城市污水处理厂曝气节能方法与技术

单廷财

(甘肃省陇西县给排水公司，甘肃陇西748100)

作者简介：单廷财(1971-)，男，甘肃陇西人．I程师，主要从事污水处理I作。

随着社会现代化进程的加快，能源紧缺这一问题日益凸显，绿色及可持续发展已经成为当前社会发展主要趋势。污水处理厂作为城市基础设施必不可少的组成部分，其能源消耗比重较大，因此各行各业都非常重视城市污水处理工作。笔者对城市污水处理厂的曝气节能方法与技术做介绍，以供参考。 一、城市污水处理厂的重要性及耗能情况

虽然我国幅员辽阔，地大物博，拥有的水资源总量也较多，但由于我国人口众多，人均水量为2350立方米，仅仅只有世界人均水量的27%，并且存在时空、地区水资源分配不均匀问题，从而导致我国水资源十分短缺。近些年来，我国大力推进工业发展，加快城市建设步伐，导致水体污染问题相当严重。加之过度开采水资源，水资源危机爆发已敲响警钟。因此建设城市污水处理厂刻不容缓。

二、关于城市污水处理厂曝气技术

当前城市污水处理厂曝气技术多通过鼓风曝气系统来进行，而鼓风曝气系统又由曝气管线、鼓风机以及曝气器构成（如图1所示）。鼓风曝气系统的工作原理则是利用曝气管道将空气输送到曝气器，使空气通过曝气器形成尺寸不同的气泡。气泡大小主要由空气扩散装置的形成来决定，气泡在上升过程中会和水混合，最终在液面处发生破裂，从而完成氧气向污水转移这一过程。鼓风曝气系统按气泡形成的大小可以分为大气泡、中气泡和微气泡曝气器。经过鼓风曝气系统处理的气体在输送到曝气器之前经过鼓风机压缩和管道摩擦产生热量，在进入曝气池后，经降温处理在管道中形成冷凝水，通过冷凝水收集管收集排出。曝气器按孔径大小可分为微气泡曝气器和大气泡曝气器：微气泡通过多孔板空气释放和机械剪切大气泡两种方式形成；大气泡曝气系统则是利用狭缝或大孔来释放气泡。微气泡曝气器通过多孔材料和膜片释放压缩空气形成微气泡，其优点则是对微生物破碎作用较小、需要的空气量也不多、效率高，但其必须定期进行清洗和更换。大气泡曝气器与微气泡曝气器相比，工艺用水——清水氧转移系数比率更高，其安装位置位于曝气区底部，具有不易结垢和不易堵塞的特点，大气泡在水中上升速度非常快，气水接触表面积很小，因此其氧转移系数比较低。

三、关于曝气节能技术试验概述

㈠曝气节能技术原理

曝气充氧这一过程属于传质过程，氧气作为难溶于水的气体，由气相转化为液相过程中，主要阻力来自液膜。液膜内氧气传递微分方程式为：dc/dt=Kh（ca-c)，整理后得出KIa=(1/t)1n[c8(c8-c)]，其中,Kla为曝气器在测试条件下氧总转移系数，t为曝气时间，c8为饱和溶解浓度，c为与时间t相对应的溶解氧浓度。在试验中，曝气试验的有效进行往往还要加入化学药剂，常用的为加入还原剂硫酸钠，硫酸钠能与水中的氧气进行反应，从而消除水中的氧气，其化学表达式为：2NaS03+02=2NaZS04.

曝气器试验操作流程如下：第一，往有效容积为24立方米的曝气池中注满6米高的自来水，对水中溶解氧和温度进行测定；第二，在确定水中溶解氧后通过化学公式计算硫酸钠药剂投放量，得出1毫克溶解氧需投入8毫克的无水硫酸钠来中和，但要注意的是实际药剂投放时，通常会在计算基础上增加10%~ 20%的药剂投放量；第三，将溶解后的药从曝气池筒顶倒入，并用搅拌方式使其完全扩散反应，再保证亚硫酸根离子和水中溶解氧浓度都趋近零时，再来对水中溶解氧的浓度进行测定；第四，当水中溶解氧浓度为零时，再将空压机打开进行正常曝气，同时要将其曝气时间和DO值进行有效记录，每隔一分钟更新一次DO值。当池内溶解氧浓度确保稳定后再停止曝气试验，同时要把空气流量、水温、压力和温度做好记录。

（二）曝气量对曝气器充氧的影响

氧气在水中的传递过程遵循“气液界面存在层流状态的液膜和气膜，在其外侧分别处于紊流状态的液相主体和气相主体”的双膜理论。液相主体主要由气体分子通过分子扩散方式由气相主体利用液膜和气膜传递。为有效增强此推动力，可以通过增加通气量的做法来实现，其原理主要是为加强液相主体的紊流状态，将气液界面有效更新，同时将气液接触时间缩短，促进气泡直径增大，保证气液接触面有效减小。

(三)温度对曝气器充氧性能的影响

水温的变化能改变水的物理性质，进而对氧气传质速率和饱和溶解氧值造成影响。当水的温度增加时，水粘度减小，分子扩散能力增大，液膜厚度减小，氧传质速率变大；当水的温度下降时，氧传质速率降低。但要注意的是，当水的温度升高，氧传质速率变大的同时，其饱和溶解氧却降低；水的温度下降，氧传质速率降低的同时，其饱和溶解氧却升高。氧传质速率和饱和溶解氧随温度变化呈负相关性，但水的温度不管是过高还是过低，都会对氧传质造成不利影响，二者都存在一个最佳温度区域让氧传质速率最高。

（四）材质和使用年限对曝气器充氧性能的影响

微孔曝气是非常高效的一种曝气方式，但因为材质特点存在曝气器易碎、易破裂、易堵塞的特点，所以要做好防范措施保障微孔曝气器充氧的高效以及整个曝气系统运行正常。随着曝气器使用时间的增加，曝气器就会出现堵塞、破裂、破碎现象，导致其氧转移系数降低目。因此如何使曝气器既能保证运行需要，又能保证经济效益，是非常重要的研究课题。曝气孔的结垢和堵塞程度往往与曝气器类型、工艺条件和水质密切相关。

四、关于智能曝气控制技术概述

传统的鼓风曝气系统虽然能有效降低能源消耗，但还需进一步改进。智能曝气技术处理D0过程属于动态平衡过程，其中包含氧气的消耗和供给，当氧气利用曝气器释放后，遵循“气液界面存在层流状态的液膜和气膜，在其外侧分别处于紊流状态的液相主体和气相主体”的双膜理论将气相氧气转移液相。氧气消耗这一过程是好氧处理过程各种反应的综合处理结果，包括微生物好氧吸磷和硝化反应、碳氧化反应等。但是因为城市污水处理厂进水水质和水量每时每刻都会发生变化，所以微生物降解率也会相应变化，因此要保证DO处理过程稳定，才能有效提高DO控制稳定性。

污水处理厂作为城市基础设施必不可少的组成部分，其能源消耗比重自然不小，如何将其能耗降到最小，是当前十分重要的研究课题。利用曝气技术能很好做到这一点，因此要积极做好此方面的研究。

（编辑：高真贞）

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参考文献：

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[3]杨岸明城市污水处理厂曝气节能方法与技术[D]北京：北京工业大学，2012

[4]高旭．城市污水处理I艺能量平衡分析研究和应用[D]重庆：重庆大学，2002