曝气设备类型

项目六

曝气设备的选型与维护任务一曝气设备基础知识

知识点1

曝气设备的类型教学内容、目的1.教学内容

环境设施运行与维护岗位、环境工程设计岗位、环境产品销售维护等岗位都涉及曝气设备，本子任务主要介绍曝气设备的功用、曝气设备的类型、曝气设备工作过程、曝气设备的性能参数以及常见曝气设备的结构组成、性能特点。2.教学内容

1）知识目标2）技能目标3）素质态度要求曝气作用、曝气的原理与过程、曝气方式分类、曝气设备类型与分类

了解曝气的作用、原理与过程掌握曝气方式分类及设备类型熟悉鼓风曝气装置组成及各组成作用态度端正，积极主动学习，积极和教师和同学教学交流遇到的疑问和学习心得。一、曝气设备概述定义：曝气系统，又称为空气扩散系统，是活性污泥处理系统的重要设备，也是活性污泥法设计中的重要组成部分。作用：将鼓风机输送来的压缩空气，通过管道系统进入空气扩散装置，利用空气扩散装置将空气粉碎成大小不一的气泡，气泡在上升的过程中将部分氧气转移到水中。曝气装置的分类：按曝气方式可以将其分为鼓风曝气装置和表面（机械）曝气装置两大类。内容引入一．曝气设备类型曝气设备种类繁多，根据结构形式可分为鼓风曝气设备和机械曝气设备两大类。（1）鼓风曝气设备主要由供气设备、气泡扩散设备和连接管道三部分组成。鼓风曝气空气净化器

鼓风机空气输配管系统

扩散器鼓风机供应压缩空气

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。

风压要满足克服管道系统和扩散器的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压。罗茨鼓风机：适用于中小型污水厂，噪声大，必须采取消音、隔音措施。离心式鼓风机：噪声小，效率高，适用于大中型污水厂空气净化器的目的是改善整个曝气系统的运行状态和防止扩散器阻塞。鼓风曝气装置组成及各组成作用鼓风曝气空气净化器

鼓风机

扩散器空气输配管道系统其作用负责将空气输送到空气扩散器。要求沿程阻力损失小,曝气设备各点压力均衡,空气干管和支管流速符合设计要求，配备必要的手动阀和电动调节阀门。二、曝气器简介气泡扩散设备按其空气扩散方式和形成气泡大小来分，可分为多孔性和非多孔性两种扩散设备。①多孔性扩散设备。包括微孔曝气器、微孔陶瓷曝气管、弹性曝气软管。②非多孔性扩散设备包括穿孔管、圆形扩散盘、喷嘴扩散管（射流曝气器）等。

鼓风曝气空气净化器

鼓风机

扩散器

扩散器的作用是将空气分散成空气泡,增大空气和混合液之间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。空气输配管系统微气泡扩散器小气泡扩散器中气泡扩散器扩散器的类型微孔曝气设备微孔曝气头a.微气泡空气扩散装置材料：由多孔性透气材料（陶粒、粗瓷、氧化铝、氧化硅或尼龙等）制成的扩散板、扩散盘和扩散管等；主要性能特点：能产生微小气泡，形成的气泡直径在0.2mm以下（在200m以下者，为微孔），气、液接触面大，氧利用率高：EA≥10%，EP=2kgO2/kw.h以上；缺点：易堵塞，扩散阻力大，空气需经空气净化器处理净化。微气泡空气扩散装置结构：

扩散板：扩散板沟a；扩散板匣b

扩散管固定式平板型微孔空气扩散器固定式钟罩型微孔空气扩散器膜片式微孔空气扩散器扩散板扩散管扩散管：扩散管管径一般为60~100mm，长度为500~600mm。以组装形式安装，以8~12根管组装成一个管组，便于安装维修，布置形式如同扩散板。氧利用率约10~13%，动力效率为2

kgO2/kw.h。b.中气泡型空气扩散装置穿孔管组成管径2550mm的钢管或塑料管制成；在管下部两侧呈45开孔，孔眼直径35mm，气泡直径为2~6mm，间距50~100mm；为了避免孔眼阻塞，穿孔管孔眼的流速应≥10m/s。优点不易堵塞，构造简单，阻力小；氧利用率（EA）低，一般为6~8

