曝氣擴(kuò)散機(jī)理

1、曝氣擴(kuò)散機(jī)理摘要：曝氣器就是一種氣流擴(kuò)散器，本文就擴(kuò)散的流體運(yùn)動(dòng)、氧利用率、微孔曝氣孔隙問題、氣流擴(kuò)散的技術(shù)合理性、曝氣技術(shù)開展方向、動(dòng)力擴(kuò)散與孔隙擴(kuò)散等闡述了一些初步的看法。關(guān)鍵詞：污水處理曝氣器擴(kuò)散機(jī)理旋混曝氣器曝氣擴(kuò)散是污水處理工藝中的核心技術(shù)，本文就曝氣擴(kuò)散機(jī)理在應(yīng)用中出現(xiàn)的新問題提出一些初步的看法。1按照流體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)分析曝氣擴(kuò)散的區(qū)別曝氣擴(kuò)散的本質(zhì)就是使氣相中的氧向液相中轉(zhuǎn)移。氣相中的氧轉(zhuǎn)移為液相中的溶解氧，是通過流體運(yùn)動(dòng)形成氣液接觸界面而完成的。因此，按照流體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)來分析那么可以看出曝氣擴(kuò)散技術(shù)的區(qū)別。假如采用流體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)來區(qū)分，曝氣擴(kuò)散技術(shù)那么有以下兩種根本形式。1.1液相流

2、體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)型葉輪與轉(zhuǎn)刷盤外表曝氣是采用制造液相流體的水躍而形成氣液接觸界面；射流曝氣是依靠射流液相流體吸入氣相流體而形成氣液接觸界面，這些均是屬于液相流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)型，其技術(shù)特征是：動(dòng)能作用于重質(zhì)液相流體運(yùn)動(dòng)；輕質(zhì)氣相流體是被動(dòng)接觸；在葉輪或轉(zhuǎn)刷盤攪動(dòng)處、射流口附近產(chǎn)生部分連續(xù)的氣液接觸界面。1.2氣相流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)型鼓風(fēng)曝氣是由風(fēng)機(jī)輸送氣相流體，經(jīng)曝氣器的擴(kuò)散作用以升泡運(yùn)動(dòng)的方式形成氣液接觸界面，這就是屬于氣相流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)型，其技術(shù)特征是：動(dòng)能作用于輕質(zhì)氣相流體運(yùn)動(dòng)；重質(zhì)液相流體是被動(dòng)接觸；由升泡的上升運(yùn)動(dòng)，可產(chǎn)生立體連續(xù)的氣液接觸界面。鼓風(fēng)曝氣與機(jī)械曝氣流體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的比擬工程鼓風(fēng)曝氣機(jī)械曝氣動(dòng)

3、能作用氣相輕質(zhì)流體運(yùn)動(dòng)液相重質(zhì)流體運(yùn)動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)氣相輕質(zhì)流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)液相重質(zhì)流體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)接觸界面氣液接觸界面立體連續(xù)氣液接觸界面部分連續(xù)充氧形式立體升泡部分水躍2“氧利用率不能確定曝氣器實(shí)際運(yùn)行的成效曝氣器的作用就是促進(jìn)氧的傳質(zhì)，“氧利用率似乎理所當(dāng)然的應(yīng)是反映曝氣器技術(shù)性能的指標(biāo)，因此長(zhǎng)期以來就存在著一種采用“氧利用率來斷定曝氣器技術(shù)性能的習(xí)慣觀點(diǎn)。但是，假如對(duì)“氧利用率作深化的分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)該指標(biāo)不能真實(shí)確定曝氣器實(shí)際運(yùn)行的成效。2.1“氧利用率本質(zhì)是不受變量影響的定值2.1.1氧利用率公式氧利用率=q(0.28q)100%J/T3015.2-93q標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，測(cè)試條件，曝氣器充氧才能kg/

4、h；0.28標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，13空氣所含氧的重量/3；q標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，曝氣器通氣量3/h。由上式可知，氧利用率取決于充氧才能q與通氣量q兩個(gè)因素。2.1.2在曝氣器充氧才能q與通氣量q兩者之間存在一個(gè)正比關(guān)系，即充氧才能q的大小取決于通氣量q的多少。通氣量為0，充氧才能也等于0。在一定的通氣量范圍之內(nèi)，隨著通氣量的加大充氧才能也隨之加大。所有曝氣器所標(biāo)明的充氧才能q，都是在清水試驗(yàn)條件下根據(jù)一定的通氣量q而測(cè)定獲取的。2.1.3氧利用率公式也可以寫成下式：(1/0.28)100%(q/q)=0.0357(q/q)因?yàn)槌溲醪拍躴與通氣量q之間存在正比關(guān)系，q/q結(jié)果為常數(shù)值，所以“氧利用率本質(zhì)上是一個(gè)

