試論曝氣技術(shù)在城市污水處理的應(yīng)用

劉慶偉　李紅亮

（河南連通路橋有限公司）

試論曝氣技術(shù)在城市污水處理的應(yīng)用

劉慶偉李紅亮

（河南連通路橋有限公司）

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市污水的處理越來越顯得迫切。污水的產(chǎn)生是城市建設(shè)發(fā)展過程中必要的產(chǎn)物，需要進(jìn)行快速有效的科學(xué)治理，方能維護(hù)城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及現(xiàn)代社會(huì)的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展環(huán)境。由于城市污水污染物成份主要是容易被微生物分解的物質(zhì)。在城市污水處理工藝技術(shù)方案中，采用曝氣充氧培養(yǎng)微生物對(duì)有機(jī)污染物質(zhì)進(jìn)行分解，這一基本原理都是相同的。本文主要對(duì)城市污水曝氣處理技術(shù)工藝及其發(fā)展相關(guān)問題進(jìn)行了簡要分析。

污水處理；曝氣技術(shù)；工藝

1　引言

曝氣是指將空氣中的氧使用人為手段強(qiáng)制向液體中轉(zhuǎn)移的過程，曝氣的目的是為了能獲得足夠的溶解氧。另外，曝氣還能有防止池內(nèi)懸浮體的下沉，能達(dá)到加強(qiáng)池內(nèi)有機(jī)物和微生物與溶解氧的接觸目的，這樣就能保證池內(nèi)微生物具有充足的溶解氧，進(jìn)而對(duì)污水中有機(jī)物的氧化進(jìn)行分解的作用。曝氣生物濾池，也稱BAF，是在20世紀(jì)80年代末90年代初發(fā)明的生物膜法污水處理技術(shù)，能有效地除去SS、COD、BOD等有害物質(zhì)，其最大處理值可達(dá)到每天幾十萬噸，且逐步發(fā)展為可以脫氮除磷，在歐美國家已經(jīng)被廣泛地運(yùn)用，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

2　曝氣技術(shù)的重要性

曝氣充氧是城市污水處理技術(shù)中最重要的手段之一，也是工藝運(yùn)行的動(dòng)態(tài)控制核心手段。在對(duì)城市污水運(yùn)行處理的時(shí)候，其中動(dòng)力消耗所占的比例約為80%，而曝氣充氧能耗也占裝置總動(dòng)力消耗約80%。所以，使用曝氣形式，或曝氣技術(shù)在城市污水處理中，技術(shù)方案中是非常重要的。

3　曝氣技術(shù)分類

3.1傳統(tǒng)的曝氣技術(shù)分類

是按照設(shè)備性質(zhì)來區(qū)分的，一般可分為三類：①表面曝氣，這類技術(shù)主要采用的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方式，機(jī)械的作用能使水體表面不斷更新后再與空氣接觸。表面曝氣又分：葉輪表面曝氣、轉(zhuǎn)刷（盤）表面曝氣。②射流自吸，曝氣時(shí)主要是利用水體的射流作用來吸入空氣。③鼓風(fēng)曝氣，這種曝氣指的是風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)時(shí)經(jīng)曝氣器擴(kuò)散后向水體中輸入空氣（或純氧）。

3.2流體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的分類

曝氣技術(shù)的實(shí)際工作原理就是使氣相中的氧向液相中轉(zhuǎn)移。傳統(tǒng)分類方法不能很好的反映出曝氣技術(shù)的實(shí)際問題。促使氣相中的氧轉(zhuǎn)移為液相中的溶解氧，主要是通過流體運(yùn)動(dòng)形成氣液接觸界面來完成的。因此，按流體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)分類則比較容易反映出曝氣技術(shù)的實(shí)質(zhì)問題。如果按流體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)來分類的話，可以將其分為液相流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)型葉輪和轉(zhuǎn)刷（盤）表面曝氣、氣相流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)型鼓風(fēng)曝氣兩種基本形式。

