曝氣在環(huán)境工程水處理的運(yùn)用
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摘要：在當(dāng)代，曝氣技術(shù)作為一種高能效低損耗且簡單易操作的污水處理技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于我國環(huán)境工程水處理中。在水污染問題持續(xù)難以得到很好解決和水資源日漸短缺的形勢下，曝氣技術(shù)的發(fā)展極為迅速，在將來有望成為緩解我國水污染和水資源緊缺的主要技術(shù)。本文就曝氣在環(huán)境工程水處理中的應(yīng)用展開研究探討，介紹了幾種在我國環(huán)境工程水處理中經(jīng)常使用的曝氣技術(shù)，解析了在環(huán)境工程水處理中曝氣技術(shù)的應(yīng)用效果，意在為我國環(huán)境工程水處理的研究提供一定的參考。
關(guān)鍵詞：環(huán)境工程；水處理；曝氣技術(shù)；曝氣設(shè)備
1我國的水資源形勢現(xiàn)狀
水資源日漸緊缺是全球每一個國家所共同面臨的難題，導(dǎo)致水資源日漸緊缺的原因是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力降低，歸根究底，其實是環(huán)境破壞所共同導(dǎo)致的后果。盡管近些年來，環(huán)境保護(hù)的意識已逐漸深入人心，國家在重視經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時也重視環(huán)境保護(hù)與建設(shè)，但過往已造成的環(huán)境破壞終究非朝夕可彌補(bǔ)，環(huán)境保護(hù)與建設(shè)是漫長而深遠(yuǎn)的過程。相比于全球水資源日漸緊缺的現(xiàn)狀難以扭轉(zhuǎn)，水污染治理的推進(jìn)相對而言是短期便可有一定成效的。水污染的治理主要從兩個方面著手，一方面要從根本上防止水污染，限制或禁止污水排放；另一方面則是從污水的凈化著手，凈化被污染的水資源以形成一定的水資源循環(huán)。如前所述，我國的水污染形勢不容樂觀：雖然從近些年意識到保護(hù)環(huán)境的重要性開始，多年以來，我國始終堅持持續(xù)推進(jìn)水污染治理的建設(shè)，也取得了一定的成效，但總體來說，水污染形勢仍然極為嚴(yán)峻，需要高度重視。我國水污染的主要污染源為工業(yè)廢水和城市污水。在大多數(shù)人的意識中，工業(yè)廢水才是水污染的第一污染源，實則不然，城市污水的總量遠(yuǎn)超于工業(yè)廢水，這其中除人口數(shù)量眾多的問題外還有的是人們節(jié)水觀念有待加強(qiáng)的問題。
2曝氣設(shè)備在環(huán)境工程水處理中的基本原理
在環(huán)境工程水處理中，對于污水進(jìn)行處理時，曝氣設(shè)備通過在污水中加強(qiáng)空氣的灌輸，同時進(jìn)行翻攪，可促使空氣中的氧氣在污水中快速流動，一方面這可以為污水中的清潔衛(wèi)士即有氧呼吸的微生物提供充足的氧氣以供“工作”；另一方面也能加強(qiáng)微生物與有機(jī)物之間的接觸，加快“工作”效率。曝氣設(shè)備應(yīng)用于環(huán)境工程水處理，不僅可以預(yù)防水池中漂浮物體的沉入，還能有效分解和氧化污水里有機(jī)物質(zhì)，達(dá)到可觀的污水凈化效果。曝氣設(shè)備在環(huán)境工程水處理中的廣泛應(yīng)用不僅僅是因其具備可觀的污水凈化效果，還有其他的優(yōu)勢所在：第一，曝氣設(shè)備結(jié)構(gòu)較為簡單，有利于相關(guān)人員操作與應(yīng)用；第二，曝氣設(shè)備的應(yīng)用不會造成例如聲污染、光污染等二次污染。在環(huán)境工程水處理中，曝氣設(shè)備正式投入使用前，如若能根據(jù)所處理污水的相關(guān)參數(shù)計算出對應(yīng)的污水凈化所需的氧氣量，精準(zhǔn)地進(jìn)行氧氣投放，就能在滿足微生物降解有機(jī)污染物氧氣需求的同時節(jié)約能源。
