曝氣器的種類和應用范圍

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2017-10-11

曝氣器是使空氣與水強烈接觸的一種手段，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性物質放逐到空氣中。換言之，它是促進氣體與液體之間物質交換的一種手段。它還有其他一些重要作用，如混合和攪拌。空氣中的氧通過曝氣傳遞到水中，氧由氣相向液相進行傳質轉移，這種傳質擴散的理論，目前應用較多的是劉易斯和惠特曼提出的雙膜理論。　　
在“氣-水”界面上存在著氣膜和液膜，曝氣器氣膜外和液膜外有空氣和液體流動，屬紊流狀態；氣膜和液膜間屬層流狀態，不存在對流，在一定條件下會出現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，空氣中的氧繼續向內擴散透過液膜進入水體，因而液膜和氣膜將成為氧傳遞的障礙，這就是雙膜理論。顯然，克服液膜障礙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，增加氣泡的數量，提高液體的紊流程度，加大曝氣器的安裝深度，延長氣泡與液體的接觸時間。曝氣器及曝氣器設備正是基于這種做法而在污水處理中被廣泛采用的。
曝氣類型大體分為兩類：一類是鼓風曝氣，一類是機械曝氣。鼓風曝氣是采用曝氣鼓風機,曝氣器；擴散板或擴散管在水中引入氣泡的曝氣方式。一般乙烯廠的污水處理多采用這種方式。機械曝氣是指利用葉輪等器械引入氣泡的曝氣方式。所有的曝氣設備，都應該滿足下列3種功能：①曝氣器產生并維持有效的氣-水接觸，并且在生物氧化作用不斷消耗氧氣的情況下保持水中一定的溶解氧濃度；②曝氣器在曝氣區內產生足夠的混合作用和水的循環流動；③維持液體的足夠速度，以使水中的生物固體處于懸浮狀態。　
其實，曝氣器的選用依據各有側重，主要考慮下列因素： ①空氣擴散裝置應具有較高的氧利用率和動力效率，具有較好的節能效果；②不易堵塞，出現故障易排除，便于維護管理：③構造簡單，便于安裝，工程造價及裝置本身成本都較低。此外，還應考慮污水的水質，地區條件以及曝氣池型、水深等。
微孔曝氣器因為有氧利用率高、檢修方便等優點，較多應用在生產負荷較重、污水水質較惡劣的一級生化系統；動態曝氣器則因為有氧利用率稍低但可以長期保持，檢修困難但使用壽命長的特點，一般應用在生產負荷較低，污水水質較好的二級生化系統。
膜式微孔曝氣器
膜式微孔曝氣器，結構基本是比較簡單的。里面一個支撐盤（或管），然后把膜套在外面，通過擰緊，或者不銹鋼卡箍的方式，固定，就OK了。曝氣器和供氣管道的連接，一般有螺紋連接和安裝連接兩種。  
膜式曝氣器最核心部分，在于曝氣膜本身。有兩個關鍵點：打孔方式、材質。打孔方式主要有兩種：激光打孔和機械打孔。激光打孔是通過激光照射，在膜的表面燒出一個小孔。缺點是有損料，而且孔周邊部分的橡膠也變質了，閉合性能差，在國外基本不采用。機械打孔，是用精密刀具，把膜的表面切開，一般應該是無損料，這樣在鼓氣的時候，孔張開，不曝氣的時候孔自動閉合，防止回漏。  
現在膜的材質，最常用是EPDM（三元乙丙橡膠）。這種橡膠從耐久性、壽命、抗老化，親水性等各方面考慮，都是最優選擇。生物污水采用這種橡膠是最合適的，常規的工業廢水也應該選用這種材質的膜。  
