摘要:曝气是以气液混合时发生的气体转移现象为基础的一种环境工程技术,该技术凭借低损耗、高能效、操作简易的特点在目前环境工程水处理中得到了广泛的应用。近些年来该技术的发展日渐成熟,在水污染治理中发挥着越来越重要的作用,在一定程度上缓解了我国水资源紧缺的局势。曝气设备型号不同其氧气利用率、曝气效率等均存在显著的差别,在实际的水处理中要结合具体的水质特点和水处理需求选择具体的曝气技术。本文结合曝气的原理就环境工程水处理中曝气设备的类型和具体应用进行了分析。
关键词:曝气技术;环境工程;水处理;应用
曝气技术是现代化水处理工程项目的重要标志,在曝气技术的支持下水中有机物被微生物有氧分解的进程加快,作为污水好氧生化处理的重要环节,该技术的应用可以显著提高环境工程水处理的效率和质量。曝气设备通过水体和空气的混合显著增加了水中的溶氧量,除此之外有的曝气设备还具有防止污泥沉淀、促进池中水体循环的功能。
一、曝气技术概述
1.1曝气的基本原理
曝气是以气液传质为基础的气体吸收过程,该过程的基本原理可以利用双膜理论进行解释。曝气过程中空气中的氧气由气相转移至液相,为了实现转化气体分子要通过液膜和气膜两层膜、液膜中分子的浓度差和气膜的气体分压梯度为气体分子通过双膜提供动力,而双膜界面则会对气体分子的转移产生阻力。水处理中氧气分子转移主要阻力来源为液膜。
1.2曝气设备分类
曝气设备的可靠性是影响污水处理中曝气技术应用效果的主要因素,曝气设备的运行成本要占水处理工程运行总成本的一半以上。在实际的环境工程中常用的曝气设备包括表面曝气设备、水下曝气设备和鼓风曝气设备三大类。其中表面曝气设备运行中可以让水体的表面产生旋转扰动,在此影响下水幕或者是水滴会扬起形成水跃从而促进空气和水体的充分接触,水中的含氧量也会有所增加,加速微生物分解水体污染物质的进程。水下曝气设备是直接从水下吸入或者是充入高速高压气体,促进氧气由气相转移至液相的进程。鼓风曝气设备应用中可以利用空气加压设备的进行压缩空气的制造,在通过管道将制造的氧气通入曝气池的空气扩散装置中,并通过气泡的形式扩散至需要处理的水体中。充氧能力是曝气设备水污染处理效率的重要的影响因素,评价重阳能力的技术指标包括氧气利用率、标准曝气效率、推动容量等等。
二、表面曝气设备及其应用
2.1表面曝气设备构成
表面曝气设备目前在我国的应用主要集中于中小型污水处理厂,根据主转轴方向的不同表面曝气设备可以具体分为水平轴式和立轴式两种形式。水平轴式表面曝气设备较为常用,以曝气器差异为基础可以分为转盘曝气器、转筒曝气器和转刷曝气器。转盘曝气器主要应用于奥贝尔型氧化沟,减速装置、转盘、电动机及转轴是其主要的结构部件,水平转轴上安装的转盘可以对水体产生切向推动力,促进活性污泥混合液和污水的循环流动混合。污水处理的环境比较特殊,因而转盘曝气器的转盘需要采用高强度、耐腐蚀性且轻质的材料,玻璃钢压制成型的转盘应用较多,转盘表面有圆形的凹坑或者是梯形的凸块,且转盘曝气器的各部件可以独立拆装。转筒曝气器作为专门为深水区域增氧而设计的设备,可以弥补传统转盘和转刷曝气器的不足,保证较好的曝气池深水区域的增氧效果。转刷曝气器主要由减速传动结构、转刷和电动机构成,该设备在圆形或者是矩形曝气池中都可以进行工作。当需要向氧化沟中进行充氧时可以通过转刷叶片的旋转,促使水滴呈飞溅式切向飞出,与空气混合。此外转刷还具有促进氧化沟中混合液循环流动和氧化沟中氧溶解均匀进行的作用。
2.2表面曝气设备的应用
相较于水下曝气设备和鼓风曝气设备,表面曝气设备具有维护方便、安装使用表姐且结构简单的特点,目前表面曝气设备在工业废水和城市污水处理中都有着广泛的应用。不同的表面曝气器的性能也有所差异,转盘曝气器与转刷曝气器的充氧能力都可以根据实际需求进行灵活的调节,且推进力较强,充氧效率较高,但是转刷曝气器使用中容易对活性污泥絮体造成破坏,而转盘曝气器相对而言对于絮体的剪切作用比较小。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆新型的转筒曝气器实现了混合、搅拌、曝气及循环推流等功能的一体化,在显著改善深水区域曝气效果和曝气效率的同时对于不同工作环境的适应性也比较强,安装维护工作也更为方便。
三、水下曝气设备及其应用
3.1水下曝气设备构成
