摘 要：就氧化溝處理工藝中的曝氣設(shè)備而言，近幾年，在國(guó)內(nèi)建設(shè)的污水處理工程中，花費(fèi)了大量外匯用來(lái)進(jìn)口國(guó)外曝氣設(shè)備，這不僅增加了工程投資，還由于維護(hù)管理等問(wèn)題，給污水處理廠(chǎng)的正常運(yùn)行帶來(lái)許多問(wèn)題。因此，發(fā)揮國(guó)內(nèi)企業(yè)在環(huán)保領(lǐng)域的作用，促進(jìn)民族工業(yè)的發(fā)展，加速?lài)?guó)外先進(jìn)曝氣設(shè)備的消化吸收，提高我國(guó)曝氣設(shè)備的科技含量和國(guó)產(chǎn)化率，增強(qiáng)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力，是促進(jìn)該領(lǐng)域發(fā)展的根本途徑。

近20~30年來(lái)，污水的除磷脫氮技術(shù)一直是污水處理領(lǐng)域研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的熱點(diǎn)，并已取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。氧化溝處理工藝作為城市污水和工業(yè)廢水處理中有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的二級(jí)生物處理技術(shù)已被世界各國(guó)廣泛采用。曝氣設(shè)備作為氧化溝處理工藝中最主要的機(jī)械設(shè)備，是影響氧化溝處理效率、能耗及穩(wěn)定性的關(guān)鍵之一，不僅兼有充氧、推動(dòng)、混合等功能，還決定著氧化溝的占地面積和基建投資。隨著氧化溝處理工藝對(duì)曝氣設(shè)備的要求越來(lái)越高，以及能源的日趨緊張，新型高效低能曝氣設(shè)備的研究已經(jīng)成為推動(dòng)氧化溝處理技術(shù)發(fā)展和節(jié)能降耗的重要因素。多年的研究結(jié)果使得曝氣設(shè)備已經(jīng)在技術(shù)上達(dá)到了一個(gè)很高的水平，完全可以滿(mǎn)足污水生物處理工藝對(duì)曝氣設(shè)備的要求，并且在提高能源利用效率方面也取得了較大進(jìn)步。國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐證明，新型曝氣設(shè)備的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，將意味著新一代氧化溝工藝的誕生。

下面簡(jiǎn)要介紹幾種近些年在氧化溝處理工藝中采用的曝氣設(shè)備及其進(jìn)展。

1． 曝氣轉(zhuǎn)盤(pán)

Orbal氧化溝是氧化溝類(lèi)型中的重要形式，在中高濃度的城市污水處理廠(chǎng)中具有相當(dāng)明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。曝氣轉(zhuǎn)盤(pán)是用于Orbal氧化溝的專(zhuān)用曝氣裝置，它起著充氧、混合、推動(dòng)水流作循環(huán)流動(dòng)和防止活性污泥沉淀等作用。在我國(guó)，曝氣轉(zhuǎn)盤(pán)主要是由聚乙烯或抗腐蝕性玻璃鋼壓鑄成型，轉(zhuǎn)盤(pán)表面設(shè)有規(guī)則排列的楔形凸出物，以增強(qiáng)推動(dòng)混合和充氧效率，盤(pán)上開(kāi)有許多不穿透小孔（稱(chēng)為曝氣孔），使空氣分散到液體中以達(dá)到充氧的目的。
 
曝氣轉(zhuǎn)盤(pán)的充氧能力可通過(guò)下面四種方式來(lái)調(diào)節(jié)：

（1）通過(guò)調(diào)節(jié)出水堰的高低來(lái)改變轉(zhuǎn)盤(pán)的浸沒(méi)深度；
（2）改變轉(zhuǎn)盤(pán)電機(jī)的轉(zhuǎn)速（通常采用兩級(jí)變速）；
（3）增加或減少轉(zhuǎn)盤(pán)的盤(pán)數(shù)；
（4）改變轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)方向。

