曝气扩散机理

1、曝气扩散机理摘要：曝气器就是一种气流扩散器，本文就扩散的流体运动、氧利用率、微孔曝气孔隙问题、气流扩散的技术合理性、曝气技术开展方向、动力扩散与孔隙扩散等阐述了一些初步的看法。关键词：污水处理曝气器扩散机理旋混曝气器曝气扩散是污水处理工艺中的核心技术，本文就曝气扩散机理在应用中出现的新问题提出一些初步的看法。1按照流体运动性质分析曝气扩散的区别曝气扩散的本质就是使气相中的氧向液相中转移。气相中的氧转移为液相中的溶解氧，是通过流体运动形成气液接触界面而完成的。因此，按照流体运动性质来分析那么可以看出曝气扩散技术的区别。假如采用流体运动的性质来区分，曝气扩散技术那么有以下两种根本形式。1.1液相流

2、体主动运动型叶轮与转刷盘外表曝气是采用制造液相流体的水跃而形成气液接触界面；射流曝气是依靠射流液相流体吸入气相流体而形成气液接触界面，这些均是属于液相流体主动运动型，其技术特征是：动能作用于重质液相流体运动；轻质气相流体是被动接触；在叶轮或转刷盘搅动处、射流口附近产生部分连续的气液接触界面。1.2气相流体主动运动型鼓风曝气是由风机输送气相流体，经曝气器的扩散作用以升泡运动的方式形成气液接触界面，这就是属于气相流体主动运动型，其技术特征是：动能作用于轻质气相流体运动；重质液相流体是被动接触；由升泡的上升运动，可产生立体连续的气液接触界面。鼓风曝气与机械曝气流体运动特点的比拟工程鼓风曝气机械曝气动

3、能作用气相轻质流体运动液相重质流体运动流体运动气相轻质流体主动运动液相重质流体主动运动接触界面气液接触界面立体连续气液接触界面部分连续充氧形式立体升泡部分水跃2“氧利用率不能确定曝气器实际运行的成效曝气器的作用就是促进氧的传质，“氧利用率似乎理所当然的应是反映曝气器技术性能的指标，因此长期以来就存在着一种采用“氧利用率来断定曝气器技术性能的习惯观点。但是，假如对“氧利用率作深化的分析，就会发现该指标不能真实确定曝气器实际运行的成效。2.1“氧利用率本质是不受变量影响的定值2.1.1氧利用率公式氧利用率=q(0.28q)100%J/T3015.2-93q标准状态下，测试条件，曝气器充氧才能kg/

4、h；0.28标准状态下，13空气所含氧的重量/3；q标准状态下，曝气器通气量3/h。由上式可知，氧利用率取决于充氧才能q与通气量q两个因素。2.1.2在曝气器充氧才能q与通气量q两者之间存在一个正比关系，即充氧才能q的大小取决于通气量q的多少。通气量为0，充氧才能也等于0。在一定的通气量范围之内，随着通气量的加大充氧才能也随之加大。所有曝气器所标明的充氧才能q，都是在清水试验条件下根据一定的通气量q而测定获取的。2.1.3氧利用率公式也可以写成下式：(1/0.28)100%(q/q)=0.0357(q/q)因为充氧才能q与通气量q之间存在正比关系，q/q结果为常数值，所以“氧利用率本质上是一个

5、不受变量影响的定值。不受变量影响的定值参数，所表述的仅仅只是一种物理现象，而决不说明成效的技术性能。响的定值参数，所表述的仅仅只是一种物理现象，而决不说明曝气器实际运行成效。2.2“氧利用率“不反映氧传质的效率2.2.1一个大泡，假如被分割成小泡的数量愈多，那么所形成的“泡表膜面积愈多，“泡表膜是进展氧传质的功能膜，假如只站在“氧利用率这一角度片面的看问题，当然是气泡被分割得愈小愈好。2.2.2要获取较高的“氧利用率，就必须尽可能产生较多的“泡表膜。一个大泡一个单位的空气被扩散形成的小泡数量愈多，“泡表膜也就愈多，“氧利用率也就愈高。由此可见，“氧利用率仅仅只是与气泡扩散程度有关，而与动能作用

