水处理中曝气设备的研究进展分析

（吉林建筑大学城建学院，吉林 长春 130000）

水处理中曝气设备的研究进展分析

宋玮华，任晓帅

（吉林建筑大学城建学院，吉林 长春 130000）

近年来，国内外先后出现了很多种类的新型曝气设备，其在污水处理领域中得到了应用，这也让曝气设备在污水处理技术中的研究更深一步，并取得了飞跃式的发展。作为污水处理工艺中的关键部分，曝气设备能够对处理效果产生重要影响，是水处理领域中的重点关注对象。因此，本文从曝气增氧的原理、常见种类、研究进展几个方面手对污水处理中曝气设备的研究进行分析。

污水处理；曝气设备；研究进展；分析

水污染问题是值得关注的问题。保护水资源刻不容缓，必须采取合理的方法予以解决。

1 曝气增氧的原理

在功能上分析曝气工艺，其主要有几个方面，第一是将有效的水和气产生并维持，使两者产生接触作用，基于生物氧化在水中的作用出现氧气消耗不断的情况，而水中的溶解氧量会因为氧的提供得到保持。第二是能够在曝气区内产生大量循环流型的水和混合作用；第三是水中的固体能够在足够的液体下形成悬浮状态。

在废水的处理过程中，衡量曝气工艺效率主要从两个方面来进行，第一是氧利用率；第二是氧转移速率。首先，对于氧的利用率，与之产生关系的包括了曝气设备和系统中的运行条件等，并能从三个方法着手提高其利用率，第一是将曝气设备的布置形式进行优化，通过对曝气设备的合理选用，以保证氧利用率的提高；第二是尽量选择纯氧曝气；第三是对曝气设备进行新型种类的研究和开发，通过曝气工艺的改良来保证曝气效果的提高。其次，要提高氧的传速率，有两种方法是值得采纳的，第一种是通过浓度的梯度增加来进行，其需要将氧转移的推动力予以增加；第二种方法是将氧转移系数进行提高来实现。

2 国内外曝气设备的常见种类

2.1 表面曝气类型

通常情况下，人们又将其称之为“机械搅拌曝气设备”，其是通过轴流式叶轮的运作来实现，并由马达的带动来直接实现，以将废水通过导管经导水板喷向四周。在喷出的过程中，水会薄薄的形成一片水幕，在通过空气接触作用后成为水滴，而当落下的水滴与液面产生撞击时，产生的大量气泡和乱流会增加水中的含氧量。同时，根据不同机械的搅拌，其可以分为几种类型，第一是高速；第二是低速；第三是卧轴；第四是竖轴。目前，污水处理厂中使用较为广泛的几种表面曝气机包括第一是叶轮曝气机；第二是倒伞曝气机；第三是喷泉曝气机；第四是转乱曝气机等。基于表面曝气设备的超高效率，并具有方便管理和结构简单的优势，其在污水处理厂中占有很高的使用比例，但其存在的问题则是仅限于比较小的工程使用，如果在大规模工程中使用则无法发挥出使用效果。

2.2 鼓风曝气设备

“压缩空气曝气设备”也是鼓风曝气设备的另外一种称呼，在鼓风机的作用下，通过风管和扩散设备实现水中增氧的目的，并能让空气与池内的液体产生有效的接触。鼓风曝气设备的组成主要包括有，第一是鼓风机；第二是曝气装置；第三是连贯的管道。空气通过相关的管道向生化池底部安装的曝气装置进行输送，即鼓风机，而曝气装置在空气经过的情况下会有气泡产生，其为各种不同的尺寸，在经过上升与流动之后，气泡的破裂最终在液面产生，继而形成曝气效果。总的来说，鼓风曝气装置具有几个方面的优势，第一是操作管理便捷；第二是设备结构简单；第三是自动化的操作维护。但其存在的弊端也不容小视，因为大孔扩散设备气体没有较强的利用率，导致堵塞情况时常出现在微孔扩散设备中，还需进一步改良。

2.3 射流曝气设备

射流曝气设备的水量是由潜水泵产生的，其通过喷嘴成为一种高速水流，而负压在喷嘴周围形成后介入空气，在水流与混合流产生混合以后，混合流在扩散管内形成，并快速喷射出来，其中的水流会夹杂大量气泡，同时在水域较深处，以及面积较大处出现涡旋搅拌，实现整个曝气。射流曝气机的特点和优势比较明显，其典型的有，第一是安装方便；第二是使用占地面积小；第三是结构紧凑；第四是曝气效果好；第五是使用范围较广；第六是系统简单；第七是有效性强，其是目前污水处理中使用效率较好的一种。但是，射流曝气机的缺点也比较明显，其极易堵塞喷嘴，并要不断向水和气实现加压，加上复杂的系统设备机构，并不利于后期的维护和管理。