近年我國(guó)天津國(guó)水設(shè)備工程公司與美國(guó)Envirex公司合作，引進(jìn)美國(guó)先進(jìn)的曝氣轉(zhuǎn)盤(pán)生產(chǎn)模具，在國(guó)內(nèi)獨(dú)家制造出材料為高強(qiáng)輕質(zhì)塑料的新型曝氣轉(zhuǎn)盤(pán)，其主要技術(shù)參數(shù)為：
　　曝氣轉(zhuǎn)盤(pán)直徑：1400mm；
　　適用轉(zhuǎn)速：43~55r/min；
　　適用浸沒(méi)水深：400~530mm；
　　單盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)清水充氧能力及動(dòng)力效率見(jiàn)表1~2所示：

實(shí)際污水處理工程中，曝氣轉(zhuǎn)盤(pán)性能的好壞和效率的高低，直接影響到Orbal氧化溝的處理效果、動(dòng)力消耗、建設(shè)投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。與同類(lèi)曝氣設(shè)備相比，曝氣轉(zhuǎn)盤(pán)具有工作水深大、充氧能力大、充氧效率高、混合能力強(qiáng)以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組裝靈活、使用壽命長(zhǎng)、安裝維修方便等特點(diǎn)。

2.曝氣轉(zhuǎn)刷

曝氣轉(zhuǎn)刷主要有Kessener轉(zhuǎn)刷、籠型轉(zhuǎn)刷和Mammoth轉(zhuǎn)刷三種，其它產(chǎn)品均是這三種的派生型，一般用于Pasveer氧化溝中。Kessener轉(zhuǎn)刷和籠型轉(zhuǎn)刷這兩種曝氣轉(zhuǎn)刷，氧化溝設(shè)計(jì)有效水深一般在1.5m以下。Mammoth轉(zhuǎn)刷是為增加單位長(zhǎng)度的推動(dòng)力和充氧能力而開(kāi)發(fā)的，葉片通過(guò)彼此連接直接緊箍在水平軸上，沿圓周均布成一組，每組葉片之間有間隔，葉片沿軸長(zhǎng)呈螺旋狀分布，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中葉片順序進(jìn)入水中，以保證運(yùn)行的穩(wěn)定性并可減少噪聲。軸為中空鋼管，轉(zhuǎn)刷直徑可達(dá)1.0m，轉(zhuǎn)速為70~80r/min，浸沒(méi)深度為0.3m，目前最大有效長(zhǎng)度可達(dá)9.0m，充氧能力可達(dá)8.0kgO2/(m×h)，動(dòng)力效率一般在1.5~2.5kgO2/kW×h之間，氧化溝設(shè)計(jì)有效水深為3.0~3.5m。常見(jiàn)的曝氣轉(zhuǎn)刷葉片由鍍鋅鋼板、不銹鋼板、玻璃鋼等材料做成，形狀也多種多樣，有矩形、三角形、T型、W型、齒型、穿孔葉片等。主軸一般為熱扎無(wú)縫鋼管和不銹鋼管。
 
我國(guó)近年來(lái)引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，具備了生產(chǎn)制造曝氣轉(zhuǎn)刷的能力，其轉(zhuǎn)刷葉片主要由鍍鋅鋼板做成，形狀常采用矩形，各項(xiàng)性能指標(biāo)基本達(dá)到了國(guó)際水平。同時(shí)可以查看中國(guó)污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

表3中是摘錄文獻(xiàn)的部分曝氣轉(zhuǎn)刷的特性。

為了取得更大的除磷脫氮效果，則需要一個(gè)較大的反應(yīng)池，在其中完成硝化和反硝化過(guò)程。由于土地的限制，使得反應(yīng)池的水深達(dá)到了8m，以往這個(gè)水深，常采用微孔曝氣設(shè)備，但現(xiàn)在也可以使用曝氣轉(zhuǎn)刷。曝氣轉(zhuǎn)刷的循環(huán)性能可達(dá)到水深3.5m，可以滿(mǎn)足不產(chǎn)生沉積的操作要求，在水深大于3.5m時(shí)可附加潛水?dāng)嚢杵�，則工作水深達(dá)到8m是沒(méi)有任何問(wèn)題的。當(dāng)使用這種潛水?dāng)嚢杵�，除了供連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)外，在長(zhǎng)期或短期間高含氧量交替缺氧期間可作間歇性運(yùn)轉(zhuǎn)，使反應(yīng)池中的污水保持一定的流速，避免沉積。

