曝氣原理與鼓風(fēng)曝氣設(shè)備教程

§曝氣原理與鼓風(fēng)曝氣設(shè)備21-Nov-22

曝氣是將氧用強(qiáng)制方法溶解到廢水與活性污泥混合液中的過程。曝氣除了維持DO濃度在需要值之外，還起攪拌作用，使活性污泥處于懸浮狀態(tài)，與污水密切接觸、充分混合，以利于微生物對污水中有機(jī)物的吸附和降解。一、概述

1.氧轉(zhuǎn)移原理

曝氣過程中的氧轉(zhuǎn)移實(shí)際上是一種建立在氣液傳質(zhì)基礎(chǔ)上的氣體吸收。

可以采用“雙膜理論”來解釋氣液傳質(zhì)的機(jī)理：在曝氣過程中，氧分子通過氣、液界面由氣相轉(zhuǎn)移到液相，在界面上存在著雙層膜(氣膜和液膜)，這兩層薄膜使得轉(zhuǎn)移過程產(chǎn)生了阻力。氧是難溶氣體，其阻力主要來自液膜。

氧的總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLa

與污水水質(zhì)、污水溫度、氧分壓、曝氣作用區(qū)的浸沒深度等因素都有關(guān)。

2.曝氣方式與技術(shù)性能指標(biāo)

曝氣設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用占整個污水生物處理廠運(yùn)行費(fèi)用的60%~80%。曝氣方式分為鼓風(fēng)曝氣、表面機(jī)械曝氣、水下曝氣、氧氣曝氣等四類。

鼓風(fēng)曝氣是將空氣加壓設(shè)備提供的壓縮空氣，通過管道系統(tǒng)送入曝氣池中的空氣擴(kuò)散裝置上，以氣泡形式擴(kuò)散。

表面機(jī)械曝氣通過曝氣機(jī)在水體表面旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生水躍，把大量水滴和片狀水幕拋向空中，水與空氣充分接觸，使氧很快溶入水體。充氧的同時，在曝氣機(jī)轉(zhuǎn)動的推流作用下，將池底層含氧量少的水體提升向上環(huán)流，不斷充氧。

水下曝氣在水體底層或中層充入空氣，與水體充分均勻混合，完成氧從氣相到液相的轉(zhuǎn)移。經(jīng)常使用的反映曝氣設(shè)備充氧性能好壞的技術(shù)指標(biāo)如下：二、鼓風(fēng)曝氣設(shè)備

鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)由空氣加壓設(shè)備、空氣輸配管路與空氣擴(kuò)散裝置組成。

空氣輸配管路包括輸氣管、曝氣池上的管網(wǎng)，管網(wǎng)包括干管和支管，干管常架設(shè)于相鄰兩廊道的公用墻上，向兩側(cè)廊道引出支管；加壓設(shè)備包括空氣凈化器、鼓風(fēng)機(jī)或空氣壓縮機(jī)，其風(fēng)量要滿足生化反應(yīng)所需的氧量和能保持混合液中懸浮固體呈懸浮狀態(tài)，風(fēng)壓則要滿足克服管道系統(tǒng)和空氣擴(kuò)散裝置的摩擦損耗及其上部的靜水壓。

空氣加壓設(shè)備一般選用鼓風(fēng)機(jī)，城市污水處理廠使用的鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)歷了往復(fù)式風(fēng)機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)、離心風(fēng)機(jī)、軸流式風(fēng)機(jī)等過程。離心式風(fēng)機(jī)、回轉(zhuǎn)式或透平式鼓風(fēng)機(jī)高壓型三葉螺旋羅茨鼓風(fēng)機(jī),§10.3HV-Turbo渦輪壓縮機(jī)這里主要介紹空氣擴(kuò)散裝置?？諝鈹U(kuò)散裝置(diffuser)也稱曝氣器或曝氣頭，其作用是將空氣形成不同尺寸的氣泡，增大空氣與混合液之間的接觸界面，把空氣中的氧溶解于水中。

