探究曝氣在環(huán)境工程水處理中的應(yīng)用

李金昊

摘 要：曝氣作為一項(xiàng)工程技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境工程中。曝氣技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，氣體混合之后加速了氣體的轉(zhuǎn)移，為了能夠?qū)⒖諝馑腿氲狡貧獬刂校枰哟髮?duì)空氣加壓設(shè)備的使用，同時(shí)還可以使用曝氣器來(lái)產(chǎn)生水躍現(xiàn)象，配合出水氣混合液，促進(jìn)水中氧氣溶解量的大大提升?，F(xiàn)階段，在環(huán)境工程水處理中，使用最為廣泛的曝氣設(shè)備主要包括表面曝氣設(shè)備、鼓風(fēng)曝氣設(shè)備及水下曝氣設(shè)備，不用的曝氣設(shè)備在應(yīng)用過(guò)程中的處理需求及環(huán)境要求存在著一定的差異，與氧氣利用率、曝氣效率等參數(shù)指標(biāo)有直接關(guān)系。本文介紹了曝氣的基本原理及性能指標(biāo)，闡述了曝氣在環(huán)境工程水處理中的應(yīng)用情況，并提出了曝氣設(shè)備的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：曝氣；環(huán)境工程；水處理

中圖分類號(hào)：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）21-0001-02

曝氣是環(huán)境工程水處理中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，為微生物的生化作用提供了足夠的供氧量，促進(jìn)了池內(nèi)有機(jī)物、微生物及溶解氧的混合，即水、泥、氣三者的混合，為降解微生物中的雜質(zhì)起到了重要作用。工程設(shè)計(jì)人員承擔(dān)污水處理運(yùn)行管理的重任，應(yīng)掌握曝氣設(shè)備充氧原理。在二級(jí)生物處理廠中，曝氣所占的充氧電耗占較高的比例，是全廠動(dòng)力消耗的60%-70%。因此，當(dāng)前污水生物處理領(lǐng)域在發(fā)展過(guò)程中，需要將研制高效節(jié)能型曝氣設(shè)備作為主要的研究課題。

1 曝氣的基本原理及性能指標(biāo)

1.1 曝氣的基本原理

曝氣技術(shù)作為一種氣體吸收過(guò)程，建立在氣液傳質(zhì)基礎(chǔ)上，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，需要運(yùn)用雙膜理論來(lái)解釋，在曝氣處理過(guò)程中，完成了對(duì)空氣中氧氣分子由氣相向液相進(jìn)行轉(zhuǎn)移的過(guò)程，氣體分子通過(guò)了氣膜和液膜。其中，分子通過(guò)的動(dòng)力主要來(lái)源于氣膜的分壓梯度及液膜的分子濃度梯度，雙模界面增加了氣膜的阻力。氧氣在轉(zhuǎn)移過(guò)程中，容易受到氧氣分子阻力的影響，其阻力主要來(lái)源于液膜中。

1.2 曝氣的性能指標(biāo)

曝氣技術(shù)在污水處理過(guò)程中應(yīng)用，主要借助于曝氣設(shè)備，運(yùn)行成本較高，占據(jù)污水處理廠運(yùn)行總費(fèi)用的60%。通常，比較常見(jiàn)的曝氣設(shè)備主要包括：表面曝氣、鼓風(fēng)曝氣及水下曝氣三種，其中，表面曝氣在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，主要是借助于水躍，通過(guò)與空氣及水體進(jìn)行接觸，有助于增加水的含氧量。鼓風(fēng)曝氣主要是通過(guò)空氣加壓設(shè)備來(lái)達(dá)到壓縮制造空氣的目的，使用管道將氣體曝氣池的空氣擴(kuò)散裝置中，并且能夠以氣泡的形式逐漸向水中擴(kuò)散。水下曝氣主要是指向水下吸入或直接充入的過(guò)程，完成了高速高壓空氣從氣相向液相轉(zhuǎn)移的過(guò)程。為了更好的完成對(duì)曝氣設(shè)備充氧能力進(jìn)行判斷，主要利用一些技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析。例如，標(biāo)準(zhǔn)曝氣效率，是指在101kPa及20℃條件下，當(dāng)曝氣設(shè)備每消耗一個(gè)單位的軸功率時(shí)，所傳遞的氧氣量及氧氣利用率，由鼓風(fēng)設(shè)備決定，分析氧氣在總供氧量中的百分比。充氧能力，指在101kPa及20℃條件下，在特定的單位時(shí)間內(nèi)，所產(chǎn)生的總體供氧量。推動(dòng)容量，該容量在計(jì)算過(guò)程中，與表面曝氣有直接關(guān)系，當(dāng)溝內(nèi)的混合液流速在0.3m/s時(shí)，能夠計(jì)算出單位有效長(zhǎng)度下，所能推動(dòng)的水的體積[1]。