3. 立式表面曝氣機(jī)

立式表面曝氣機(jī)是專(zhuān)為Carrousel氧化溝設(shè)計(jì)的，一般每條溝安裝一臺(tái)，置于反應(yīng)池的一端。它的提升能力強(qiáng)，允許有較大的溝深（4~5m），適用于大流量的污水處理廠(chǎng)，應(yīng)用較為廣泛。它的充氧能力隨葉輪直徑變化較大，動(dòng)力效率一般為1.8~2.3kgO2/kW×h。
 
立式表面曝氣機(jī)有固定式和浮筒式兩種，其中浮筒式整機(jī)安裝在浮筒上，用鋼繩固定于水中，用防水電纜與之連接，它可根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)移動(dòng)；而固定式立式曝氣機(jī)的規(guī)格品種最多，目前在我國(guó)是以泵型（E型）及倒傘型葉輪為主。泵型葉輪曝氣機(jī)是我國(guó)自行研制的高效表面曝氣機(jī)，葉輪直徑在0.4~2.0m之間，葉輪的充氧方式以水躍為主，液面更新為輔。倒傘型葉輪曝氣機(jī)的葉輪直徑一般在0.5~2.5m，國(guó)內(nèi)最大的倒傘型葉輪直徑為3m。由于其葉輪直徑較泵型的大，故其轉(zhuǎn)速較慢，約為30~60r/min，動(dòng)力效率為2.13~2.44 kgO2/kW×h，在最佳時(shí)可達(dá)2.51kgO2/kW×h。倒傘型葉輪曝氣機(jī)的充氧方式是以液面更新為主，水躍及負(fù)壓吸氧為輔，目前廣泛應(yīng)用的Carrousel氧化溝就多是采用這種曝氣機(jī)。

4. 抽吸式曝氣機(jī)

抽吸式曝氣機(jī)通常是傾斜安裝在反應(yīng)池中，是一種葉輪抽吸式曝氣攪拌機(jī)。

抽吸式曝氣機(jī)的工作原理是：空氣被吸入水面以下并且被高速旋轉(zhuǎn)的葉輪攪碎，中空的螺旋槳驅(qū)動(dòng)軸頂端連接著電機(jī)軸，其底端與螺旋槳和擴(kuò)散器連在一起。驅(qū)動(dòng)軸上部有孔洞，空氣通過(guò)它得以進(jìn)入水下。螺旋槳在水下高速旋轉(zhuǎn)形成負(fù)壓并產(chǎn)生液體流，在壓力差的作用下，空氣通過(guò)空心驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)入水中。螺旋槳形成的水平流將空氣轉(zhuǎn)化成細(xì)微、均勻的氣泡，其平均直徑2mm，達(dá)到美國(guó)環(huán)保組織為優(yōu)秀的空氣擴(kuò)散器制定的2.2mm的標(biāo)準(zhǔn)。在與水的接觸中，氧氣被水和水生生物吸收。這些氣泡擴(kuò)散得較遠(yuǎn)，從而與水接觸得時(shí)間很長(zhǎng)，氧利用率非常高。曝氣機(jī)的氧氣擴(kuò)散區(qū)和混合區(qū)的范圍隨機(jī)器型號(hào)而變化，將多臺(tái)曝氣組合安裝在反應(yīng)池中，可使氧氣在整個(gè)反應(yīng)池中混合并擴(kuò)散。

工作時(shí)曝氣機(jī)的入水角度可以在30°～90°之間調(diào)節(jié)，通常以45°放置，但有些時(shí)候?yàn)檫_(dá)至最好的效果，必須根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)安裝角度。曝氣機(jī)可以提出水面直接維修。

將曝氣機(jī)的影響區(qū)域互相連接，使水的混合效果與氧氣傳遞速率達(dá)至最大，這是在反應(yīng)池中形成水流聯(lián)動(dòng)的基礎(chǔ)。水流聯(lián)動(dòng)是若干臺(tái)曝氣機(jī)經(jīng)過(guò)合理的布置形成循環(huán)流，使池中的平均流速與總功率的比值達(dá)到最大值。極大的流速使氧氣得到迅速擴(kuò)散，并產(chǎn)生充分的混合效果，加快生物反應(yīng)。

