超純水處理設備系統非常重要的曝氣和曝氣器簡介

曝氣器在超純水處理設備中的應用                 

生(sheng)物(wu)處(chu)理(li)法根據參與作(zuo)用(yong)的(de)微生(sheng)物(wu)的(de)需氧情(qing)況，可分為(wei)好氧法和(he)(he)厭(yan)氧法兩大類。一般情(qing)況，好氧法比較(jiao)適用(yong)于較(jiao)低(di)濃度(du)污水(shui)，如乙(yi)烯廠污水(shui)；而厭(yan)氧法較(jiao)適用(yong)于處(chu)理(li)污泥(ni)和(he)(he)較(jiao)高(gao)濃度(du)的(de)污水(shui)。好氧生(sheng)物(wu)處(chu)理(li)法可分為(wei)活性污泥(ni)法和(he)(he)生(sheng)物(wu)膜法兩大類。

活(huo)(huo)性(xing)污泥(ni)法(fa)是水體自凈的(de)(de)(de)人工(gong)強化方法(fa)，是一種依靠活(huo)(huo)性(xing)污泥(ni)工(gong)作主體的(de)(de)(de)去除污水中有(you)(you)機物(wu)的(de)(de)(de)方法(fa)。存在于(yu)活(huo)(huo)性(xing)污泥(ni)中的(de)(de)(de)好氧(yang)微生物(wu)必須在有(you)(you)氧(yang)氣存在的(de)(de)(de)條件下才能起(qi)作用。

在污水處理生(sheng)(sheng)化系(xi)統(tong)的曝氣池中(zhong)，充氧效(xiao)率與好氧微生(sheng)(sheng)物(wu)生(sheng)(sheng)長量(liang)成正相關性(xing)。溶解氧的供給量(liang)要根據好氧微生(sheng)(sheng)物(wu)的數(shu)量(liang)、生(sheng)(sheng)理特性(xing)、基質性(xing)質及(ji)濃度(du)來綜(zong)合考慮。

這(zhe)樣(yang)，活(huo)性(xing)污泥(ni)才(cai)能(neng)處在(zai)(zai)降(jiang)解有機物的狀態(tai)。根據試驗表明(ming)，曝氣池中溶解氧(yang)維持在(zai)(zai)3～4mg/L為(wei)宜，若供氧(yang)不足(zu)，活(huo)性(xing)污泥(ni)性(xing)能(neng)差，導致廢水處理(li)效果下降(jiang)。為(wei)保證有充足(zu)的供氧(yang)，必須依靠(kao)一(yi)種設備來(lai)完成，例如曝氣器(qi)。

曝氣的原理

曝氣是使空(kong)氣與水強烈接觸(chu)的(de)(de)一(yi)種手段(duan)，其(qi)目的(de)(de)在于將空(kong)氣中的(de)(de)氧溶解于水中，或者將水中不(bu)需要(yao)的(de)(de)氣體和揮發性物質放逐(zhu)到空(kong)氣中。換言之(zhi)，它(ta)是促進(jin)氣體與液體之(zhi)間(jian)物質交換的(de)(de)一(yi)種手段(duan)。它(ta)還(huan)有其(qi)他(ta)一(yi)些重要(yao)作用(yong)，如混合和攪拌。

空氣中(zhong)的氧通過曝氣傳(chuan)遞(di)到水中(zhong)，氧由氣相向液相進行傳(chuan)質(zhi)轉移(yi)，這種傳(chuan)質(zhi)擴散(san)的理(li)論，目前(qian)應用(yong)較多的是劉易斯和惠特(te)曼提出的雙(shuang)膜理(li)論。