根據(jù)氣泡尺寸的大小，空氣擴(kuò)散裝置可分為大氣泡型、中氣泡型、小氣泡型、微氣泡等幾類。

根據(jù)氣泡的產(chǎn)生方式，空氣擴(kuò)散裝置可分為空氣升液型、水力剪切型、水力沖擊型等幾類；其中水力剪切型是利用裝置本身能產(chǎn)生水力剪切作用的特征，在空氣從裝置吹出之前，將其切割成小氣泡。(1)大氣氣泡泡型型空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置———曝氣氣豎豎管管(空氣氣升升液液型型)(2)中氣氣泡泡型型空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置———穿孔孔管管、網(wǎng)狀狀膜膜空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置(空氣氣升升液液型型)(3)小氣氣泡泡型型空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置———擴(kuò)散散板板、、擴(kuò)擴(kuò)散散盤盤、、擴(kuò)擴(kuò)散散管管(空氣氣升升液液型型)———倒盆盆式式空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置、、固固定定螺螺旋旋曝曝氣氣器器、、動動態(tài)態(tài)曝曝氣氣器器、、金金山山I型、、動動力力散散流流型型曝曝氣氣器器(水力力剪剪切切型型)———密集集多多噴噴管管空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置、、射射流流式式空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置(水力力沖沖擊擊型型)(4)微氣氣泡泡型型空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置1.大氣氣泡泡型型空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置主要要采采用用曝曝氣氣豎豎管管，，布布置置在在曝曝氣氣池池的的一一側(cè)側(cè)以以橫橫管管分分支支成成梳梳形形，，豎豎管管口口徑徑在在15mm以上上，，離離池池底底150mm。2.中氣氣泡泡型空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置穿孔孔管管常常設(shè)設(shè)于于曝曝氣氣池池一一側(cè)側(cè)高高于于池池底底0.1～0.2m處，，也也有有按按編編織織物物的的形形式式安安裝裝遍遍布布池池底底。。為為避避免免孔孔眼眼堵堵塞塞，，孔孔眼眼處處空空氣氣出出口口流流速速不不小小于于10m/s。常常常采采用用穿穿孔孔管管(perforatedtube)曝氣氣，，即即為為穿穿有有小小孔孔的的鋼鋼管管或或塑塑料料管管(直徑徑25～50mm之間間)，小小孔孔直直徑徑為為3～5mm，開開設(shè)設(shè)于于管管壁壁兩兩側(cè)側(cè)向向下下45°°角處處。。3.小氣氣泡泡型型空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置從氣氣泡泡的的產(chǎn)產(chǎn)生生方方式式來來看看，，該該類類中中屬于于空空氣氣升升液液型型的有有擴(kuò)擴(kuò)散散板板、、擴(kuò)擴(kuò)散散盤盤、、擴(kuò)擴(kuò)散散管管等等。。擴(kuò)擴(kuò)散散盤盤英英國國采采用用較較多多，，直直徑徑18mm，清清洗洗時時易易拆拆除除。。屬于于水水力力剪剪切切型型的有有倒倒盆盆式式空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置、、固固定定螺螺旋旋曝曝氣氣器器、、動動態(tài)態(tài)曝曝氣氣器器、、金金山山I型、、動動力力散散流流型型曝曝氣氣器器等等；；屬于于水水力力沖沖擊擊型型的有有密密集集多多噴噴嘴嘴空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置、、射射流流式式空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置等等。。