污水处理中曝气设备的选型

曝气设备是好氧生物处理系统至关重要的设备之一，曝气设备的能耗在污水处理厂的运转费用中占有很大的比重。节约曝气设备的能耗对于降低污水处理成本具有十分重要的意义。

一、概述

目前，二级生物处理污水厂大多数采用鼓风曝气工艺，而鼓风机是此工艺中最为核心的设备之一，鼓风机的能耗有时占污水厂总能耗的50% 以上，因此污水处理厂选用何种形式的风机是一个非常重要的问题。

曝气设备在生化处理中主要有两个作用，首先是为好氧微生物分解污水中有机物提供氧气并维持好氧微生物的活性，其次曝气也起到搅拌混合的作用，使得微生物与污水充分混合，提高污水的处理效率。

二、曝气设备种类及选型

2.1 曝气设备选型原则

1)曝气设备的选型首先考虑的是处理工艺的要求，根据不同处理工艺的要求，选择不同的曝气设备。例如，氧化沟工艺需要曝气的同时推流污水，所以一般采用曝气刷或曝气盘分段布置，也可以采用鼓风曝气与推流设备联合使用。

2)曝气设备的选型其次要考虑的是其充氧能力，以满足生化反应的需氧量。根据进水水质和出水标准求得生化反应的理论需氧量，然后选择对应曝气能力的设备同时留有一定余力。

3)曝气设备的选型第三就要考虑曝气设备的动力效率。动力效率作为曝气设备的效能指标，能有效指导选择更节能的设备，以降低运行成本。

4)氧的利用率也曝气设备的一个选型指标，作为一个参考指标。虽然曝气设备氧的利用率高可以提高它的充氧能力，但并不一定会提高其动力效率。比如微气泡比大气泡的氧利用率高，同时微气泡的产生消耗更多的能源，其动力效率不一定比大气泡高。

5)最后要考虑曝气设备本身的材料、可调性以及维修方便与否。

综合来说选用曝气设备的原则是：根据进水、出水水质，水量，运行费用，使用寿命，维护费用，一次性投资，负面影响及节能环保等方面综合考虑选用。

2.2 曝气设备简介

污水生化处理常用的曝气设备有：鼓风机供氧，称为鼓风曝气;机械曝气，如采用表面曝气机的表面曝气;也有鼓风机和搅拌装置相结合的联合曝气，静态曝气器( 亦称固定螺旋)也属之;采用水泵经射流器供氧的射流曝气，噪声较小。目前的曝气机设备具体分类为：鼓风机+曝气盘、生物转盘或生物转碟、表面曝气机、潜水推流曝气机、射流曝气机等。

当前广泛用于好氧生物处理系统的曝气设备分为鼓风曝气和机械曝气两大类。

2.2.1 鼓风曝气设备

鼓风曝气设备又称“压缩空气曝气设备”，利用鼓风机通过风管以及扩散设备向水中增氧，该设备能够使池内液体与空气充分接触。鼓风曝气设备系统是由曝气装置、鼓风机以及连贯的管道组成的。其中通过一系列管道将空气输送到安装在生化池底部的曝气装置就是鼓风机，空气经过曝气装置时会形成不同尺寸的气泡，气泡经过上升与流动最后在液面处破裂，从而实现曝气效果。

鼓风曝气设备结构简单，易于操作管理，机械消耗低，操作维护容易实现自动化，但是大孔扩散设备气体利用率较低，微孔扩散设备易堵塞。

2.2.2 机械曝气设备

表面曝气设备又称“机械搅拌曝气设备”，利用马达来直接带动轴流式叶轮运作，同时由导管经导水板将废水向四周喷出，喷出的过程会形成一片薄薄的水幕，在空气会与空气接触并形成水滴，水滴在落下撞击液面时产生的乱流以及大量气泡会使水中的含氧量增加。