（1）液相流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)型葉輪和轉(zhuǎn)刷（盤）表面曝氣是采用制造液相流體的水躍而形成氣液接觸界面。射流曝氣是依靠射流液相流體吸入氣相流體而形成氣液接觸界面，這些均是屬于液相流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)型，其技術(shù)特點(diǎn)是：當(dāng)動(dòng)能作用于重質(zhì)液相流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，輕質(zhì)氣相流體是被動(dòng)接觸的，此時(shí)會(huì)在葉輪或者轉(zhuǎn)刷（盤）攪動(dòng)處及射流口附近產(chǎn)生局部持續(xù)的氣液接觸界面。

（2）氣相流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)型的曝氣，即鼓風(fēng)曝氣。鼓風(fēng)曝氣是由風(fēng)機(jī)輸送氣相流體，經(jīng)過曝氣器的擴(kuò)散后再以升泡運(yùn)動(dòng)的形式形成氣液接觸界面，這就是屬于氣相流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)型，它的技術(shù)特征表現(xiàn)為：動(dòng)能作用于輕質(zhì)氣相流體運(yùn)動(dòng)，重質(zhì)液相流體是被動(dòng)接觸，由升泡的上升運(yùn)動(dòng)，可以產(chǎn)生立體續(xù)的氣液接觸界面。

3.3新的分類必將帶來新的認(rèn)識(shí)

分類是科技中的基本問題，先進(jìn)的分類方法必將會(huì)要帶來新的認(rèn)識(shí)，從而有利于促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，優(yōu)化技術(shù)工藝方案的選擇。曝氣技術(shù)按流體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)分類，由分類的區(qū)別可以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)下面兩個(gè)問題：

（1）氣相和液相的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)與被動(dòng)接觸氣相與液相兩種流體相混，在選擇這兩種流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果技術(shù)上沒有特殊要求，那就只剩一個(gè)動(dòng)能作用的對(duì)象問題。一類是制造水躍（重質(zhì)液相主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，輕質(zhì)氣相是被動(dòng)接觸），另一類是制造升泡（輕質(zhì)氣相主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，重質(zhì)液相是被動(dòng)接觸）。由于液相流體與氣相流體兩者質(zhì)量相差比較大，其機(jī)械運(yùn)動(dòng)損耗的差異就顯得比較明顯了。

（2）氣液接觸界面的局部連續(xù)與立體連續(xù)在曝氣技術(shù)中，液相流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)類型有三種基本形式。分別為葉輪攪動(dòng)曝氣池水體表面、轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)處產(chǎn)生水躍及射流流出。由曝氣池的立體性質(zhì)看，上述三種液相流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)所形成的氣液接觸面，都具有一個(gè)共同的特征就是“局部連續(xù)”；即僅只在被攪動(dòng)的水體表面或射流口附近產(chǎn)生氣液接觸界面。而氣相流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)則不同，空氣由曝氣池池底在重力推動(dòng)下以升泡形式向上作運(yùn)動(dòng)，升泡在上升的過程中不斷的與水體產(chǎn)生接觸，因此其形成的氣液接觸界面就是“立體連續(xù)”。

4　鼓風(fēng)曝氣是曝氣技術(shù)的發(fā)展新趨勢(shì)

目前，關(guān)于城市污水處理工藝技術(shù)要求越來越高，因?yàn)殡S著人口的增加，資源的減少，人們的環(huán)保生態(tài)意識(shí)越來越強(qiáng)。越來越多的建筑工程技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到了鼓風(fēng)曝氣技術(shù)的優(yōu)越性。鼓風(fēng)曝氣技術(shù)具有動(dòng)能消耗合理、充氧效率高等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在，鼓風(fēng)曝氣技術(shù)在城市污水處理技術(shù)中已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。