雙膜(mo)(mo)理(li)論認為，在“氣(qi)-水”界面上存在著氣(qi)膜(mo)(mo)和液(ye)(ye)膜(mo)(mo)，氣(qi)膜(mo)(mo)外和液(ye)(ye)膜(mo)(mo)外有空(kong)氣(qi)和液(ye)(ye)體流(liu)(liu)動，屬紊流(liu)(liu)狀(zhuang)態；氣(qi)膜(mo)(mo)和液(ye)(ye)膜(mo)(mo)間(jian)屬層流(liu)(liu)狀(zhuang)態，不存在對(dui)流(liu)(liu)，在條件下會出現氣(qi)壓梯度(du)(du)和濃度(du)(du)梯度(du)(du)。如果液(ye)(ye)膜(mo)(mo)中氧(yang)的(de)(de)濃度(du)(du)低于水中氧(yang)的(de)(de)飽和濃度(du)(du)，空(kong)氣(qi)中的(de)(de)氧(yang)繼(ji)續(xu)向內(nei)擴散透(tou)過(guo)液(ye)(ye)膜(mo)(mo)進入水體，因而液(ye)(ye)膜(mo)(mo)和氣(qi)膜(mo)(mo)將成為氧(yang)傳遞的(de)(de)障礙(ai)。

這就是雙膜(mo)理論。顯然(ran)，克服(fu)液(ye)膜(mo)障礙有(you)效的方法是快速變(bian)換“氣-液(ye)”界面。

曝氣(qi)(qi)攪拌正(zheng)是(shi)如此，具體的(de)(de)(de)做法就是(shi)：減少氣(qi)(qi)泡的(de)(de)(de)大小，增加(jia)氣(qi)(qi)泡的(de)(de)(de)數(shu)量，提高(gao)液(ye)體的(de)(de)(de)紊流程度，加(jia)大曝氣(qi)(qi)器的(de)(de)(de)安(an)裝深度，延長(chang)氣(qi)(qi)泡與液(ye)體的(de)(de)(de)接(jie)觸時間。曝氣(qi)(qi)設備正(zheng)是(shi)基于這(zhe)種做法而在河北水處理(li)中(zhong)被(bei)廣泛采用的(de)(de)(de)。

曝氣類型與曝氣器的功能

曝(pu)(pu)氣(qi)類型大體分為兩類：一類是鼓風曝(pu)(pu)氣(qi)，一類是機(ji)械曝(pu)(pu)氣(qi)。

鼓風曝氣是采(cai)用曝氣器(qi)(qi)擴散板或擴散管在水(shui)中引入氣泡的(de)曝氣方(fang)式(shi)。一(yi)般乙烯廠的(de)污水(shui)處理多采(cai)用這種方(fang)式(shi)。機械曝氣是指(zhi)利用葉輪等器(qi)(qi)械引入氣泡的(de)曝氣方(fang)式(shi)。

所有的(de)曝氣設備，都(dou)應該滿足(zu)下列(lie)3種功能：

①產生并維持(chi)有效的氣-水接觸(chu)，并且(qie)在生物氧化作用不斷消耗氧氣的情況下保持(chi)水中溶解(jie)氧濃度;

②在(zai)曝氣區內產生足夠的混(hun)合作用和水的循環流動(dong);

③維持液體的足夠速度，以使水中的生物固體處于懸浮狀態。                    

鼓風曝氣設(she)備

鼓(gu)風(feng)曝氣(qi)系(xi)(xi)統由鼓(gu)風(feng)機、曝氣(qi)器(qi)和一系(xi)(xi)列(lie)連通的(de)(de)管線組成。鼓(gu)風(feng)機將空氣(qi)通過一系(xi)(xi)列(lie)管道輸送到(dao)安裝(zhuang)在池底部的(de)(de)曝氣(qi)器(qi)，通過曝氣(qi)器(qi)，使空氣(qi)形成不同尺寸的(de)(de)氣(qi)泡。

氣泡(pao)在曝氣器出口形成，尺寸則取決(jue)于空氣擴散裝置的(de)(de)形式，氣泡(pao)經?過上(shang)升(sheng)和(he)隨水(shui)循環流動(dong)，在液面處(chu)破(po)裂，這(zhe)一過程產生氧向污水(shui)中(zhong)轉(zhuan)移的(de)(de)作用(yong)。鼓(gu)風(feng)系統(tong)的(de)(de)曝氣器主(zhu)要分(fen)為微(wei)氣泡(pao)、中(zhong)氣泡(pao)、大氣泡(pao)、水(shui)力(li)(li)剪(jian)切、水(shui)力(li)(li)沖擊及空氣升(sheng)液等類型(xing)。