5、不受變量影響的定值。不受變量影響的定值參數(shù)，所表述的僅僅只是一種物理現(xiàn)象，而決不說明成效的技術(shù)性能。響的定值參數(shù)，所表述的僅僅只是一種物理現(xiàn)象，而決不說明曝氣器實(shí)際運(yùn)行成效。2.2“氧利用率“不反映氧傳質(zhì)的效率2.2.1一個(gè)大泡，假如被分割成小泡的數(shù)量愈多，那么所形成的“泡表膜面積愈多，“泡表膜是進(jìn)展氧傳質(zhì)的功能膜，假如只站在“氧利用率這一角度片面的看問題，當(dāng)然是氣泡被分割得愈小愈好。2.2.2要獲取較高的“氧利用率，就必須盡可能產(chǎn)生較多的“泡表膜。一個(gè)大泡一個(gè)單位的空氣被擴(kuò)散形成的小泡數(shù)量愈多，“泡表膜也就愈多，“氧利用率也就愈高。由此可見，“氧利用率僅僅只是與氣泡擴(kuò)散程度有關(guān)，而與動(dòng)能作用

6、氣泡擴(kuò)散的過程無關(guān)。也就是說“氧利用率只說明一個(gè)單位的大泡被分割成小泡的多少，而與擴(kuò)散分割過程如何，動(dòng)能消耗多少完全無關(guān)。因此，“氧利用率并不等于氧傳質(zhì)的效率。2.2.3按照孔隙擴(kuò)散原那么，多大的孔那么產(chǎn)生多大的泡。假如空氣通過直徑為1的孔眼是被分割形成1的氣泡，那么此類微孔曝氣器在運(yùn)行中，無論阻力損耗多大，也無論孔眼堵塞了多少，只要還有孔眼在通氣，就一定是產(chǎn)生1的小氣泡，顯然此時(shí)“氧利用率也沒有變化，但真實(shí)的運(yùn)行成效卻是有了很大的變化。2.2.4由于“氧利用率只與氣泡分割擴(kuò)散的程度有關(guān)，一個(gè)單位量的空氣，只要排氣孔眼的直徑是1，無論是短時(shí)間內(nèi)經(jīng)過眾多孔眼排出，或是長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)經(jīng)過少量孔眼排出，因

7、為擴(kuò)散結(jié)果始終是分割成直徑為1的小泡，所以，其“氧利用率是會(huì)始終保持不變的。由此可見，只用“氧利用率來說明曝氣器的氧傳質(zhì)效率，顯然會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)作用。2.2.5假如曝氣器的設(shè)計(jì)參數(shù)是：通氣量=23/h、氧利用率=25%，由于要確保實(shí)現(xiàn)較高的氧利用率，排氣孔眼設(shè)計(jì)為采用微小孔。但在實(shí)際運(yùn)行中，大部分通氣孔眼被堵塞，單個(gè)曝氣器的通氣量只能到達(dá)0.23/h，也就是說工作效率已降低了90%，由于“細(xì)孔產(chǎn)生細(xì)泡原理與孔眼堵塞程度無關(guān)，此時(shí)所謂的“氧利用率=25%并無變化，但其真實(shí)的氧傳質(zhì)效率已經(jīng)是變得很低了。2.2.6“氧利用率所說明的是：?jiǎn)挝豢諝庵械难酰?jīng)氣泡分割所形成的“泡表膜產(chǎn)生氧傳質(zhì)作用的利用率。氧

8、傳質(zhì)效率應(yīng)說明的是：?jiǎn)挝豢諝庵械难?，在單位時(shí)間內(nèi)通過“泡表膜產(chǎn)生氧傳質(zhì)作用的量。顯然，“氧利用率并非就是氧傳質(zhì)效率。2.3鼓風(fēng)曝氣器氧利用率比擬大孔排氣類：噴射曝氣器5%螺旋曝氣器5%散流曝氣器7%旋混曝氣器21%小孔排氣類：軟管微孔曝氣器13%受孔變影響軟膜微孔曝氣器25%受孔變影響微孔曝氣器25%由以上各種鼓風(fēng)曝氣器旋混曝氣器除外的“氧利用率可以看出，通氣孔眼的大小決定氧利用率的多少孔隙擴(kuò)散原那么。假如采用“氧利用率來評(píng)價(jià)曝氣器的技術(shù)性能，當(dāng)然會(huì)得出曝氣器孔眼愈細(xì)愈好的觀點(diǎn)。“微孔必然是阻力大、易堵塞，因此“氧利用率高，并非就是曝氣器的實(shí)際氧傳質(zhì)效率高。實(shí)際上決定氧傳質(zhì)效率的先決條件是排氣