由于曝氣機(jī)安裝上的靈活性，它在任何形狀的反應(yīng)池中幾乎都能良好地工作。在環(huán)行池、氧化溝、調(diào)節(jié)池、有水位波動(dòng)的池子、淺池、矩形池或方形池中，都可以因地制宜，找到合適的安裝和布置形式。

5. 微孔曝氣板

由日本研制開(kāi)發(fā)的微孔曝氣板是采用聚氨酯薄膜，并能發(fā)生出目前認(rèn)為很難實(shí)現(xiàn)的直徑1mm超微泡的高效率曝氣設(shè)備。該微孔曝氣板是在PVC制基板上，緊繃開(kāi)有微孔的特殊聚氨酯薄膜以保持氣密，并用不銹鋼制槽鋼及框架來(lái)加固。標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸為1.2m´3.6m、重量105kg，3~4人即可搬運(yùn)及安裝一張曝氣板。該特殊聚氨酯薄膜厚約1mm，彈性極大且耐久性卓越。同時(shí)，該特殊聚氨酯薄膜的表面光滑，具有很難附著生物膜，即使萬(wàn)一附著上生物膜時(shí)，也極易剝離的特征。因此，它是適用于曝氣的優(yōu)秀材料。
 
表4　中列出了微孔曝氣板的主要規(guī)格和性能參數(shù)。

以下介紹微孔曝氣板的主要性能。
 
（1）氧氣轉(zhuǎn)移效率
　　氧氣向水中的轉(zhuǎn)移（溶解）是氣層與液層之間的物質(zhì)轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，氣液的接觸面積越大，即氣泡的表面積越大，則會(huì)提高氧氣的轉(zhuǎn)移效率。以同樣的空氣量進(jìn)行曝氣，氣泡直徑越小則其整體的表面積越大，效果也越好。同時(shí)，氣泡直徑越小其上升速度越慢，氣液的接觸時(shí)間越長(zhǎng)，據(jù)此也可得到極高的氧氣轉(zhuǎn)移效率。

　　為了產(chǎn)出微泡而縮小曝氣孔徑，各曝氣設(shè)備廠(chǎng)家之間展開(kāi)了激烈的開(kāi)發(fā)競(jìng)爭(zhēng)，但氣管細(xì)小而復(fù)雜以及空氣中的粉塵等往往是很易堵塞曝氣孔眼。而采用聚氨酯薄膜的微孔曝氣板，很好地解決了曝氣孔眼的堵塞問(wèn)題，在不使用高檔除塵裝置的情況下也可以產(chǎn)出微小氣泡，得到極高的氧氣轉(zhuǎn)移效率。
 
（2）所需動(dòng)力及電費(fèi)
　　微孔曝氣板的氧氣轉(zhuǎn)移效率極高，故可減少送氣量。但因其氣泡直徑約為1mm，雖然壓損將比以往的曝氣頭有所增加，但是，從整體的所需動(dòng)力來(lái)看，還是比以往的曝氣頭少，可以降低電費(fèi)。

　　另外，若將現(xiàn)有的反應(yīng)池的曝氣裝置改變成微孔曝氣板時(shí)，根據(jù)風(fēng)量削減效果試驗(yàn)得出，繼續(xù)使用現(xiàn)有得鼓風(fēng)系統(tǒng)是能夠獲得同等電力削減效果的。
 
　　表5中列出了微孔曝氣板與以往曝氣頭和陶瓷制曝氣板動(dòng)力及電費(fèi)消耗的對(duì)比情況。

（3）曝氣方法
　　微孔曝氣板曝氣時(shí)薄膜會(huì)鼓起并擴(kuò)張薄膜的微孔，據(jù)此通氣來(lái)開(kāi)始曝氣。曝氣停止時(shí)，微孔閉縮且薄膜呈緊繃在基板狀態(tài)以阻止污水浸入內(nèi)部，造成孔眼的堵塞問(wèn)題。因此，也不需要以往微孔曝氣頭所需的1m高性能空氣濾清器。

