1.曝气器在污水（shuǐ）处理中的应用

生物处理法（fǎ）根据（jù）参（cān）与作用的微生物（wù）的需氧情况，可分为好氧法和厌（yàn）氧法两大类。一般情况，好氧法比较适（shì）用于较低浓度污水，如（rú）乙烯厂（chǎng）污水；而厌氧法较适用于处理污泥和较高浓度的污水。好氧生物处理法可（kě）分为（wéi）活性污泥法和生物膜法两大类。

活性污泥法是水体自净的人工强（qiáng）化方法，是一种依靠活性污泥工作主体（tǐ）的去除（chú）污水（shuǐ）中有机物（wù）的方法。存在于活性污（wū）泥中的好氧微生物必须在有氧气存在的条件下才能起作用。

在污水处理生（shēng）化系统的曝气池中，充氧效率与好氧微生物生长量成正相关性。溶解氧的供（gòng）给量要根据好氧微生物的数量、生理（lǐ）特性、基质性质及浓度来综合考虑（lǜ）。

这样，活性污泥才能处在佳的降解有机物的状态。根据试验表明，曝气池中（zhōng）溶解氧维持在3～4mg/L为宜，若供氧（yǎng）不足，活性污泥性能差，导致废水处理效果下降。为保证有充足（zú）的（de）供氧，必须依靠一种设备来完成（chéng），例如曝气器。

2.曝气的原理

曝气是使空气与水强烈接触的一种手段，其目的在于将空气中的氧溶解（jiě）于水中，或者将水中不需要的气体和挥发性物质放逐到空（kōng）气中。换言之，它是促进气体与液体之间物质交换的一种手段。它还有其他一些重要作用，如混合和搅拌。

空气中的氧通过曝气（qì）传递到水中，氧由气相向（xiàng）液相进（jìn）行传质转移，这种传质扩散的理论，目前应用较多的是刘易斯和惠特曼提出（chū）的双膜理论。

双膜理（lǐ）论认为，在（zài）“气（qì）-水”界面上存在着气膜和液膜，气膜外和液膜外有（yǒu）空（kōng）气和液体流动，属紊流状态；气膜和液膜间属层流状态（tài），不存在对流，在一定（dìng）条件下会出（chū）现气压梯度和浓度梯度。如果（guǒ）液膜中氧的浓（nóng）度低于水中氧的饱和浓度，空气中的氧继（jì）续向内扩散透过（guò）液膜进（jìn）入水体，因而液膜和气膜将成为氧传递的障碍（ài）。

这就是双膜理论。显然，克服液膜障碍有效的方法是快速变（biàn）换“气-液”界面。

曝气搅拌正是如此，具体的做法就是：减少气泡的大小，增加气泡的数量，提高液体的紊流（liú）程度，加大曝气器的安装（zhuāng）深度（dù），延长气泡与液体的（de）接触时间。曝气设（shè）备正是基于这（zhè）种做法而在污水（shuǐ）处理中被广泛采用的。

3.曝气类型与曝气器的功能（néng）

曝气类型大体分为两类：一类是鼓风曝气，一类是机械曝气。

鼓风曝气是采用曝气器（qì）扩散板（bǎn）或扩散管在水（shuǐ）中引入气泡的曝气方式。一般乙烯厂的污水处（chù）理（lǐ）多采用这（zhè）种方式。机械曝（pù）气是指利用叶轮等器械引入气（qì）泡的曝气方式。

所有的曝气设备（bèi），都（dōu）应该满足下列3种功能：

①产（chǎn）生并维持有效的气-水（shuǐ）接触，并且在生物氧化（huà）作用不断消耗氧气的情况下保持水中一定的溶解氧浓度;

②在曝气区内产生足够的混合作用和水的循环流动;

③维持液体（tǐ）的足够速（sù）度，以（yǐ）使水中的（de）生物固体处于悬浮状态。

鼓（gǔ）风曝气设备

鼓风曝气（qì）系统由鼓风机、曝气器和一（yī）系列连通的管（guǎn）线（xiàn）组成。鼓风机将空气通过一系列管道输送到（dào）安（ān）装在池底部的曝气器，通过曝气器，使空气形成不同尺寸的气泡。

气泡在（zài）曝气器出口形（xíng）成，尺寸则取决于空（kōng）气扩散装（zhuāng）置的形（xíng）式，气泡经?过上升和随水循环流动，后在液面处破裂（liè），这一过程产生氧向污水中转移的（de）作（zuò）用。鼓风系统（tǒng）的曝气器主要（yào）分为微气泡、中气（qì）泡、大（dà）气泡、水力剪切、水力冲（chōng）击（jī）及空气升液等类型。