%

（46%排水）；动力效率（EP）亦低，可达12kgO2/kw.h；应用穿孔管扩散器多组装成栅格型，一般多用于浅层曝气法，浅层曝气可节省动力消耗，氧利用率只有2.5%，动力效率可达2kgO2/kw.h。b.中气泡型空气扩散装置新型中气泡型空气扩散装置特点：不易堵塞，布气均匀，空气不需过滤处理；氧利用率较高，动力效率也高；构造简单，维护管理方便；应用：WM-180型网状膜空气扩散装置（代表性产品）空气通过两次切割，形成微小气泡；动力效率为2.73.7kgO2/kw.h；氧利用率为1215%；单个扩散器的服务面积为0.5m2左右。c.大气泡型空气扩散装置特点：释放气泡直径大于6mm，常用竖管。竖管直径15~20mm，出口离池底15cm。构造简单，阻力损失小，不阻塞，但氧利用率低，在5%~6%之间，动力效率约1kgO2/kw.h。d.水力剪切型空气扩散装置原理：利用装置本身产生水力剪切作用的构造特点，将大气泡切割成小气泡，增加气、液接触面积，达到提高效率的目的。倒盆形曝气器

空气由上部进入，由壳体和橡胶板之间的缝隙向四周喷出，由于水力剪切作用，气泡变小；停止曝气时，借助橡胶板的回弹力，缝隙自动封闭，可以防止混合液倒灌。EA=6.5~8.8%，Ep=1.75~2.88kgO2/kw.h固定螺旋曝气器

工作过程：由圆形外壳和固定在内部的螺旋叶片组成，每个螺旋叶片的旋转角为180，相邻叶片的旋转方向相反；空气由底部进入，向上流动，产生提升作用，使混合液循环流动；空气泡在上升过程中，被叶片反复切割，形成小气泡；特点：阻力小，搅拌力强，EA（810%）；分为单螺旋、双螺旋、三螺旋等。e.水力冲击式（射流式）曝气器分类：自吸式和供气式原理：利用水泵射入的高速混合液水流，形成负压吸入大量空气，空气和混合液在喉管中强烈搅动，使气泡粉碎，继而在扩散管内，细微气泡进一步压缩，氧迅速转移到混合液中。EA=20%以上，但动力效率不高;特点：

噪音小，无需鼓风机房；一般适用于小规模污水厂。三、常见曝气器介绍

3.1曝气器分类活动式安装曝气器需要更换或检修时，可用提升机或人工将曝气器从水中提升出来，在池面进行施工检修，不影响同池其他曝气器的工作，不需要停池净水，检修成本低，工作量少。

固定式安装曝气器，一经安装完成后，便不可以移动，如果某间曝气池曝气器需要检修，就必须停止该池的运行，并且将池内的污水和淤泥等杂物清除后，方可施工，检修成本较高。

3.2不同工作原理的曝气器介绍曝气产品的配套设备主要是管路和管路配件.主要介绍鼓风曝气系统中孔式曝气器及配套产品。鼓风曝气系统指由风机、管路、曝气器、管路配件组成的系统。曝气器有：有微孔式、中大气泡式、可张中微孔式。微孔曝气器：空气通过多孔介质，在水中产生气泡直径小于3mm的高效曝气器。中大气泡曝气器：空气通过曝气器在水中产生直径大于3mm以上的曝气器。可张中微孔曝气器：空气通过具有弹性材质的微孔曝气器或软管时，其上孔缝张开，停止供气时孔缝闭合的一种曝气器。243.2.1微孔曝气器现在主要使用的是微孔曝气器，从材质上分，主要分为：陶瓷、刚玉(现今主要是盘式）和膜式（包括盘式和管式）曝气器；各有优点利弊，不过膜式是绝对的主流，刚玉、陶瓷在国外已经使用得越来越少了。陶瓷、刚玉的原理是把一堆混合物，石英沙、石灰之类的东西倒入膜具成型，然后经过几个工艺段烧制，使得里面部分的混合物烧没了，充满孔隙，当空气经过这些孔隙的时候，就会被分割成微小气泡。253.2.1.1刚玉陶瓷曝气器刚玉陶瓷曝气器的缺点是阻力损失升高较快，氧利用率一般，易结垢；系统需设置清洗和排污装置最大缺点是孔隙会结垢。曝气器一开始运行的时候，压力损失是比较稳定，但运行到一定时期后，压头损失会突然急剧增大——这就是结垢的原因了。优点：刚玉和陶瓷曝气器是可以永久运行的，不会损坏的。其实具体到每个品牌，并非这样。因为刚玉或陶瓷曝气器生产的工序相对较多，从材料和工序都要比较严格地执行，才能出精品。如果工序或材料没把好关，就会导致在使用一段时期后，孔隙中某些东西脱落，孔隙变大，传氧效率下降。可以说，单从样品上，你要判断一个刚玉或者陶瓷曝气器的质量，难度是相当大的——比判断膜式微孔曝气器更加困难。

