4.2 曝气原理与鼓风曝气设备 (NXPowerLite)

3.小气泡型空气扩散装置
(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。
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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 kgO2/(kW·h)。
曝气过程中，漂浮在水面的曝气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。
三、水下曝气机
置于被曝气水体中层或底层，将空气送入水中与水体混 合，完成空气中的氧由气相向液相的转移过程。
1-橡胶膜；2-支承托盘； 3-接头；4-进气管
空气由底座的通气孔经支撑架进入橡胶膜与支撑架之间， 在压力作用下膜片微微鼓起，孔眼张开，空气从孔眼中扩散出 去，形成细微气泡。停止供气时膜片在自身的弹性和负压作用 下使孔眼闭合，膜片因水压作用而压实在布气盘上，混合液不 会将孔眼堵塞。
ABS可调管支架
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、水力冲击型等几类；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。
(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)
曝气作用区的浸没深度等因素都有关。
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厂运行费用的 60%~80%。曝气方式分为鼓风曝气、表面机械曝气、水下曝 气、氧气曝气等四类。
鼓风曝气是将空气加压设备提供的压缩空气，通过管道 系统送入曝气池中的空气扩散装置上，以气泡形式扩散。
表面机械曝气通过曝气机在水体表面旋转时产生水跃， 把大量水滴和片状水幕抛向空中，水与空气充分接触，使氧很 快溶入水体。充氧的同时，在曝气机转动的推流作用下，将池 底层含氧量少的水体提升向上环流，不断充氧。
长沙清之源环保科技有限公司 QY型潜水射流曝气机
南京南蓝环保设 备制造有限公司
(2)供气式射流曝气机—— 空气高压、水高压 供气式射流曝气机(器)一般设置在曝气池或氧化沟底部，
外接加压水管、压缩空气管。送入的压缩空气与加压水充分 混合后向水平方向喷射，形成射流和混合搅拌区，对水体充 氧曝气。工程实际中常用的供气式射流曝气机(器)为密集多喷 嘴空气扩散装置。
3.小气泡型空气扩散装置
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、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嘴空气扩散装置、射流 式空气扩散装置等。
形成小气泡来实现高效充氧的目的。
1-筒体；2-环缝；3-空气分配盘；4-小球体；5-多孔板；6-止回板；7-螺栓；8-垫圈；9-环形密封垫
⑤动力散流型曝气器 由锯齿形布气头、齿形带孔散流罩、导流板、中心进气 管及锁紧螺母组成；散流罩设计成倒伞型，伞型中圆处有曝 气孔，周边布有向下微倾的锯齿。
气体由管道输送至曝气器，经内孔通过锯齿形布气头， 作为水气第一次切割分散。散流罩将集中一束出来的气体扩 散成圆柱状，周边锯齿再次将气泡破碎扩散；由于气泡带动 周围静止水体上升，密度差强化了气泡破碎和混掺作用。
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中悬浮固体呈 悬浮状态，风压则要满足克服管道系统和空气扩散装置的摩 擦损耗及其上部的静水压。
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、轴流式风 机等过程。
离心式风机、回转式或透平式鼓风机
1. 射流曝气机
有自吸式与供气式两种形式，除具有曝气功能外，同 时兼有推流及混合搅拌的作用。
(1)自吸式射流曝气机 —— 空气常压、水高压 自吸式水下射流曝气机由潜水泵和射流器组成。当潜
水泵工作时，高压喷出的水流通过射流器喷嘴产生射流，通 过扩散管进口处的喉管时，在气水混合室内产生负压，自动 将液面以上的空气由通向大气的导管吸入。经与水充分混合 后，空气与水的混合液从射流器喷出，与池中的水体进行混 合充氧，并在池内形成环流。
环保设备原理与设计
多媒体教案
第4章 生化法废水处理过程及设备
