曝气器的种类和应用范围

Back

2017-10-11

曝气器是使空气与水强烈接触的一种手段，其目的在于将空气中的氧溶解于水中，或者将水中不需要的气体和挥发性物质放逐到空气中。换言之，它是促进气体与液体之间物质交换的一种手段。它还有其他一些重要作用，如混合和搅拌。空气中的氧通过曝气传递到水中，氧由气相向液相进行传质转移，这种传质扩散的理论，目前应用较多的是刘易斯和惠特曼提出的双膜理论。　　
在“气-水”界面上存在着气膜和液膜，曝气器气膜外和液膜外有空气和液体流动，属紊流状态；气膜和液膜间属层流状态，不存在对流，在一定条件下会出现气压梯度和浓度梯度。如果液膜中氧的浓度低于水中氧的饱和浓度，空气中的氧继续向内扩散透过液膜进入水体，因而液膜和气膜将成为氧传递的障碍，这就是双膜理论。显然，克服液膜障碍最有效的方法是快速变换“气-液”界面。曝气搅拌正是如此，具体的做法就是：减少气泡的大小，增加气泡的数量，提高液体的紊流程度，加大曝气器的安装深度，延长气泡与液体的接触时间。曝气器及曝气器设备正是基于这种做法而在污水处理中被广泛采用的。
曝气类型大体分为两类：一类是鼓风曝气，一类是机械曝气。鼓风曝气是采用曝气鼓风机,曝气器；扩散板或扩散管在水中引入气泡的曝气方式。一般乙烯厂的污水处理多采用这种方式。机械曝气是指利用叶轮等器械引入气泡的曝气方式。所有的曝气设备，都应该满足下列3种功能：①曝气器产生并维持有效的气-水接触，并且在生物氧化作用不断消耗氧气的情况下保持水中一定的溶解氧浓度；②曝气器在曝气区内产生足够的混合作用和水的循环流动；③维持液体的足够速度，以使水中的生物固体处于悬浮状态。　
其实，曝气器的选用依据各有侧重，主要考虑下列因素： ①空气扩散装置应具有较高的氧利用率和动力效率，具有较好的节能效果；②不易堵塞，出现故障易排除，便于维护管理：③构造简单，便于安装，工程造价及装置本身成本都较低。此外，还应考虑污水的水质，地区条件以及曝气池型、水深等。
微孔曝气器因为有氧利用率高、检修方便等优点，较多应用在生产负荷较重、污水水质较恶劣的一级生化系统；动态曝气器则因为有氧利用率稍低但可以长期保持，检修困难但使用寿命长的特点，一般应用在生产负荷较低，污水水质较好的二级生化系统。
膜式微孔曝气器
膜式微孔曝气器，结构基本是比较简单的。里面一个支撑盘（或管），然后把膜套在外面，通过拧紧，或者不锈钢卡箍的方式，固定，就OK了。曝气器和供气管道的连接，一般有螺纹连接和安装连接两种。  
膜式曝气器最核心部分，在于曝气膜本身。有两个关键点：打孔方式、材质。打孔方式主要有两种：激光打孔和机械打孔。激光打孔是通过激光照射，在膜的表面烧出一个小孔。缺点是有损料，而且孔周边部分的橡胶也变质了，闭合性能差，在国外基本不采用。机械打孔，是用精密刀具，把膜的表面切开，一般应该是无损料，这样在鼓气的时候，孔张开，不曝气的时候孔自动闭合，防止回漏。  
现在膜的材质，最常用是EPDM（三元乙丙橡胶）。这种橡胶从耐久性、寿命、抗老化，亲水性等各方面考虑，都是最优选择。生物污水采用这种橡胶是最合适的，常规的工业废水也应该选用这种材质的膜。  
