第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

生物處理法根據(jù)參與作用的微生物的需氧情況，可分為好氧法和厭氧法兩大類(lèi)。一般情況，好氧法比較適用于較低濃度污水，如乙烯廠(chǎng)污水；而厭氧法較適用于處理污泥和較高濃度的污水。好氧生物處理法可分為活性污泥法和生物膜法兩大類(lèi)?；钚晕勰喾ㄊ撬w自?xún)舻娜斯?qiáng)化方法，是一種依靠活性污泥工作主體的去除污水中有機(jī)物的方法。存在于活性污泥中的好氧微生物必須在有氧氣存在的條件下才能起作用。在污水處理生化系統(tǒng)的曝氣池中，充氧效率與好氧微生物生長(zhǎng)量成正相關(guān)性。溶解氧的供給量要根據(jù)好氧微生物的數(shù)量、生理特性、基質(zhì)性質(zhì)及濃度來(lái)綜合考慮。這樣，活性污泥才能處在最佳的降解有機(jī)物的狀態(tài)。根據(jù)試驗(yàn)表明，曝氣池中溶解氧維持在3～4mg/L為宜，若供氧不足，活性污泥性能差，導(dǎo)致廢水處理效果下降。為保證有充足的供氧，必須依靠一種設(shè)備來(lái)完成，例如曝氣器。

曝氣是使空氣與水強(qiáng)烈接觸的一種手段，其目的在于將空氣中的氧溶解于水中，或者將水中不需要的氣體和揮發(fā)性物質(zhì)放逐到空氣中。換言之，它是促進(jìn)氣體與液體之間物質(zhì)交換的一種手段。它還有其他一些重要作用，如混合和攪拌?？諝庵械难跬ㄟ^(guò)曝氣傳遞到水中，氧由氣相向液相進(jìn)行傳質(zhì)轉(zhuǎn)移，這種傳質(zhì)擴(kuò)散的理論，目前應(yīng)用較多的是劉易斯和惠特曼提出的雙膜理論。

雙膜理論認(rèn)為，在“氣-水”界面上存在著氣膜和液膜，氣膜外和液膜外有空氣和液體流動(dòng)，屬紊流狀態(tài)；氣膜和液膜間屬層流狀態(tài)，不存在對(duì)流，在一定條件下會(huì)出現(xiàn)氣壓梯度和濃度梯度。如果液膜中氧的濃度低于水中氧的飽和濃度，空氣中的氧繼續(xù)向內(nèi)擴(kuò)散透過(guò)液膜進(jìn)入水體，因而液膜和氣膜將成為氧傳遞的障°-，這就是雙膜理論。顯然，克服液膜障°-最有效的方法是快速變換“氣-液”界面。曝氣攪拌正是如此，具體的做法就是：減少氣泡的大小，增加氣泡的數(shù)量，提高液體的紊流程度，加大曝氣器的安裝深度，延長(zhǎng)氣泡與液體的接觸時(shí)間。曝氣設(shè)備正是基于這種做法而在污水處理中被廣泛采用的。

曝氣類(lèi)型大體分為兩類(lèi)：一類(lèi)是鼓風(fēng)曝氣，一類(lèi)是機(jī)械曝氣。鼓風(fēng)曝氣是采用曝氣器￡-擴(kuò)散板或擴(kuò)散管在水中引入氣泡的曝氣方式。一般乙烯廠(chǎng)的污水處理多采用這種方式。機(jī)械曝氣是指利用葉輪等器械引入氣泡的曝氣方式。

曝氣擴(kuò)散是污水處理工藝中的核心技術(shù)

曝氣擴(kuò)散的實(shí)質(zhì)就是使氣相中的氧向液相中轉(zhuǎn)移。氣相中的氧轉(zhuǎn)移為液相中的溶解氧，是通過(guò)流體運(yùn)動(dòng)形成氣液接觸界面而完成的。因此，按照流體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)來(lái) 分析 則可以看出曝氣擴(kuò)散技術(shù)的區(qū)別。如果采用流體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)來(lái)區(qū)分，曝氣擴(kuò)散技術(shù)則有下列兩種基本形式。

