《环保设备》曝气原理与设备

台由三节组成，如水深较浅（3m左右），也可采用两节。
固定螺旋曝气器内 部无旋转部件。目前 的类型有固定单螺旋、 固定双螺旋和固定三 螺旋3种，双螺旋曝 气器每节有两个圆柱 形通道（简称两通 道），三螺旋曝气器 则有三个圆柱形通道 （简称三通道）。
固 定 双 螺 旋 曝 气 器
结
构 示 意 图
每个通道内均有180°扭曲的圆形螺旋叶片，在 同一节中螺旋叶片的旋向相同，相邻两节中的螺旋 叶片放置方向相反。节与节之间的圆柱形通道相错 90°或60°角，并有椭圆形过度室，用以收集、混 合和分配流体，每个曝气器由一对支架支撑。
这里主要介绍空气扩散装置
空气扩散装置（diffuser）也称曝气器或曝 气头，其作用是将空气形成不同尺寸的气 泡，增大空气与混合液之间的接触界面， 把空气中的氧溶解于水中。
根据气泡尺寸的大小，空气扩散装置可分 为大气泡型、中气泡型、小气泡型、微气 泡型等几类。
根据气泡的产生方式，空气扩散装置可分 为空气升液型、水力剪切型等几类；其中 水力剪切型是利用装置本身能产生水力剪 切作用的特征，在空气从装置吹出之前， 将其切割成小气泡。
④金山I型
在外形上呈圆锥形倒
莲花状，带有锯齿形的布 气头，由高压聚乙烯注塑 成型。
构造简单，便于管理，
但氧利用率低，适用于中 小型污水处理厂，主要技 术 参 数 ： 服 务 面 积 1㎡/ 个 ， 氧气利用率8%，每个充氧 能力为0.41 kg O2 /（h·个）， 适用水深2.5~8m
⑤动力散流型曝气器
（1）大气泡型空气扩散装置 ——曝气竖管（空气升液型）
（2）中气泡型空气扩散装置 ——穿孔管、网状膜空气扩散装置（空气升液型）
（3）小气泡型空气扩散装置 ——扩散板、扩散盘、扩散管（空气升液型） ——倒盆式空气扩散装置、固定螺旋曝气器、160动态曝
气器、金山I型、动力散流型曝气器（水力剪切型）
（4）微气泡型空气扩散装置
机
曝气 断地更新液面并产生强烈的水跃，从而使空气中的氧与水滴的界
械
面充分接触而转移到混合液中
曝 潜水 气 曝气
卧轴 式曝
气
鼓风机械曝气
通过水下高速旋转的叶轮产生负压，将空气引入水下，再 通过叶轮的高速剪切运动，将吸人的空气切割为小气泡扩 散到污水中
通过叶轮转动搅动水面溅成水花，空气中的氧通过气液界 面转移到水中，同时也推动氧化沟中的污水（在活性污泥 新工艺专用设备一节中讲）
穿孔管常设于曝气池一 侧高于池底的0.1~0.2m处， 也有按编织物的形式安装遍 布池底。为避免孔眼堵塞， 孔眼处空气出口流速不小于 10m/s
目前已开发出了可变孔曝气软管，是以化纤增强改良塑 料为材料的软性管状曝气器；软管周径表面都有气孔，气 孔呈狭长的细缝，宽度在一定范围内可变。
软管壁厚2mm，曝气时鼓胀；不曝气时受静水压力作用 被压扁，在一定程度上可避免污泥倒灌。软管内表面光滑， 不易固着生物膜。使用时无需空气过滤设备，随时可以停 止曝气；可以卷曲包装，运输方便。
影响曝气系统技术性能指标如下：
（1）动力效率（ Ep ）——每消耗1kw电能转移 到混合液中的氧量，kg O2 /（kw·h）。
（2）氧的利用率或吸收率（ EA ）——通过鼓风 曝气转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比，%。
（3）氧转移效率（ EL ）——也称充氧能力，通 过机械曝气装置，在单位时间内转移到混合液中的氧 量， kg O2 /h。
（1）空气升液型 ①扩散板
是用多孔性材料制成的薄板，有陶土的，也有多孔塑料或 其他材料（如尼龙）的。其形状可以做成方形，尺寸通常
为300mm×300mm×（25-40）mm。
a
②扩散管 管径为60~100mm，长度多为500~600mm，常以组装形式
安装。以8~12根管组成一组，扩散管的氧利用率为10% ~13%，动力效率为2 kg O2 /（kw·h）。
采用鼓风装置将空气送入水下，用机械搅拌的方法使空气 和污水充分混合，本方法适用有机物浓度较高的污水
二、鼓风曝气设备
鼓风曝气设备由空气加压设备、空气输配管系统 与空气扩散装置组成。
空气输配管系统包括输气管、曝气池上的管网， 管网包括干管和支管，干管常架设于相邻两廊道的 公用墙上，向两侧廊道引出支管空气：
（2）水力剪切型空气扩散装置（hydraulic shearing duffuser) ①倒盆式空气扩散装置
由盆型塑料壳体、橡胶板、塑料螺杆及压盖等组成。空 气从上部进入，由壳体和橡胶板之间的缝隙向四周喷出， 呈一股喷流旋转上升。由于旋流造成的剪切和紊流作用， 使气泡变小。
②固定螺旋曝气器（fixed screw acrator） 是国外20世纪70年代发展起来的一种曝气装置，一般每
相关技术参数：外形尺寸为Φ 260×H120，材质 为ABS尼龙，服务面积0.45~0.55㎡/个，充氧效率当 水深4.0m为16%~20%。
