探究曝气在环境工程水处理中的应用

李金昊

摘 要：曝气作为一项工程技术，被广泛应用于环境工程中。曝气技术在实际的应用过程中，气体混合之后加速了气体的转移，为了能够将空气送入到曝气池中，需要加大对空气加压设备的使用，同时还可以使用曝气器来产生水跃现象，配合出水气混合液，促进水中氧气溶解量的大大提升。现阶段，在环境工程水处理中，使用最为广泛的曝气设备主要包括表面曝气设备、鼓风曝气设备及水下曝气设备，不用的曝气设备在应用过程中的处理需求及环境要求存在着一定的差异，与氧气利用率、曝气效率等参数指标有直接关系。本文介绍了曝气的基本原理及性能指标，阐述了曝气在环境工程水处理中的应用情况，并提出了曝气设备的发展前景。

关键词：曝气；环境工程；水处理

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）21-0001-02

曝气是环境工程水处理中的一个重要环节，为微生物的生化作用提供了足够的供氧量，促进了池内有机物、微生物及溶解氧的混合，即水、泥、气三者的混合，为降解微生物中的杂质起到了重要作用。工程设计人员承担污水处理运行管理的重任，应掌握曝气设备充氧原理。在二级生物处理厂中，曝气所占的充氧电耗占较高的比例，是全厂动力消耗的60%-70%。因此，当前污水生物处理领域在发展过程中，需要将研制高效节能型曝气设备作为主要的研究课题。

1 曝气的基本原理及性能指标

1.1 曝气的基本原理

曝气技术作为一种气体吸收过程，建立在气液传质基础上，在实际的应用过程中，需要运用双膜理论来解释，在曝气处理过程中，完成了对空气中氧气分子由气相向液相进行转移的过程，气体分子通过了气膜和液膜。其中，分子通过的动力主要来源于气膜的分压梯度及液膜的分子浓度梯度，双模界面增加了气膜的阻力。氧气在转移过程中，容易受到氧气分子阻力的影响，其阻力主要来源于液膜中。

1.2 曝气的性能指标

曝气技术在污水处理过程中应用，主要借助于曝气设备，运行成本较高，占据污水处理厂运行总费用的60%。通常，比较常见的曝气设备主要包括：表面曝气、鼓风曝气及水下曝气三种，其中，表面曝气在实际的应用过程中，主要是借助于水跃，通过与空气及水体进行接触，有助于增加水的含氧量。鼓风曝气主要是通过空气加压设备来达到压缩制造空气的目的，使用管道将气体曝气池的空气扩散装置中，并且能够以气泡的形式逐渐向水中扩散。水下曝气主要是指向水下吸入或直接充入的过程，完成了高速高压空气从气相向液相转移的过程。为了更好的完成对曝气设备充氧能力进行判断，主要利用一些技术指标进行分析。例如，标准曝气效率，是指在101kPa及20℃条件下，当曝气设备每消耗一个单位的轴功率时，所传递的氧气量及氧气利用率，由鼓风设备决定，分析氧气在总供氧量中的百分比。充氧能力，指在101kPa及20℃条件下，在特定的单位时间内，所产生的总体供氧量。推动容量，该容量在计算过程中，与表面曝气有直接关系，当沟内的混合液流速在0.3m/s时，能够计算出单位有效长度下，所能推动的水的体积[1]。

2 曝气在环境工程水处理中的应用

2.1 水下曝气设备的应用

水下曝气设备在使用过程中，能够将空气直接送入到水底，展现出了较快的供氧速度，有效的避免了曝气池中污泥沉淀现象，并且由于水跃现象的产生，降低了对噪声的污染。因此，在实际的应用过程中，水下曝气设备常应用在工业废水处理及建筑行业中，并且展现出了搅拌及曝气作用。另外，水下曝气设备在应用过程中，潜水曝气器还能够将空气转化为细小均匀的气泡，氧气的利用率较高，具有较广的使用范围。自吸式螺旋曝气器作为一种小型污水处理曝气装置，在大型氧化沟中被广泛使用，并且自身还具有维护费用低及运行效率高特点。

2.2 表面曝气设备的应用

表面曝气设备作为环境工程水处理中的一项常用设备，表面曝气设备在实际的应用过程中，利用马达来带动轴流式叶轮运作，废水的喷射借助导管经导水板来完成，在喷射过程中会形成一层薄薄的水幕，废水通过与空气接触形成水滴，水滴在往下滴落时会撞击到液面上，进而液面上会出现大量的气泡，并且液面上还会产生乱流情况，污水中的含氧量大大增加，为污水中微生物及有机物与氧气发生反应提供了机会，达到了污水处理目标要求。表面曝气设备由于自身的结构较为简单，有助于降低使用成本。表面曝气设备图如图1所示。

例如，某污水处理厂，在进行污水处理时，采用氧化沟工艺，配备了9台表面曝气机，其中3台是倒伞表面曝气机，单沟处理能力能够达到4×104m2/d。在利用表面曝气设备进行污水处理时，电机常会出现无法驱动叶轮运转及叶轮浸没程度不足等情况，为了确保电机的正常稳定运行，需要将叶轮机的上半部分暴露在水面上。虽然该种方法有助于确保电机稳定运行，但是在一定程度上又会导致电机充氧能力下降，污水处理工作无法达到预期指标要求。另外，电能资源消耗过大也是电机目前面临的主要问题，针对该情况，需对曝气机进行技术改造，增设推流器，加大对复合叶轮倒伞表面曝气机的使用，确保曝气设备各项功能的完善性，提升曝气设备使用效果。通过对表面曝气设备进行改造处理，曝气设备的能耗量降低，提升了污水处理效果，展现出了较强的经济效益。