6、气泡扩散的过程无关。也就是说“氧利用率只说明一个单位的大泡被分割成小泡的多少，而与扩散分割过程如何，动能消耗多少完全无关。因此，“氧利用率并不等于氧传质的效率。2.2.3按照孔隙扩散原那么，多大的孔那么产生多大的泡。假如空气通过直径为1的孔眼是被分割形成1的气泡，那么此类微孔曝气器在运行中，无论阻力损耗多大，也无论孔眼堵塞了多少，只要还有孔眼在通气，就一定是产生1的小气泡，显然此时“氧利用率也没有变化，但真实的运行成效却是有了很大的变化。2.2.4由于“氧利用率只与气泡分割扩散的程度有关，一个单位量的空气，只要排气孔眼的直径是1，无论是短时间内经过众多孔眼排出，或是长时间内经过少量孔眼排出，因

7、为扩散结果始终是分割成直径为1的小泡，所以，其“氧利用率是会始终保持不变的。由此可见，只用“氧利用率来说明曝气器的氧传质效率，显然会产生误导作用。2.2.5假如曝气器的设计参数是：通气量=23/h、氧利用率=25%，由于要确保实现较高的氧利用率，排气孔眼设计为采用微小孔。但在实际运行中，大部分通气孔眼被堵塞，单个曝气器的通气量只能到达0.23/h，也就是说工作效率已降低了90%，由于“细孔产生细泡原理与孔眼堵塞程度无关，此时所谓的“氧利用率=25%并无变化，但其真实的氧传质效率已经是变得很低了。2.2.6“氧利用率所说明的是：单位空气中的氧，经气泡分割所形成的“泡表膜产生氧传质作用的利用率。氧

8、传质效率应说明的是：单位空气中的氧，在单位时间内通过“泡表膜产生氧传质作用的量。显然，“氧利用率并非就是氧传质效率。2.3鼓风曝气器氧利用率比拟大孔排气类：喷射曝气器5%螺旋曝气器5%散流曝气器7%旋混曝气器21%小孔排气类：软管微孔曝气器13%受孔变影响软膜微孔曝气器25%受孔变影响微孔曝气器25%由以上各种鼓风曝气器旋混曝气器除外的“氧利用率可以看出，通气孔眼的大小决定氧利用率的多少孔隙扩散原那么。假如采用“氧利用率来评价曝气器的技术性能，当然会得出曝气器孔眼愈细愈好的观点。“微孔必然是阻力大、易堵塞，因此“氧利用率高，并非就是曝气器的实际氧传质效率高。实际上决定氧传质效率的先决条件是排气

9、构造的可靠性，曝气器“氧利用率再好，假如排气构造不可靠，其真实的氧传质效率与技术性能同样也是不可靠的。HS旋混曝气器由于是采用大孔排气，经多种构造作用扩散产生细泡，因此也就实现了其它类型曝气器无法实现的，既具有较高的“氧利用率又具有真实可靠的氧传质效率这样一种优良的技术性能。气构造的可靠性，曝气器“氧利用率再好，假如排气构造不可靠，其真实的氧传质效率与技术性能同样也是不可靠的。旋混曝气器由于是采用大孔排气，利用气泡上浮动力经旋流、导流、紊动、碰撞、阻挡等作用扩散产生细泡，因此也就实现了其它类型曝气器无法实现的，既具有较高的“氧利用率又具有真实可靠的氧传质成效的优良技术性能。3关于微孔曝气器孔隙

