大孔細(xì)泡新型旋混曝氣器

大孔細(xì)泡新型旋混曝氣器論文名稱：大孔細(xì)泡新型旋混曝氣器

作者：邢旭明朱彥興朱金安唐傳祥余新建葉鼎

摘要：針對(duì)曝氣技術(shù)優(yōu)化的三要素：①氣孔結(jié)構(gòu)②擴(kuò)大氧傳質(zhì)作用面③動(dòng)能作用于擴(kuò)散，研制了“大孔雙向旋流、局部強(qiáng)化旋混、動(dòng)能相互作用、圓罩阻擋散流”的新型曝氣器。

關(guān)鍵字：曝氣質(zhì)量傳遞曝氣器1影響氧傳質(zhì)的可優(yōu)化因素在曝氣池的運(yùn)行中，會(huì)有很多因素影響曝氣氧傳質(zhì)作用強(qiáng)度，例如：活性污泥特性、水溫、污染物濃度、污染物成分、停留時(shí)間和曝氣池深度等等，但諸如此類的影響因素屬于工藝條件因素，不是曝氣氧傳質(zhì)作用技術(shù)優(yōu)化的對(duì)象。諸多復(fù)雜的工藝條件因素可以通過試驗(yàn)或建立數(shù)學(xué)模型而獲得一個(gè)氧傳質(zhì)條件系數(shù)--KL(氧轉(zhuǎn)移系數(shù))，因?yàn)镵L值在曝氣池工業(yè)運(yùn)行中是無法獲取的，因此可以認(rèn)為KL值僅在工藝設(shè)計(jì)研究階段有用。

通常在反映曝氣氧傳質(zhì)作用強(qiáng)度時(shí)還用氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)--KLa表示：

KLa=KLA/V

式中A---氣相與液相接觸界面

V---曝氣池有效容積在式(1)中，一定的工藝條件之下KL與V都可以看成是非可控變量的常數(shù)值，而A值則取決于曝氣的擴(kuò)散作用，擴(kuò)散產(chǎn)生的氣液接觸界面愈多則氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)愈大，氧傳質(zhì)作用強(qiáng)度也愈大。另外，式(1)還表明：在曝氣運(yùn)行中氣相與液相接觸界面穩(wěn)定保有量的多少是曝氣氧傳質(zhì)作用強(qiáng)度的唯一可控變量，只有可控才會(huì)存在技術(shù)優(yōu)化的可能性。2氧傳質(zhì)技術(shù)優(yōu)化要素2.1大孔擴(kuò)散的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)

穿孔、散流、噴射、螺旋等幾種曝氣形式，基本特征都是大孔眼擴(kuò)散，盡管此類曝氣器具有阻力損耗小、不堵塞的結(jié)構(gòu)可靠?jī)?yōu)勢(shì)，但在技術(shù)上沒有脫離"大孔產(chǎn)生大泡"的孔性擴(kuò)散定勢(shì)，曝氣運(yùn)行屬于中大泡的狀態(tài)，因此氧傳質(zhì)效率不高。

阻力損耗小、不堵塞的大孔眼結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)是曝氣氧傳質(zhì)作用技術(shù)優(yōu)化的重要基礎(chǔ)，但這個(gè)基礎(chǔ)必須要脫離"大孔產(chǎn)生大泡"的孔性擴(kuò)散定勢(shì)，才會(huì)有可能獲取較高的曝氣氧傳質(zhì)效率。

2.2細(xì)泡運(yùn)行界面豐富

曝氣升泡愈小氣相的擴(kuò)散程度愈大。通常認(rèn)為孔或隙達(dá)到微米(μm)級(jí)則是細(xì)小孔隙的微孔曝氣器。微孔曝氣器的確是細(xì)小泡曝氣運(yùn)行，但不可避免地要帶來阻力損耗大與易堵塞的問。微孔曝氣器在投運(yùn)一段時(shí)間以后隨著孔隙堵塞的增加，升泡面與升泡密度均會(huì)明顯減少。