2 曝氣在環(huán)境工程水處理中的應(yīng)用

2.1 水下曝氣設(shè)備的應(yīng)用

水下曝氣設(shè)備在使用過(guò)程中，能夠?qū)⒖諝庵苯铀腿氲剿祝宫F(xiàn)出了較快的供氧速度，有效的避免了曝氣池中污泥沉淀現(xiàn)象，并且由于水躍現(xiàn)象的產(chǎn)生，降低了對(duì)噪聲的污染。因此，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，水下曝氣設(shè)備常應(yīng)用在工業(yè)廢水處理及建筑行業(yè)中，并且展現(xiàn)出了攪拌及曝氣作用。另外，水下曝氣設(shè)備在應(yīng)用過(guò)程中，潛水曝氣器還能夠?qū)⒖諝廪D(zhuǎn)化為細(xì)小均勻的氣泡，氧氣的利用率較高，具有較廣的使用范圍。自吸式螺旋曝氣器作為一種小型污水處理曝氣裝置，在大型氧化溝中被廣泛使用，并且自身還具有維護(hù)費(fèi)用低及運(yùn)行效率高特點(diǎn)。

2.2 表面曝氣設(shè)備的應(yīng)用

表面曝氣設(shè)備作為環(huán)境工程水處理中的一項(xiàng)常用設(shè)備，表面曝氣設(shè)備在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，利用馬達(dá)來(lái)帶動(dòng)軸流式葉輪運(yùn)作，廢水的噴射借助導(dǎo)管經(jīng)導(dǎo)水板來(lái)完成，在噴射過(guò)程中會(huì)形成一層薄薄的水幕，廢水通過(guò)與空氣接觸形成水滴，水滴在往下滴落時(shí)會(huì)撞擊到液面上，進(jìn)而液面上會(huì)出現(xiàn)大量的氣泡，并且液面上還會(huì)產(chǎn)生亂流情況，污水中的含氧量大大增加，為污水中微生物及有機(jī)物與氧氣發(fā)生反應(yīng)提供了機(jī)會(huì)，達(dá)到了污水處理目標(biāo)要求。表面曝氣設(shè)備由于自身的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，有助于降低使用成本。表面曝氣設(shè)備圖如圖1所示。

例如，某污水處理廠，在進(jìn)行污水處理時(shí)，采用氧化溝工藝，配備了9臺(tái)表面曝氣機(jī)，其中3臺(tái)是倒傘表面曝氣機(jī)，單溝處理能力能夠達(dá)到4×104m2/d。在利用表面曝氣設(shè)備進(jìn)行污水處理時(shí)，電機(jī)常會(huì)出現(xiàn)無(wú)法驅(qū)動(dòng)葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)及葉輪浸沒(méi)程度不足等情況，為了確保電機(jī)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，需要將葉輪機(jī)的上半部分暴露在水面上。雖然該種方法有助于確保電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，但是在一定程度上又會(huì)導(dǎo)致電機(jī)充氧能力下降，污水處理工作無(wú)法達(dá)到預(yù)期指標(biāo)要求。另外，電能資源消耗過(guò)大也是電機(jī)目前面臨的主要問(wèn)題，針對(duì)該情況，需對(duì)曝氣機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，增設(shè)推流器，加大對(duì)復(fù)合葉輪倒傘表面曝氣機(jī)的使用，確保曝氣設(shè)備各項(xiàng)功能的完善性，提升曝氣設(shè)備使用效果。通過(guò)對(duì)表面曝氣設(shè)備進(jìn)行改造處理，曝氣設(shè)備的能耗量降低，提升了污水處理效果，展現(xiàn)出了較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 鼓風(fēng)曝氣設(shè)備的應(yīng)用