26刚玉陶瓷适用介质较复杂的工业或城市污水从传氧效率上说，好的刚玉和陶瓷曝气器，不比膜式的微孔曝气器差，甚至要高一点；从成本上说，刚玉和陶瓷比橡胶膜式的，要贵，绝对要贵，这也是他们用得越来越少的原因。当然，这个贵是相对的，你拿国产的刚玉陶瓷，和进口的膜式曝气器比，就要便宜。

刚玉陶瓷曝气器没有止回功能，27刚玉曝气盘刚玉或粗瓷微孔曝气器，这种曝气器在烧结过程中产生许多极微小的孔隙，它的主要特点是能产生微小的气泡，气泡直径约0.1～0.2mm。由于没有橡胶膜片的止回作用，在配气管的端部设置气压排水，以排除管内积水。

以上两种曝气器要求的压缩空气进行过滤，根据CJJ60-94《城市污水处理厂运行、维护及其安全技术规程》，空气含尘量应小于15mg/1000m3，一般采用的自动卷绕式空气过滤器，此过滤器是以化纤卷材为过滤介质。

3.2.1.2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，一般有螺纹连接和鞍座连接两种。膜式曝气器最核心部分是曝气膜；有两个关键点：打孔方式、材质。29膜片式微孔曝气器图4—15膜片式微孔曝气器1-微孔合成橡胶膜片2-不锈钢丝箍3-底座4-微孔合成橡胶膜片5-通气孔6-垫圈7-安装接头a、打孔方式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。（SSI采用特殊形状刀具由内而外的在盘式膜片上打孔，使膜片的孔最小）好的膜片都采用机械打孔的方式。31b、膜的材质最常用是EPDM（三元乙丙橡胶），EPDM耐温是176℃以下。与酮和酯相较之下EPDM有极好的抗臭氧性抗化性，但较无法抗脂肪族。温度90℃；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。还有一种就是硅橡胶，耐温也要广一点，是-65℃～232℃。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。从原理上分析，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。硅橡胶的主要外来危害，是酸类。一般EPDM不能用的时候，可以考虑用硅橡胶或者氟橡胶。

32氟橡胶（FPM）：是含有氟原子的合成橡胶，是特种橡胶。氟橡胶具有耐高温、耐油及耐多种化学药品侵蚀的特性；对各种化学品、溶剂、油脂、润滑油等具有广泛的耐受性，被公认为一种性能优异的材料，缺点就是价格昂贵。氟化橡胶；在橡胶类中是抗化性最好的，对强氧化酸如：浓缩硫酸、硝酸等有相当好的抗化性，除此之外FPM对脂肪族、芳香族和油类也有相当好的抗化性；但会被酮、氨以及浓缩氢氧化钠所腐蚀。温度150℃；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。33c、膜片的加工工艺膜的加工工艺通常有：压膜、注塑两种。SSI采用的膜片主要是压膜膜片压膜与注塑的区别：1）压膜的膜片具有均衡的比重和均衡的抗撕裂强度，压膜的抗撕裂是多方向的，且表面很光滑；2）注塑的膜片具有纹路，其抗撕裂是单向的，且表面式有弧度的。目前在国内的品牌中，使用压膜膜片的厂家还有：威德34d、盘式和管式曝气器的比较盘式使用得较早，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。盘式的缺点：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（据老外说是他们在美国的两个类似的SBR工艺中对比，结合计算得出的结论）。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。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。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。35管式曝气的优势与盘式相比，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（这个范围可以不打孔的），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（有数据验证表明，同等水深海拔气温条件下，如果一般的管式在清水中的理论传氧效率能选取30～32％，盘式就能达33％），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。

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膜片盘式微孔曝气器

膜片管式微孔曝气器

膜片板式微孔曝气器

3.2.1.3球冠形可张微孔曝气器

1）球冠形可张微孔曝气器的结构与工作原理球冠形可张微孔曝气器主要由曝气膜片、支撑托盘、螺旋压盖、螺纹接嘴等部件组成。组装时只要将橡胶膜片套在支撑托盘上，用螺旋压盖拧紧即可。球冠形可张微孔曝气器工作时，空气由布气管经支撑托盘通气道进入曝气膜片间。在空气压力作用下，使膜片微微鼓起，孔眼张开，在水中可产生直径小于3mm的微气泡。停止供气时，由于膜片和托盘之间压力渐渐下降，以及水压和膜片本身的回弹性作用，使孔眼逐渐闭合，将膜片压实于支撑托盘上。