（4）維修保養(yǎng)
　　微孔曝氣板很難從內(nèi)部發(fā)生堵塞孔眼問(wèn)題或在薄膜表面附著生物膜，即使附著后也極容易剝離，故不需要特殊的維修保養(yǎng)。萬(wàn)一附著粘泥或因塵土等放生堵塞孔眼而導(dǎo)致壓損上升時(shí)，可利用薄膜的高彈性通過(guò)停止曝氣后再開(kāi)始曝氣的簡(jiǎn)單操作就可以使孔眼恢復(fù)原狀并開(kāi)始正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
 
（5）耐久性
　　用于微孔曝氣板的薄膜與以往的橡膠不同，是不添加增塑劑的特殊聚氨酯薄膜，不僅柔軟且極有彈性。因不含增塑劑，故長(zhǎng)期使用也不會(huì)發(fā)生因增塑劑脫離而引起的薄膜老化現(xiàn)象。這種卓越的耐久性，已有10年以上的使用業(yè)績(jī)得以證實(shí)。
 
綜合歸納，微孔曝氣板的主要特征是：
　�、� 曝氣效率高，可以大幅度地減少耗電量（電費(fèi)降至一半以下），并在轉(zhuǎn)為除磷脫氮工藝時(shí)，可以利用現(xiàn)有的鼓風(fēng)系統(tǒng)提供所需的氧氣量；
　�、� 不會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象，隨時(shí)可以停止曝氣作業(yè)，容易進(jìn)行維護(hù)和管理；
　�、� 使用壽命長(zhǎng)，目前已有10年以上的運(yùn)轉(zhuǎn)業(yè)績(jī)；
　�、� 安裝工作簡(jiǎn)單。

作為氧化溝工藝的曝氣設(shè)備，常采用機(jī)械曝氣設(shè)備，此時(shí)機(jī)械曝氣設(shè)備是起充氧和推流的作用，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)操作中很難分別獨(dú)立控制充氧量和流速。尤其是對(duì)除磷脫氮要求高時(shí)，需要反應(yīng)池中保持一定容積的厭氧段，但機(jī)械曝氣設(shè)備為防止活性污泥的沉淀而需要一定的流速，這樣往往容易引起充氧過(guò)量，特別是在降雨天等進(jìn)水溶解氧較高時(shí)，該狀態(tài)更加顯著，從而不能得到理想的除磷脫氮效果。與此相比，微孔曝氣板和螺旋槳式攪拌機(jī)組合方式是兩個(gè)完全獨(dú)立的設(shè)備進(jìn)行充氧及攪拌，因此可分別控制流速及溶解氧，并能夠高效簡(jiǎn)單地運(yùn)行操作。另外，位于寒冷地區(qū)的處理廠(chǎng)若采用機(jī)械曝氣設(shè)備，則直接將低溫空氣作為充氧氣體使用，會(huì)導(dǎo)致水溫降低。而微孔曝氣板和螺旋槳式攪拌機(jī)組合方式是利用空壓機(jī)排出的壓縮空氣進(jìn)行充氧，它具有隔熱壓縮的加熱效果，可防止水溫降低，保證處理工藝在冬季也能夠穩(wěn)定進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。

總之，微孔曝氣板目前已在歐美50多項(xiàng)工程中得到應(yīng)用，其性能博得到高度的評(píng)價(jià)。
 
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和即將加入WTO，我國(guó)的環(huán)保工業(yè)與國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，而與國(guó)外相比我們還有很大的差距。就氧化溝處理工藝中的曝氣設(shè)備而言，近幾年，在國(guó)內(nèi)建設(shè)的污水處理工程中，花費(fèi)了大量外匯用來(lái)進(jìn)口國(guó)外曝氣設(shè)備，這不僅增加了工程投資，還由于維護(hù)管理等問(wèn)題，給污水處理廠(chǎng)的正常運(yùn)行帶來(lái)許多問(wèn)題。因此，發(fā)揮國(guó)內(nèi)企業(yè)在環(huán)保領(lǐng)域的作用，促進(jìn)民族工業(yè)的發(fā)展，加速?lài)?guó)外先進(jìn)曝氣設(shè)備的消化吸收，提高我國(guó)曝氣設(shè)備的科技含量和國(guó)產(chǎn)化率，增強(qiáng)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力，是促進(jìn)該領(lǐng)域發(fā)展的根本途徑。來(lái)源：谷騰水網(wǎng)