鼓风曝气设（shè）备（bèi）的主要技术性能指标有：

• 动力效率(Ep)，即每消耗1kW电能转移（yí）到混合液中的氧量;

• 氧的利用效率(EA)，即通（tōng）过鼓风（fēng）曝气转移到混合液的氧量（liàng），占总供氧量的百分比(%)。

4.微气泡曝气器

微气泡曝气器也称微（wēi）孔曝气器，按照（zhào）安装的型式（shì），可分为提升式微孔（kǒng）曝气器及固（gù）定式微孔曝气器。

提（tí）升式微孔曝气器（qì）主要由微孔曝气管、活动摇臂、提升（shēng）机等3部分组成：

①微孔曝（pù）气管即由微（wēi）孔管、前盖、后盖及（jí）连接螺栓组成;

②活动摇臂是可提升的配（pèi）管，微孔曝气管安装（zhuāng）于支气管上，成（chéng）栅条（tiáo）状（zhuàng），底座（zuò）固定在池壁上，活动立管（guǎn）伸入池中，支管落在池底部（bù），并支架支撑在池底部;

③曝气（qì）器提升机（jī），为活动式电动（dòng）卷扬机，起吊小车可随（suí）意移动，将摇臂（bì）提起。

其工作原理是：空气从微气泡（pào）曝气管后（hòu）盖的通气孔进入曝气管，曝气管的管壁上密（mì）布者许多细小的孔隙，管内空气在压力差的作用下，从管壁的孔隙中扩散（sàn）出（chū）来，在污水（shuǐ）形成许许多多微（wēi）小的气（qì）泡，并造成水的紊流，从而（ér）达到了（le）将空气（qì）中的氧溶入（rù）水中（zhōng）的目的。

微孔曝气管的形式有很多（duō），目前较为常（cháng）用的有两种：一（yī）种是由粗瓷或刚玉等烧结而成的普通曝气管（guǎn），这种管壁在烧结过程中产生许（xǔ）多极微小的孔隙，它的主要特点是能产生微小的气泡，气泡直径约0.1～0.2mm，气、液接触面积大，氧利用（yòng）率高，一般可达到20～25%;其缺（quē）点是气压（yā）损（sǔn）失（shī）较大，易堵塞，送入的空气需过滤处理，易损坏，一旦损坏，氧（yǎng）利用率（lǜ）就开始快速下降。

另一种是管式膜片微孔曝气管。这种曝气（qì）管的安装方式与前一种基本一样，但其自身的结构却有很大的区别，它是由一个用ABS或UPVC制成的管子作为布（bù）气管，管壁上开有通风孔，布（bù）气管外周覆（fù）盖着合成（chéng）橡胶制成的膜片，膜片被金属卡子固定在管子上。在合成橡胶（jiāo）膜片上用激光等方法打出均匀分布的孔眼。

曝气时，空（kōng）气通过管（guǎn）壁上的通气孔进入膜片与管壁之间，在压缩空气的作（zuò）用下，使膜片微微鼓（gǔ）起，孔眼张开，达（dá）到布气扩散的（de）目（mù）的。

停止供气，气压消失后，膜片本身在弹性（xìng）作用下使孔眼自动闭合，由于水压的（de）作用，膜（mó）片压实在管壁上。因此，污水不会倒（dǎo）流而（ér）堵塞（sāi）孔眼。但由于这种膜片的开孔（kǒng）直径直接影响到（dào）氧的利用率，因此，开孔直径应适当。

开孔直径（jìng）过大，氧的利用（yòng）率较低，开孔直径过小，氧利用率高，但阻力增大（dà）。橡胶膜片应选用耐老化，高强度胶质，以免膜片出现撕裂，造成曝气（qì）器损坏。

5.动态曝气器（qì）

动（dòng）态曝气器是一种新型的曝气器，属于固定安装式的微气泡曝气（qì）器，它（tā）由圆（yuán）罩、旋混筒、旋混（hún）圈、套（tào）接头抱箍和配气管组成。

动态（tài）曝气（qì）器采用了“大孔排（pái）气泡布气（qì）”技术，将引（yǐn）入曝气器内的空气分别进行正旋和反旋（xuán）导流，正旋导流为顺时针方向，反旋（xuán）导流为逆时针方向，由两个不同方向（xiàng）旋流作用下，在套筒旋混筒内形成一个瞬间连续局部反应的气液强化旋混区。