9、構(gòu)造的可靠性，曝氣器“氧利用率再好，假如排氣構(gòu)造不可靠，其真實(shí)的氧傳質(zhì)效率與技術(shù)性能同樣也是不可靠的。HS旋混曝氣器由于是采用大孔排氣，經(jīng)多種構(gòu)造作用擴(kuò)散產(chǎn)生細(xì)泡，因此也就實(shí)現(xiàn)了其它類型曝氣器無法實(shí)現(xiàn)的，既具有較高的“氧利用率又具有真實(shí)可靠的氧傳質(zhì)效率這樣一種優(yōu)良的技術(shù)性能。氣構(gòu)造的可靠性，曝氣器“氧利用率再好，假如排氣構(gòu)造不可靠，其真實(shí)的氧傳質(zhì)效率與技術(shù)性能同樣也是不可靠的。旋混曝氣器由于是采用大孔排氣，利用氣泡上浮動(dòng)力經(jīng)旋流、導(dǎo)流、紊動(dòng)、碰撞、阻擋等作用擴(kuò)散產(chǎn)生細(xì)泡，因此也就實(shí)現(xiàn)了其它類型曝氣器無法實(shí)現(xiàn)的，既具有較高的“氧利用率又具有真實(shí)可靠的氧傳質(zhì)成效的優(yōu)良技術(shù)性能。3關(guān)于微孔曝氣器孔隙

10、問題的討論微孔曝氣器是依賴于微小孔隙對(duì)氣流進(jìn)展擴(kuò)散，在微孔曝氣器外表所具有的有效通氣孔隙，是微孔曝氣器的技術(shù)核心問題。與微孔曝氣器孔隙物理計(jì)算相關(guān)的有：通氣流速V、孔隙空間S、孔隙率K和孔隙量N又稱孔隙單位。3.1通氣流速V氣流通過曝氣器排氣孔眼或孔隙的流速。微孔曝氣器采用的是氣流經(jīng)微小孔隙直接排出，僅僅只存在阻力較大的微孔擴(kuò)散作用，因此氣流通過微小孔隙的流速與孔隙排氣產(chǎn)生的升泡流速大至相當(dāng)，0.35/s。3.2孔隙空間S曝氣器通氣孔隙的大校固定微孔曝氣器50，軟膜微孔曝氣器100。3.3孔隙率K通氣孔隙空間面積之和在曝氣器外表A所占有的比例?？紫堵视忻娣e孔隙率與體積孔隙率之分，本文闡述采用的

11、是前者。假如單只微孔曝氣器外表積直徑按250計(jì)，那么該曝氣器每小時(shí)通氣23所需要的有效通氣孔隙率為：K=(233600V/A2250100%236000.350.1250.1253.14100%=3.24%34N又稱孔隙單量在微孔曝氣器外表有效通氣孔隙的數(shù)量。假如單只微孔曝氣器外表積直徑按250計(jì)，所有通氣孔隙看成是多個(gè)方形孔隙相聯(lián)，有效通氣孔隙率是3.24%，那么有：固定微孔曝氣器：N=A2250K/S250=12510-312510-33.143.2410-2/5010-65010-6=636000單量軟膜微孔曝氣器：N=A2250K/S2100=12510-312510-33.143.2

12、410-210010-610010-6=154100單量微孔曝氣器的排氣孔隙并不是以規(guī)那么的單個(gè)方形孔形式存在，而是以50100的孔隙狀存在。因此孔隙量計(jì)算的結(jié)果，實(shí)際上是多單量的微孔以孔隙狀態(tài)相聯(lián)。3.5有關(guān)問題的討論3.5.1對(duì)于微孔曝氣器的孔隙，在運(yùn)行中可以排氣的孔隙就是有效通氣孔隙。當(dāng)微孔隙被堵塞以后，通氣作用受阻從而會(huì)直接影響到孔隙率與孔隙量下降。3.5.2因?yàn)槲⒖滓锥氯鞘挛锏墓逃行再|(zhì)，所以單只固定微孔曝氣器在污水處理的長(zhǎng)期運(yùn)行中要保持60萬單位以上的有效通氣孔隙是不存在可能性的。3.5.3采用較新的加工方法，可以在一塊直徑為250的軟膜上開出10萬單位以上的孔隙，在污水處理的長(zhǎng)期