3曝氣設(shè)備的分類與應(yīng)用
一套完善的曝氣裝置至少具備一浮體、多組的曝氣設(shè)備和控制裝置。具體來說，浮體之上組裝著曝氣設(shè)備，曝氣設(shè)備能吸水，并把其朝著至少一個既定的方向進(jìn)行霧化、噴灑又或是曝氣?？刂蒲b置控制多組曝氣設(shè)備。一般來說，對于應(yīng)用在環(huán)境工程水處理的曝氣裝置是有一定實用性要求的：對于設(shè)備本身，要求構(gòu)架簡易、性能平穩(wěn)、耐腐壞銹蝕性能較強(qiáng)；對于設(shè)備功能，要求翻攪均衡、低耗能、沒有噪音和其他危害；對于設(shè)備的價格，要求價格較低以便大規(guī)模配備。
4我國環(huán)境工程水處理中曝氣設(shè)備分類
4.1潛水射流曝氣設(shè)備
潛水射流曝氣裝置主要應(yīng)用于較深及總體面積較大的水域，可通過在相關(guān)水域里生成旋渦進(jìn)行攪拌，形成曝氣，最終達(dá)到污水凈化的效果。潛水射流曝氣裝置的主要構(gòu)造是自吸深水式潛水射流曝氣裝置，自吸深水式潛水射流曝氣裝置由WQ潛水排污裝置、擴(kuò)散裝置、進(jìn)氣裝置和消音裝置有機(jī)構(gòu)成。潛水射流曝氣設(shè)備利用水流來加強(qiáng)空氣的灌輸，在潛水射流曝氣設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，流動的水會通過噴嘴裝置快速地被輸入到混氣裝置里，同時氣體進(jìn)入的導(dǎo)管指引空氣進(jìn)入到混氣裝置中并與流動的水相融合形成大量的氣泡氣流，最終通過擴(kuò)散裝置以極快地速度擴(kuò)散到水域中。
4.2鼓風(fēng)曝氣設(shè)備
鼓風(fēng)曝氣設(shè)備是應(yīng)用范圍較為廣泛的曝氣設(shè)備，其運(yùn)用兼具相當(dāng)壓力和風(fēng)速的鼓風(fēng)曝氣裝置，結(jié)合擴(kuò)散曝氣裝置和運(yùn)送裝置共同運(yùn)轉(zhuǎn)，通過風(fēng)力把空氣強(qiáng)行灌輸進(jìn)水域中，使水域中的水與空氣全面接觸。鼓風(fēng)曝氣設(shè)備一般主要是由空氣加壓裝置、空氣輸送管道和空氣擴(kuò)散裝置組成。空氣凈化系統(tǒng)和鼓風(fēng)機(jī)包含在空氣加壓裝置中。鼓風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量不是越大越好、隨意指定的，具體需要根據(jù)水域中氧化反應(yīng)所需的氧氣量來確定，同時還需滿足使混合液固體顆粒保持懸浮狀態(tài)的攪拌條件。特別是出于為使氣體能順利進(jìn)入水域的考慮，鼓風(fēng)機(jī)的送風(fēng)壓力需大于管道系統(tǒng)的摩擦損耗和空氣擴(kuò)散裝置處的靜水壓。空氣輸送管道則是包含輸氣管等。鼓風(fēng)曝氣設(shè)備中至關(guān)重要的部分是空氣擴(kuò)散裝置，空氣擴(kuò)散裝置的作用是將氣體分成不同尺寸不同大小的氣泡，以增加送入空氣與液體接觸的表面積，增加了空氣與液體接觸的表面積，就使得污水中的微生物能更多地接觸氧氣，更多地進(jìn)行氧化反應(yīng)，以提升降解有機(jī)物質(zhì)的效率，進(jìn)而提升污水凈化的效率。為適用不同尺寸的氣泡產(chǎn)生需求，空氣擴(kuò)散裝置的管道是有多種類型的，可根據(jù)不同需要來設(shè)立管道。
