曝氣設備在污水處理中的應用及展望

顏宏亮

(錦州濱海新區（錦州經濟技術開發區）市政服務中心，遼寧 錦州 121007)

引言

我國是一個水資源比較匱乏的國家，而且水資源的分布十分不均衡，隨著我國經濟社會的快速發展導致水資源需求量，與此同時我國水環境污染形勢也在不斷加劇，這也很大程度上加劇了我國水資源短缺形勢。污水處理問題不僅關系著我國水資源供需關系和人民生活，也關系著我國經濟和社會的可持續發展，污水處理已經成為當下全社會普遍關注的問題。

1. 曝氣設備的原理

曝氣設備的工作原理是曝氣設備中的空氣壓縮裝置對空氣進行壓縮并通過擴散器對污水進行攪拌使得空氣中的氧氣強制轉移到污水中最終形成泥水混合懸浮液。在曝氣設備作用下污水池中的溶解氧濃度會大大提升，微生物便可以與有機污染物充分進行接觸，在此基礎上微生物可以通過生物降解作用將污水中的有機污染物氧化分解為無毒無害的無機物從而實現對污水的凈化處理。曝氣設備的曝氣效果主要由氧氣轉移速率和氧氣利用率兩個參數決定，這兩個參數也是評價曝氣設備性能的關鍵性指標。氧氣利用率的提升主要是結合污水處理系統的運行環境和曝氣設備的自身條件對曝氣裝置的布局方式進行優化，氧氣轉移速率的提升主要是通過加大氧氣轉移系數和氧氣濃度梯度來實現。

2. 曝氣設備的常見應用種類

2.1 鼓風曝氣

鼓風曝氣設備主要由鼓風裝置、輸送管道和曝氣裝置三部分連接組成。鼓風曝氣設備在工作時鼓風裝置的大風力風機會產生較大壓力和風量的壓縮空氣，壓縮空氣再通過空氣輸送管道輸送到生化池底部安裝的擴散曝氣裝置當中，在擴散曝氣裝置的作用下會形成很多不同大小的氣泡，這些氣泡從生化池底部持續不斷擴散到水面發生破裂便完成了曝氣過程。氣泡也會隨著水流循環作用進行擴散，而且氣泡在上升的過程中也會加速池水流動在池水中形成混合液，在此過程中鼓風曝氣設備將空氣中的氧氣充分擴散在池水中使得微生物與空氣中的氧氣充分接觸從而促使微生物對污水中的有機污染物進行氧化分解從而實現對污水的降解處理。鼓風曝氣設備的關鍵裝置是擴散曝氣裝置，按照擴散曝氣裝置所產生的氣泡的大小不同可以將擴散曝氣裝置分為：大中氣泡型擴散曝氣裝置，微小氣泡型擴散曝氣裝置和水力剪切型擴散曝氣裝置三種。鼓風曝氣設備的優勢在于結構相對簡答、操作比較便捷和系統的自動化水平高，存在的缺陷主要體現在：微小氣泡型曝氣擴散器比較容易出現堵塞，中大氣泡型擴散曝氣裝置的氧利用率偏低，水力剪切型擴散曝氣裝置的曝氣膜片容易發生撕裂。

2.2 表面曝氣

表面曝氣設備也是當前污水處理中常見和有效的曝氣設備之一，表面曝氣設備是通過安裝于污水處理設施池面的曝氣裝置來實現對池水混合液充氧的機械式曝氣設備。表面曝氣設備的核心部件是驅動馬達。表面曝氣設備在工作時，曝氣設備的驅動馬達會驅動軸流式渦輪或者葉輪進行高速旋轉并帶動污水高速旋轉形成混合液，混合液在導水板和導管的作用下向著空中和池面周圍噴射開來在池面上部空間中形成由無數細小的水滴組成的一片片連續的水幕，同時在池面上空產生大量的空氣亂流和水霧亂流也能夠有效提升空氣中氧氣向污水中的轉移速率。水滴在自身重力作用下又跌向池面，在此過程中混合液與空氣完成充分有效地接觸并將空氣中的氧氣充分地轉移到了污水當中便實現了對污水的曝氣處理。在表面曝氣設備連續運轉下，污水可以上下循環往復不斷地流動，污水、空氣、混合液不斷循環轉換使得空氣中氧氣向污水中的轉移速率大大提高。目前常見的表面曝氣裝置驅動電機傳動軸分為豎式軸和臥式軸兩種。表面曝氣設備結構簡單且運行成本低，在處理污水時無需額外配置鼓風機房，管道和曝氣頭，是一種適用面較寬和成本便于控制的實用性曝氣設備。