鼓風曝氣設備(bei)的(de)(de)主要技術性能(neng)指標(biao)有：動力效(xiao)率(Ep)，即每消(xiao)耗1kW電能(neng)轉移到(dao)混合(he)液中的(de)(de)氧量(liang)氧的(de)(de)利用(yong)效(xiao)率(EA)，即通過鼓風曝氣轉移到(dao)混合(he)液的(de)(de)氧量(liang)，占總(zong)供(gong)氧量(liang)的(de)(de)百(bai)分比(%)。

微氣泡曝(pu)氣器(qi)

微氣(qi)泡(pao)曝氣(qi)器(qi)也稱微孔(kong)(kong)曝氣(qi)器(qi)，采(cai)用多孔(kong)(kong)性材(cai)料如陶粒、粗瓷(ci)等摻(chan)以適當的如酚醛樹脂一(yi)類的粘劑，在高溫下燒(shao)結成為擴(kuo)散板(ban)、擴(kuo)散管和擴(kuo)散罩的形(xing)式。按照(zhao)安裝(zhuang)的型式，可分為提升式微孔(kong)(kong)曝氣(qi)器(qi)及固定式微孔(kong)(kong)曝氣(qi)器(qi)。

提(ti)(ti)升(sheng)式(shi)微(wei)孔(kong)曝氣器(qi)主要(yao)由微(wei)孔(kong)曝氣管(guan)、活動搖(yao)臂、提(ti)(ti)升(sheng)機等3部分(fen)組成：

①微(wei)孔(kong)曝(pu)氣管即(ji)由微(wei)孔(kong)管、前(qian)蓋、后蓋及連接螺栓組成;

②活動(dong)搖臂(bei)是可提升的配(pei)管(guan)，微(wei)孔曝氣管(guan)安裝于支氣管(guan)上(shang)(shang)，成柵條狀，底座固定(ding)在池(chi)壁上(shang)(shang)，活動(dong)立管(guan)伸入池(chi)中，支管(guan)落在池(chi)底部，并支架支撐在池(chi)底部;

③曝氣(qi)器提升(sheng)機(ji)，為活動式電動卷揚機(ji)，起(qi)吊小車(che)可(ke)隨意移動，將(jiang)搖臂提起(qi)。

其工作(zuo)原理是：空氣(qi)從(cong)微(wei)(wei)氣(qi)泡曝(pu)(pu)氣(qi)管(guan)后蓋的(de)(de)通氣(qi)孔進入(ru)曝(pu)(pu)氣(qi)管(guan)，曝(pu)(pu)氣(qi)管(guan)的(de)(de)管(guan)壁(bi)上密布(bu)者許多(duo)細小(xiao)(xiao)的(de)(de)孔隙(xi)，管(guan)內空氣(qi)在壓(ya)力差(cha)的(de)(de)作(zuo)用下，從(cong)管(guan)壁(bi)的(de)(de)孔隙(xi)中(zhong)擴散出來，在污水(shui)形成許許多(duo)多(duo)微(wei)(wei)小(xiao)(xiao)的(de)(de)氣(qi)泡，并(bing)造成水(shui)的(de)(de)紊流，從(cong)而達到了將空氣(qi)中(zhong)的(de)(de)氧溶入(ru)水(shui)中(zhong)的(de)(de)目的(de)(de)。

