微孔曝气器技术工艺发展趋势分析(可行性报告样本)

第一节 产品技术发展现状

生物处理法根据参与作用的微生物的需氧情况，可分为好氧法和厌氧法两大类。一般情况，好氧法比较适用于较低浓度污水，如乙烯厂污水；而厌氧法较适用于处理污泥和较高浓度的污水。好氧生物处理法可分为活性污泥法和生物膜法两大类。活性污泥法是水体自净的人工强化方法，是一种依靠活性污泥工作主体的去除污水中有机物的方法。存在于活性污泥中的好氧微生物必须在有氧气存在的条件下才能起作用。在污水处理生化系统的曝气池中，充氧效率与好氧微生物生长量成正相关性。溶解氧的供给量要根据好氧微生物的数量、生理特性、基质性质及浓度来综合考虑。这样，活性污泥才能处在最佳的降解有机物的状态。根据试验表明，曝气池中溶解氧维持在3～4mg/L为宜，若供氧不足，活性污泥性能差，导致废水处理效果下降。为保证有充足的供氧，必须依靠一种设备来完成，例如曝气器。

曝气是使空气与水强烈接触的一种手段，其目的在于将空气中的氧溶解于水中，或者将水中不需要的气体和挥发性物质放逐到空气中。换言之，它是促进气体与液体之间物质交换的一种手段。它还有其他一些重要作用，如混合和搅拌。空气中的氧通过曝气传递到水中，氧由气相向液相进行传质转移，这种传质扩散的理论，目前应用较多的是刘易斯和惠特曼提出的双膜理论。

双膜理论认为，在“气-水”界面上存在着气膜和液膜，气膜外和液膜外有空气和液体流动，属紊流状态；气膜和液膜间属层流状态，不存在对流，在一定条件下会出现气压梯度和浓度梯度。如果液膜中氧的浓度低于水中氧的饱和浓度，空气中的氧继续向内扩散透过液膜进入水体，因而液膜和气膜将成为氧传递的障°-，这就是双膜理论。显然，克服液膜障°-最有效的方法是快速变换“气-液”界面。曝气搅拌正是如此，具体的做法就是：减少气泡的大小，增加气泡的数量，提高液体的紊流程度，加大曝气器的安装深度，延长气泡与液体的接触时间。曝气设备正是基于这种做法而在污水处理中被广泛采用的。

曝气类型大体分为两类：一类是鼓风曝气，一类是机械曝气。鼓风曝气是采用曝气器￡-扩散板或扩散管在水中引入气泡的曝气方式。一般乙烯厂的污水处理多采用这种方式。机械曝气是指利用叶轮等器械引入气泡的曝气方式。

曝气扩散是污水处理工艺中的核心技术

曝气扩散的实质就是使气相中的氧向液相中转移。气相中的氧转移为液相中的溶解氧，是通过流体运动形成气液接触界面而完成的。因此，按照流体运动性质来 分析 则可以看出曝气扩散技术的区别。如果采用流体运动的性质来区分，曝气扩散技术则有下列两种基本形式。

液相流体主动运动型 

叶轮与转刷（盘）表面曝气是采用制造液相流体的水跃而形成气液接触界面； 射流曝气是依靠射流液相流体吸入气相流体而形成气液接触界面，这些均是属于液相流体主动运动型，其技术特征是：动能作用于重质液相流体运动；轻质气相流体是被动接触；在叶轮或转刷（盘）搅动处、射流口附近产生局部连续的气液接触界面。

气相流体主动运动型 

鼓风曝气是由风机输送气相流体，经曝气器的扩散作用以升泡运动的方式形成气液接触界面，这就是属于气相流体主动运动型，其技术特征是：动能作用于轻质气相流体运动；重质液相流体是被动接触；由升泡的上升运动，可产生立体连续的气液接触界面。

图表 鼓风曝气与机械曝气流体运动特点的比较

为提高氧的利用率，生物接触氧化池宜采用气水逆向流设计。一般用鼓风机鼓风曝气，曝气设备分布于池底；气流自下向上流经填料区，水流自上向下流经填料区。曝气系统一般采用微孔曝气系统或穿孔曝气系统。

微孔曝气系统一般采用膜片式微孔曝气器作为曝气设备，池中填料一般采用弹性填料，设计气水比一般取0.7左右。穿孔曝气系统采用穿孔管作为曝气设备，池中填料可采用颗粒填料或弹性填料，设计气水比一般取1左右。