4.3表面曝氣設(shè)備
表面曝氣設(shè)備，顧名思義，就是利用設(shè)備在水域表面攪拌旋轉(zhuǎn)，使水域產(chǎn)生水躍，水體與空氣進(jìn)行接觸，促使氧氣參與反應(yīng)的設(shè)備。表面曝氣設(shè)備被廣泛應(yīng)用于各中小型污水處理廠中。按照主轉(zhuǎn)軸方向的不同，可以把表面曝氣設(shè)備分為水平軸式與立軸式。普遍使用的水平軸式表面曝氣設(shè)備，按照曝氣器的不同又可分為三類，分別是：轉(zhuǎn)刷曝氣器、轉(zhuǎn)盤曝氣器和轉(zhuǎn)筒曝氣器。轉(zhuǎn)刷曝氣器適用于在矩形和圓形曝氣池中工作，主要由動力裝置、減速轉(zhuǎn)動裝置及轉(zhuǎn)刷等部件組成。表面曝氣設(shè)備在向氧化溝中充氧的同時，轉(zhuǎn)刷葉片也會不斷旋轉(zhuǎn)，使得水向四周飛濺，與空氣產(chǎn)生接觸；同時，轉(zhuǎn)刷的運(yùn)動還能促進(jìn)混合液在氧化溝中的流動循環(huán)，使得氧氣可以均勻地溶解在整個氧化溝中，維持氧化溝整體的均衡狀態(tài)。轉(zhuǎn)盤曝氣器也稱為曝氣轉(zhuǎn)盤，主要應(yīng)用于奧貝爾型氧化溝。轉(zhuǎn)盤曝氣器主要由動力裝置，減速裝置、轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)盤等部件組成。在水平轉(zhuǎn)軸上安裝轉(zhuǎn)盤，設(shè)備就能對水體產(chǎn)生切向推動力，進(jìn)而促使污水的循環(huán)流動。對于轉(zhuǎn)盤曝氣器中的轉(zhuǎn)盤，通常有一定要求，比如較輕質(zhì)、高強(qiáng)度和耐腐蝕等，因此常見的是采用玻璃鋼壓制成型，具有可獨立拆裝的特性。相對于轉(zhuǎn)刷曝氣器和轉(zhuǎn)盤曝氣器而言，轉(zhuǎn)筒曝氣器是較為新型的曝氣器。在向曝氣池的深水區(qū)域增氧時，傳統(tǒng)的曝氣器，無論是轉(zhuǎn)刷曝氣器還是轉(zhuǎn)盤曝氣器，都難以達(dá)成一定的成效，但專為此設(shè)計的轉(zhuǎn)筒曝氣器卻不同，它可以卓有成效地勝任這份工作?？偠灾砻嫫貧庠O(shè)備的運(yùn)作原理就是通過馬達(dá)產(chǎn)生的動力促使軸流葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)的同時，還通過導(dǎo)管裝置引導(dǎo)污水向周圍噴濺而出，形成薄水霧與空氣接觸并形成水滴，水滴在落入液面時產(chǎn)生的亂流和氣泡可以提升水的含氧量。在三種曝氣器中，轉(zhuǎn)刷曝氣器的優(yōu)勢在于具備較強(qiáng)的推進(jìn)力，借助這一優(yōu)勢，轉(zhuǎn)刷曝氣器可巧妙地調(diào)節(jié)充氧能力，具備可觀的充氧效率，但也基于自身較強(qiáng)的推進(jìn)力容易對水域中的活性污泥絮體；轉(zhuǎn)盤曝氣器也具備轉(zhuǎn)刷曝氣器推進(jìn)力方面的優(yōu)勢，且較好的克服了轉(zhuǎn)刷曝氣器的缺陷，相對而言較少地對絮體有所剪切；最新型的轉(zhuǎn)筒基本已完全克服傳統(tǒng)曝氣器的缺陷，且集曝氣、攪拌、混合、循環(huán)推流等多效功能于一體，能適應(yīng)多種不同的工作環(huán)境，顯著提高了深水曝氣的成效，安裝與維護(hù)設(shè)備的工作也不會繁瑣，反而較為簡便。