一般認(rèn)為，曝氣器孔隙結(jié)構(gòu)愈小，氣泡會(huì)被分割得愈小。此觀點(diǎn)與曝氣運(yùn)行的實(shí)際情況是有差異的。根據(jù)有關(guān)孔性擴(kuò)散的實(shí)測(cè)表明：孔徑與升泡泡徑不是正比關(guān)系(見圖1)。由圖1可以看出：在孔眼直接排氣的狀態(tài)中，孔眼變小的趨勢(shì)與升泡變小的趨勢(shì)兩者不是成比例的，孔眼可以搞得很細(xì)小但形成的升泡不會(huì)按比例變得很細(xì)小。當(dāng)氣相經(jīng)孔眼直接進(jìn)入液相時(shí)，會(huì)在孔眼處有一個(gè)短促的柱狀上升運(yùn)動(dòng)之后才會(huì)形成一個(gè)受力均勻的球狀升泡，孔眼愈小只會(huì)使柱狀愈細(xì)愈長(zhǎng)，并不會(huì)使升泡按比例變小。曝氣運(yùn)行的實(shí)際情況表明：即使是所謂微米(μm)級(jí)孔隙的曝氣器，升泡泡徑也在r2＞2mm的范圍。由此可以得出的結(jié)論是：在深約4m的曝氣池中，難以用微孔(隙)的方法而獲得r2>3mm的升泡。采用微孔(隙)的曝氣方法其實(shí)際擴(kuò)散程度(Fs)并不是無限的?？紫对叫?，只會(huì)是使阻力損耗與堵塞可能性更加增大，動(dòng)力效率(Gs)也會(huì)變得更加不經(jīng)濟(jì)。

2.3水體流動(dòng)性不具有氧傳質(zhì)作用

曝氣池是一個(gè)大環(huán)境，有2個(gè)因素對(duì)曝氣池水體流動(dòng)性有要求：一是防止?jié)舛忍荻人璧耐屏鬟\(yùn)動(dòng)；二是防止活性污泥沉降的升流運(yùn)動(dòng)。氣泡在作升泡運(yùn)動(dòng)時(shí)，要不斷排斥水體，因此擴(kuò)散的氣流必然會(huì)帶來升流運(yùn)動(dòng)。進(jìn)入曝氣池的水流量與回流量會(huì)有一定的推流作用，如果再想采用密度較輕的流體在點(diǎn)式布?xì)鈼l件之下推動(dòng)密度較重的流體而加大流動(dòng)作用，這顯然是沒有意義的。

噴射曝氣與螺旋曝氣其運(yùn)行原理的基本點(diǎn)就是要產(chǎn)生用氣流帶動(dòng)水流的線性擴(kuò)散，其結(jié)果是使部分動(dòng)能無功而耗。由于密度差異的懸殊，氣相在推動(dòng)液相作線性擴(kuò)散時(shí)必須具備相當(dāng)大的推動(dòng)力，當(dāng)這種推動(dòng)力不足時(shí)，就只能在排氣口處產(chǎn)生孔性擴(kuò)散作大氣泡升泡運(yùn)行，這就是噴射與螺旋曝氣方式的實(shí)際運(yùn)行效果并不理想的重要原因。

曝氣氧傳質(zhì)技術(shù)優(yōu)化在布?xì)夥矫鎽?yīng)著重考慮的是布?xì)饩鶆蛎懿?，致密的升泡必然?huì)帶來良好的升流運(yùn)動(dòng)。把布?xì)鈩?dòng)能作用于加大水體流動(dòng)性，是曝氣氧傳質(zhì)技術(shù)優(yōu)化應(yīng)當(dāng)要避免的一個(gè)誤區(qū)。3氧傳質(zhì)技術(shù)優(yōu)化實(shí)例--旋混曝氣器通過上述論述可知曝氣技術(shù)優(yōu)化的三要素是：

①氣流排出孔口應(yīng)采用大孔結(jié)構(gòu)；

②工作運(yùn)行應(yīng)盡可能地?cái)U(kuò)大氧傳質(zhì)作用面--氣液接觸界面；

③氣流動(dòng)能應(yīng)全部作用于擴(kuò)散作用。

旋混曝氣器較為成功地做到了曝氣技術(shù)優(yōu)化三要素的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了在曝氣運(yùn)行中夢(mèng)寐以求的由大孔結(jié)構(gòu)而獲得細(xì)小升泡運(yùn)行效果，是具有高新技術(shù)含量的新一類曝氣設(shè)備。

