水處理中曝氣設備的研究進展分析

（吉林建筑大學城建學院，吉林 長春 130000）

水處理中曝氣設備的研究進展分析

宋瑋華，任曉帥

（吉林建筑大學城建學院，吉林 長春 130000）

近年來，國內外先后出現了很多種類的新型曝氣設備，其在污水處理領域中得到了應用，這也讓曝氣設備在污水處理技術中的研究更深一步，并取得了飛躍式的發展。作為污水處理工藝中的關鍵部分，曝氣設備能夠對處理效果產生重要影響，是水處理領域中的重點關注對象。因此，本文從曝氣增氧的原理、常見種類、研究進展幾個方面手對污水處理中曝氣設備的研究進行分析。

污水處理；曝氣設備；研究進展；分析

水污染問題是值得關注的問題。保護水資源刻不容緩，必須采取合理的方法予以解決。

1 曝氣增氧的原理

在功能上分析曝氣工藝，其主要有幾個方面，第一是將有效的水和氣產生并維持，使兩者產生接觸作用，基于生物氧化在水中的作用出現氧氣消耗不斷的情況，而水中的溶解氧量會因為氧的提供得到保持。第二是能夠在曝氣區內產生大量循環流型的水和混合作用；第三是水中的固體能夠在足夠的液體下形成懸浮狀態。

在廢水的處理過程中，衡量曝氣工藝效率主要從兩個方面來進行，第一是氧利用率；第二是氧轉移速率。首先，對于氧的利用率，與之產生關系的包括了曝氣設備和系統中的運行條件等，并能從三個方法著手提高其利用率，第一是將曝氣設備的布置形式進行優化，通過對曝氣設備的合理選用，以保證氧利用率的提高；第二是盡量選擇純氧曝氣；第三是對曝氣設備進行新型種類的研究和開發，通過曝氣工藝的改良來保證曝氣效果的提高。其次，要提高氧的傳速率，有兩種方法是值得采納的，第一種是通過濃度的梯度增加來進行，其需要將氧轉移的推動力予以增加；第二種方法是將氧轉移系數進行提高來實現。

2 國內外曝氣設備的常見種類

2.1 表面曝氣類型

通常情況下，人們又將其稱之為“機械攪拌曝氣設備”，其是通過軸流式葉輪的運作來實現，并由馬達的帶動來直接實現，以將廢水通過導管經導水板噴向四周。在噴出的過程中，水會薄薄的形成一片水幕，在通過空氣接觸作用后成為水滴，而當落下的水滴與液面產生撞擊時，產生的大量氣泡和亂流會增加水中的含氧量。同時，根據不同機械的攪拌，其可以分為幾種類型，第一是高速；第二是低速；第三是臥軸；第四是豎軸。目前，污水處理廠中使用較為廣泛的幾種表面曝氣機包括第一是葉輪曝氣機；第二是倒傘曝氣機；第三是噴泉曝氣機；第四是轉亂曝氣機等。基于表面曝氣設備的超高效率，并具有方便管理和結構簡單的優勢，其在污水處理廠中占有很高的使用比例，但其存在的問題則是僅限于比較小的工程使用，如果在大規模工程中使用則無法發揮出使用效果。

2.2 鼓風曝氣設備

“壓縮空氣曝氣設備”也是鼓風曝氣設備的另外一種稱呼，在鼓風機的作用下，通過風管和擴散設備實現水中增氧的目的，并能讓空氣與池內的液體產生有效的接觸。鼓風曝氣設備的組成主要包括有，第一是鼓風機；第二是曝氣裝置；第三是連貫的管道。空氣通過相關的管道向生化池底部安裝的曝氣裝置進行輸送，即鼓風機，而曝氣裝置在空氣經過的情況下會有氣泡產生，其為各種不同的尺寸，在經過上升與流動之后，氣泡的破裂最終在液面產生，繼而形成曝氣效果。總的來說，鼓風曝氣裝置具有幾個方面的優勢，第一是操作管理便捷；第二是設備結構簡單；第三是自動化的操作維護。但其存在的弊端也不容小視，因為大孔擴散設備氣體沒有較強的利用率，導致堵塞情況時常出現在微孔擴散設備中，還需進一步改良。

