探析曝氣在環境工程水處理中的應用

孫道臣

摘 要：環境工程水處理中主要是利用曝氣設備進行環境控制，借助曝氣設備的多樣性特點，利用氣液混合時的氣體轉移現象實現對不同性質、不同水體的污水處理。目前，曝氣技術已經在環境工程中被廣泛應用，并且水處理效果非常好，曝氣技術的最大優勢就是：適用性強、操作方面、高效成果，能夠滿足環境工程中對水資源循環利用、防止污泥沉淀的要求，對節約水源、提高經濟效益有很好的貢獻意義。

關鍵詞：曝氣技術；環境工程；污水處理；有氧分解；應用

曝氣技術一直以來在環境工程中都占有重要的地位，大部分環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，而曝氣設備在此就發揮了很大的作用，不僅能夠提高污水處理效果，還在很大程度上節約資金的投入，使得環境工程水源得到可循環利用價值。曝氣技術能夠有效的促進水源中的有機物被微生物有氧分解，實現高效凈水效果，是環境工程中廣泛應用的技術，下面文章中將對曝氣技術的基本原理、設備應用等方面進行探討。

一、曝氣的基本原理

1、曝氣技術中的氣體轉移原理

曝氣技術實質上是一種建立在氣液傳質基礎上的氣體吸收過程，其可以用雙膜理論來解釋：空氣中的氧氣分子在曝氣過程中由氣相轉移到液相，該過程中，氣體分子需要通過層流的氣膜和液膜（雙膜）。分子通過雙膜的動力來自于氣膜的氣體分壓梯度和液膜中的分子濃度梯度，阻力則來自于雙膜界面。對于氧氣的轉移過程，氧氣分子受到的阻力主要來自于液膜。

2、常用曝氣設備

環境工程污水處理過程中，主要利用曝氣設備，實施對水源凈化處理，其投資額相對較高，可達總工程投資額的一半以上，曝氣設備具有多樣化優勢，各種類型的設備可供選擇，因此，在環境工程水處理中，需要結合實際水處理條件與要求進行相應的設備選擇，常見的曝氣設備有：鼓風曝氣、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用特點與適用范圍，如：鼓風曝氣設備可以通過空氣加壓設備制造壓縮空氣，由管道將氣體通入曝氣池的空氣擴散裝置中，進而以氣泡的形式向水中擴散；表面曝氣設備則是通過曝氣機在水體表面產生旋轉擾動，將水滴或水幕揚起形成水躍，在水體和空氣的充分接觸過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移。

二、鼓風曝氣設備及其應用分析

1、鼓風曝氣設備的構成

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

2、鼓風曝氣設備的應用特性

鼓風曝氣設備的應用特性，可以依據其產生氣泡的性質差異來進行評價。對于用于形成微小氣泡的曝氣設備，其擴散裝置由多孔透氣材料構成，如陶粒、氧化鋁、尼龍等。該種設備可以產生直徑小于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，但也存在著擴散阻力較大、容易堵塞等缺點。為了防止堵塞擴散裝置，需要在鼓風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，由管道下部兩側開孔以形成氣泡。該種裝置結構簡單且氣體流動阻力較小，在大流速條件下（x≥10m/s）不容易形成堵塞，可靠性很高。

三、表面曝氣設備及其應用分析

1、表面曝氣設備的構成

表面曝氣設備在中小型污水處理廠中應用較為廣泛，其按照主轉軸的方向可以分為立軸式和水平軸式。對于常用的水平軸式表面曝氣設備，按照曝氣器的不同又可以分為轉刷曝氣器、轉盤曝氣器和轉筒曝氣器。轉刷曝氣器可以在矩形和圓形曝氣池中工作，其由電動機、減速傳動結構和轉刷等部件構成。在向氧化溝中充氧的過程中，表面曝氣設備通過轉刷葉片的不斷旋轉，使得水滴呈飛濺式切向飛出，與空氣混合。同時，轉刷還起到推動混合液在氧化溝中循環流動的作用，使得氧的溶解可以在整個氧化溝中均勻進行。該種設備由電動機、減速傳統裝置、轉軸和轉盤等部件構成，其將轉盤安裝在水平轉軸上，同樣可以對水體產生切向推動力，促進污水和活性污泥混合液循環流動混合。

2、表面曝氣設備的應用特性

表面曝氣設備的主要優點在于：結構簡單、容易操作、裝卸方便、容易維護等，目前在城市污水處理中應用比較多，具體來講，轉刷曝氣器的推進力較強，可靈活地調節充氧能力，具備很好的充氧效率，但容易破壞活性污泥絮體；轉盤曝氣器同樣具備轉刷曝氣器的主要優點，且對絮體的剪切作用小；新型轉筒曝氣器集曝氣、攪拌、混合、循環推流等多種功能于一體，不僅改善了深水曝氣的效率，且可以適應不同的工作環境，安裝和維護工作也較為方便。

四、水下曝氣設備及其應用分析

1、水下曝氣設備的構成

水下曝氣設備，其最大的特點是置于曝氣水體的底層或中層，將空氣送入水中來完成水氣混合。按照水下供氣的方式不同，又可以分為射流式曝氣機和潛水式曝氣機。常用的自吸式射流曝氣機由潛水泵和射流器構成，通過潛水泵工作產生高壓水流，再經由射流器噴嘴形成射流，該高速射流可以在混合室內形成負壓，將空氣通過導管吸入并充分混合，并從射流器噴出（而供氣式射流曝氣機的空氣則是由空氣壓縮機或鼓風機提供的）。由于噴出的射流具有較高的動能，因此可以使曝氣池中的水體形成環流，使得氧氣溶解更為均勻；而潛水式曝氣機，又稱泵式水下曝氣機，常作為SBR反應器的配套曝氣設備。

2、水下曝氣設備的應用特性

水下曝氣機可針對水底層直接送氧氣，這樣一來，其優點就會非常明顯，比如：供氧速度直接上升，供養范圍可擴展到最大范圍，并且對水池底層的污泥雜志進行吹動，同時水下活動的噪聲可大大縮減，減少對周邊居民的生活影響。水下曝氣設備有：射流式水下曝氣設備、潛水曝氣器、自吸式螺旋曝氣器等，各曝氣設備都有相應的適用范圍，如：建筑、工業等領域廢水、污水處理可利用射流式水下曝氣設備的曝氣與攪拌功能；環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，相應的維護費低，運行效率高，是一個經濟實用型的選擇。

參考文獻：

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