曝气设备在污水处理中的应用及展望

颜宏亮

(锦州滨海新区（锦州经济技术开发区）市政服务中心，辽宁 锦州 121007)

引言

我国是一个水资源比较匮乏的国家，而且水资源的分布十分不均衡，随着我国经济社会的快速发展导致水资源需求量，与此同时我国水环境污染形势也在不断加剧，这也很大程度上加剧了我国水资源短缺形势。污水处理问题不仅关系着我国水资源供需关系和人民生活，也关系着我国经济和社会的可持续发展，污水处理已经成为当下全社会普遍关注的问题。

1. 曝气设备的原理

曝气设备的工作原理是曝气设备中的空气压缩装置对空气进行压缩并通过扩散器对污水进行搅拌使得空气中的氧气强制转移到污水中最终形成泥水混合悬浮液。在曝气设备作用下污水池中的溶解氧浓度会大大提升，微生物便可以与有机污染物充分进行接触，在此基础上微生物可以通过生物降解作用将污水中的有机污染物氧化分解为无毒无害的无机物从而实现对污水的净化处理。曝气设备的曝气效果主要由氧气转移速率和氧气利用率两个参数决定，这两个参数也是评价曝气设备性能的关键性指标。氧气利用率的提升主要是结合污水处理系统的运行环境和曝气设备的自身条件对曝气装置的布局方式进行优化，氧气转移速率的提升主要是通过加大氧气转移系数和氧气浓度梯度来实现。

2. 曝气设备的常见应用种类

2.1 鼓风曝气

鼓风曝气设备主要由鼓风装置、输送管道和曝气装置三部分连接组成。鼓风曝气设备在工作时鼓风装置的大风力风机会产生较大压力和风量的压缩空气，压缩空气再通过空气输送管道输送到生化池底部安装的扩散曝气装置当中，在扩散曝气装置的作用下会形成很多不同大小的气泡，这些气泡从生化池底部持续不断扩散到水面发生破裂便完成了曝气过程。气泡也会随着水流循环作用进行扩散，而且气泡在上升的过程中也会加速池水流动在池水中形成混合液，在此过程中鼓风曝气设备将空气中的氧气充分扩散在池水中使得微生物与空气中的氧气充分接触从而促使微生物对污水中的有机污染物进行氧化分解从而实现对污水的降解处理。鼓风曝气设备的关键装置是扩散曝气装置，按照扩散曝气装置所产生的气泡的大小不同可以将扩散曝气装置分为：大中气泡型扩散曝气装置，微小气泡型扩散曝气装置和水力剪切型扩散曝气装置三种。鼓风曝气设备的优势在于结构相对简答、操作比较便捷和系统的自动化水平高，存在的缺陷主要体现在：微小气泡型曝气扩散器比较容易出现堵塞，中大气泡型扩散曝气装置的氧利用率偏低，水力剪切型扩散曝气装置的曝气膜片容易发生撕裂。

2.2 表面曝气

表面曝气设备也是当前污水处理中常见和有效的曝气设备之一，表面曝气设备是通过安装于污水处理设施池面的曝气装置来实现对池水混合液充氧的机械式曝气设备。表面曝气设备的核心部件是驱动马达。表面曝气设备在工作时，曝气设备的驱动马达会驱动轴流式涡轮或者叶轮进行高速旋转并带动污水高速旋转形成混合液，混合液在导水板和导管的作用下向着空中和池面周围喷射开来在池面上部空间中形成由无数细小的水滴组成的一片片连续的水幕，同时在池面上空产生大量的空气乱流和水雾乱流也能够有效提升空气中氧气向污水中的转移速率。水滴在自身重力作用下又跌向池面，在此过程中混合液与空气完成充分有效地接触并将空气中的氧气充分地转移到了污水当中便实现了对污水的曝气处理。在表面曝气设备连续运转下，污水可以上下循环往复不断地流动，污水、空气、混合液不断循环转换使得空气中氧气向污水中的转移速率大大提高。目前常见的表面曝气装置驱动电机传动轴分为竖式轴和卧式轴两种。表面曝气设备结构简单且运行成本低，在处理污水时无需额外配置鼓风机房，管道和曝气头，是一种适用面较宽和成本便于控制的实用性曝气设备。