具體到每個品牌的橡膠材質，一些配方，則是曝氣器商最核心的東西了。因為這直接影響這曝氣器的性能和壽命。比如，你想把孔打密一點，打細一點，這樣能提高傳氧效率。但是如果材質達不到一定要求，孔打細了，可能一曝氣就把膜撕裂。大家如果有機會接觸，不妨對比一下各個廠家的膜片打孔密度。還有，一般好的橡膠膜，表面的光澤是比較少的，像皮鞋一樣發亮那種，其實橡膠的含硫量比較多，用久了容易老化和發硬，壓損會增大。不過它也有外來危害，主要是：烴類、芳香族。如果污水中大量存在這些化學物質，就不能考慮EPDM了。EPDM耐溫是176攝氏度以下。  
還有一種聽得比較多的材質，就是硅橡膠。從客觀科學規律上說，硅橡膠材質曝氣器的性能絕對比不上EPDM，因為親水性硅橡膠比EPDM差。越親水的材質，水越容易帖到材料表面，氣泡越容易離開材料表面；親水性差的，氣體要在材料表面形成更大直徑的氣泡才能離開膜表面，導致了傳氧效率的下降。至于親水性是怎么一回事，可以簡單這樣理解：你把同樣大小的水滴滴到材料水平表面，水散得越開的，親水性越好。（當然，曝氣器的傳氧效率，也不僅僅是親水性能一個因素決定）。硅橡膠也有其用武之地，就是EPDM不能用的時候，可以考慮用硅橡膠。硅橡膠的耐溫也要廣一點，是-65～232攝氏度。硅橡膠的主要外來危害，是酸類。  
還有幾種特別的膜片材質，簡單介紹一下：聚氨基甲酸酯PU，腈類Nitrile、醇類Alcohols，氯丁橡膠Neoprene，這些材質的膜，都有各自的特殊外來危害。還有一種據說什么都不怕的終極膜片：氟橡膠。
管式和盤式  
盤式是使用得較早，較成熟的曝氣器。一開始的曝氣器就是盤式的，而且是剛玉和陶瓷材質的（這種材質的盤式EDI也有，據老外自己說質量還不錯，不過貴得離譜；現在在歐美也基本不用了，在中國更加推不出）。
盤式的缺點主要如下：
1、存在曝氣死區（簡單分析，整個盤底都是），攪拌性能不如管式。
2、相對浪費管道，整個工程造價要高于管式。
3、不曝氣的時候，泥就直接沉積在盤的表面，再次啟動直到要把泥重新攪拌起來，比起管式要多耗費30～40％的能量。
4、布置密度不如管式，如果你池子比較小，曝氣量又十分大，這樣就只能用管式了，因為在這平面內無法布再多的盤了。 
盤石的優點：從國標上規定，盤式壓頭損失要比管式小一點，大概1000pa；傳氧效率比起某些管式，要略高一點點。  
與盤式相比，管式的優勢很明顯：  
1、攪拌性能好。整個管式曝氣器，是360度打孔的，不存在曝氣死區。  
2、節省了部分管道的費用，工程造價要明顯低于盤式。  
3、不曝氣的時候，泥只能沉積在管面最中間很小的范圍（這個范圍EDI是不打孔的），稍稍往邊一點弧度就增大，泥就無法沉在上面。再次啟動的時候，一振就把泥振起來并且迅速攪拌。所以在SBR、CASS這類工藝中，管式優勢十分大。  
4、在曝氣量要求很大，池面面積相對較小的情況下，只有管式能滿足要求。 
雖然管式的壓頭大于盤式，傳氧效率略低，但是在設計中已經考慮了這點。通過適當多布一些管道，來保證管式能達到和盤式同樣的傳氧效率，而且曝氣系統的壓損，主要來自水深的壓力（一般5～6米的水深），管道壓損和那1000pa差異（設計中已經被平衡了的），幾乎可以忽略。 
膜式微孔曝氣器的止回功能  
主流的止回功能有兩大類，應用在盤式曝氣器。1、單考膜片本身的閉合功能止回；國外品牌和一部分國內品牌都是這樣做；2、增加止回閥，相當部分國內品牌采取這種方法。膜本身的止回，沒什么太復雜的東西。主要取決于膜的材質和打孔技術。最后就是能不能通過耐久性測試。 
止回閥的原理也很簡單，就是管道和曝氣器連接的部分，在管道出氣孔上面放置一個玻璃球，供氣的時候氣體把球吹起，不供氣的時候玻璃球在重力作用下壓住供氣孔。