目前，世界上所有现代化水处理工程项目中均有曝气技术的应用。曝气技术是促进水中有机物被微生物有氧分解的一种污水处理技术，它是污水好氧生化处理中的一个重要环节。曝气设备在工作时，通过各种方式将空气和水体混合，使得水中的溶氧量增大。某些曝气设备还可以起到促进池中水体循环、防止污泥沉淀等作用。 1 曝气的基本原理 1.1 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。 1.2 常用曝气设备及其性能指标 在污水处理过程中，曝气技术的运用依靠于曝气设备，其运行费用占到污水处理厂运行总费用的60%以上。常见的曝气设备分为鼓风曝气设备、表面曝气设备和水下曝气设备三类。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。为了评价曝气设备的充氧能力，我们引入了一些技术指标：标准曝气效率，又称动力效率，是指在20℃、101kPa的条件下，曝气设备每消耗一个单位的轴功率所能够传递的氧气量；氧气利用率，指鼓风设备运行过程中，成功转移到液体中的氧气所占总供氧量的百分比；充氧能力，指单个曝气设备在20℃、101kPa条件下，单位时间所能达到的供氧量，注意将该指标与标准曝气效率相区别；推动容量，主要针对转刷表面曝气设备而言，指其沟内混合液流速达到0.3m/s时，单位有效长度所能推动的水的体积。 2 鼓风曝气设备及其应用分析 2.1 鼓风曝气设备的构成 鼓风曝气设备是较为常见的曝气系统，其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。 2.2 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。但同时，其氧气利用率和动力效率就相对较低；为了形成大型气泡，常常采用管口直径大于15mm的竖管作为扩散管道，该种管道阻力损失极小，且几乎不会形成堵塞，但氧气利用率极低，一般小于6%。 3 表面曝气设备及其应用分析 3.1 表面曝气设备的构成 表面曝气设备，顾名思义就是利用设备在水体表面搅拌旋转产生的水跃，使水体与空气充分接触，促进氧气溶解的设备。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；转盘曝气器，又称作曝气转盘，主要应用于奥贝尔型氧化沟。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。在转盘曝气器中，转盘需要具备轻质、高强度和耐腐蚀性等特性，因此常采用玻璃钢压制成型，其表面有梯形凸块和圆形凹坑，具有可独立拆装的特点；在向曝气池的深水区域增氧时，传统的转刷或转盘曝气器都难以起到很好的效果，而为此设计的新型转筒曝气器则可以很好地胜任工作。 3.2 表面曝气设备的应用特性 表面曝气设备相对于其余曝气设备，总体具有结构简单、安装使用和维护方便等特点，因此在城市污水和工业废水的处理过程中有着较为广泛地应用。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。 4 水下曝气设备及其应用分析 4.1 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。其叶轮和潜水电机直接相连，叶轮的转动可以使进水区形成极高的流速，其产生的负压同样可以将外部空气由导管吸入，待液气充分混合后由导流孔口增压排出。由于混合液具有较高的流速，同样可以在曝气池内形成循环水流。除此以外，在较小的曝气系统中，还可以使用自吸式螺旋曝气机，该种曝气设备以一定的角度入水，末端螺旋桨和潜水式曝气机的叶轮作用类似，将水面空气由负压吸入水中并混合均匀。 4.2 水下曝气设备的应用特性 由于水下曝气机可以将空气直接送入水底，因此具有许多突出的优点：一方面，该种方式的供氧速度很快，可以在较大范围内防止曝气池中的污泥沉淀，且不会由于水跃产生噪声污染。在具体分类上，射流式水下曝气设备常常应用于建筑和工业废水处理，在污水处理设备中同时起到曝气和搅拌作用；另一方面，潜水曝气器可以将空气转化为细小均匀的气泡，具有作用范围广、氧气利用率高等特点。而自吸式螺旋曝气器一般作为小型污水处理的曝气装置，或在大型氧化沟中作为辅助设备使用，具有较低的运行和维护费用。 5 结束语 综上所述，曝气技术在现代化水处理技术中有着广泛地应用。依据曝气需求的不同，可以使用不同种类的曝气技术。但总体来讲，充氧能力强、氧气利用率和曝气效率高、推动容量大的曝气设备的可靠性和运作效率更好。本文仅针对曝气技术在水处理中的应用，简要地对常用的几种曝气设备的构成和应用特性进行分析，对于相关研究工作具有一定的参考意义。 目前，世界上所有现代化水处理工程项目中均有曝气技术的应用。