3 污水处理中曝气设备的研究进展

3.1 国外的研究进展

在曝气设备的生产和发展过程中，国外研究时间较早，并且相对经验比较丰富，其生产具有一定规模性和系统性，特别是其中的多用小孔径曝气器，国外在五十年代就已经开始使用。到了六七十年代，逐渐应用了大、中气泡曝气设备，其包括了多种类型，第一是固定螺旋；第二是塑料盆形；第三是转形等。到了七十年代以后，由于全球陷入的能源危机，小孔微气泡曝气器开始被研制。目前，有关曝气设备不仅品种繁多，且各种规格应有尽有，其中最常见的有，第一是橡皮板式微孔曝气器；第二是钟罩式微孔曝气器。近年来，国外将曝气设备的研究重点放在了优化设备上，以进一步提高污水处理效果。

溶氧效率是衡量曝气设备性能的主要标准，Ogenan对其进行了大量研究，特别是溶氧效率在曝气设备运行参数和相关几何参数作用下产生的影响。Michael为了对小型桨轮曝气机溶氧量和能耗的相互作用进行研究，其对桨轮的深度、长度等进行了不同的选择，而其研究结果也为桨轮曝气机不同动力的发展提供了很大的技术支持。总之，国外曝气设备在近年来取得了飞跃式的发展成效，研究人员根据曝气的不同方式，分别对其进行了深入研究，以了解它们的曝气效果。其中，微风微细曝气器生产于美国AEROMIX公司，其不仅能够将外溢的泡沫盒浮渣轻松避免，还能有效去除各种粒径悬浮物。

3.2 国内的研究进展

好氧曝气方法是国内使用最为广泛的一种，其却存在几个方面的问题，第一是高能耗；第二是高成本；第三是低效率。要在水中提高氧气的传质效率，可以通过液相和气相接触面积的增大来实现，根据这一原理，国内清华大学的吕奉祥将“微米气泡曝气器-旋流分散器”进行了自主研发。该系统能够在气体流量范围较大的情况下有效使用，并产生一种小粒径的微米气泡，具有较高的充氧能力和传质系数。另外，基于射流曝气机存在的问题，重庆大学康永烽等人为了降低能耗的使用，将“自吸式自激震荡脉冲射流曝气器”进行了设计，并将该系列研究技术进行了发表。

北京化工大学的杨春玲作出有相关研究，如在迷宫螺旋泵的使用性能上进行更全面的优化，并以此开发出“离式螺旋曝气设备”，对于提升其污水处理效果有着极大作用。同时，为了对曝气性能在设备参数作用下产生的影响进行分析，北京化工大学的陈旭等人也作出有相关研究，其中，将“新型螺旋曝气设备”进行了设计和研发，它能发挥出几个方面的优势，第一是吸入管路的更换；第二是不同尺寸、形状螺纹转子的更换；第三是实现了定子与气液混合流场的可视化。同时，该设备不仅安装便捷，且只需要较低的设备成本，作为一种新型曝气技术，具有很高的应用和推广价值。

4 结语

总而言之，本文主要对曝气设备的原理、常见的曝气设备类型进行了分析，并对国内外曝气设备的研究进展进行探究。随着环保力度的不断加大，污水处理作为国内外环境工程的关键部分，必须得到相关部门、企业的高度重视，才能获得较好的成效。因此，在处理过程中，曝气设备的合理运用，能够使处理效率发挥出较好的实际作用。所以，目前国内外对曝气设备的研究主要是为了实现曝气设备充氧能力的提高，以通过能耗的减少对环境问题进行进一步改善。

[1]王春杰,赵志曼,张小美等.基于经济寿命的城镇污水处理设备更新时机分析——以昆明第五污水处理厂曝气设备为例[J].河南科学,2013,(5):664-667.

[2]赵晓蕊.污水处理中曝气设备的应用简介[J].城市建设理论研究（电子版）,2015,(5):458-459.

[3]王业清.煤化工污水处理中对曝气设备的应用分析[J].中国化工贸易,2015,(2):104-104.

[4]高扬,刘娜.环境工程水处理中对曝气设备的应用分析[J].商品与质量,2015,(47):285-285.

[5]赵大鹏.关于水处理中的曝气设备应用与影响因素研究[J].城市建设理论研究（电子版）,2015,(22):10931-10932.

[6]孙华,吴灵彦,王文明等.关于水处理中的曝气设备应用与影响因素研究[J].城市建设理论研究（电子版）,2015,(20):9820-9821.

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：1671-0711（2017）08（上）-0156-02

课题项目：1.吉林省教育厅“十三五”科学技术研究项目（吉教科合字2016第532号）。2.2016年吉林省大学生创新创业训练计划项目第3370号。