10、问题的讨论微孔曝气器是依赖于微小孔隙对气流进展扩散，在微孔曝气器外表所具有的有效通气孔隙，是微孔曝气器的技术核心问题。与微孔曝气器孔隙物理计算相关的有：通气流速V、孔隙空间S、孔隙率K和孔隙量N又称孔隙单位。3.1通气流速V气流通过曝气器排气孔眼或孔隙的流速。微孔曝气器采用的是气流经微小孔隙直接排出，仅仅只存在阻力较大的微孔扩散作用，因此气流通过微小孔隙的流速与孔隙排气产生的升泡流速大至相当，0.35/s。3.2孔隙空间S曝气器通气孔隙的大校固定微孔曝气器50，软膜微孔曝气器100。3.3孔隙率K通气孔隙空间面积之和在曝气器外表A所占有的比例。孔隙率有面积孔隙率与体积孔隙率之分，本文阐述采用的

11、是前者。假如单只微孔曝气器外表积直径按250计，那么该曝气器每小时通气23所需要的有效通气孔隙率为：K=(233600V/A2250100%236000.350.1250.1253.14100%=3.24%34N又称孔隙单量在微孔曝气器外表有效通气孔隙的数量。假如单只微孔曝气器外表积直径按250计，所有通气孔隙看成是多个方形孔隙相联，有效通气孔隙率是3.24%，那么有：固定微孔曝气器：N=A2250K/S250=12510-312510-33.143.2410-2/5010-65010-6=636000单量软膜微孔曝气器：N=A2250K/S2100=12510-312510-33.143.2

12、410-210010-610010-6=154100单量微孔曝气器的排气孔隙并不是以规那么的单个方形孔形式存在，而是以50100的孔隙状存在。因此孔隙量计算的结果，实际上是多单量的微孔以孔隙状态相联。3.5有关问题的讨论3.5.1对于微孔曝气器的孔隙，在运行中可以排气的孔隙就是有效通气孔隙。当微孔隙被堵塞以后，通气作用受阻从而会直接影响到孔隙率与孔隙量下降。3.5.2因为微孔易堵塞是事物的固有性质，所以单只固定微孔曝气器在污水处理的长期运行中要保持60万单位以上的有效通气孔隙是不存在可能性的。3.5.3采用较新的加工方法，可以在一块直径为250的软膜上开出10万单位以上的孔隙，在污水处理的长期

13、运行中，由于软膜老化、孔隙堵塞或孔隙撕裂等原因，必然会要影响到孔隙率与孔隙量的变化。3.5.4综上所述，微孔曝气器虽然可能是具有很大的孔隙单量，但技术可靠性却很低。在污水处理的长期运行中，采取较大孔隙单量的曝气扩散技术，其“微孔通气的技术可靠性是难以保障的。因此，微孔曝气在新机、清水条件下检测所表现的充氧效率，在污水处理的实际运行中会存在严重的退化作用。4气流扩散的技术合理性在鼓风曝气系统中，曝气器是终端关键设备，曝气器的功能本质就是对气流进展扩散。4.1气流扩散的合理性孔隙扩散不可能使气流扩散实现技术合理性。曝气器对气流的扩散，从理论上讲当然是扩散程度越高越好，也就是通常所指的“泡越细越好。

14、按照孔隙扩散的原理，“泡细与“阻力是一对矛盾；孔隙越细排气所产生的气泡也就越细，但孔隙越细阻力也就越大，孔隙也就越容易被堵塞，单位时间内通过的气量也就越少。因此孔隙的细小只能解决“泡细的问题，随之而来的必然存在损耗大、气流扩散技术合理程度低、性能不可靠等问题。4.2气流扩散技术合理的根本要求排气阻力要小排气通畅可靠性要大，在此前提之下实现气流越分散越好。通常污水处理曝气气源均采用的是鼓风方式，鼓风机属于低压运行设备，排气阻力大必然要影响到鼓风机的动力效率。污水处理工艺的条件较为复杂多变，要到达排气阻力小和无堵塞的技术可靠性，排气孔只能是采用大孔5，但是，按照孔隙扩散的原理大孔排气是不可能产生细