相對于其他各種的曝氣設(shè)備，表面曝氣設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝易于操作使用和設(shè)備維護(hù)方便等優(yōu)勢，因此在環(huán)境工程水處理中，無論是工業(yè)廢水的凈化處理，還是城市污水的凈化處理，表面曝氣設(shè)備都廣泛地被應(yīng)用于其中。就比如相比于鼓風(fēng)曝氣設(shè)備，首先表面曝氣設(shè)備不需設(shè)立鼓風(fēng)裝置、曝氣裝置及大量通氣管道等，成本從根本上就有所區(qū)別；其次由于表面曝氣設(shè)備結(jié)構(gòu)更為簡單，安裝和維護(hù)自然也就更為簡易；再者，表面曝氣設(shè)備的操作也比鼓風(fēng)曝氣設(shè)備簡易，無需操作鼓風(fēng)機(jī)等裝置。
5曝氣在環(huán)境工程水處理中的應(yīng)用分析
具體來說，在環(huán)境工程水處理中，曝氣設(shè)備的實際應(yīng)用是根據(jù)各種曝氣設(shè)備的優(yōu)勢、作用方式、作用范圍的不同而有所不同。在現(xiàn)實生活中，除考慮曝氣設(shè)備本身的各種屬性因素外，選取合適的曝氣設(shè)備還需考慮經(jīng)濟(jì)條件、維護(hù)費用等因素。選取合適的曝氣設(shè)備需關(guān)注曝氣設(shè)備中的曝氣裝置。曝氣裝置中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分為兩類：性能和格式。性能可以較為直觀地反應(yīng)的是曝氣裝置的優(yōu)劣。一個性能較好的曝氣裝置，不僅能使得操作運(yùn)轉(zhuǎn)時更為便捷，同時還會具備節(jié)能等優(yōu)勢，能節(jié)約一定的費用。格式往往反應(yīng)的是相關(guān)曝氣裝置的格式特征，本質(zhì)上并沒有優(yōu)劣之分。選用者只需根據(jù)實際需求來選擇最適合的即可。一般來說，關(guān)注曝氣裝置的技術(shù)性能標(biāo)準(zhǔn)，主要特指：關(guān)注曝氣裝置的動力效率（EP）；氧氣轉(zhuǎn)移效率（EA）以及充氧性能（EL）。在充分考慮曝氣設(shè)備的各種因素時，有時難免會產(chǎn)生因素間的沖突。比如說為保持氧氣轉(zhuǎn)移效率，有些必須采用一些動力效率不高的曝氣裝置，這就無法避免地產(chǎn)生了些許費用浪費，經(jīng)濟(jì)因素與性能因素有所沖突。因此，有些時候，選用者要做的事情就是在充分考慮各方面因素的情況下，在因素間沖突尋找最合適的均衡點，以匹配符合現(xiàn)實需求的曝氣設(shè)備。
6結(jié)語
近年來，我國在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時，投入了大量資金來引進(jìn)國外相關(guān)的曝氣裝置，一方面，這導(dǎo)致了曝氣設(shè)備整體成本的提升，另一方面，這也不利于整個曝氣體系的維護(hù)和長期使用。所以應(yīng)當(dāng)更多地推進(jìn)發(fā)展國內(nèi)環(huán)境工程水處理的各種技術(shù)，對國外先進(jìn)的曝氣裝置有所研究，并致力優(yōu)化國內(nèi)的各種曝氣裝置、投入使用，提升國內(nèi)自有曝氣設(shè)備的利用率，強(qiáng)化我國在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的競爭能力，積極促進(jìn)環(huán)境保護(hù)水處理領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。
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作者：楊柳青瑩 單位：哈爾濱工程大學(xué)