§4.1 常规活性污泥法工艺与曝气池设计 §4.2 曝气原理与鼓风曝气设备 §4.3 氧化沟系列工艺及其曝气设备 §4.4 SBR系列工艺与专用滗水器 §4.5 生物膜法废水处理过程与设备 §4.6 厌氧法废水处理过程与设备 §4.7 组合式污水处理设备
29-Feb-20
NO.13a 讲 授 提 纲
§4.2 曝气原理与鼓风曝气设备
一、概述
曝气是将氧用强制方法溶解到废水与活性污泥混合液中 的过程。曝气除了维持DO浓度在需要值之外，还起搅拌作用， 使活性污泥处于悬浮状态，与污水密切接触、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
高压型三叶螺旋罗茨鼓风机,§10.3
HV-Turbo涡轮压缩机
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、微气泡等几类。
北京多元电器集团的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。
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。一个曝气池有若干条曝气链，每条曝气链的 长度大于池子的宽度。
喷嘴作 用区的 放大示 意图
密集多喷嘴空气扩散装置由钢板焊接而成，呈长方形， 主要由进水管、喷嘴、曝气筒和反射板等部件组成，喷嘴安 装设在曝气筒的中、下部，空气由喷嘴向上喷出，使曝气筒 内的混合液上、下循环流动。喷嘴的直径一般为5～10mm， 数目达百个，出口流速为80～100m/s。
2. 鼓风式潜水曝气搅拌机
LNYB型液下射流曝气机
主要由射流器与潜水 泵组成。潜水泵出水通过 射流器的喷嘴，形成高速 水流，射入射流器的喉管 后产生负压。通过进气管 自动吸入空气。
在射流器的喉管和扩散管与水流高速混合，形成气水 混合液，气水混合液从射流器中喷出，在池中形成强烈的 涡流。强力搅拌的同时，大量的溶解氧溶解到水中曝气器的孔眼易被污泥堵塞 等。
(2) 覆盘形微孔空气扩散器 一般主要由聚乙烯曝气壳、底盘、橡胶垫圈、压紧圈、
布联接座、布气管组成，大多采用钟罩型。所用高密度聚 乙烯(壳)材质特性为：密度为0.93g/cm3，拉伸强度为29MPa， 热变形温度为85℃。
(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、动
态曝气器、金山I型、动力散流型曝气器(水力剪切型) —— 密集多喷管空气扩散装置、射流式空气扩散
装置(水力冲击型)
(4)微气泡型空气扩散装置
1.大气泡型空气扩散装置
主要采用曝气竖管，布置在曝气池的一侧以横管分支 成梳形，竖管口径在15mm以上，离池底150mm。
2.中气泡型空气扩散装置
常常采用穿孔管 (perforated tube)曝气，即为 穿有小孔的钢管或塑料管(直 径25～50mm之间)，小孔直径 为3～5mm，开设于管壁两侧 向下45°角处。
穿孔管常设于曝气池一侧 高 于 池 底 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。
曝气过程中的氧转移实际上是一种建立在气液传质基础 上的气体吸收(本书§7.1)。
可以采用“双膜理论”来解释气液传质的机理：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)，这两层薄膜使得转移过程产 生了阻力。氧是难溶气体，其阻力主要来自液膜。
氧的总转移系数 KLa 与污水水质、污水温度、氧分压、
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
③动态曝气器 通过高速气流紊流运动和多个小球体旋转碰撞切割，
HDD覆盘形微孔曝气器
(3) 橡胶膜微孔曝气器 从外形上来看，橡胶膜微孔曝气器分为盘式橡胶膜微孔
曝气器、球冠形橡胶膜微孔曝气器两种。前者主要由由上盖、 合成橡胶膜、支撑架、底座、密封垫等组成，在合成橡胶膜 上开有2100～2500个按一定规则排列的开闭式孔眼。
1-橡胶膜；2-卡箍；3-布气盘；4-调节阀；5-螺母；6-螺栓
散流罩伞型中圆处有曝气孔，起到补气再度均匀整个散 流罩的作用，可减少能耗并将水气混合均匀分流，减少对安 装水平度的要求。
4.微气泡型空气扩散装置(Fine Air Aeration System)
比大、中、小气泡曝气充氧效率高，节能50%～60%。
(1) 刚玉微孔曝气器 空气通过多孔刚玉曝气板(壳)在水中产生小气泡。按照形 状可分为平板形、钟罩形、圆拱形、球形等四种，
(4) 管式微孔曝气器 空气通过表面布满微气孔的曝气橡胶管，在水中产生