2.3 潜水射流曝气

潜水射流曝气设备是污水处理中十分重要的一种曝气设备，潜水射流曝气设备由潜水排污泵、进气管道和曝气扩散装置三个重要部分构成。潜水射流曝气设备在工作时潜水排污泵工作产生高速水流，高速水流再通过与潜水泵口相连的喷嘴高速输送到混合室，同时空气也从进气管道进入到混合室中，高速水流和空气混合形成水气混合流，最后水气混合流从曝气扩散器排出完成全部曝气工序。潜水射流曝气设备主要适用于活性污泥污水处理工艺中，通过潜水射流曝气设备可以使得池水与空气的充分接触进而提升微生物对有机污染物的氧化分解作用。潜水射流曝气设备与鼓风曝气设备的机械曝气方式和表面曝气设备的气泡扩散曝气方式都有所不同，潜水射流曝气设备是通过水流剪切和气泡扩散二者共同作用来实现水气混合。潜水射流曝气设备是一种氧气转移率高、占地较少、反应效率较高、适用面宽和经济实用的曝气设备。基于潜水射流曝气设备的诸多优点，此类曝气设备在目前污水处理中被广泛应用，尤其适用于农村地区生活污水日常处理方面。

3.曝气设备在污水处理中的发展展望

3.1 我国曝气设备发展面临的困难

通过近年来我国曝气设备在污水处理中的应用经验和我国环境工作者对曝气设备的研究发现，目前我国曝气设备在污水处理应用中存在着一些问题，如果这些问题不解决必然会对未来我国曝气设备在污水处理中的应用发展形成阻碍，主要存在的问题包括：第一，曝气设备容易出现充气不均匀问题，曝气孔容易出现破裂和堵塞；第二，主轴、轴承和轴承座等作为曝气装置的核心部件质量整体较差，使用寿命整体较短；第三，与曝气设备相配套的鼓风机的电能消耗率整体偏高，风机与曝气器匹配度和协调性整体较差导致浪费的电能较高；第四，池底曝气装置故障率整体较高且使用寿命整体较短，一旦池底曝气装置需要更换往往耗时较长导致污水处理系统无法工作，造成污水处理效率不高和时间成本增高。

3.2 我国曝气设备未来的发展趋势

目前曝气设备在工业污水和城市污水处理中占据着非常重要的地位，未来曝气设备在污水处理领域中占据的地位将会不断提升。近年来我国环境工作者和相关研究人员在曝气设备技术研究创新和实践经验积累中做了大量工作，未来随着新型膜片和新型曝气装置的不断换代升级，我国的曝气设备整体性能将会得到有效提升，曝气设备将在污水处理领域中发挥更大的促进作用。未来曝气设备在我国有着比较广阔的发展和应用空间，这也是我国水污染处理工作发展的迫切需要，在曝气设备未来的发展和应用过程中特别需要注意曝气设备与实际应用环境之间的匹配性，以确保曝气设备的能效在实际应用中得到充分发挥。

总结

污水处理是污水处理技术与设备相结合的一项系统性工程，只有二者相互相辅相成才能达到理想的污水处理效果。曝气设备是近年来污水处理中普遍采用的一类装备，曝气设备作为当前很多污水处理工艺的重要一环，曝气设备的有效运行对污水处理系统起着重要作用，而且曝气设备的耗电量在污水处理系统占据的能耗整体偏高，曝气设备技术整体偏低。未来研究科学先进、性能优良和节能高效的曝气设备和曝气系统对于提升我国污水处理系统处理效率和改善我国水污染现状有着积极的现实意义。