具体到每个品牌的橡胶材质，一些配方，则是曝气器商最核心的东西了。因为这直接影响这曝气器的性能和寿命。比如，你想把孔打密一点，打细一点，这样能提高传氧效率。但是如果材质达不到一定要求，孔打细了，可能一曝气就把膜撕裂。大家如果有机会接触，不妨对比一下各个厂家的膜片打孔密度。还有，一般好的橡胶膜，表面的光泽是比较少的，像皮鞋一样发亮那种，其实橡胶的含硫量比较多，用久了容易老化和发硬，压损会增大。不过它也有外来危害，主要是：烃类、芳香族。如果污水中大量存在这些化学物质，就不能考虑EPDM了。EPDM耐温是176摄氏度以下。  
还有一种听得比较多的材质，就是硅橡胶。从客观科学规律上说，硅橡胶材质曝气器的性能绝对比不上EPDM，因为亲水性硅橡胶比EPDM差。越亲水的材质，水越容易帖到材料表面，气泡越容易离开材料表面；亲水性差的，气体要在材料表面形成更大直径的气泡才能离开膜表面，导致了传氧效率的下降。至于亲水性是怎么一回事，可以简单这样理解：你把同样大小的水滴滴到材料水平表面，水散得越开的，亲水性越好。（当然，曝气器的传氧效率，也不仅仅是亲水性能一个因素决定）。硅橡胶也有其用武之地，就是EPDM不能用的时候，可以考虑用硅橡胶。硅橡胶的耐温也要广一点，是-65～232摄氏度。硅橡胶的主要外来危害，是酸类。  
还有几种特别的膜片材质，简单介绍一下：聚氨基甲酸酯PU，腈类Nitrile、醇类Alcohols，氯丁橡胶Neoprene，这些材质的膜，都有各自的特殊外来危害。还有一种据说什么都不怕的终极膜片：氟橡胶。
管式和盘式  
盘式是使用得较早，较成熟的曝气器。一开始的曝气器就是盘式的，而且是刚玉和陶瓷材质的（这种材质的盘式EDI也有，据老外自己说质量还不错，不过贵得离谱；现在在欧美也基本不用了，在中国更加推不出）。
盘式的缺点主要如下：
1、存在曝气死区（简单分析，整个盘底都是），搅拌性能不如管式。
2、相对浪费管道，整个工程造价要高于管式。
3、不曝气的时候，泥就直接沉积在盘的表面，再次启动直到要把泥重新搅拌起来，比起管式要多耗费30～40％的能量。
4、布置密度不如管式，如果你池子比较小，曝气量又十分大，这样就只能用管式了，因为在这平面内无法布再多的盘了。 
盘石的优点：从国标上规定，盘式压头损失要比管式小一点，大概1000pa；传氧效率比起某些管式，要略高一点点。  
与盘式相比，管式的优势很明显：  
1、搅拌性能好。整个管式曝气器，是360度打孔的，不存在曝气死区。  
2、节省了部分管道的费用，工程造价要明显低于盘式。  
3、不曝气的时候，泥只能沉积在管面最中间很小的范围（这个范围EDI是不打孔的），稍稍往边一点弧度就增大，泥就无法沉在上面。再次启动的时候，一振就把泥振起来并且迅速搅拌。所以在SBR、CASS这类工艺中，管式优势十分大。  
4、在曝气量要求很大，池面面积相对较小的情况下，只有管式能满足要求。 
虽然管式的压头大于盘式，传氧效率略低，但是在设计中已经考虑了这点。通过适当多布一些管道，来保证管式能达到和盘式同样的传氧效率，而且曝气系统的压损，主要来自水深的压力（一般5～6米的水深），管道压损和那1000pa差异（设计中已经被平衡了的），几乎可以忽略。 
膜式微孔曝气器的止回功能  
主流的止回功能有两大类，应用在盘式曝气器。1、单考膜片本身的闭合功能止回；国外品牌和一部分国内品牌都是这样做；2、增加止回阀，相当部分国内品牌采取这种方法。膜本身的止回，没什么太复杂的东西。主要取决于膜的材质和打孔技术。最后就是能不能通过耐久性测试。 
止回阀的原理也很简单，就是管道和曝气器连接的部分，在管道出气孔上面放置一个玻璃球，供气的时候气体把球吹起，不供气的时候玻璃球在重力作用下压住供气孔。