(1)转刷/转碟系统

维护、运行费用高，将水通过离心抛洒扩散到空气中进行气液交换，在此过程中会在周边产生水雾，导致异味和病菌扩散到空气中，混合能力较差，无法使曝气池固体物均匀悬浮。

(2)表曝机

该设备为将水提升抛至空气中产生气液交换，同样也会产生大量的水雾，破环周围环境空气，设备需要消耗动力来克服重力作用，额外增加能耗，且水平动能缺乏导致作用范围有限，悬浮物在曝气池角落或设备之间沉积明显，维护及运行费用都较高。

表面曝气设备结构简单，管理方便，效率较高;但是只使用于规模较小工程。

(3)潜水推流式曝气机

结合了表面曝气和机械曝气的优点，采用水面吸气注入水下方式，在水下螺旋桨将气流切割为细小气泡方式充氧;在完成充氧同时，对水体进行推流和搅拌;以达到污水进行硝化和反硝化作用，动力效率较高。运行费用低，维修简便。但是一次性投资较大。

2.3 常用鼓风曝气设备

鼓风曝气系统由鼓风机、空气输送管道和空气扩散装置(曝气器)组成。按曝气器产生的气泡大小分为小型气泡、中型气泡和大型气泡三种。

1)小型气泡曝气器装置：微孔曝气器;

2)中型气泡曝气器装置：穿孔管曝气器;

3)大型气泡曝气器装置：旋流曝气器。

按安装方式不同又分为固定式、悬挂链式和可提升式三种。

2.3.1 膜片式微孔曝气器

膜片式微孔曝气器是由聚丙烯制成底座，合成橡胶制成微孔曝气膜片，一般为TPU曝气膜片、橡胶曝气膜片和硅胶曝气膜片，膜片上有同心圆形布置的孔眼。产生的气泡直径在1.5~3.0mm少量的尘埃可以通过孔眼，不会堵塞，无需空气净化设备。

2.3.2 穿孔管曝气

穿孔曝气管由钢管或塑料管制成，管径为25~50mm在管壁两侧的下部开3~5mm的孔眼，间距为50~100mm，气泡直径为2~6mm，孔口流速大于10m/s。穿孔曝气管结构简单，不易堵塞，阻力小，但氧利用率低，动力效率尚可。

2.3.3 旋流曝气器

旋流曝气器是在传统螺旋形曝气器的基础上，结合多种先进结构形式，开发的新一代高效螺旋形曝气设备，具有服务面积大、阻力小、运行稳定可靠、不易堵塞、使用寿命长等优点。主要用于工业废水、市政污水处理中的曝气系统，在高悬浮物、高硬度、易结垢废水中优势更加明显。

根据需求可设置为固定式和可提升式安装。

采用可提升式安装时，设备检修方便，曝气器出现问题时，维修人员可敷设支架，将曝气器单元提出水面后，进行维修或更换。无需将池内积水放空。

2.3.4 悬挂链曝气器

悬挂链曝气器是由曝气器、曝气器连接软管、水面布气主管(漂浮管)三部分组成。曝气器单元一般通过增加配重块，或者在曝气管道内灌入钢筋混凝土，使曝气器能悬浮在污水中，并通过软管连接在主管上，实现在水中悬挂的目的。

检修方便，曝气器出现问题时，维修人员可乘坐小船，将曝气器单元提出水面后，进行维修或更换。无需将池内积水放空。

三、曝气设备综合对比

3.1 曝气设备的比较

3.2 结论

评价某种曝气装置的优劣，不能单看技术参数，必须从参数、造价、附属设备、总电耗、运行管理、使用年限等进行综合比较后来评价它的好坏。

曝气选型应因地制宜，在满足生化反应好氧需求的前提下，尽量选择动力效率高的曝气设备，减少运行能耗。一般情况下，曝气设备适宜选择化学稳定性好，耐酸碱，机械强度高，抗冲击能力强，能够承受风机频繁启用产生的水击作用的材料，同时宜采用不需要除尘处理的阻力较小的结构，降低运行成本。