微(wei)孔(kong)曝氣(qi)(qi)(qi)管(guan)(guan)的形式有很多(duo)(duo)，目前(qian)較為常(chang)用(yong)的有兩種(zhong)(zhong)：一(yi)種(zhong)(zhong)是由粗(cu)瓷或剛玉(yu)等燒結(jie)而成(cheng)的普通(tong)曝氣(qi)(qi)(qi)管(guan)(guan)，這(zhe)種(zhong)(zhong)管(guan)(guan)壁在燒結(jie)過(guo)程中(zhong)產生許多(duo)(duo)極微(wei)小的孔(kong)隙，它(ta)的主要特(te)點(dian)(dian)是能產生微(wei)小的氣(qi)(qi)(qi)泡，氣(qi)(qi)(qi)泡直徑約0.1～0.2mm，氣(qi)(qi)(qi)、液接(jie)觸面積(ji)大，氧利(li)用(yong)率(lv)高，一(yi)般可達(da)到20～25%;其缺點(dian)(dian)是氣(qi)(qi)(qi)壓損失較大，易(yi)(yi)堵塞，送入的空氣(qi)(qi)(qi)需過(guo)濾處理，易(yi)(yi)損壞，一(yi)旦損壞，氧利(li)用(yong)率(lv)就開(kai)始(shi)快速下降。

另一(yi)種是管(guan)式膜片(pian)微孔(kong)曝(pu)氣管(guan)。這種曝(pu)氣管(guan)的安裝方式與前一(yi)種基本一(yi)樣，但(dan)其自身的結構卻有很大的區別(bie)，它是由一(yi)個用ABS或(huo)UPVC制(zhi)成(cheng)的管(guan)子作為布(bu)氣管(guan)，管(guan)壁上開有通風孔(kong)，布(bu)氣管(guan)外周覆蓋著合(he)成(cheng)橡膠制(zhi)成(cheng)的膜片(pian)，膜片(pian)被金屬卡子固定在管(guan)子上。在合(he)成(cheng)橡膠膜片(pian)上用激光等方法打出均(jun)勻分布(bu)的孔(kong)眼(yan)。

曝(pu)氣(qi)時，空氣(qi)通過管壁上的通氣(qi)孔(kong)進(jin)入膜片(pian)與管壁之間，在(zai)壓縮空氣(qi)的作用下(xia)，使膜片(pian)微微鼓(gu)起，孔(kong)眼張(zhang)開，達到布氣(qi)擴散的目的。

停止(zhi)供氣(qi)，氣(qi)壓(ya)消失后(hou)，膜(mo)片本身在(zai)彈性作用下使孔(kong)(kong)眼自動閉合，由于水(shui)壓(ya)的(de)作用，膜(mo)片壓(ya)實在(zai)管壁上。因(yin)此，污水(shui)不會倒(dao)流(liu)而(er)堵塞孔(kong)(kong)眼。但(dan)由于這種膜(mo)片的(de)開孔(kong)(kong)直徑(jing)直接影響到氧的(de)利用率，因(yin)此，開孔(kong)(kong)直徑(jing)應適當(dang)。

開孔直(zhi)徑過大，氧(yang)的(de)利用率較低(di)，開孔直(zhi)徑過小，氧(yang)利用率高，但(dan)阻(zu)力增大。橡膠膜(mo)片應(ying)選(xuan)用耐老化，高強度膠質，以(yi)免膜(mo)片出現(xian)撕裂，造成曝氣器損壞。

動態曝氣器(qi)

動態曝(pu)氣(qi)器是一種(zhong)新型的曝(pu)氣(qi)器，屬于固定安(an)裝(zhuang)式的微(wei)氣(qi)泡曝(pu)氣(qi)器，它(ta)由圓(yuan)罩、旋混筒、旋混圈、套接(jie)頭抱箍和配氣(qi)管組成。

