(jié)合，使曝氣設(shè)備的作用最大化發(fā)揮。

5 總結(jié)

隨著在環(huán)保力度不斷加大、形勢(shì)日漸嚴(yán)峻的今日，污水處理刻不容緩。對(duì)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(shí)，在國(guó)家“節(jié)能減排”號(hào)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(jì)與環(huán)境效益;實(shí)際工作中，曝氣設(shè)備的動(dòng)力效率、充氧能力和氧轉(zhuǎn)移速率等參數(shù)還需要進(jìn)一步研究;在選用曝氣設(shè)備時(shí)要根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)水量和排放標(biāo)準(zhǔn)，切合實(shí)際工作環(huán)境，做出合適的選擇，為我國(guó)的環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2020-02-03

作者簡(jiǎn)介：邱飛龍（1987-），男，漢族，碩士研究生，助理工程師，研究方向?yàn)樗廴究刂?、市政污水和工業(yè)廢水的治理。