(1)空氣氣升升液液型型①擴(kuò)散散板板：：是用用多多孔孔性性材材料料制制成成的的薄薄板板，，有有陶陶土土的的，，也也有有多多孔孔塑塑料料或或其其他他材材料料(如尼尼龍龍)的。。其其形形狀狀可可以以做做成成方方形形，，尺尺寸寸通通常常為為300mm××300mm××(25-40)mm。a3.小氣氣泡泡型型空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置②擴(kuò)散散管管管徑徑為為60～100mm，長長度度多多為為500～600mm，常常以以組組裝裝形形式式安安裝裝。。以以8～12根管管組組成成一一組組，，擴(kuò)擴(kuò)散散管管的的氧氧利利用用率率為為10%～13%，動動力力效效率率為為2kgO2/(kW··h)。(2)水力剪剪切切型型空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置(hydraulicshearingdiffuser)①倒盆盆式式空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置②固固定定螺螺旋旋曝曝氣氣器器(fixedscrewaerator)③動態(tài)態(tài)曝曝氣氣器器④金金山山I型⑤動動力力散散流流型型曝曝氣氣器器⑥旋混式式曝氣器器代表性講講述?。。、诠潭菪貧馄髌?fixedscrewaerator)是國外20世紀(jì)70年代發(fā)展展起來的的一種曝曝氣裝置置，一般般每臺由由三節(jié)組組成，如如水深較較淺(3m左右)，也可采采用兩節(jié)節(jié)。固定螺旋旋曝氣器器內(nèi)部無無旋轉(zhuǎn)部部件。目前的類類型有固固定單螺螺旋、固固定雙螺螺旋和固固定三螺螺旋3種，雙螺螺旋曝氣氣器每節(jié)節(jié)有兩個個圓柱形形通道(簡稱兩通通道)，三螺旋旋曝氣器器則有三三個圓柱柱形通道道(簡稱三通通道)。固定雙螺螺旋曝氣氣器結(jié)構(gòu)構(gòu)示意圖圖③動態(tài)曝氣氣器通過高速速氣流紊紊流運(yùn)動動和多個個小球體體旋轉(zhuǎn)碰碰撞切割割，形成成小氣泡泡來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)高效充充氧的目目的。1-筒體；2-環(huán)縫；3-空氣分配配盤；4-小球體；；5-多孔板；；6-止回板；；7-螺栓；8-墊圈；9-環(huán)形密封封墊⑤動力散流型曝曝氣器由鋸齒形形布?xì)忸^頭、齒形形帶孔散散流罩、、導(dǎo)流板板、中心心進(jìn)氣管管及鎖緊緊螺母組組成；散散流罩設(shè)設(shè)計成倒倒傘型，，傘型中中圓處有有曝氣孔孔，周邊邊布有向向下微傾傾的鋸齒齒。氣體由管管道輸送送至曝氣氣器，經(jīng)經(jīng)內(nèi)孔通通過鋸齒齒形布?xì)鈿忸^，作作為水氣氣第一次次切割分分散。散散流罩將將集中一一束出來來的氣體體擴(kuò)散成成圓柱狀狀，周邊邊鋸齒再再次將氣氣泡破碎碎擴(kuò)散；；由于氣氣泡帶動動周圍靜靜止水體體上升，，密度差差強(qiáng)化了了氣泡破破碎和混混摻作用用。散流罩傘傘型中圓圓處有曝曝氣孔，起到補(bǔ)補(bǔ)氣再度度均勻整整個散流流罩的作作用，可可減少能能耗并將將水氣混混合均勻勻分流，，減少對對安裝水水平度的的要求。。4.微氣泡型型空氣擴(kuò)擴(kuò)散裝置置(FineAirAerationSystem)比大、中中、小氣氣泡曝氣氣充氧效效率高，，節(jié)能50%～60%。(1)剛玉微孔孔曝氣器器空氣通過過多孔剛剛玉曝氣氣板(殼)在水中產(chǎn)產(chǎn)生小氣氣泡。按按照形狀狀可分為為平板形形、鐘罩罩形、圓圓拱形、、球形等等四種，，剛玉微孔孔曝氣器器的缺點(diǎn)點(diǎn)是：進(jìn)進(jìn)入曝氣氣器的空空氣需要要經(jīng)過較較嚴(yán)格的的除塵凈凈化，曝曝氣器的的孔眼易易被污泥泥堵塞等等。(2)覆盤形微微孔空氣氣擴(kuò)散器器一般主要要由聚乙烯曝曝氣殼、底盤、、橡膠墊墊圈、壓壓緊圈、、布聯(lián)接接座、布布?xì)夤芙M組成，大大多采用用鐘罩型型。所用用高密度度聚乙烯烯(殼)材質(zhì)特性性為：密密度為0.93g/cm3，拉伸強(qiáng)強(qiáng)度為29MPa，熱變形形溫度為為85℃。