曝气技术是促进水中有机物被微生物有氧分解的一种污水处理技术，它是污水好氧生化处理中的一个重要环节。曝气设备在工作时，通过各种方式将空气和水体混合，使得水中的溶氧量增大。某些曝气设备还可以起到促进池中水体循环、防止污泥沉淀等作用。 1 曝气的基本原理 1.1 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。 1.2 常用曝气设备及其性能指标 在污水处理过程中，曝气技术的运用依靠于曝气设备，其运行费用占到污水处理厂运行总费用的60%以上。常见的曝气设备分为鼓风曝气设备、表面曝气设备和水下曝气设备三类。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。为了评价曝气设备的充氧能力，我们引入了一些技术指标：标准曝气效率，又称动力效率，是指在20℃、101kPa的条件下，曝气设备每消耗一个单位的轴功率所能够传递的氧气量；氧气利用率，指鼓风设备运行过程中，成功转移到液体中的氧气所占总供氧量的百分比；充氧能力，指单个曝气设备在20℃、101kPa条件下，单位时间所能达到的供氧量，注意将该指标与标准曝气效率相区别；推动容量，主要针对转刷表面曝气设备而言，指其沟内混合液流速达到0.3m/s时，单位有效长度所能推动的水的体积。 2 鼓风曝气设备及其应用分析 2.1 鼓风曝气设备的构成 鼓风曝气设备是较为常见的曝气系统，其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。 2.2 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。但同时，其氧气利用率和动力效率就相对较低；为了形成大型气泡，常常采用管口直径大于15mm的竖管作为扩散管道，该种管道阻力损失极小，且几乎不会形成堵塞，但氧气利用率极低，一般小于6%。 3 表面曝气设备及其应用分析 3.1 表面曝气设备的构成 表面曝气设备，顾名思义就是利用设备在水体表面搅拌旋转产生的水跃，使水体与空气充分接触，促进氧气溶解的设备。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；转盘曝气器，又称作曝气转盘，主要应用于奥贝尔型氧化沟。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。在转盘曝气器中，转盘需要具备轻质、高强度和耐腐蚀性等特性，因此常采用玻璃钢压制成型，其表面有梯形凸块和圆形凹坑，具有可独立拆装的特点；在向曝气池的深水区域增氧时，传统的转刷或转盘曝气器都难以起到很好的效果，而为此设计的新型转筒曝气器则可以很好地胜任工作。 3.2 表面曝气设备的应用特性 表面曝气设备相对于其余曝气设备，总体具有结构简单、安装使用和维护方便等特点，因此在城市污水和工业废水的处理过程中有着较为广泛地应用。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。 4 水下曝气设备及其应用分析 4.1 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。其叶轮和潜水电机直接相连，叶轮的转动可以使进水区形成极高的流速，其产生的负压同样可以将外部空气由导管吸入，待液气充分混合后由导流孔口增压排出。由于混合液具有较高的流速，同样可以在曝气池内形成循环水流。除此以外，在较小的曝气系统中，还可以使用自吸式螺旋曝气机，该种曝气设备以一定的角度入水，末端螺旋桨和潜水式曝气机的叶轮作用类似，将水面空气由负压吸入水中并混合均匀。 4.2 水下曝气设备的应用特性 由于水下曝气机可以将空气直接送入水底，因此具有许多突出的优点：一方面，该种方式的供氧速度很快，可以在较大范围内防止曝气池中的污泥沉淀，且不会由于水跃产生噪声污染。在具体分类上，射流式水下曝气设备常常应用于建筑和工业废水处理，在污水处理设备中同时起到曝气和搅拌作用；另一方面，潜水曝气器可以将空气转化为细小均匀的气泡，具有作用范围广、氧气利用率高等特点。而自吸式螺旋曝气器一般作为小型污水处理的曝气装置，或在大型氧化沟中作为辅助设备使用，具有较低的运行和维护费用。 5 结束语 综上所述，曝气技术在现代化水处理技术中有着广泛地应用。依据曝气需求的不同，可以使用不同种类的曝气技术。但总体来讲，充氧能力强、氧气利用率和曝气效率高、推动容量大的曝气设备的可靠性和运作效率更好。本文仅针对曝气技术在水处理中的应用，简要地对常用的几种曝气设备的构成和应用特性进行分析，对于相关研究工作具有一定的参考意义。

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