探析曝气在环境工程水处理中的应用

孙道臣

摘 要：环境工程水处理中主要是利用曝气设备进行环境控制，借助曝气设备的多样性特点，利用气液混合時的气体转移现象实现对不同性质、不同水体的污水处理。目前，曝气技术已经在环境工程中被广泛应用，并且水处理效果非常好，曝气技术的最大优势就是：适用性强、操作方面、高效成果，能够满足环境工程中对水资源循环利用、防止污泥沉淀的要求，对节约水源、提高经济效益有很好的贡献意义。

关键词：曝气技术；环境工程；污水处理；有氧分解；应用

曝气技术一直以来在环境工程中都占有重要的地位，大部分环境工程的总投入额中有百分之五十五左右都用于污水处理，而曝气设备在此就发挥了很大的作用，不仅能够提高污水处理效果，还在很大程度上节约资金的投入，使得环境工程水源得到可循环利用价值。曝气技术能够有效的促进水源中的有机物被微生物有氧分解，实现高效净水效果，是环境工程中广泛应用的技术，下面文章中将对曝气技术的基本原理、设备应用等方面进行探讨。

一、曝气的基本原理

1、曝气技术中的气体转移原理

曝气技术实质上是一种建立在气液传质基础上的气体吸收过程，其可以用双膜理论来解释：空气中的氧气分子在曝气过程中由气相转移到液相，该过程中，气体分子需要通过层流的气膜和液膜（双膜）。分子通过双膜的动力来自于气膜的气体分压梯度和液膜中的分子浓度梯度，阻力则来自于双膜界面。对于氧气的转移过程，氧气分子受到的阻力主要来自于液膜。

2、常用曝气设备

环境工程污水处理过程中，主要利用曝气设备，实施对水源净化处理，其投资额相对较高，可达总工程投资额的一半以上，曝气设备具有多样化优势，各种类型的设备可供选择，因此，在环境工程水处理中，需要结合实际水处理条件与要求进行相应的设备选择，常见的曝气设备有：鼓风曝气、表面曝气以及水下曝气三种形式，各曝气类型都有各自的应用特点与适用范围，如：鼓风曝气设备可以通过空气加压设备制造压缩空气，由管道将气体通入曝气池的空气扩散装置中，进而以气泡的形式向水中扩散；表面曝气设备则是通过曝气机在水体表面产生旋转扰动，将水滴或水幕扬起形成水跃，在水体和空气的充分接触过程中增加水中的含氧量；射流曝气则是向水下直接充入或吸入高速高压空气以完成氧气从气相向液相的转移。

二、鼓风曝气设备及其应用分析

1、鼓风曝气设备的构成

鼓风曝气设备主要由空气加压装置、空气输送管道和空气扩散装置组成。空气加压装置包含了空气净化系统和鼓风机。鼓风机的送风量需要根据池中生化反应的需氧量来确定，且要满足混合液固体颗粒保持悬浮状态的搅拌条件。尤其需要注意的是，为了使气体被顺利送入水体，鼓风机的送风压力还应当大于管道系统的摩擦损耗和空气扩散装置处的静水压；输送管道包括输气管和曝气池中的干管、支管；而空气扩散装置是鼓风曝气设备中最重要的部分，为了增加送入空气与液体接触的表面积，需要由空气扩散装置将气体分成不同大小的气泡。因此，根据气泡产生方式的不同，又可以将空气扩散装置的管道进行分类，以适用于不同尺寸的气泡产生需求。

2、鼓风曝气设备的应用特性

鼓风曝气设备的应用特性，可以依据其产生气泡的性质差异来进行评价。对于用于形成微小气泡的曝气设备，其扩散装置由多孔透气材料构成，如陶粒、氧化铝、尼龙等。该种设备可以产生直径小于0.2mm的微小气泡，在该种气泡的作用下，气液接触面积最大，氧气利用率极高，但也存在着扩散阻力较大、容易堵塞等缺点。为了防止堵塞扩散装置，需要在鼓风前将空气通入净化器中处理净化；用于形成中型气泡的管道由塑料或钢制成，由管道下部两侧开孔以形成气泡。该种装置结构简单且气体流动阻力较小，在大流速条件下（x≥10m/s）不容易形成堵塞，可靠性很高。

三、表面曝气设备及其应用分析

1、表面曝气设备的构成

表面曝气设备在中小型污水处理厂中应用较为广泛，其按照主转轴的方向可以分为立轴式和水平轴式。对于常用的水平轴式表面曝气设备，按照曝气器的不同又可以分为转刷曝气器、转盘曝气器和转筒曝气器。转刷曝气器可以在矩形和圆形曝气池中工作，其由电动机、减速传动结构和转刷等部件构成。在向氧化沟中充氧的过程中，表面曝气设备通过转刷叶片的不断旋转，使得水滴呈飞溅式切向飞出，与空气混合。同时，转刷还起到推动混合液在氧化沟中循环流动的作用，使得氧的溶解可以在整个氧化沟中均匀进行。该种设备由电动机、减速传统装置、转轴和转盘等部件构成，其将转盘安装在水平转轴上，同样可以对水体产生切向推动力，促进污水和活性污泥混合液循环流动混合。

2、表面曝气设备的应用特性

表面曝气设备的主要优点在于：结构简单、容易操作、装卸方便、容易维护等，目前在城市污水处理中应用比较多，具体来讲，转刷曝气器的推进力较强，可灵活地调节充氧能力，具备很好的充氧效率，但容易破坏活性污泥絮体；转盘曝气器同样具备转刷曝气器的主要优点，且对絮体的剪切作用小；新型转筒曝气器集曝气、搅拌、混合、循环推流等多种功能于一体，不仅改善了深水曝气的效率，且可以适应不同的工作环境，安装和维护工作也较为方便。

四、水下曝气设备及其应用分析

1、水下曝气设备的构成

水下曝气设备，其最大的特点是置于曝气水体的底层或中层，将空气送入水中来完成水气混合。按照水下供气的方式不同，又可以分为射流式曝气机和潜水式曝气机。常用的自吸式射流曝气机由潜水泵和射流器构成，通过潜水泵工作产生高压水流，再经由射流器喷嘴形成射流，该高速射流可以在混合室内形成负压，将空气通过导管吸入并充分混合，并从射流器喷出（而供气式射流曝气机的空气则是由空气压缩机或鼓风机提供的）。由于喷出的射流具有较高的动能，因此可以使曝气池中的水体形成环流，使得氧气溶解更为均匀；而潜水式曝气机，又称泵式水下曝气机，常作为SBR反应器的配套曝气设备。

2、水下曝气设备的应用特性

水下曝气机可针对水底层直接送氧气，这样一来，其优点就会非常明显，比如：供氧速度直接上升，供养范围可扩展到最大范围，并且对水池底层的污泥杂志进行吹动，同时水下活动的噪声可大大缩减，减少对周边居民的生活影响。水下曝气设备有：射流式水下曝气设备、潜水曝气器、自吸式螺旋曝气器等，各曝气设备都有相应的适用范围，如：建筑、工业等领域废水、污水处理可利用射流式水下曝气设备的曝气与搅拌功能；环境处理面积小或者氧化沟等污水处理中可利用自吸式螺旋曝气器，相应的维护费低，运行效率高，是一个经济实用型的选择。

参考文献：

[1] 张斌，郝玉萍，张东生，等.几种型式微孔曝气器清水充氧性能对比实验研究[J].工业安全与环保，2013，39（3）.

[2] 李会兵.鼓风曝气设备充氧性能检测方法及过程影响因素研究[D].青岛理工大学，2013.endprint