15、泡；因此，要使气流扩散技术合理，就必须由孔隙扩散之外寻求其他的扩散方法。4.3关于孔隙可变的孔隙扩散采用软性膜可变孔隙排气，虽然可使防止堵塞的性能得到改善，但是由于要求孔隙尺寸是在非常细小的范畴0100;因此，软性膜可变孔隙排气仍难以解决易堵塞与阻力大的问题。软性膜在长期的受压运行过程中，也不可防止地存在软性膜疲劳与老化问题，使孔隙可变的技术可靠性不高孔膜易损。4.4动力扩散的技术合理性动力扩散利用气体在水体中的上浮动力，发生“碰与“撞的作用而获取细泡，气流扩散完全脱离了细小孔隙的束限作用。由于动力扩散采用的是大孔排气，实现了阻力孝不堵塞的扩散技术合理性。仅是“技术合理还不行，还要是“功能高效

16、，旋混曝气器具备设计科学的旋流、导流、紊动阻挡等多种“碰与“撞作用，实现了既是大孔排气又是功能高效，PD旋混曝气器很好地解决了动力扩散的技术合理性。5曝气器技术开展方向随着社会的开展进步，污水处理保护环境越来越受到重视。采用技术性能可靠的曝气设备，是确保污水处理装置长期稳定运行的首要条件。5.1由于鼓风曝气动力效率高，立体布气性能好，目前应用较为普遍。鼓风曝气的终端关键设备是曝气器，因此可以说曝气器的技术开展状况就代表了鼓风曝气的技术程度。由于曝气池相关的工艺理论计算，根本点就是曝气氧利用率，从而导致出现了对曝气器的技术评价重点集中在氧利用率，也导致出现了孔隙扩散排气孔隙越来越细的现象。5.2

17、应当指出，孔隙扩散由固定孔隙到软性膜可变孔隙，技术程度是有所开展，孔隙扩散曝气器在污水处理装置新安装投运初期会表现良好，但孔隙扩散技术可靠程度太低，现实运行情况不尽人意，这就不得不使人深思孔隙扩散中的技术合理性问题。5.3任何一种设备，其功能效率必需要有合理的技术支持，这是一个很通常的技术原那么，孔隙扩散完全不符合这样的技术原那么。从理论上讲，设备的功能效率是越高越好，但这种功能效率假如没有合理的技术支持，那么其肯定是不可靠的。曝气器的“氧利用率当然是要越高越好，但假如实现这种效率是以降低技术可靠性为代价，显然是有问题的。5.4目前所谓具有“先进技术程度的孔隙扩散，可以使曝气器氧转移率到达30

18、%以上，但无非是排气孔隙更加变细，进气除尘要求更加严格，阻力损耗更加增大；即以更加的技术不合理来实现的，其实际应用结果也只能是技术更加的不可靠。5.5孔隙扩散不可能解决技术合理性的问题，这一点是非常清楚的。但为什么孔隙扩散现仍然具有一定的技术地位呢？一是以往曝气器的充氧性能完全取决于排气孔隙的大小，大孔排气不能实现较高的氧转移率，形成工程上侧重于选择以微孔方式排气的曝气器。二是曝气工艺工程设计根本点就是要求曝气器要有较高的氧转移率。从实际情况看，曝气器孔隙扩散的应用是处在满足了氧利用率的要求却难以满足技术合理要求的状态，微孔曝气器在应用存在氧利用率与技术可靠性的矛盾。5.6PD旋混曝气器由于是利用气泡上浮动力进展扩散使气泡破碎变细，既可以到达较高的氧利用率又可以满足技术合理的要求，技术性能非常可靠。这也可以充分说明，只有脱离孔隙扩散的曝气技术才可以实现曝气技术先进合理。6曝气器动力扩散与孔隙扩散的比拟序号工程动力扩散孔隙扩散01工作原理气泡上浮动力为扩散动力经旋流、导流、紊动、碰撞阻挡等作用形成扩散。由微小孔隙限制作用形成扩散02排气通道一套曝气器一个排气孔，防堵塞、防一套曝气器上的排气孔隙越来越