動態曝氣(qi)(qi)器采用了“大孔排氣(qi)(qi)泡布氣(qi)(qi)”技術，將引(yin)入曝氣(qi)(qi)器內的空氣(qi)(qi)分(fen)別進行正旋(xuan)(xuan)和反(fan)旋(xuan)(xuan)導流(liu)，正旋(xuan)(xuan)導流(liu)為(wei)順(shun)時(shi)針方(fang)向，反(fan)旋(xuan)(xuan)導流(liu)為(wei)逆時(shi)針方(fang)向，由兩個不同方(fang)向旋(xuan)(xuan)流(liu)作(zuo)用下，在套(tao)筒旋(xuan)(xuan)混(hun)筒內形成一個瞬間連(lian)續局(ju)部反(fan)應的氣(qi)(qi)液(ye)強(qiang)化(hua)旋(xuan)(xuan)混(hun)區(qu)。

由(you)(you)旋混旋流作(zuo)用所(suo)產生的(de)大量氣(qi)泡，再經圓罩(zhao)(zhao)阻擋擴(kuo)散作(zuo)用之后，均勻密布(bu)的(de)向上產生氣(qi)泡。總的(de)來說，動態曝氣(qi)器是由(you)(you)大孔雙向旋混、套筒強化(hua)旋混和(he)圓罩(zhao)(zhao)阻擋擴(kuo)散等(deng)各(ge)種結構(gou)作(zuo)用，使(shi)氣(qi)相在液相中(zhong)碰(peng)撞、剪切和(he)分割，從而形(xing)成混合性(xing)擴(kuo)散。

由(you)于(yu)動(dong)態曝(pu)氣(qi)(qi)(qi)器(qi)采(cai)用了大孔排氣(qi)(qi)(qi)，即使停風停壓后，污水倒(dao)流進曝(pu)氣(qi)(qi)(qi)器(qi)和(he)(he)配氣(qi)(qi)(qi)管中，也不會造成排氣(qi)(qi)(qi)孔堵塞，從(cong)而從(cong)根本上解決(jue)了曝(pu)氣(qi)(qi)(qi)器(qi)堵塞的(de)問(wen)題(ti)，可(ke)長期保持氧利用率不發生(sheng)變化(hua)。但由(you)于(yu)產生(sheng)氣(qi)(qi)(qi)泡(pao)的(de)直徑較大，氧利用率相對微孔曝(pu)氣(qi)(qi)(qi)器(qi)要(yao)低，一般(ban)在15～19%之間。與動(dong)態曝(pu)氣(qi)(qi)(qi)器(qi)的(de)結(jie)構和(he)(he)性(xing)能類似的(de)還有旋混(hun)曝(pu)氣(qi)(qi)(qi)器(qi)。

搖臂微孔曝氣(qi)器與(yu)動態曝氣(qi)器的對(dui)比

除(chu)了(le)上面(mian)所講(jiang)的(de)氣泡直徑(jing)、氧(yang)利用率、是否易堵塞等不同之處外(wai)，兩者還(huan)有以下幾個(ge)不同點：

1、安裝方式       

搖臂微孔曝氣(qi)器為(wei)可活(huo)動式安裝，當曝氣(qi)器需要(yao)(yao)更換或檢修時，可用提升(sheng)機將曝氣(qi)器從水(shui)中(zhong)出(chu)來，在池面(mian)進行施工檢修，不影響同池其他曝氣(qi)器的(de)工作(zuo)，不需要(yao)(yao)停池凈水(shui)，檢修成本低，工作(zuo)量少。動態曝氣(qi)器為(wei)固定式安裝，一經安裝完成后(hou)，便不可以移動，如果某間曝氣(qi)池需要(yao)(yao)檢修，就必須停止(zhi)該池的(de)運行，并且(qie)將池內(nei)的(de)污水(shui)和(he)淤泥等雜(za)物清除后(hou)，方(fang)可施工，檢修成本較(jiao)高。

2、耐用(yong)性

搖臂式微(wei)孔曝氣器的失效形式主要有以(yi)下(xia)3種：

①鋼制布(bu)氣(qi)管生(sheng)銹后(hou)產生(sheng)氧化(hua)鐵以及污水(shui)和空氣(qi)中的雜物會造成曝(pu)氣(qi)管內堵，曝(pu)氣(qi)管內氣(qi)流分布(bu)不(bu)均勻，使(shi)曝(pu)氣(qi)管抖(dou)動，而產生(sheng)疲勞損壞;