液相流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)型 

葉輪與轉(zhuǎn)刷（盤(pán)）表面曝氣是采用制造液相流體的水躍而形成氣液接觸界面； 射流曝氣是依靠射流液相流體吸入氣相流體而形成氣液接觸界面，這些均是屬于液相流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)型，其技術(shù)特征是：動(dòng)能作用于重質(zhì)液相流體運(yùn)動(dòng)；輕質(zhì)氣相流體是被動(dòng)接觸；在葉輪或轉(zhuǎn)刷（盤(pán)）攪動(dòng)處、射流口附近產(chǎn)生局部連續(xù)的氣液接觸界面。

氣相流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)型 

鼓風(fēng)曝氣是由風(fēng)機(jī)輸送氣相流體，經(jīng)曝氣器的擴(kuò)散作用以升泡運(yùn)動(dòng)的方式形成氣液接觸界面，這就是屬于氣相流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)型，其技術(shù)特征是：動(dòng)能作用于輕質(zhì)氣相流體運(yùn)動(dòng)；重質(zhì)液相流體是被動(dòng)接觸；由升泡的上升運(yùn)動(dòng)，可產(chǎn)生立體連續(xù)的氣液接觸界面。

圖表 鼓風(fēng)曝氣與機(jī)械曝氣流體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的比較

為提高氧的利用率，生物接觸氧化池宜采用氣水逆向流設(shè)計(jì)。一般用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)曝氣，曝氣設(shè)備分布于池底；氣流自下向上流經(jīng)填料區(qū)，水流自上向下流經(jīng)填料區(qū)。曝氣系統(tǒng)一般采用微孔曝氣系統(tǒng)或穿孔曝氣系統(tǒng)。

微孔曝氣系統(tǒng)一般采用膜片式微孔曝氣器作為曝氣設(shè)備，池中填料一般采用彈性填料，設(shè)計(jì)氣水比一般取0.7左右。穿孔曝氣系統(tǒng)采用穿孔管作為曝氣設(shè)備，池中填料可采用顆粒填料或彈性填料，設(shè)計(jì)氣水比一般取1左右。

微孔曝氣系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵在于微孔曝氣器的正確選用。隨著科技的發(fā)展，在目前的工程應(yīng)用中，曝氣器支承盤(pán)多采用ABS工程塑料，布?xì)饽て嗖捎酶叻肿泳酆衔锘蛱砑恿嗽鰪?qiáng)劑的橡膠，取代了原有的鈦板或陶瓷板曝氣的微孔曝氣器。布?xì)饽て膬?nèi)外表面很光滑，不會(huì)產(chǎn)生金屬氧化物，不易固著生物膜，并有很好的耐酸耐堿性能。布?xì)饽て系臍饪卓呻S氣量的增減而可大可小，從而使曝氣變得更加均勻，同時(shí)也防止了堵塞。由于布?xì)饽て哂幸欢ǖ膹椥?，曝氣器在充氧曝氣時(shí)，布?xì)饽て澳て系奈⒖自跉怏w的作用下能自行鼓脹掙開(kāi)，以確保氣體可從微孔中通過(guò)，在停止曝氣時(shí)，布?xì)饽て系奈⒖壮书]合狀態(tài)。由于布?xì)饽て哂袕椥约拔⒖卓勺孕袛U(kuò)張和收縮，避免了以往曝氣器微孔容易受堵的現(xiàn)象。

微孔曝氣器是依賴(lài)于微小孔隙對(duì)氣流進(jìn)行擴(kuò)散，在微孔曝氣器表面所具有的有效通氣孔隙，是微孔曝氣器的技術(shù)核心問(wèn)題。與微孔曝氣器孔隙物理計(jì)算相關(guān)的有：通氣流速（V）、孔隙空間（S）、孔隙率（K）和孔隙量（N又稱(chēng)孔隙單位）。

