浅论污水曝气现状与发展

粟莹

摘 要：曝气是指利用充气或机械搅动等方法将空气中的氧强制向液体中转移，增大水与气体接触，进行溶氧或散除水中溶解性气体和挥发性物质的过程。主要应用在水产养殖曝气和污水处理曝气两个领域。常用的曝气方式主要有机械曝气、鼓风曝气、射流曝气三大类，现有较好的为射流曝气方式。随着科技进步、节能减排和环境标准的要求，认为未来曝气设备向有多方位曝气扩散器、低耗能曝气能源装置、简便的输送方式发展。

关键词：污水曝气；曝气方式；发展

1 曝气浅论

曝气是指利用充气或机械搅动等方法将空气中的氧强制向液体中转移，增大水与气体接触，进行溶氧或散除水中溶解性气体和挥发性物质的过程。

曝气是使空气与水强烈接触的一种手段，氧由空气（气相）向水体（液相）进行传质转移，这种传质扩散的理论，目前应用较多的是刘易斯和惠特曼提出的双膜理论：在“气-水”界面上存在着气膜和液膜，膜外有空气和液体流动，属紊流状态；膜间属层流状态，不存在对流，在一定条件下会出现气压梯度和浓度梯度；如果液膜中氧的浓度低于水中氧的饱和浓度，空气中的氧继续向内扩散透过液膜进入水体，因而液膜和气膜将成为氧传递的障隘，这就是双膜理论。而克服液膜障隘最有效的方法是快速变换“气-液”界面。曝气搅拌正是如此，具体的做法就是：减少气泡的大小，增加气泡的数量，提高液体的紊流程度，加大曝气器的安装深度，延长气泡与液体的接触时间。曝气设备正是基于这种原理被广泛采用的。

曝气主要应用在以下两个领域：水产养殖曝气和污水处理曝气。

文章主要讨论的是污水处理中的曝气，是污水好氧生化处理系统中运转费用最高的工艺环节，在好氧工艺中，曝气主要功能是防止池内悬浮体下沉，加强池内有机物与微生物及溶解氧的接触，其充氧效率与好氧微生物生长量成正相关性。因此溶解氧的供给量要根据好氧微生物的数量、生理特性、基质性质及浓度来综合考虑。这样，活性污泥才能处在最佳的降解有机物的状态。根据试验表明，曝气池中溶解氧维持在3～4mg/L为宜，若供氧不足，活性污泥性能差，导致废水处理效果下降。为保证有充足的供氧，必须依靠一种设备来完成，例如曝气器。而曝气充氧电耗一般占总动力消耗的60%～70%，因此优选能耗少、造价低的曝气装置具有重要意义。

2 主要曝气方式

曝气技术主要有机械曝气、鼓风曝气、射流曝气等几大类。

2.1 机械曝气

指借助机械设备（如叶片、叶轮等）使活性污泥法曝气池中废水和污泥充分混合，并使混合液液面不断更新与空气接触，来增加水中的溶解氧的方法。目前广泛采用的主要有表面曝气机和浸没式涡轮曝气机两类。这种曝气方法设备简单，维护管理方便，但由于耗能大，易产生泡沫和死角，维修困难，因此只是常用于较小的曝气池，而未广泛使用。

2.2 鼓风曝气

鼓风曝气又称压缩空气曝气，系统由鼓风机、曝气器和一系列连通的管线组成。鼓风机供应一定的风量，将空气通过一系列管道输送到安装在池底部的曝气器，通过曝气器，使空气形成不同尺寸的气泡。气泡在曝气器出口形成，尺寸则取决于空气扩散装置的形式，气泡经过上升和随水循环环流动，最后在液面处破裂，这一过程产生氧向污水中转移的作用。扩散器是整个鼓风曝气系统的关键部件，它的作用是将空气分散成空气泡，增大空气和混合液之间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。

鼓风系统的曝气器主要分为微气泡、中气泡、大气泡、水力剪切、水力冲击及空气升液等类型。特点有：（1）能产生一定的风量使水体或液体中增加足够的溶解氧，以满足好氧生物对氧气的需求；（2）能产生足够的压力，使气体在液体中充分扩散和溶解并阻止液体中悬浮物下沉。