由旋混旋流（liú）作用（yòng）所产生（shēng）的大（dà）量气（qì）泡，再经圆（yuán）罩阻挡扩散作（zuò）用之后，均匀密（mì）布的向上产生气泡。总的来说，动态曝气器是由大孔双向旋混、套筒强化旋混和圆罩阻挡扩（kuò）散等各（gè）种结构作用（yòng），使气（qì）相在液相中（zhōng）碰撞、剪切和分割，从而形成混合性扩散（sàn）。

由于（yú）动态曝气器采用了大孔排（pái）气，即使停风（fēng）停压后，污水倒流进曝气器和配气管（guǎn）中，也不会（huì）造成排气孔堵塞，从而从根本上解决了曝气（qì）器堵塞的问题，可长期保持氧利用率不发生变化。但由（yóu）于产生气泡（pào）的直径较大，氧利用率（lǜ）相对微孔曝气器（qì）要低，一般在15～19%之间（jiān）。与动态曝气器的结构和性能类似的还有旋混曝气器。

6.摇臂微孔曝气器与动态曝气器的对比

除了上面所讲的气泡直径、氧利用率、是否易（yì）堵塞等不同之处外，两者还有以下几个不同点：

1、安装方式

摇臂微孔曝（pù）气器为可活动式安装，当曝气器需要更换或检修时，可用提升机将曝气器从水中出来，在池面进行施工检修，不影（yǐng）响（xiǎng）同池其他曝气器的（de）工作，不需要停池（chí）净水，检修（xiū）成本低，工作量少。

动态曝气器为固定式安装，一经安装完成后，便（biàn）不可以移动，如果某间曝气池需要检修，就必须停止该池的运行，并（bìng）且将池内的污（wū）水和淤泥等杂物清除后，方可施工（gōng），检修成本较高。

2、耐用性

摇臂式微孔曝气器的失效（xiào）形（xíng）式主要有以下3种：

①钢制布气管生锈（xiù）后（hòu）产生氧化（huà）铁以及污水和空气中的杂物会造成曝气管内堵，曝气管内气流（liú）分布不均匀，使曝气管抖动，而产生疲劳损坏;

②曝气管安装在管接头上，在曝气管抖（dǒu）动和污水腐蚀的双重作用下，管接头易从根部折断，污水的腐蚀还会造成（chéng）布气管壁减薄穿孔;

③水下摇臂活动关节长期（qī）浸泡在水中，可能会因为生锈等原?因而无法转动，从（cóng）而使得曝气器不能正常提升到水面。以上3种失效形式，经过近（jìn）年来的新技（jì）术的应（yīng）用，已经得到（dào）很大的改善（shàn），使得曝气器的使用寿命可达5年左右。

动态曝气器的失效形（xíng）式（shì）则有：由于疲劳或（huò）腐蚀等原（yuán）因，曝气头各部件(如圆（yuán）罩、旋混筒、旋混圈等)之间的连接件断裂或松脱，而造成曝气头解体或（huò）脱落;配气管断裂;配（pèi）气管一般采（cǎi）用UPVC等非金属管材，管子与管子，管子与管件多用胶水粘连，一（yī）旦粘接不牢，容易从粘连处脱落和漏气。

这3种失效形式一般可以通过合理选型（xíng），正确选材，严把质量关等方法来避免。因此，这种曝气器的使用寿命较长，可达8～10年。

3、实际应用

摇臂式微孔曝气器因（yīn）为有氧利用率高、检修（xiū）方便等优点，较多应用在生产负荷较重、污水水质较恶劣的一级生化系统;固定式（shì）动态曝气器则因为有氧利用率稍低但可以长期保持，检（jiǎn）修困（kùn）难但使用寿命长的（de）特点，一般应用在生产负荷较低，污水水质较好的（de）二级生化系统。

7.结论（lùn）

曝气器（qì）的选（xuǎn）用依据各有侧重，主要考虑下列因素：

①空气扩散装置应具有较高的氧利用率（lǜ）和（hé）动（dòng）力效率，具有较好的节能效果;

②不易堵塞，出现故障易排除，便于维护管理;

③构造简单，便（biàn）于安装，工程造价及（jí）装置本身成本（běn）都较低。

此外，还应考虑污水的水质，地区条件以及（jí）曝气（qì）池（chí）型、水深等。