4.微气泡型空气扩散装置（气泡大小100μm左右）
比大、中气泡曝气充氧效率高，节能50%－60%。
典型的微气泡型空气扩散装置是由微孔材料 (陶瓷、钛粉、氧化铝、氧化硅和尼龙)制成的扩散 板、扩散盘或扩散管等， 氧利用率高（EA＝15 ％～25％），动力效率高（Ep≥ 2 Kg O2/h) ，其 缺点是：易堵塞，空气需经过滤净化，扩散阻力 大等。
⑥260型旋混式曝气器
260型旋混式曝气器由多层锯齿布气头、螺旋切 割系统及连接管等组成。采用多层螺旋切割的型式 进行充氧曝气，当气流进入旋混式曝气器时，气流 首先通过二道螺旋切割系统切割后进入下层的多层 锯齿形布气头，进行多层切割，使气泡切割成微气 泡，这样大大提高了氧的利用率，具有布气均匀、 充氧效率高的特点。
气盘、合成橡胶膜片、压固膜片的圆环及底座与配气管连 接的插板组成，在合成橡胶膜片上开有2100~2500个按一定 规则排列的开闭式孔眼。
1.大气泡型空气扩散装置（气泡大小3mm以上） 主要采用曝气竖管，布置在曝气池的一侧以横管分支
成梳型，竖管口径在15mm以上，离池底150mm。
2. 中气泡型空气扩散装置（气泡大小2~3mm）
（1）穿孔管（perforated plate） 即为穿有小孔的钢管或
塑料管（直径介于 25~50mm之间），小孔直 径为3~5mm，开设于管壁 两侧向下45°角处。
若干个这样的曝气装置在水面上由通气管互
相连接，形成一条曝气链，曝气链横跨曝气池两 岸，两端与岸上的空气干管相连。一个曝气池有 若干条曝气链进行曝气，每条曝气链的长度大于 池子的宽度，曝气器悬挂在浮动链上，浮动链被 松弛地固定在曝气池两侧，曝气链是弯曲的。
曝气过程中，漂浮在水面的通气管在水流的
作用下会不停的移动，每条浮链可在池中的一定 区域蛇形运动，这种运动曝气方式提高了氧与水 接触时间。因为气泡向上运动的过程中，不断受 到水流流动，浮链摆动等扰动，因此气泡斜向上 运动，延长了在水中的停留时间，同时也提高了 氧气的传递效率。
第三章水污染控制机械与设备
3.3曝气原理与设备
本节内容提要
一、概述 二、鼓风曝气设备 三、表面曝气设备 四、水下曝气机（器） 五、纯氧曝气机 六、曝气系统的设计
一、概述

曝气是将空气中的氧用强制方法溶解到废水与活性泥
混合液中的过程。曝气除了维持DO浓度在需要值之外，
还起到搅拌作用，使活性污泥处于悬浮状态，与污水密切
也可采用橡胶材料，橡胶膜曝气管或称膜管式扩散器由硬 管、工程合成橡胶（高分子聚合物）、加强纱、抱箍、调节底 座等组成，规格为Φ 65mm。
膜管式扩散器的安装布置
悬挂链移动曝气装置由漂浮在水面的通气管
和吊在通气支管下的曝气器组成，曝气器利用自 身配重下沉接近池底处，空气通过通气支管进入 曝气器，再通过微孔橡胶膜以小气泡的形式进入 污水中。
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3. 小气泡型空气扩散装置（气泡大小小于1.5mm）
从气泡的产生方式来看，该类中属于空气升液型的有扩 散板、扩散盘、扩散管等。扩散盘英国采用较多，直径 18mm，清洗时易拆除。
属于水力剪切型的有倒盆式空气扩散装置、固定螺旋曝 气器、160动态曝气器、金山I型、动力散流型曝气器等；
属于水力冲击型的有密集多喷管空气扩散装置、射流式 空气扩散装置等。
根据该理论，氧的转移率可以用下式计算：
氧的总转移系数KLa与污水水质、污水温度、 氧分压、空气扩散装置的淹没深度等因素有关。 氧是难溶气体，其阻力主要来自液膜。
2.曝气方式与技术性能指标 曝气设备的运行费用占整个污水生物处理场运行费用
的60%~80%。曝气方式分为鼓风曝气、表面曝气、水下曝 气、氧气曝气等四类。
（2）覆盘形微孔空气扩散器
也称钟罩型微孔空气扩散器，主要由气泡扩 散盘（布气盘）、底盘、O型橡胶垫圈、压紧圈、 止回阀等组成，采用压力锅式密封，组装时将压 紧圈压紧。
（3）膜片式微孔扩散器（micro porous membrane diffuser) 是20世界80年代研制的新型曝气装置，主要由底座、布
接触、充分混合，以利于微生物对污水中有机物的吸附和
降解。
1.氧转移原理
曝气过程中的氧转移实际是一种建立在气液传质基础 的气体吸收
可以采用“双膜理论”来解释气液传质的机理：即在
曝气过程中，氧分子通过气、液界面由气相转移到液相， 在界面上存在着双层膜(气膜和液膜)，这两层薄膜使得气 体分子从一相转移到另一相时产生了阻力。
加压设备包括空气净化器、鼓风机或空气压缩机， 其风量要满足生化反应所需的氧量和能保持混合液 悬浮固体呈悬浮状态，风压则要满足克服管道系统 和扩散器的摩擦损耗以及扩散器上部的静水压。
空气加压设备一般选用鼓风机，城市污水处理厂使 用的鼓风机经历了往复式风机、罗茨风机、离心风 机等过程。
离心式风机、回转式或透平式鼓风机