②曝氣管(guan)安裝在管(guan)接(jie)頭上，在曝氣管(guan)抖動和污水腐蝕的雙重(zhong)作用下，管(guan)接(jie)頭易從(cong)根部折斷，污水的腐蝕還會造成布氣管(guan)壁減薄(bo)穿孔;

③水下(xia)搖(yao)臂活動關節長期浸(jin)泡在水中，可(ke)能會因為(wei)生銹等原?因而(er)無(wu)法轉動，從而(er)使(shi)得(de)曝氣器不能正常提(ti)升(sheng)到水面。以(yi)上3種失效形式(shi)，經過近年來(lai)的(de)(de)(de)新技(ji)術的(de)(de)(de)應用(yong)，已經得(de)到很大的(de)(de)(de)改善(shan)，使(shi)得(de)曝氣器的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命可(ke)達5年左右。

動(dong)態曝(pu)氣(qi)器的失效(xiao)形式則有：由于(yu)疲勞或腐蝕等(deng)(deng)原?因，曝(pu)氣(qi)頭(tou)各部件(如圓(yuan)罩(zhao)、旋(xuan)混(hun)筒(tong)、旋(xuan)混(hun)圈等(deng)(deng))之間(jian)的連(lian)接(jie)件斷裂或松脫，而造成曝(pu)氣(qi)頭(tou)解體或脫落;配(pei)氣(qi)管(guan)斷裂;配(pei)氣(qi)管(guan)一(yi)般采用(yong)UPVC等(deng)(deng)非金(jin)屬管(guan)材(cai)，管(guan)子(zi)(zi)與管(guan)子(zi)(zi)，管(guan)子(zi)(zi)與管(guan)件多用(yong)膠(jiao)水(shui)粘(zhan)連(lian)，一(yi)旦粘(zhan)接(jie)不牢，容易從(cong)粘(zhan)連(lian)處脫落和漏氣(qi)。

這(zhe)3種失效(xiao)形(xing)式一(yi)般可(ke)以通過合(he)理選(xuan)型，正(zheng)確選(xuan)材，嚴(yan)把質(zhi)量關(guan)等方法(fa)來避免。因此，這(zhe)種曝氣器的使用(yong)壽命較長，可(ke)達8～10年。

3、實際應(ying)用(yong)

搖(yao)臂式(shi)(shi)微孔曝氣器因為(wei)有氧利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)率高、檢(jian)修方便等優(you)點，較(jiao)(jiao)(jiao)多應(ying)用(yong)(yong)(yong)在生(sheng)產負(fu)荷(he)較(jiao)(jiao)(jiao)重、污水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質(zhi)較(jiao)(jiao)(jiao)惡劣的(de)一(yi)級(ji)生(sheng)化系統;固定式(shi)(shi)動態曝氣器則因為(wei)有氧利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)率稍低(di)但可(ke)以(yi)長期保(bao)持，檢(jian)修困(kun)難但使用(yong)(yong)(yong)壽(shou)命長的(de)特點，一(yi)般應(ying)用(yong)(yong)(yong)在生(sheng)產負(fu)荷(he)較(jiao)(jiao)(jiao)低(di)，污水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質(zhi)較(jiao)(jiao)(jiao)好的(de)二(er)級(ji)生(sheng)化系統。

結(jie)論

其實，曝氣器的(de)選用依據各有側重，主要考慮下列因素：

①空氣(qi)擴散裝置應(ying)具有較高的氧(yang)利用(yong)率和動力效率，具有較好的節能效果(guo);

②不易(yi)堵塞(sai)，出現(xian)故障易(yi)排(pai)除，便于(yu)維護(hu)管理;

③構造(zao)簡單(dan)，便于安裝，工程造(zao)價及裝置本(ben)身成本(ben)都較低(di)。

此外，還應考慮污水的水質，地區條件以及曝氣池型、水深等。