動(dòng)力擴(kuò)散利用氣體在水體中的上浮動(dòng)力，發(fā)生“碰”與“撞”的作用而獲取細(xì)泡，氣流擴(kuò)散完全脫離了細(xì)小孔隙的束限作用。由于動(dòng)力擴(kuò)散采用的是大孔排氣，實(shí)現(xiàn)了阻力小、不堵塞的擴(kuò)散技術(shù)合理性。僅是“技術(shù)合理”還不行，還要是“功能高效”，旋混曝氣器具備設(shè)計(jì)科學(xué)的旋流、導(dǎo)流、紊動(dòng)阻擋等多種“碰”與“撞”作用，實(shí)現(xiàn)了既是大孔排氣又是功能高效，PD旋混曝氣器很好地解決了動(dòng)力擴(kuò)散的技術(shù)合理性。

圖表 曝氣器動(dòng)力擴(kuò)散與孔隙擴(kuò)散的比較

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點(diǎn)或流程

曝氣生物濾池（Biological Aeration Filtration），就是在生物濾池處理裝置中設(shè)置填料，通過(guò)人為供氧，使填料上生長(zhǎng)大量的微生物。曝氣生物濾池由濾床、布?xì)庋b置、布水裝置、排水裝置等組成。曝氣裝置采用配套專(zhuān)用曝氣頭，產(chǎn)生的中小氣泡經(jīng)填料反復(fù)切割，達(dá)到接近微控曝氣的效果。由于反應(yīng)池內(nèi)污泥濃度高，處理設(shè)施緊湊，可大大節(jié)省占地面積，減少反應(yīng)時(shí)間。

膜片式微孔曝氣器要求膜片打孔，孔徑小，氣泡小，孔多氣泡就多，充氧效率就高，然而孔太多的結(jié)果，往往造成膜片的壽命縮短。因此，膜片的加工，要求應(yīng)充氧、膜片壽命的雙重優(yōu)化，不能偏廢。

其次是曝氣器的抗浮要求問(wèn)題，曝氣器錨固力不足造成上浮事故，都有發(fā)生。天津紀(jì)莊子污水處理廠(chǎng)最早引進(jìn)英國(guó)曝氣設(shè)備，曾按國(guó)外圖紙要求，用專(zhuān)用工具，對(duì)每個(gè)錨固點(diǎn)都進(jìn)行拉力測(cè)定。而管式膜片曝氣器，其布管為雙層構(gòu)造，壓縮空氣在夾層中，污水能進(jìn)入中心管道，使浮力減弱，確保了曝氣器的穩(wěn)定性。

還有曝氣器冷凝水的排出，也是運(yùn)行中的重要問(wèn)題，曝氣器的曝氣孔如能設(shè)在底部，就可既曝氣又排水了，這也是管式曝氣器的優(yōu)點(diǎn)之一。

最后，對(duì)于SBR工藝來(lái)說(shuō)，生化池集曝氣沉淀在同一水池內(nèi)完成，活性污泥必將沉積于曝氣器表面，對(duì)盤(pán)式曝氣器而言，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易堵塞，而對(duì)管式曝氣器的底部曝氣孔來(lái)說(shuō)就不易堵塞了。因此，目前采用SBR（含CASS工藝、CAST工藝、ICEAS工藝等）工藝的工程都采用管式曝氣器是有其道理的

圖表 曝氣生物濾池工藝流程

工藝特點(diǎn)： 

① 克服了污泥膨脹，處理效果穩(wěn)定，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單。② 改變了傳統(tǒng)的高負(fù)荷生物濾池自然通風(fēng)的供氣方式，人為供氧，強(qiáng)化處理效果，出水水質(zhì)提高。③ 耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，特別適合于工業(yè)廢水所占比例越來(lái)越高的現(xiàn)代城市污水處理。④ 生物填料對(duì)空氣有相互切割作用，可以明顯提高氧氣利用率。⑤ 根據(jù)需要可以組合成具有生物除磷脫氮功能的A2/O工藝。⑥ 采用中小氣泡專(zhuān)用曝氣頭，杜絕了微孔曝氣頭容易堵塞、破裂的缺陷。⑦ 采用北京桑德環(huán)保產(chǎn)業(yè)集團(tuán)開(kāi)發(fā)的特種生物填料，污泥濃度高，處理設(shè)施緊湊，占地面積小。