鼓风曝气一般需要修建鼓风机房及布设大量鼓风管道，曝气头易堵塞，大型氧化池需要运行的功率大，但由于其相对于表面曝气来说能耗小、维修简单等，因而被较大范围使用。

2.3 射流曝气

射流曝气从20世纪40年代开始应用到废水处理中，至今已有60多年的历史。射流曝气器属于微气泡曝气器，它通过混合液的高速射流，将鼓风机引入的空气切割粉碎为微气泡，使混合液和微气泡充分混合和接触，促进了氧的传递，提高了反应速率。也可设计成负压自吸式的射流器，这样可以省掉鼓风机，避免鼓风机引起的噪声。

射流曝气系统的核心设备是射流器。射流器是利用射流紊动扩散作用来传递能量和质量的流体机械和混合反应设备，它由喷嘴、吸气室、喉管及扩散管等部件构成。射流器采用文丘里喷嘴，工作水泵出水通过射流器的喷嘴，随着喷嘴直径变小，液体以极高的速度从喷嘴喷射出来，高速流动的液体穿过吸气室进入喉管，在喉管形成局部真空，通过导气管吸入（或压入）的大量空气进入喉管后，在喷水压力的作用下被分割成大量微小的气泡，与水形成混合体。气液混合体通过扩散管向外排出，其速度减慢，压力增强，形成强力喷射流，对废水搅拌充氧。气泡经多次切割，喷射扰动后，变成无数的细小气泡，其表面积很大，使空气中的氧更易快速溶解于水中。由于气泡直径小，上升速度缓慢，从而延长了大气中氧气溶解于水的时间，促使废水和氧气充分混合接触，氧化废水中的还原性物质，杀灭大部分还原菌和其它一些厌氧菌，进而达到处理废水的目的。

射流曝气作为一种曝气充氧方法，它利用气泡扩散和水力剪切两个作用达到曝气和混合的目的。一般情况下单位体积的气量扩散产生的气泡愈多，从而形成的气液接触界面就愈大，那么氧传质作用效率愈高。经射流曝气器扩散所产生的气泡量的多少，直接影响到氧传递效率。主要优势有：（1）运行简单方便高效，运转无噪音；（2）溶氧高效；（3）系统简单、性能可靠；（4）易安装、少维护；（5）适用范围广。但射流曝气同时还存在充氧量不易调节、对池体深度有要求等问题。

除此之外，现在污水处理中常用的曝气方式还有沉水式曝气、纯氧曝气、强力造流曝气等。

3 曝气发展方向

纵观上述，三种曝气方式各有优点，适合于不同的曝气工艺，但同时又都存在一定的缺点，因此，作者认为，未来曝气设备的发展方向有一下几个趋势：

3.1 多方位曝气扩散器

由于现今的曝气头存在易杜塞、不耐用以及曝气方向不足等，目前虽有陶瓷等材质的新型曝气头问世，但是其抗压力和抗堵塞能力仍然不强，因此未来曝气头的材质发展趋势可能会朝着新型环保价廉的耐用复合材料发展，以满足曝气在足够压力下能保持长久的稳定性；而曝气头样式的发展趋势则有可能多元化：如吊挂在池中的圆形多孔状曝气头，满足不同方位的需氧要求，挂件可以自动移动，防止产生死角；汽水混合式曝气头，上部出气、下部出水或汽水经剪切混合排出；单纯水利剪切式曝气头等。

3.2 低耗能曝气能源装置

有了好的扩散器，若没有相应的能源输送和动力设备，也只是空谈，因此未来的发展趋势除了拥有较高的功能外，高效的输出功率和低损耗率也是必不可少的，而曝气机以及射流曝气机等应是未来发展的主要重点，而两者结合的产品也是未来的发展趋势之一。

3.3 简便的输送方式

目前，许多大型污水处理站的曝气工艺中，管道遍布，给维修增加了困难，而普通管道寿命短，水下部分易受污水腐蚀，而耐腐蚀的管道又由于价格昂贵而使许多业主使用不上，因此，研究一种耐腐蚀、抗高温的新型复合材料，虽然目前理论上来说这种材料不难找到，但是低廉有效环保的要求却还需要大量的研究论证。

曝气是污水处理的主要手段之一，对于生活废水和工业废水处理来说，曝气已经成为必不可少的手段之一，而随着我国经济结构转型升级和建设环境友好型、资源节约型国家的稳定推进，高效低耗已经成为业界发展的共识，同时面对愈来愈严峻的环境形势，污水处理的要求也会越来越严，这既是不断改进工艺的压力，也是动力，是曝气工艺发展面临的一次重大挑战和机遇。