3.1工作原理

大孔雙向旋流--氣流經(jīng)旋混發(fā)生器一圈數(shù)個(gè)順旋導(dǎo)流口和另外一圈數(shù)個(gè)反旋導(dǎo)流口雙向旋流排出。

局部強(qiáng)化旋混--旋混筒使兩個(gè)不同方向的旋流形成一個(gè)瞬間連續(xù)局部反應(yīng)激劇的氣液強(qiáng)化旋混區(qū)。

動(dòng)能相互作用--氣流排出導(dǎo)流孔口的動(dòng)能相互作用呈擰扭剪切形態(tài)，使流體發(fā)生紊亂地碰撞。

圓罩阻擋散流--旋混所產(chǎn)生的大量粉碎性氣泡經(jīng)圓形散流罩阻擋散流作用之后均勻密布地向上作升泡運(yùn)動(dòng)。

旋混曝氣器正是上述綜合作用使氣相在液相中獲得了很大的旋性擴(kuò)散，可以形成極為豐富的氣液接觸界面。旋混曝氣器不是一個(gè)由簡(jiǎn)單的擴(kuò)散孔徑影響決定升泡泡徑的曝氣器，而是一個(gè)由多種綜合作用制造均勻密布的細(xì)小升泡的曝氣機(jī)器。

3.2主要技術(shù)特性

全池陣列、多點(diǎn)布?xì)?，點(diǎn)陣范圍≈700mm×700mm；導(dǎo)流孔屬大孔型，單個(gè)排氣孔口截面=26mm2；設(shè)備材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)工程塑料或不銹鋼，采用獨(dú)特的緊固套接裝配與安裝，免維修免更換，單套設(shè)備尺寸=230mm×230mm×230mm。

3.3與微孔曝氣器作清水對(duì)比演示

采用鑄砂型圓帽微孔曝氣器與HS-旋混曝氣器在深4.7m的清水條件下做對(duì)比運(yùn)行演示實(shí)驗(yàn)，見表1。結(jié)果表明：兩者均是細(xì)小泡曝氣運(yùn)行，由升泡泡躍現(xiàn)象與升泡密度來看，旋混曝氣器工作阻力明顯低于微孔曝氣器。表1現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的物理性性數(shù)據(jù)比較項(xiàng)目r2(mm)Fs(倍)As(m2/m3)Ms(％)鑄砂型圓帽微孔曝曝氣器4155750≈80HS-旋混曝氣氣器4155750≈90注Fs--擴(kuò)散程程度As--比表面積Ms-升泡面3.4與噴射曝氣器作同池對(duì)比

在岳陽(yáng)石油化工總廠噴射曝氣池中，放入一組28套HS-旋混曝氣器同池對(duì)比，見表2。

運(yùn)行結(jié)果表明：旋混曝氣器明顯為細(xì)小升泡均勻密布地運(yùn)行。相同的升泡面，旋混曝氣器的需要?dú)饬績(jī)H為噴射曝氣器的約1/3，而且前者是旋性擴(kuò)散的細(xì)小泡，后者基本是孔性擴(kuò)散的大泡，線性擴(kuò)散不明顯。表2現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的物理性性數(shù)據(jù)r2(mm)Fs(倍）As(m2/m33)Ms(%)Gs[m2/kWW.h)]Hs(m2/m33)Φ25噴射曝氣器2031150≈40≈90000.21HS-旋混曝氣器器4155750≈90≈350001.1注Gs——氧傳質(zhì)質(zhì)動(dòng)力效率Hs——界面保有量量3.5實(shí)際運(yùn)行狀況

岳陽(yáng)石油化工總廠7000m3活性污泥法曝氣池安裝1792套HS-旋混曝氣器。運(yùn)行狀況表明：全部曝氣服務(wù)面泡細(xì)均勻密布分散性好；升泡泡躍平緩無集中突出現(xiàn)象；供氣負(fù)荷的