13、運(yùn)行中，由于軟膜老化、孔隙堵塞或孔隙撕裂等原因，必然會(huì)要影響到孔隙率與孔隙量的變化。3.5.4綜上所述，微孔曝氣器雖然可能是具有很大的孔隙單量，但技術(shù)可靠性卻很低。在污水處理的長(zhǎng)期運(yùn)行中，采取較大孔隙單量的曝氣擴(kuò)散技術(shù)，其“微孔通氣的技術(shù)可靠性是難以保障的。因此，微孔曝氣在新機(jī)、清水條件下檢測(cè)所表現(xiàn)的充氧效率，在污水處理的實(shí)際運(yùn)行中會(huì)存在嚴(yán)重的退化作用。4氣流擴(kuò)散的技術(shù)合理性在鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)中，曝氣器是終端關(guān)鍵設(shè)備，曝氣器的功能本質(zhì)就是對(duì)氣流進(jìn)展擴(kuò)散。4.1氣流擴(kuò)散的合理性孔隙擴(kuò)散不可能使氣流擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)技術(shù)合理性。曝氣器對(duì)氣流的擴(kuò)散，從理論上講當(dāng)然是擴(kuò)散程度越高越好，也就是通常所指的“泡越細(xì)越好。

14、按照孔隙擴(kuò)散的原理，“泡細(xì)與“阻力是一對(duì)矛盾；孔隙越細(xì)排氣所產(chǎn)生的氣泡也就越細(xì)，但孔隙越細(xì)阻力也就越大，孔隙也就越容易被堵塞，單位時(shí)間內(nèi)通過的氣量也就越少。因此孔隙的細(xì)小只能解決“泡細(xì)的問題，隨之而來的必然存在損耗大、氣流擴(kuò)散技術(shù)合理程度低、性能不可靠等問題。4.2氣流擴(kuò)散技術(shù)合理的根本要求排氣阻力要小排氣通暢可靠性要大，在此前提之下實(shí)現(xiàn)氣流越分散越好。通常污水處理曝氣氣源均采用的是鼓風(fēng)方式，鼓風(fēng)機(jī)屬于低壓運(yùn)行設(shè)備，排氣阻力大必然要影響到鼓風(fēng)機(jī)的動(dòng)力效率。污水處理工藝的條件較為復(fù)雜多變，要到達(dá)排氣阻力小和無堵塞的技術(shù)可靠性，排氣孔只能是采用大孔5，但是，按照孔隙擴(kuò)散的原理大孔排氣是不可能產(chǎn)生細(xì)

15、泡；因此，要使氣流擴(kuò)散技術(shù)合理，就必須由孔隙擴(kuò)散之外尋求其他的擴(kuò)散方法。4.3關(guān)于孔隙可變的孔隙擴(kuò)散采用軟性膜可變孔隙排氣，雖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細(xì)小的范疇0100;因此，軟性膜可變孔隙排氣仍難以解決易堵塞與阻力大的問題。軟性膜在長(zhǎng)期的受壓運(yùn)行過程中，也不可防止地存在軟性膜疲勞與老化問題，使孔隙可變的技術(shù)可靠性不高孔膜易損。4.4動(dòng)力擴(kuò)散的技術(shù)合理性動(dòng)力擴(kuò)散利用氣體在水體中的上浮動(dòng)力，發(fā)生“碰與“撞的作用而獲取細(xì)泡，氣流擴(kuò)散完全脫離了細(xì)小孔隙的束限作用。由于動(dòng)力擴(kuò)散采用的是大孔排氣，實(shí)現(xiàn)了阻力孝不堵塞的擴(kuò)散技術(shù)合理性。僅是“技術(shù)合理還不行，還要是“功能高效

