（吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院，吉林 長春 130000）

水處理中曝氣設(shè)備的研究進展分析

宋瑋華，任曉帥

（吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院，吉林 長春 130000）

近年來，國內(nèi)外先后出現(xiàn)了很多種類的新型曝氣設(shè)備，其在污水處理領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，這也讓曝氣設(shè)備在污水處理技術(shù)中的研究更深一步，并取得了飛躍式的發(fā)展。作為污水處理工藝中的關(guān)鍵部分，曝氣設(shè)備能夠?qū)μ幚硇Чa(chǎn)生重要影響，是水處理領(lǐng)域中的重點關(guān)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(shè)備的研究進行分析。

污水處理；曝氣設(shè)備；研究進展；分析

水污染問題是值得關(guān)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(chǎn)生并維持，使兩者產(chǎn)生接觸作用，基于生物氧化在水中的作用出現(xiàn)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(qū)內(nèi)產(chǎn)生大量循環(huán)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(tài)。

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(zhuǎn)移速率。首先，對于氧的利用率，與之產(chǎn)生關(guān)系的包括了曝氣設(shè)備和系統(tǒng)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(shè)備的布置形式進行優(yōu)化，通過對曝氣設(shè)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(shè)備進行新型種類的研究和開發(fā)，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(zhuǎn)移的推動力予以增加；第二種方法是將氧轉(zhuǎn)移系數(shù)進行提高來實現(xiàn)。

2 國內(nèi)外曝氣設(shè)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(shè)備”，其是通過軸流式葉輪的運作來實現(xiàn)，并由馬達的帶動來直接實現(xiàn)，以將廢水通過導(dǎo)管經(jīng)導(dǎo)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(dāng)落下的水滴與液面產(chǎn)生撞擊時，產(chǎn)生的大量氣泡和亂流會增加水中的含氧量。同時，根據(jù)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(zhuǎn)亂曝氣機等?；诒砻嫫貧庠O(shè)備的超高效率，并具有方便管理和結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)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(guī)模工程中使用則無法發(fā)揮出使用效果。

2.2 鼓風(fēng)曝氣設(shè)備

“壓縮空氣曝氣設(shè)備”也是鼓風(fēng)曝氣設(shè)備的另外一種稱呼，在鼓風(fēng)機的作用下，通過風(fēng)管和擴散設(shè)備實現(xiàn)水中增氧的目的，并能讓空氣與池內(nèi)的液體產(chǎn)生有效的接觸。鼓風(fēng)曝氣設(shè)備的組成主要包括有，第一是鼓風(fēng)機；第二是曝氣裝置；第三是連貫的管道?？諝馔ㄟ^相關(guān)的管道向生化池底部安裝的曝氣裝置進行輸送，即鼓風(fēng)機，而曝氣裝置在空氣經(jīng)過的情況下會有氣泡產(chǎn)生，其為各種不同的尺寸，在經(jīng)過上升與流動之后，氣泡的破裂最終在液面產(chǎn)生，繼而形成曝氣效果?？偟膩碚f，鼓風(fēng)曝氣裝置具有幾個方面的優(yōu)勢，第一是操作管理便捷；第二是設(shè)備結(jié)構(gòu)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(shè)備氣體沒有較強的利用率，導(dǎo)致堵塞情況時常出現(xiàn)在微孔擴散設(shè)備中，還需進一步改良。

2.3 射流曝氣設(shè)備

射流曝氣設(shè)備的水量是由潛水泵產(chǎn)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(chǎn)生混合以后，混合流在擴散管內(nèi)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(xiàn)渦旋攪拌，實現(xiàn)整個曝氣。射流曝氣機的特點和優(yōu)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??；第三是結(jié)構(gòu)緊湊；第四是曝氣效果好；第五是使用范圍較廣；第六是系統(tǒng)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(xiàn)加壓，加上復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)備機構(gòu)，并不利于后期的維護和管理。

3 污水處理中曝氣設(shè)備的研究進展

3.1 國外的研究進展

在曝氣設(shè)備的生產(chǎn)和發(fā)展過程中，國外研究時間較早，并且相對經(jīng)驗比較豐富，其生產(chǎn)具有一定規(guī)模性和系統(tǒng)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(jīng)開始使用。到了六七十年代，逐漸應(yīng)用了大、中氣泡曝氣設(shè)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(zhuǎn)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(guān)曝氣設(shè)備不僅品種繁多，且各種規(guī)格應(yīng)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(shè)備的研究重點放在了優(yōu)化設(shè)備上，以進一步提高污水處理效果。

溶氧效率是衡量曝氣設(shè)備性能的主要標(biāo)準(zhǔn)，Ogenan對其進行了大量研究，特別是溶氧效率在曝氣設(shè)備運行參數(shù)和相關(guān)幾何參數(shù)作用下產(chǎn)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(jié)果也為槳輪曝氣機不同動力的發(fā)展提供了很大的技術(shù)支持?？傊?，國外曝氣設(shè)備在近年來取得了飛躍式的發(fā)展成效，研究人員根據(jù)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(fēng)微細曝氣器生產(chǎn)于美國AEROMIX公司，其不僅能夠?qū)⑼庖绲呐菽懈≡p松避免，還能有效去除各種粒徑懸浮物。

3.2 國內(nèi)的研究進展

好氧曝氣方法是國內(nèi)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(zhì)效率，可以通過液相和氣相接觸面積的增大來實現(xiàn)，根據(jù)這一原理，國內(nèi)清華大學(xué)的呂奉祥將“微米氣泡曝氣器-旋流分散器”進行了自主研發(fā)。該系統(tǒng)能夠在氣體流量范圍較大的情況下有效使用，并產(chǎn)生一種小粒徑的微米氣泡，具有較高的充氧能力和傳質(zhì)系數(shù)。另外，基于射流曝氣機存在的問題，重慶大學(xué)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(shè)計，并將該系列研究技術(shù)進行了發(fā)表。

北京化工大學(xué)的楊春玲作出有相關(guān)研究，如在迷宮螺旋泵的使用性能上進行更全面的優(yōu)化，并以此開發(fā)出“離式螺旋曝氣設(shè)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(shè)備參數(shù)作用下產(chǎn)生的影響進行分析，北京化工大學(xué)的陳旭等人也作出有相關(guān)研究，其中，將“新型螺旋曝氣設(shè)備”進行了設(shè)計和研發(fā)，它能發(fā)揮出幾個方面的優(yōu)勢，第一是吸入管路的更換；第二是不同尺寸、形狀螺紋轉(zhuǎn)子的更換；第三是實現(xiàn)了定子與氣液混合流場的可視化。同時，該設(shè)備不僅安裝便捷，且只需要較低的設(shè)備成本，作為一種新型曝氣技術(shù)，具有很高的應(yīng)用和推廣價值。

4 結(jié)語

總而言之，本文主要對曝氣設(shè)備的原理、常見的曝氣設(shè)備類型進行了分析，并對國內(nèi)外曝氣設(shè)備的研究進展進行探究。隨著環(huán)保力度的不斷加大，污水處理作為國內(nèi)外環(huán)境工程的關(guān)鍵部分，必須得到相關(guān)部門、企業(yè)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(shè)備的合理運用，能夠使處理效率發(fā)揮出較好的實際作用。所以，目前國內(nèi)外對曝氣設(shè)備的研究主要是為了實現(xiàn)曝氣設(shè)備充氧能力的提高，以通過能耗的減少對環(huán)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(xué)技術(shù)研究項目（吉教科合字2016第532號）。2.2016年吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目第3370號。