2.3 射流曝氣設備

射流曝氣設備的水量是由潛水泵產生的，其通過噴嘴成為一種高速水流，而負壓在噴嘴周圍形成后介入空氣，在水流與混合流產生混合以后，混合流在擴散管內形成，并快速噴射出來，其中的水流會夾雜大量氣泡，同時在水域較深處，以及面積較大處出現渦旋攪拌，實現整個曝氣。射流曝氣機的特點和優勢比較明顯，其典型的有，第一是安裝方便；第二是使用占地面積小；第三是結構緊湊；第四是曝氣效果好；第五是使用范圍較廣；第六是系統簡單；第七是有效性強，其是目前污水處理中使用效率較好的一種。但是，射流曝氣機的缺點也比較明顯，其極易堵塞噴嘴，并要不斷向水和氣實現加壓，加上復雜的系統設備機構，并不利于后期的維護和管理。

3 污水處理中曝氣設備的研究進展

3.1 國外的研究進展

在曝氣設備的生產和發展過程中，國外研究時間較早，并且相對經驗比較豐富，其生產具有一定規模性和系統性，特別是其中的多用小孔徑曝氣器，國外在五十年代就已經開始使用。到了六七十年代，逐漸應用了大、中氣泡曝氣設備，其包括了多種類型，第一是固定螺旋；第二是塑料盆形；第三是轉形等。到了七十年代以后，由于全球陷入的能源危機，小孔微氣泡曝氣器開始被研制。目前，有關曝氣設備不僅品種繁多，且各種規格應有盡有，其中最常見的有，第一是橡皮板式微孔曝氣器；第二是鐘罩式微孔曝氣器。近年來，國外將曝氣設備的研究重點放在了優化設備上，以進一步提高污水處理效果。

溶氧效率是衡量曝氣設備性能的主要標準，Ogenan對其進行了大量研究，特別是溶氧效率在曝氣設備運行參數和相關幾何參數作用下產生的影響。Michael為了對小型槳輪曝氣機溶氧量和能耗的相互作用進行研究，其對槳輪的深度、長度等進行了不同的選擇，而其研究結果也為槳輪曝氣機不同動力的發展提供了很大的技術支持。總之，國外曝氣設備在近年來取得了飛躍式的發展成效，研究人員根據曝氣的不同方式，分別對其進行了深入研究，以了解它們的曝氣效果。其中，微風微細曝氣器生產于美國AEROMIX公司，其不僅能夠將外溢的泡沫盒浮渣輕松避免，還能有效去除各種粒徑懸浮物。

3.2 國內的研究進展

好氧曝氣方法是國內使用最為廣泛的一種，其卻存在幾個方面的問題，第一是高能耗；第二是高成本；第三是低效率。要在水中提高氧氣的傳質效率，可以通過液相和氣相接觸面積的增大來實現，根據這一原理，國內清華大學的呂奉祥將“微米氣泡曝氣器-旋流分散器”進行了自主研發。該系統能夠在氣體流量范圍較大的情況下有效使用，并產生一種小粒徑的微米氣泡，具有較高的充氧能力和傳質系數。另外，基于射流曝氣機存在的問題，重慶大學康永烽等人為了降低能耗的使用，將“自吸式自激震蕩脈沖射流曝氣器”進行了設計，并將該系列研究技術進行了發表。

北京化工大學的楊春玲作出有相關研究，如在迷宮螺旋泵的使用性能上進行更全面的優化，并以此開發出“離式螺旋曝氣設備”，對于提升其污水處理效果有著極大作用。同時，為了對曝氣性能在設備參數作用下產生的影響進行分析，北京化工大學的陳旭等人也作出有相關研究，其中，將“新型螺旋曝氣設備”進行了設計和研發，它能發揮出幾個方面的優勢，第一是吸入管路的更換；第二是不同尺寸、形狀螺紋轉子的更換；第三是實現了定子與氣液混合流場的可視化。同時，該設備不僅安裝便捷，且只需要較低的設備成本，作為一種新型曝氣技術，具有很高的應用和推廣價值。

4 結語

總而言之，本文主要對曝氣設備的原理、常見的曝氣設備類型進行了分析，并對國內外曝氣設備的研究進展進行探究。隨著環保力度的不斷加大，污水處理作為國內外環境工程的關鍵部分，必須得到相關部門、企業的高度重視，才能獲得較好的成效。因此，在處理過程中，曝氣設備的合理運用，能夠使處理效率發揮出較好的實際作用。所以，目前國內外對曝氣設備的研究主要是為了實現曝氣設備充氧能力的提高，以通過能耗的減少對環境問題進行進一步改善。

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：1671-0711（2017）08（上）-0156-02

課題項目：1.吉林省教育廳“十三五”科學技術研究項目（吉教科合字2016第532號）。2.2016年吉林省大學生創新創業訓練計劃項目第3370號。