HDD覆盤形微微孔曝氣氣器(3)橡膠膜微微孔曝氣氣器從外形上上來看，，橡膠膜膜微孔曝曝氣器分分為盤式式橡膠膜膜微孔曝曝氣器、、球冠形形橡膠膜膜微孔曝曝氣器兩兩種。前者主要由由上蓋蓋、合成橡膠膠膜、支撐架架、底座、密密封墊等組成成，在合成橡橡膠膜上開有有2100～2500個按一定規(guī)則則排列的開閉閉式孔眼。1-橡膠膜；2-卡箍；3-布?xì)獗P；4-調(diào)節(jié)閥；5-螺母；6-螺栓1-橡膠膜；2-支承托盤；3-接頭；4-進(jìn)氣管空氣由底座的的通氣孔經(jīng)支支撐架進(jìn)入橡橡膠膜與支撐撐架之間，在在壓力作用下下膜片微微鼓鼓起，孔眼張張開，空氣從從孔眼中擴(kuò)散散出去，形成成細(xì)微氣泡。停止供氣時時膜片在自身身的彈性和負(fù)負(fù)壓作用下使使孔眼閉合，，膜片因水壓壓作用而壓實(shí)實(shí)在布?xì)獗P上上，混合液不不會將孔眼堵堵塞。ABS可調(diào)管支架(4)管式微孔曝氣氣器空氣通過表面面布滿微氣孔孔的曝氣橡膠膠管，在水中中產(chǎn)生的氣泡泡。一般將系系統(tǒng)設(shè)計成可可提升式。1-進(jìn)氣分管；2-三通；3-進(jìn)氣軟支管；；4-進(jìn)氣分支三通通；5-進(jìn)氣活接彎頭頭；6-橫向固定管；；7-活接三通；8-氣流分布器；；9-EPDM橡膠管；10-支撐管；11-304不銹鋼卡箍；；12-垂重件北京多元電器器集團(tuán)的懸掛掛鏈移動曝氣氣裝置由漂浮在水面面的通氣管和和吊在通氣支支管下的曝氣氣器組成，曝曝氣器利用自自身配重下沉沉接近池底處處，空氣通過過通氣支管進(jìn)進(jìn)入曝氣器，，再通過微孔孔橡膠膜以小小氣泡的形式式進(jìn)入污水中中。若干個這樣的的曝氣裝置在在水面上由通通氣管互相連連接，形成一一條曝氣鏈。。一個曝氣池池有若干條曝曝氣鏈，每條條曝氣鏈的長長度大于池子子的寬度。曝氣過程中，，漂浮在水面面的曝氣鏈可可在池中的一一定區(qū)域蛇形形運(yùn)動，這種運(yùn)動曝氣氣方式提高了了氧與水接觸觸時間。因?yàn)闉闅馀菹蛏线\(yùn)運(yùn)動的過程中中，不斷受到到水流流動、、浮鏈擺動等等擾動，因此此氣泡斜向上上運(yùn)動，延長長了在水中的的停留時間，，同時也提高高了氧氣的傳傳遞效率。置于被曝氣水水體中層或底底層，將空氣氣送入水中與與水體混合，，完成空氣中中的氧由氣相相向液相的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移過程。按進(jìn)氣方式可可分為壓縮空空氣供氣式與與自吸空氣式式兩類。壓縮空氣式一一般采用鼓風(fēng)風(fēng)機(jī)或空壓機(jī)機(jī)送氣；自吸吸式靠葉輪離離心力或射流流技術(shù)產(chǎn)生負(fù)負(fù)壓區(qū)，外接接進(jìn)氣管吸入入空氣。三、水下曝氣氣機(jī)水下曝氣機(jī)的的突出優(yōu)點(diǎn)是是能夠提高氧氧的轉(zhuǎn)移速度度；同時由于于底邊流速快快，在較大范范圍內(nèi)可以防防止污泥沉淀淀；此外，無泡沫沫飛濺和噪聲聲，避免了二二次污染。發(fā)發(fā)達(dá)國家還有有深水曝氣設(shè)設(shè)備，深度大大于10m，有的設(shè)計水水深達(dá)30m。1.射流曝氣機(jī)有自吸式與供供氣式兩種形形式，除具有曝氣氣功能外，同同時兼有推流流及混合攪拌拌的作用。(1)自吸式射流曝曝氣機(jī)——空氣常壓、水水高壓自吸式水下射射流曝氣機(jī)由由潛水泵和射射流器組成。。當(dāng)潛水泵工工作時，高高壓噴出的的水流通過過射流器噴噴嘴產(chǎn)生射射流，通過過擴(kuò)散管進(jìn)進(jìn)口處的喉喉管時，在在氣水混合合室內(nèi)產(chǎn)生生負(fù)壓，自自動將液面面以上的空空氣由通向向大氣的導(dǎo)導(dǎo)管吸入。。經(jīng)與水充充分混合后后，空氣與與水的混合合液從射流流器噴出，，與池中的的水體進(jìn)行行混合充氧氧，并在池池內(nèi)形成環(huán)環(huán)流。LNYB型液下射流流曝氣機(jī)主要由射流流器與潛水水泵組成。。潛水泵出出水通過射射流器的噴噴嘴，形成成高速水流流，射入射射流器的喉喉管后產(chǎn)生生負(fù)壓。通通過進(jìn)氣管管自動吸入空空氣。在射流器的的喉管和擴(kuò)擴(kuò)散管與水水流高速混混合，形成成氣水混合合液，氣水水混合液從從射流器中中噴出，在在池中形成成強(qiáng)烈的渦渦流。