鼓風(fēng)曝氣設(shè)備在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，主要是通過(guò)曝氣機(jī)來(lái)將空氣注入到污水內(nèi)，由于曝氣設(shè)備與輸送管道之間密切相連，能夠加速污水中空氣的快速擴(kuò)散，促進(jìn)了水泥物質(zhì)的混合。鼓風(fēng)曝氣設(shè)備由多個(gè)部件組成，當(dāng)空氣進(jìn)入到鼓風(fēng)機(jī)后，會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡，氣泡會(huì)隨之而上升，在上升的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)破裂，污水中會(huì)轉(zhuǎn)入進(jìn)大量的氧氣。鼓風(fēng)曝氣設(shè)備圖如圖2所示。

例如，單微孔曝氣設(shè)備與鼓風(fēng)曝氣設(shè)備之間的結(jié)合使用，促進(jìn)了懸浮固體物與生物氧化物之間的有效結(jié)合，確保了兩者能夠快速融為一體，有效節(jié)省了后續(xù)沉淀池。曝氣生物濾池在實(shí)際的使用過(guò)程中，與傳統(tǒng)的處理環(huán)境工程有直接關(guān)系，要結(jié)合實(shí)際的使用情況，合理選擇曝氣設(shè)備。不同的曝氣設(shè)備在性能及特點(diǎn)方面存在一定差異，污水處理效果也多有不同。性能好的曝氣設(shè)備有助于降低能耗消耗，提升污水處理效果。因此要合理選擇曝氣設(shè)備。同時(shí)，曝氣設(shè)備在選擇過(guò)程中，還可以結(jié)合設(shè)備參數(shù)、性能優(yōu)化選擇，確保所使用的設(shè)備都具有較高的性能。為了提升曝氣設(shè)備的除污效果，可以將不同性能的曝氣設(shè)備結(jié)合在一起使用[2]。endprint

2.4 曝氣設(shè)備的選用分析

（1）水下曝氣設(shè)備的選用。水下曝氣設(shè)備置于曝氣水體的中層或底層位置，通過(guò)將空氣送入到水中，來(lái)完成水氣之間的混合。通常按照水下供氣方式的不同，分為潛水式曝氣機(jī)及射流式曝氣機(jī)，通過(guò)潛水泵工作從而產(chǎn)生高壓水流，通過(guò)射流器噴嘴從而形成射流，通過(guò)導(dǎo)管將空氣吸入進(jìn)來(lái)并與之相混合，并從射流器中噴出?；旌弦鹤陨淼牧魉佥^高，會(huì)在曝氣池中形成循環(huán)水流。對(duì)于較小的曝氣系統(tǒng)，需要使用自吸式螺旋曝氣機(jī)，該種曝氣設(shè)備在實(shí)際的使用過(guò)程中，會(huì)以一定的角度入水，潛水式曝氣機(jī)，作為SBR反應(yīng)器配套曝氣設(shè)備，潛水機(jī)與葉輪相連接，葉輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生較高的流速，能夠?qū)a(chǎn)生的負(fù)壓通過(guò)空氣導(dǎo)管吸入，由導(dǎo)流孔增壓排出。（2）表面曝氣設(shè)備的選用。表面曝氣設(shè)備主要是指水體表面通過(guò)攪拌旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的水躍現(xiàn)象，通過(guò)與空氣充分接觸，加速了氧氣的溶解。表面曝氣設(shè)備在中小型的污水處理中被廣泛使用，按照主轉(zhuǎn)軸方向進(jìn)行劃分，主要分為水平軸和立軸。按照曝氣器不同，又分為轉(zhuǎn)盤(pán)曝氣器、轉(zhuǎn)刷曝氣器及轉(zhuǎn)筒曝氣器。在圓形及矩形曝氣池中被廣泛應(yīng)用。轉(zhuǎn)盤(pán)曝氣器，由減速傳統(tǒng)裝置、電動(dòng)機(jī)裝置及轉(zhuǎn)盤(pán)和轉(zhuǎn)軸部件組成，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)水體產(chǎn)生了切向推動(dòng)力，能夠?qū)⒒钚晕勰嗉拔鬯旌显谝黄?。需要選擇高強(qiáng)度、耐腐蝕及輕質(zhì)的轉(zhuǎn)盤(pán)曝氣器，具有可獨(dú)立拆裝特點(diǎn)，通常使用玻璃鋼將其壓制成型，表面會(huì)呈現(xiàn)出圓形的凹坑和梯形狀[3]。（3）鼓風(fēng)曝氣設(shè)備的選用。鼓風(fēng)曝氣設(shè)備作為曝氣系統(tǒng)中一種常見(jiàn)的曝氣設(shè)備，空氣加壓裝置由鼓風(fēng)機(jī)和空氣凈化系統(tǒng)組成，送風(fēng)量的大小主要是結(jié)合需氧量來(lái)判斷。為了確保能夠順利將氣體送入到水體中，需要將鼓風(fēng)機(jī)的送風(fēng)壓力控制在大于空氣擴(kuò)散裝置及管道系統(tǒng)摩擦損耗處的靜水壓。為了增加液體及空氣接觸的表面積，使用空氣擴(kuò)散裝置，將氣體分成大小不同的氣泡，對(duì)擴(kuò)散裝置進(jìn)行分類時(shí)，需要結(jié)合氣泡產(chǎn)生方式的不同，對(duì)空氣裝置管道進(jìn)行分類，以便選擇的空氣裝置能夠適應(yīng)不同尺寸氣泡的產(chǎn)生需求。