在曝气水体的中层或底层通过水中空气的送入完成水气混合是水下曝气设备最为显著的特点。根据曝气设备水下供气方式的不同可以分为潜水式曝气机和射流式曝气机两类。射流器和潜水泵是自吸式射流曝气机的主要构成部件,在潜水泵的工作下产生的高压水流通过射流器的喷嘴会生成射流,高速射流在混合室内会形成负压,射流与通过导管吸入的空气进行充分的混合后由射流器喷出。射流的动能较高,在此影响下曝气池中的水体可以形成环流加速氧气的均匀溶解。潜水式曝气机也被称作泵式水下曝气器,该类曝气设备的潜水电机和叶轮直接相连,叶轮转动会造成水区极高流速的形成,所产生的负压可以使外部的空气被导管吸入水体中,当液气充分混合之后气体会从导流孔口处被增压排除。在混合液较高流速的影响下,曝气池内还会形成相应的循环水流。如果曝气系统较小则可以利用自吸式螺旋曝气机以一定的角度进入水中,而潜水式曝气机,由气由负压吸入水中并混合均匀。
3.2水下曝气设备的应用
水下曝气设备可以直接在较深的水中进行工作,实现空气的直接进入水底,其优势也是十分明显的。水下曝气技术可以确保较高的供氧速度从而避免曝气池内大范围污泥沉淀的出现,于此同时也不会像表面曝气设备一样产生水跃,因而可以避免噪声污染。潜水曝气设备可以将空气转化为细小均匀的气泡,氧气的利用率较高且作用范围也比较广。射流式曝气机可以起到搅拌和曝气的作用,常被用于建筑废水和工业废水的处理中。自吸式螺旋曝气器的运行和维护成本相对比较低,因而得到了众多小型污水处理工程的青睐,自吸式螺旋曝气器也可以作为大型氧化沟的辅助设备进行使用。
四、鼓风曝气设备及其应用
4.1鼓风曝气设备的构成
空气扩散装置、空气输送管道和空气加压装置是组成鼓风曝气设备的主要部件。鼓风机和空气净化系统是空气加压装置的主要组成部分。曝气池中生化反应的需氧量是影响鼓风机送风量的主要因素,此外送风量还需要确保搅拌工作中混合液的固体颗粒可以保持悬浮状态。当气体送入水体之后,鼓风机的送风压力需要超过空气扩散装置处的静水压和管道系统的摩擦损耗。鼓风曝气设备的空气扩散装置可以将将气体分为体积不同的气泡以加大液体与气体的接触表面积。设备的输送管道包括曝气池中的干支管道和输气管。
4.2鼓风曝气设备的应用
根据气泡产生的性质差异可以对鼓风曝气设备的性能特点和适用性进行评价。曝气设备形成的气泡较小时扩散装置的多采用多孔透气的氧化铝、陶粒、尼龙等材料。用于生成微小气泡的曝气设备所生成的气泡直径可以控制在0.2mm以下,微小气泡可以确保气液接触面积的最大化和氧气利用效率的做大话,但是该种设备也存在容易堵塞且扩散阻力较大的不足。为了避免扩散装置堵塞情况的出现,需要先将空气通入净化器中处理净化完之后再进行鼓风作业。生成中型气泡的鼓风曝气设备的管道材料可以是钢或者是塑料,管道下部的两侧可以分别开孔以确保气泡的生成。该类设备的结构相对较为简单,气体流动的阻力也可以得到有效的控制,即使待处理水体的流速较快也不会产生堵塞情况,具有较高的稳定性和可靠性。但是该类设备的动力效率和氧气利用效率比较低。生成大型气泡的曝气设备的管道管口直径比较大,管道多为竖管以尽可能降低管道阻力损失,该类设备生成堵塞的可能性最低,但氧气的利用率也比较低,多在5%左右。
五、结束语
综上所述,曝气技术在环境工程水处理中的适用性较强,且污水处理效果显著。曝气设备的种类多样,适用范围、功能等都存在差异,在实际的水处理工作中可以根据具体的曝气需求选择合适的曝气技术和设备。一般来说氧气利用率高、推动容量大、充氧能力强的曝气设备的运作效率及使用可靠性都会比较好。要加强曝气技术在环境工程水处理中的应用,重视曝气设备的研究与优化,通过曝气技术水平的提高确保其在水处理中作用的充分发挥。
参考文献
[1]周健生. 炼油污水处理工程粗气泡曝气器的设计及安装调试[J]. 石油工业技术监督,2017(33).
[2]陈洪砚. 强碱性高硫离子选矿药剂生产废水处理改造工程实例[J]. 水处理技术,2017(43)
[3]王彦平. 水处理曝气生物滤池中填料的选择和研究[J]. 科技尚品,2016(01).
论文作者:黎伟
论文发表刊物:《防护工程》2017年第32期
论文发表时间:2018/3/21
标签:曝气论文; 设备论文; 水体论文; 水处理论文; 转盘论文; 空气论文; 射流论文; 《防护工程》2017年第32期论文;