2.3 潛水射流曝氣

潛水射流曝氣設備是污水處理中十分重要的一種曝氣設備，潛水射流曝氣設備由潛水排污泵、進氣管道和曝氣擴散裝置三個重要部分構成。潛水射流曝氣設備在工作時潛水排污泵工作產生高速水流，高速水流再通過與潛水泵口相連的噴嘴高速輸送到混合室，同時空氣也從進氣管道進入到混合室中，高速水流和空氣混合形成水氣混合流，最后水氣混合流從曝氣擴散器排出完成全部曝氣工序。潛水射流曝氣設備主要適用于活性污泥污水處理工藝中，通過潛水射流曝氣設備可以使得池水與空氣的充分接觸進而提升微生物對有機污染物的氧化分解作用。潛水射流曝氣設備與鼓風曝氣設備的機械曝氣方式和表面曝氣設備的氣泡擴散曝氣方式都有所不同，潛水射流曝氣設備是通過水流剪切和氣泡擴散二者共同作用來實現水氣混合。潛水射流曝氣設備是一種氧氣轉移率高、占地較少、反應效率較高、適用面寬和經濟實用的曝氣設備?；跐撍淞髌貧庠O備的諸多優點，此類曝氣設備在目前污水處理中被廣泛應用，尤其適用于農村地區生活污水日常處理方面。

3.曝氣設備在污水處理中的發展展望

3.1 我國曝氣設備發展面臨的困難

通過近年來我國曝氣設備在污水處理中的應用經驗和我國環境工作者對曝氣設備的研究發現，目前我國曝氣設備在污水處理應用中存在著一些問題，如果這些問題不解決必然會對未來我國曝氣設備在污水處理中的應用發展形成阻礙，主要存在的問題包括：第一，曝氣設備容易出現充氣不均勻問題，曝氣孔容易出現破裂和堵塞；第二，主軸、軸承和軸承座等作為曝氣裝置的核心部件質量整體較差，使用壽命整體較短；第三，與曝氣設備相配套的鼓風機的電能消耗率整體偏高，風機與曝氣器匹配度和協調性整體較差導致浪費的電能較高；第四，池底曝氣裝置故障率整體較高且使用壽命整體較短，一旦池底曝氣裝置需要更換往往耗時較長導致污水處理系統無法工作，造成污水處理效率不高和時間成本增高。

3.2 我國曝氣設備未來的發展趨勢

目前曝氣設備在工業污水和城市污水處理中占據著非常重要的地位，未來曝氣設備在污水處理領域中占據的地位將會不斷提升。近年來我國環境工作者和相關研究人員在曝氣設備技術研究創新和實踐經驗積累中做了大量工作，未來隨著新型膜片和新型曝氣裝置的不斷換代升級，我國的曝氣設備整體性能將會得到有效提升，曝氣設備將在污水處理領域中發揮更大的促進作用。未來曝氣設備在我國有著比較廣闊的發展和應用空間，這也是我國水污染處理工作發展的迫切需要，在曝氣設備未來的發展和應用過程中特別需要注意曝氣設備與實際應用環境之間的匹配性，以確保曝氣設備的能效在實際應用中得到充分發揮。

總結

污水處理是污水處理技術與設備相結合的一項系統性工程，只有二者相互相輔相成才能達到理想的污水處理效果。曝氣設備是近年來污水處理中普遍采用的一類裝備，曝氣設備作為當前很多污水處理工藝的重要一環，曝氣設備的有效運行對污水處理系統起著重要作用，而且曝氣設備的耗電量在污水處理系統占據的能耗整體偏高，曝氣設備技術整體偏低。未來研究科學先進、性能優良和節能高效的曝氣設備和曝氣系統對于提升我國污水處理系統處理效率和改善我國水污染現狀有著積極的現實意義。