3 曝氣設(shè)備的發(fā)展前景

污水處理是現(xiàn)階段環(huán)境工程中的一項(xiàng)重要工作任務(wù)，使用到的污水處理設(shè)備較多，對(duì)設(shè)備的性能及結(jié)構(gòu)有著較高的要求。因此，為了展現(xiàn)出曝氣設(shè)備的應(yīng)用效果及質(zhì)量，需要從多個(gè)方面對(duì)設(shè)備進(jìn)行探究，了解設(shè)備在實(shí)際的使用過(guò)程中出現(xiàn)的故障次數(shù)及污水水質(zhì)情況。因此，為了確保曝氣設(shè)備選擇的合理性，要不斷優(yōu)化曝氣設(shè)備，加強(qiáng)污水處理，促進(jìn)污水處理技術(shù)的發(fā)展。近年來(lái)，污水處理技術(shù)取得了高效的發(fā)展，進(jìn)而帶動(dòng)了曝氣設(shè)備的發(fā)展，曝氣設(shè)備在未來(lái)有著廣泛的應(yīng)用前景，曝氣設(shè)備的使用范圍較廣，要不斷優(yōu)化曝氣處理技術(shù)，結(jié)合實(shí)際的使用需求，對(duì)曝氣處理技術(shù)進(jìn)行不斷的改進(jìn)及完成，將最新的技術(shù)納入到曝氣設(shè)備中來(lái)，提升污水處理效果及處理質(zhì)量，以達(dá)到節(jié)能減排和能量消耗的目的，促進(jìn)曝氣設(shè)備的良好發(fā)展[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，曝氣設(shè)備在現(xiàn)代化水污染處理中具有良好的應(yīng)用效果及應(yīng)用質(zhì)量。為了提升曝氣設(shè)備的應(yīng)用效果，需要結(jié)合曝氣需求不同及實(shí)際的應(yīng)用情況，選擇不同種類及不同技術(shù)的曝氣設(shè)備，有助于促進(jìn)曝氣設(shè)備效率、氧氣利用率及充氧能力的提升，推動(dòng)了大容量曝氣設(shè)備的高效運(yùn)作及可靠性運(yùn)行。通過(guò)對(duì)水下曝氣設(shè)備、表面曝氣設(shè)備及鼓風(fēng)曝氣設(shè)備的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，了解其應(yīng)用特性及產(chǎn)生的應(yīng)用價(jià)值，為環(huán)境工程水處理研究工作的開(kāi)展提供一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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