16、，旋混曝氣器具備設(shè)計(jì)科學(xué)的旋流、導(dǎo)流、紊動(dòng)阻擋等多種“碰與“撞作用，實(shí)現(xiàn)了既是大孔排氣又是功能高效，PD旋混曝氣器很好地解決了動(dòng)力擴(kuò)散的技術(shù)合理性。5曝氣器技術(shù)開展方向隨著社會(huì)的開展進(jìn)步，污水處理保護(hù)環(huán)境越來越受到重視。采用技術(shù)性能可靠的曝氣設(shè)備，是確保污水處理裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的首要條件。5.1由于鼓風(fēng)曝氣動(dòng)力效率高，立體布?xì)庑阅芎茫壳皯?yīng)用較為普遍。鼓風(fēng)曝氣的終端關(guān)鍵設(shè)備是曝氣器，因此可以說曝氣器的技術(shù)開展?fàn)顩r就代表了鼓風(fēng)曝氣的技術(shù)程度。由于曝氣池相關(guān)的工藝?yán)碚撚?jì)算，根本點(diǎn)就是曝氣氧利用率，從而導(dǎo)致出現(xiàn)了對(duì)曝氣器的技術(shù)評(píng)價(jià)重點(diǎn)集中在氧利用率，也導(dǎo)致出現(xiàn)了孔隙擴(kuò)散排氣孔隙越來越細(xì)的現(xiàn)象。5.2

17、應(yīng)當(dāng)指出，孔隙擴(kuò)散由固定孔隙到軟性膜可變孔隙，技術(shù)程度是有所開展，孔隙擴(kuò)散曝氣器在污水處理裝置新安裝投運(yùn)初期會(huì)表現(xiàn)良好，但孔隙擴(kuò)散技術(shù)可靠程度太低，現(xiàn)實(shí)運(yùn)行情況不盡人意，這就不得不使人深思孔隙擴(kuò)散中的技術(shù)合理性問題。5.3任何一種設(shè)備，其功能效率必需要有合理的技術(shù)支持，這是一個(gè)很通常的技術(shù)原那么，孔隙擴(kuò)散完全不符合這樣的技術(shù)原那么。從理論上講，設(shè)備的功能效率是越高越好，但這種功能效率假如沒有合理的技術(shù)支持，那么其肯定是不可靠的。曝氣器的“氧利用率當(dāng)然是要越高越好，但假如實(shí)現(xiàn)這種效率是以降低技術(shù)可靠性為代價(jià)，顯然是有問題的。5.4目前所謂具有“先進(jìn)技術(shù)程度的孔隙擴(kuò)散，可以使曝氣器氧轉(zhuǎn)移率到達(dá)30

18、%以上，但無非是排氣孔隙更加變細(xì)，進(jìn)氣除塵要求更加嚴(yán)格，阻力損耗更加增大；即以更加的技術(shù)不合理來實(shí)現(xiàn)的，其實(shí)際應(yīng)用結(jié)果也只能是技術(shù)更加的不可靠。5.5孔隙擴(kuò)散不可能解決技術(shù)合理性的問題，這一點(diǎn)是非常清楚的。但為什么孔隙擴(kuò)散現(xiàn)仍然具有一定的技術(shù)地位呢？一是以往曝氣器的充氧性能完全取決于排氣孔隙的大小，大孔排氣不能實(shí)現(xiàn)較高的氧轉(zhuǎn)移率，形成工程上側(cè)重于選擇以微孔方式排氣的曝氣器。二是曝氣工藝工程設(shè)計(jì)根本點(diǎn)就是要求曝氣器要有較高的氧轉(zhuǎn)移率。從實(shí)際情況看，曝氣器孔隙擴(kuò)散的應(yīng)用是處在滿足了氧利用率的要求卻難以滿足技術(shù)合理要求的狀態(tài)，微孔曝氣器在應(yīng)用存在氧利用率與技術(shù)可靠性的矛盾。5.6PD旋混曝氣器由于是利用氣泡上浮動(dòng)力進(jìn)展擴(kuò)散使氣泡破碎變細(xì)，既可以到達(dá)較高的氧利用率又可以滿足技術(shù)合理的要求，技術(shù)性能非?？煽俊＿@也可以充分說明，只有脫離孔隙擴(kuò)散的曝氣技術(shù)才可以實(shí)現(xiàn)曝氣技術(shù)先進(jìn)合理。6曝氣器動(dòng)力擴(kuò)散與孔隙擴(kuò)散的比擬序號(hào)工程動(dòng)力擴(kuò)散孔隙擴(kuò)散01工作原理氣泡上浮動(dòng)力為擴(kuò)散動(dòng)力經(jīng)旋流、導(dǎo)流、紊動(dòng)、碰撞阻擋等作用形成擴(kuò)散。由微小孔隙限制作用形成擴(kuò)散02排氣通道一套曝氣器一個(gè)排氣孔，防堵塞、防一套曝氣器上的排氣孔隙越來越