4.1鼓風(fēng)曝氣技術(shù)和曝氣器原理

其核心是終端設(shè)備鼓風(fēng)曝氣技術(shù)的終端。它最關(guān)鍵的設(shè)備是氣流擴(kuò)散裝置——曝氣器。其工作原理是：鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)過管道鼓入曝氣池的氣相流體，最終由曝氣器對(duì)氣流進(jìn)行擴(kuò)散，然后再產(chǎn)生氧傳遞作用的氣液接觸界面。曝氣器決定著曝氣充氧的效率、曝氣運(yùn)行可靠程度的長短、氧傳遞的均衡性、氧供給的穩(wěn)定性，其實(shí)就是說曝氣技術(shù)的性能如何，則完全取決于曝氣終端設(shè)備（曝氣器）的功能與作用。

4.2微孔曝氣器

微孔曝氣器是采用微孔孔性定勢(shì)的方法使氣流充分?jǐn)U散。由于微孔曝氣器在清水條件中檢測(cè)可以表現(xiàn)出很好的充氧形態(tài)與指標(biāo)，新安裝后在污水處理工藝運(yùn)行初期微孔曝氣器的技術(shù)性能也會(huì)表現(xiàn)較好。

“微孔”阻力大易堵塞，這是由孔性定勢(shì)改變不了的事物性質(zhì)。在污水處理的實(shí)際工藝運(yùn)行中，目前還不可能對(duì)曝氣器的效率進(jìn)行測(cè)定，微孔曝氣器在清水條件表現(xiàn)出的效果，在污水條件的長期工藝運(yùn)行中就不可能有在清水條件下的效果了。根據(jù)實(shí)地調(diào)查，微孔曝氣器在長期運(yùn)行中，存在著孔眼與孔膜堵塞、孔板與孔膜沖壞后出現(xiàn)破壞均衡性的“集中泡涌”情況以及清洗和更換維修不方便等因素。在長期的實(shí)際運(yùn)行中微孔曝氣器在污水處理表現(xiàn)的可靠性并不是十分理想。

5　旋混曝氣器

旋混曝氣器是采用多層螺旋切割的形式進(jìn)行充氧曝氣的裝置，當(dāng)氣流進(jìn)入曝氣器時(shí)，氣流首先通過兩道螺旋切割系統(tǒng)后進(jìn)入下層多層鋸齒形曝氣頭，進(jìn)行多層切割，使氣泡切割成微氣泡，這樣大大提高了氧的利用率，具有曝氣均勻，充氧效率高的特點(diǎn)。旋混曝氣器的優(yōu)勢(shì)在于其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，氧利用率高，性能穩(wěn)定，氣孔不易堵塞，污水不倒灌，環(huán)向受力，受力均勻，使用壽命長，安裝維修方便，系統(tǒng)價(jià)格低廉。通過市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，旋混曝氣器突出表現(xiàn)了效率高、可靠性好、對(duì)長期穩(wěn)定運(yùn)行有保障的優(yōu)點(diǎn)，深得市場(chǎng)好評(píng)。“大孔排氣細(xì)泡布?xì)狻笨隙〞?huì)成為一項(xiàng)跨世紀(jì)的好技術(shù)。

[1]張中和.氧氣曝氣國內(nèi)外發(fā)展概況.上海市政工程，1999：44～51.

[2]焦?jié)蓚?淺談純氧曝氣水處理.工業(yè)水處理，1992：1～5.

[3]凌暉，王誠信.純氧曝氣在污水處理和河道復(fù)氧中的應(yīng)用.中國給水排水，1999：49～51.

[4]姜漢元，吳江，李燕城.富氧曝氣污泥性能及生化機(jī)理的研究.北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1990：36～44.

[5]陳致泰，李世剛，韓光瑤，謝有暢.采用微氣泡純氧曝氣技術(shù)處理工業(yè)廢水.工業(yè)水處理，2008：13～16.

X703

A

1673-0038（2015）12-0163-02

2015-2-28