2.3 鼓風曝气设备的应用

鼓风曝气设备在实际的应用过程中，主要是通过曝气机来将空气注入到污水内，由于曝气设备与输送管道之间密切相连，能够加速污水中空气的快速扩散，促进了水泥物质的混合。鼓风曝气设备由多个部件组成，当空气进入到鼓风机后，会产生大量的气泡，气泡会随之而上升，在上升的过程中会出现破裂，污水中会转入进大量的氧气。鼓风曝气设备图如图2所示。

例如，单微孔曝气设备与鼓风曝气设备之间的结合使用，促进了悬浮固体物与生物氧化物之间的有效结合，确保了两者能够快速融为一体，有效节省了后续沉淀池。曝气生物滤池在实际的使用过程中，与传统的处理环境工程有直接关系，要结合实际的使用情况，合理选择曝气设备。不同的曝气设备在性能及特点方面存在一定差异，污水处理效果也多有不同。性能好的曝气设备有助于降低能耗消耗，提升污水处理效果。因此要合理选择曝气设备。同时，曝气设备在选择过程中，还可以结合设备参数、性能优化选择，确保所使用的设备都具有较高的性能。为了提升曝气设备的除污效果，可以将不同性能的曝气设备结合在一起使用[2]。endprint

2.4 曝气设备的选用分析

（1）水下曝气设备的选用。水下曝气设备置于曝气水体的中层或底层位置，通过将空气送入到水中，来完成水气之间的混合。通常按照水下供气方式的不同，分为潜水式曝气机及射流式曝气机，通过潜水泵工作从而产生高压水流，通过射流器喷嘴从而形成射流，通过导管将空气吸入进来并与之相混合，并从射流器中喷出。混合液自身的流速较高，会在曝气池中形成循环水流。对于较小的曝气系统，需要使用自吸式螺旋曝气机，该种曝气设备在实际的使用过程中，会以一定的角度入水，潜水式曝气机，作为SBR反应器配套曝气设备，潜水机与叶轮相连接，叶轮在转动过程中，会产生较高的流速，能够将产生的负压通过空气导管吸入，由导流孔增压排出。（2）表面曝气设备的选用。表面曝气设备主要是指水体表面通过搅拌旋转而产生的水跃现象，通过与空气充分接触，加速了氧气的溶解。表面曝气设备在中小型的污水处理中被广泛使用，按照主转轴方向进行划分，主要分为水平轴和立轴。按照曝气器不同，又分为转盘曝气器、转刷曝气器及转筒曝气器。在圆形及矩形曝气池中被广泛应用。转盘曝气器，由减速传统装置、电动机装置及转盘和转轴部件组成，在实际应用过程中，对水体产生了切向推动力，能够将活性污泥及污水混合在一起。需要选择高强度、耐腐蚀及轻质的转盘曝气器，具有可独立拆装特点，通常使用玻璃钢将其压制成型，表面会呈现出圆形的凹坑和梯形状[3]。（3）鼓风曝气设备的选用。鼓风曝气设备作为曝气系统中一种常见的曝气设备，空气加压装置由鼓风机和空气净化系统组成，送风量的大小主要是结合需氧量来判断。为了确保能够顺利将气体送入到水体中，需要将鼓风机的送风压力控制在大于空气扩散装置及管道系统摩擦损耗处的静水压。为了增加液体及空气接触的表面积，使用空气扩散装置，将气体分成大小不同的气泡，对扩散装置进行分类时，需要结合气泡产生方式的不同，对空气装置管道进行分类，以便选择的空气装置能够适应不同尺寸气泡的产生需求。

3 曝气设备的发展前景

污水处理是现阶段环境工程中的一项重要工作任务，使用到的污水处理设备较多，对设备的性能及结构有着较高的要求。因此，为了展现出曝气设备的应用效果及质量，需要从多个方面对设备进行探究，了解设备在实际的使用过程中出现的故障次数及污水水质情况。因此，为了确保曝气设备选择的合理性，要不断优化曝气设备，加强污水处理，促进污水处理技术的发展。近年来，污水处理技术取得了高效的发展，进而带动了曝气设备的发展，曝气设备在未来有着广泛的应用前景，曝气设备的使用范围较广，要不断优化曝气处理技術，结合实际的使用需求，对曝气处理技术进行不断的改进及完成，将最新的技术纳入到曝气设备中来，提升污水处理效果及处理质量，以达到节能减排和能量消耗的目的，促进曝气设备的良好发展[4]。

4 结语

综上所述，曝气设备在现代化水污染处理中具有良好的应用效果及应用质量。为了提升曝气设备的应用效果，需要结合曝气需求不同及实际的应用情况，选择不同种类及不同技术的曝气设备，有助于促进曝气设备效率、氧气利用率及充氧能力的提升，推动了大容量曝气设备的高效运作及可靠性运行。通过对水下曝气设备、表面曝气设备及鼓风曝气设备的应用情况进行分析，了解其应用特性及产生的应用价值，为环境工程水处理研究工作的开展提供一定的参考价值。

参考文献

[1]黄晓慧.曝气设备在环境工程水处理中的应用[J].江西建材，2017，（17）：88-89.

[2]陈祥.曝气在环境工程水处理中的应用分析[J].建材与装饰，2017，（26）：154-155.

[3]黄奕鹏.曝气在环境工程水处理中的应用分析[J].工程技术研究，2017，（2）：94+145.

[4]李波.曝气在环境工程水处理中的应用[J]. 资源节约与环保，2016，（3）：53-54.endprint