2）球冠形可张微孔曝气器的特点

(1)防堵、防倒灌性好。

(2)膜片抗撕裂性强。

(3)布气均匀，节能高效，球冠形曝气器表面积较平板式相对增大，气泡小，布气均匀，充氧效率高，处理效果好。

(4)耐老化，抗腐蚀。

(5)阻力损失小。

橡胶膜片微孔曝气器概况：（1）、国内膜片寿命短一般寿命不超过5年，国外膜片正常使用寿命可达5～8年甚至更长时间。（2）、国内膜片单一，基本为EPDM膜，即三元乙丙橡胶。发达国家EPDM膜只推荐用于市政污水，硅橡胶膜片推荐用于含油污水，氨基甲酸脂膜片推荐用于化工污水等等。（3）、国内膜片质量差，在正常使用下可能发生不可逆形变，造成曝气系统损坏。（4）、曝气器的抗浮要求问题，曝气器锚固力不足造成上浮事故，都有发生。

自动卷绕式空气过滤器

3.3、水力剪切式空气扩散装置利用装置本身的构造特征，产生水力剪切作用，在空气从装置吹出之前，将大气泡切割成小气泡。

3.4、水力冲击式空气扩散器射流式空气扩散装置，是利用水泵打入的泥、水混合液的高速水流的动能，吸入大量空气，泥、水、气混合液在喉管中强烈混合搅动，使气泡粉碎成雾状，继而在扩散管内，由于速头变成压头，微细气泡进一步压缩，氧迅速地转移到混合液中，从而强化了氧的转移过程。

3.5、水下空气扩散器又称为水下曝气气器。装置安装在曝气池底部的中央部位。由空压机送入空气，在叶轮的剪切及强烈的紊流作用下，空气被切割成微细的气泡，并按放射方向向水中分布。由于紊流强烈、气液接触充分，气泡分散良好，氧转移效率高。

四、曝气器应用实例

4.1、悬挂链式曝气器

4.2、单孔膜空气扩散器

4.3、曝气软管

4.4、供气式射流曝气器

4.5、摇臂微孔曝气器

4.1、悬挂链式曝气器悬挂链式曝气装置将曝气器悬挂在浮筒链下，浮筒链横跨一体化曝气池两岸，每条链可在一定区域运动，不会对局部水体产生过量曝气，避免了固定曝气器的区域不饱和和过饱和的现象，因此氧利用率高、理论动力效率高。曝气器的波动使其服务面积增大；同时悬挂式微孔曝气系统没有水下固定部件，维修时不用排干池中的水，乘小船将其捞出水面进行维修和更换。

悬挂链式曝气工艺的实现是曝气池中通过一定间隔时间自动开关曝气链上的气动阀门，在曝气池中交替形成数个好氧段和兼氧段，形成多个交替硝化区、反硝化区，利用硝化菌和反硝化菌，来达到脱氮的目的。

4.2、单孔膜空气扩散器单孔膜空气扩散器由于半圆形管夹的正中位置向上设有防止滤料堆压膜片的筒形出气口，所以空气扩散器能直接设置在滤料层中，在其四周有滤料堆压的情况下也能使起布气作用的橡胶膜片正常工作，且不易被滤料堵塞膜片上的布气孔眼并且释放的空气泡细而密，气泡分布范围大。

4.3、曝气软管可变孔曝气软管由加强聚氯乙烯和橡胶合成,内衬化学纤维网线,耐酸、碱腐蚀,耐压强度高。在通气后鼓起，压缩空气通过软管上小孔形成气泡（1-5mm），对水进行充氧。

在射流曝气器内，工作介质经内喷嘴高速喷射，穿过外喷嘴前与引射介质接触，卷吸、切割、分散、溶解引射介质，引射介质中的氧快速溶入工作介质，同时形成气液混合物。

4.4、供气式射流曝气器

射流曝气器带有冲洗装置是很有用的，可以免除因堵塞而需放空池进行检修。冲洗能清通堵塞的曝气器喷嘴。它的本质和空气提升泵相似。

4.5、摇臂微孔曝气器

摇臂微孔曝气器为可活动式安装，当曝气器需要更换或检修时，可用提升机将曝气器从水中出来，在池面进行施工检修，不影响同池其他曝气器的工作，不需要停池净水，检修成本低，工作量少。