曝氣設備在污水處理中的應用及發展前景

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、適用條件和優缺點等方面介紹了目前市政污水和工業廢水生化處理段常用的曝氣設備，并對不同曝氣設備的充氧效率、節能降耗和安裝維護進行比較，探討曝氣設備存在的問題和未來的發展方向。

關鍵詞：曝氣器;節能降耗;充氧效率

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：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備完美結合的結果，二者相輔相成，不可偏廢。在此過程中，設備需要切實有效的工藝才能發揮作用;同時，工藝也需要配套的設備確保工藝實施，達到處理效果。所以在污水處理行業，需要不斷更新的并非工藝，而是與工藝相適應的高效節能的水處理設備[1]。

電費的不斷上漲，使污水處理廠的運行成本增加，因成本過高而不能正常運行，出現“建得起，養不起”的現象[2]。此外，在污水處理廠的運行能耗中，曝氣系統耗電量約占總耗電量的40%-60%，選擇節能曝氣方式、研究曝氣系統控制模式，對于衡量曝氣系統對生化處理效果以及指導污水處理廠的節能運行有著重大的意義[2，3]。

1 曝氣原理

曝氣是指通過曝氣系統充氧作用，空氣中的氧被強制轉移到泥水混合液中的過程，并使混合液處于懸浮狀態，加強池內溶解氧和有機物、微生物的接觸，在有充足溶解氧的條件下，池內微生物對污水中有機物產生氧化分解作用[4，5]。

曝氣效果主要通過氧的利用率和氧轉移速率兩個參數來反映，同時也是曝氣設備的性能指標。氧利用率就是參照系統運行條件與設備自身情況優化曝氣裝置分布，合理使用曝氣裝置提高氧利用率。氧轉移速率的提高可以通過增加濃度梯度或提高氧氣轉移系數。

2 常見曝氣設備種類

不同環境的水處理方式不盡相同，所用的曝氣設備的類型也有所區別，主要有以下幾種類型。

2.1 鼓風曝氣

該曝氣系統主要是通過鼓風機、空氣輸送管道和曝氣裝置向生化池底部輸送氧氣。空氣從曝氣裝置通過，產生尺寸不同的氣泡，氣泡在上升以及隨水流循環流動的過程中與混合液接觸并轉移其中，最后到達液面處破裂。曝氣裝置是鼓風曝氣系統的重要裝置，根據產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）、水力剪切式空氣擴散裝置（倒盆擴散器、射流曝氣器等）。

該曝氣系統的優點體現在：操作比較簡便，設備并不復雜，自動化程度較高。同時也存在較多的問題：中大孔擴散設備氧利用率較低;微孔曝氣設備易堵塞;曝氣膜片易撕裂。

2.2 機械曝氣

機械曝氣是通過安裝于池面的表面曝氣器向池中混合液充氧。當曝氣池的葉輪或渦輪曝氣機轉動時，混合液在以水幕、水滴與空氣接觸過程中完成氧轉移，與池中混合液相溶，且隨著混合液上下循環流動，氣、液接觸界面不斷更新，提高氧的轉移速率。機械曝氣器按傳動軸安裝方向，分為豎軸式（泵型、倒傘型和平板型）和臥軸式（轉刷曝氣機和轉碟曝氣機）兩類。

機械曝氣系統相較于鼓風曝氣設備具有明顯的優越性：無需建造鼓風機房、需要布設的管道與曝氣頭也較少、安裝較為簡單、成本的投入也較低;但同樣存在一些需要解決的問題：能耗高、氧利用率低、可調節性低且運營維護費成本較高。

2.3 射流曝氣

潛水射流曝氣機主要由潛污泵、曝氣器和進氣管三部分組成，通過潛水泵產生水流，水流經過噴嘴加速，形成高速水流，與空氣結合產生水氣混合流。潛水射流曝氣機可以使氧氣的吸收率大大提高，且占地面積小，因此被廣泛應用于水處理的過程中。射流曝氣器既不是一種氣泡擴散裝置，也不是一種機械曝氣設備，而是介于這二者之間的一種曝氣設備，利用氣泡擴散和水利剪切這兩個作用達到曝氣和混合的目的。

射流曝氣具有如下優點：（1）適應性強，造價低，設備簡單，維修管理方便;（2）較高的氧轉移系數和氧利用率，混合攪拌作用強;（3）污泥活性好，基質降解常數較高和沉淀性能好;（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程中，氣體從底部進入，由于氣提作用，氣、水、泥混合液在筒內和筒外產生循環流動，氣液在上升過程中，與筒內切割裝置產生多次碰撞、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對流，增強了氧傳遞速率和利用率。

旋流曝氣器具有氧利用率高、不結垢不堵塞、堅固耐用壽命長、運行維護簡單、壓力損失低節電明顯、污泥量少等諸多優點，適用于不同水質狀況的污水處理，市政污水和工業廢水均可采用。

3 常用曝氣設備的比較（見表1）

4 曝氣設備在污水處理的發展未來

4.1 我國現有曝氣技術存在的問題

根據污水處理運營中的經驗和對曝氣設備的研究發現，在曝氣器使用過程中還存在諸多問題：

（1）曝氣孔堵塞、撕裂，充氣不均;（2）轉碟、轉刷曝氣器的主要部件主軸、軸承、軸承座等質量較差，不耐用;（3）配套鼓風機能耗較高，風機和曝氣器不能完美結合，造成資源浪費;（4）底部曝氣設備損壞，更換周期較長，需要停產，成本過高。

4.2 曝氣設備的發展前景

曝氣設備已成為市政污水和工業廢水處理工藝的關鍵環節，也在不斷受到廣泛的關注，隨著科研工作者的研究和運營人員實際運行中不斷的革新，對于曝氣設備的使用參數和技術要求日益強化，隨之而來的是曝氣設備的更新換代。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，對水處理產生極大的促進作用。曝氣設備的發展前景廣闊，產品的升級發展順應了社會的發展需求，曝氣設備的推廣使用過程中應注意與實際工作環境相結合，使曝氣設備的作用最大化發揮。

5 總結

隨著在環保力度不斷加大、形勢日漸嚴峻的今日，污水處理刻不容緩。對污水處理核心部分“生化處理”起著決定性作用的便是曝氣系統。同時，在國家“節能減排”號召下，控制污水處理能耗最高的曝氣系統，同樣具有較好的經濟與環境效益;實際工作中，曝氣設備的動力效率、充氧能力和氧轉移速率等參數還需要進一步研究;在選用曝氣設備時要根據進水水質水量和排放標準，切合實際工作環境，做出合適的選擇，為我國的環保事業貢獻力量。

參考文獻

[1]王春蘭，張鑫珩.污水處理用倒傘型表面曝氣機的典型應用[J].中國機電工業，2018（03）：96-98.

[2]朱五星，舒錦瓊.城市污水處理廠能量優化策略研究[J].給水排水，2005（12）：31-33.

[3]楊盼.城市污水處理廠表曝與鼓風曝氣系統能耗比較研究[D].武漢：武漢科技大學，2012.

[4]王孟嘉.A-B法在漳州市污水處理廠中的應用[J].山西建筑，2013（21）.

[5]謝偉，劉小華，胡嘉瑩.污水好氧生化處理工藝節能增效的實踐與探索[J].環境與發展，2018，30（04）：108-109.

收稿日期：2020-02-03

作者簡介：邱飛龍（1987-），男，漢族，碩士研究生，助理工程師，研究方向為水污染控制、市政污水和工業廢水的治理。