第三節(jié) 國(guó)內(nèi)外技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 分析

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，污水處理保護(hù)環(huán)境越來(lái)越受到重視。采用技術(shù)性能可靠的曝氣設(shè)備，是確保污水處理裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的首要條件。

由于鼓風(fēng)曝氣動(dòng)力效率高，立體布?xì)庑阅芎?，目前?yīng)用較為普遍。鼓風(fēng)曝氣的終端關(guān)鍵設(shè)備是曝氣器，因此可以說(shuō)曝氣器的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r就代表了鼓風(fēng)曝氣的技術(shù)水平。由于曝氣池相關(guān)的工藝?yán)碚撚?jì)算，基本點(diǎn)就是曝氣氧利用率，從而導(dǎo)致出現(xiàn)了對(duì)曝氣器的技術(shù)評(píng)價(jià)重點(diǎn)集中在氧利用率，也導(dǎo)致出現(xiàn)了孔隙擴(kuò)散——排氣孔隙越來(lái)越細(xì)的現(xiàn)象。

應(yīng)當(dāng)指出，孔隙擴(kuò)散由固定孔隙到軟性膜可變孔隙，技術(shù)水平是有所發(fā)展，孔隙擴(kuò)散曝氣器在污水處理裝置新安裝投運(yùn)初期會(huì)表現(xiàn)良好，但孔隙擴(kuò)散技術(shù)可靠程度太低，現(xiàn)實(shí)運(yùn)行情況不盡人意，這就不得不使人深思孔隙擴(kuò)散中的技術(shù)合理性問(wèn)題。

任何一種設(shè)備，其功能效率必須要有合理的技術(shù)支持，這是一個(gè)很通常的技術(shù)原則，孔隙擴(kuò)散完全不符合這樣的技術(shù)原則。從理論上講，設(shè)備的功能效率是越高越好，但這種功能效率如果沒(méi)有合理的技術(shù)支持，則其肯定是不可靠的。曝氣器的“氧利用率”當(dāng)然是要越高越好，但如果實(shí)現(xiàn)這種效率是以降低技術(shù)可靠性為代價(jià)，顯然是有問(wèn)題的。

目前所謂具有“先進(jìn)技術(shù)水平”的孔隙擴(kuò)散，可以使曝氣器氧轉(zhuǎn)移率達(dá)到30%以上，但無(wú)非是排氣孔隙更加變細(xì)，進(jìn)氣除塵要求更加嚴(yán)格，阻力損耗更加增大；即以更加的技術(shù)不合理來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其實(shí)際應(yīng)用結(jié)果也只能是技術(shù)更加的不可靠。

孔隙擴(kuò)散不可能解決技術(shù)合理性的問(wèn)題，這一點(diǎn)是十分清楚的。但為什么孔隙擴(kuò)散現(xiàn)仍然具有一定的技術(shù)地位呢？ 

一是以往曝氣器的充氧性能完全取決于排氣孔隙的大小，大孔排氣不能實(shí)現(xiàn)較高的氧轉(zhuǎn)移率，形成工程上偏重于選擇以微孔方式排氣的曝氣器。二是曝氣工藝工程設(shè)計(jì)基本點(diǎn)就是要求曝氣器要有較高的氧轉(zhuǎn)移率。

從實(shí)際情況看，曝氣器孔隙擴(kuò)散的應(yīng)用是處在滿(mǎn)足了氧利用率的要求卻難以滿(mǎn)足技術(shù)合理要求的狀態(tài)，微孔曝氣器在應(yīng)用存在氧利用率與技術(shù)可靠性的矛盾。

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