強(qiáng)力力攪拌的同同時，大量量的溶解氧氧溶解到水水中。(2)供氣式射流流曝氣機(jī)——空氣高壓、、水高壓供氣式射流流曝氣機(jī)(器)一般設(shè)置在在曝氣池或或氧化溝底底部，外接接加壓水管管、壓縮空空氣管。送送入的壓縮縮空氣與加加壓水充分分混合后向向水平方向向噴射，形形成射流和和混合攪拌拌區(qū)，對水水體充氧曝曝氣。工程實(shí)際中中常用的供供氣式射流流曝氣機(jī)(器)為密集多噴噴嘴空氣擴(kuò)擴(kuò)散裝置。。噴嘴作用區(qū)區(qū)的放大示示意圖密集多噴嘴嘴空氣擴(kuò)散散裝置由鋼鋼板焊接而而成，呈長長方形，主主要由進(jìn)水管、噴噴嘴、曝氣氣筒和反射射板等部件組成成，噴嘴安安裝設(shè)在曝曝氣筒的中中、下部，，空氣由噴噴嘴向上噴噴出，使曝曝氣筒內(nèi)的的混合液上上、下循環(huán)環(huán)流動。噴噴嘴的直徑徑一般為5～10mm，數(shù)目達(dá)百百個，出口口流速為80～100m/s。2.鼓風(fēng)式潛水水曝氣攪拌拌機(jī)鼓風(fēng)式潛水水曝氣機(jī)(Blastsubmergedaerator)是由潛水電電機(jī)、減速速箱、散氣氣葉輪、螺螺旋葉輪、、殼體等部部分構(gòu)成的的兼有曝氣氣和攪拌功功能的攪拌拌曝氣裝置置。由于葉輪的吸水水、噴水、、旋轉(zhuǎn)的作作用，水流流呈放射狀狀做上下循循環(huán)運(yùn)動，，調(diào)動水量量大、攪拌拌能力強(qiáng)，，形成了一一個周而復(fù)復(fù)始的總體體流動，使使得氣、固固液三者充充分混合。。既達(dá)到了了高效充氧氧，又防止止了活性污污泥的沉淀淀。該機(jī)通過散氣葉輪與與螺旋槳葉葉輪同軸旋旋轉(zhuǎn)，在散散氣葉輪工工作區(qū)將鼓鼓風(fēng)機(jī)供給給的空氣破破碎成許多多微細(xì)氣泡泡，再與上上升的水流流一起被螺螺旋槳葉輪輪吸入導(dǎo)流流筒內(nèi)進(jìn)行行氣液完全全混合。充分混合后后的氣液混混合流從導(dǎo)導(dǎo)流筒吐出出，呈放射射狀強(qiáng)有力力地向外噴噴出。含有有大量微細(xì)細(xì)氣泡的氣氣液混合流流呈放射狀狀流到池子子的上部，，然后流到到池子的周周邊，再沿沿著池壁到到池底。重重新匯集于于池底中央央的混合液液又被吸到到散氣葉輪輪的氣源處處再重復(fù)上上述過程。。根據(jù)中華人民共共和國環(huán)境境保護(hù)行業(yè)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)產(chǎn)品技術(shù)要要求——鼓風(fēng)式潛水水曝氣機(jī)》(HJ/T260-2006)中的相關(guān)規(guī)規(guī)定，3.潛水離心式式曝氣機(jī)潛水離心式式曝氣機(jī)也也稱自吸式式潛水曝氣氣機(jī)，是活活性污泥法法工藝中普普遍采用的的一種曝氣氣設(shè)備，也也是SBR反應(yīng)器中最最常用的一一種配套設(shè)設(shè)備。葉輪與潛水水電機(jī)直連連，葉輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生生的離心力力使葉輪進(jìn)進(jìn)水區(qū)產(chǎn)生生負(fù)壓，空空氣通過進(jìn)進(jìn)氣導(dǎo)管從從水面上吸吸入，與進(jìn)進(jìn)入葉輪的的水混合形形成氣水混混合液由導(dǎo)導(dǎo)流孔口增增壓排出，，水流中的小小氣泡平行行沿著池底底高速流動動，在池內(nèi)內(nèi)形成對流流和循環(huán)。。QXB潛水離心式式曝氣機(jī)半半成品4.自吸式螺旋旋曝氣機(jī)是一種小型型曝氣設(shè)備備，驅(qū)動軸軸上部有孔孔洞，螺旋旋槳在水下下高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，中空空的的螺螺旋旋槳槳驅(qū)驅(qū)動動軸軸頂頂端端連連接接著著電電機(jī)機(jī)軸軸，，其其底底端端與與螺螺旋旋槳槳和和擴(kuò)擴(kuò)散散器器連連在在一一起起。。形成成負(fù)負(fù)壓壓并并產(chǎn)產(chǎn)生生液液體體流流，，在在壓壓力力差差的的作作用用下下，，空空氣氣通通過過