微孔曝气系统正常运行的关键在于微孔曝气器的正确选用。随着科技的发展，在目前的工程应用中，曝气器支承盘多采用ABS工程塑料，布气膜片多采用高分子聚合物或添加了增强剂的橡胶，取代了原有的钛板或陶瓷板曝气的微孔曝气器。布气膜片的内外表面很光滑，不会产生金属氧化物，不易固着生物膜，并有很好的耐酸耐碱性能。布气膜片上的气孔可随气量的增减而可大可小，从而使曝气变得更加均匀，同时也防止了堵塞。由于布气膜片具有一定的弹性，曝气器在充氧曝气时，布气膜片及膜片上的微孔在气体的作用下能自行鼓胀挣开，以确保气体可从微孔中通过，在停止曝气时，布气膜片上的微孔呈闭合状态。由于布气膜片具有弹性及微孔可自行扩张和收缩，避免了以往曝气器微孔容易受堵的现象。

微孔曝气器是依赖于微小孔隙对气流进行扩散，在微孔曝气器表面所具有的有效通气孔隙，是微孔曝气器的技术核心问题。与微孔曝气器孔隙物理计算相关的有：通气流速（V）、孔隙空间（S）、孔隙率（K）和孔隙量（N又称孔隙单位）。

动力扩散利用气体在水体中的上浮动力，发生“碰”与“撞”的作用而获取细泡，气流扩散完全脱离了细小孔隙的束限作用。由于动力扩散采用的是大孔排气，实现了阻力小、不堵塞的扩散技术合理性。仅是“技术合理”还不行，还要是“功能高效”，旋混曝气器具备设计科学的旋流、导流、紊动阻挡等多种“碰”与“撞”作用，实现了既是大孔排气又是功能高效，PD旋混曝气器很好地解决了动力扩散的技术合理性。

图表 曝气器动力扩散与孔隙扩散的比较

第二节 产品工艺特点或流程

曝气生物滤池（Biological Aeration Filtration），就是在生物滤池处理装置中设置填料，通过人为供氧，使填料上生长大量的微生物。曝气生物滤池由滤床、布气装置、布水装置、排水装置等组成。曝气装置采用配套专用曝气头，产生的中小气泡经填料反复切割，达到接近微控曝气的效果。由于反应池内污泥浓度高，处理设施紧凑，可大大节省占地面积，减少反应时间。

膜片式微孔曝气器要求膜片打孔，孔径小，气泡小，孔多气泡就多，充氧效率就高，然而孔太多的结果，往往造成膜片的寿命缩短。因此，膜片的加工，要求应充氧、膜片寿命的双重优化，不能偏废。

其次是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。天津纪庄子污水处理厂最早引进英国曝气设备，曾按国外图纸要求，用专用工具，对每个锚固点都进行拉力测定。而管式膜片曝气器，其布管为双层构造，压缩空气在夹层中，污水能进入中心管道，使浮力减弱，确保了曝气器的稳定性。

还有曝气器冷凝水的排出，也是运行中的重要问题，曝气器的曝气孔如能设在底部，就可既曝气又排水了，这也是管式曝气器的优点之一。

最后，对于SBR工艺来说，生化池集曝气沉淀在同一水池内完成，活性污泥必将沉积于曝气器表面，对盘式曝气器而言，相对来说比较容易堵塞，而对管式曝气器的底部曝气孔来说就不易堵塞了。因此，目前采用SBR（含CASS工艺、CAST工艺、ICEAS工艺等）工艺的工程都采用管式曝气器是有其道理的

图表 曝气生物滤池工艺流程

工艺特点： 

① 克服了污泥膨胀，处理效果稳定，运行管理简单。② 改变了传统的高负荷生物滤池自然通风的供气方式，人为供氧，强化处理效果，出水水质提高。③ 耐冲击负荷能力强，特别适合于工业废水所占比例越来越高的现代城市污水处理。④ 生物填料对空气有相互切割作用，可以明显提高氧气利用率。⑤ 根据需要可以组合成具有生物除磷脱氮功能的A2/O工艺。⑥ 采用中小气泡专用曝气头，杜绝了微孔曝气头容易堵塞、破裂的缺陷。⑦ 采用北京桑德环保产业集团开发的特种生物填料，污泥浓度高，处理设施紧凑，占地面积小。

第三节 国内外技术未来发展趋势 分析

随着社会的发展进步，污水处理保护环境越来越受到重视。采用技术性能可靠的曝气设备，是确保污水处理装置长期稳定运行的首要条件。

由于鼓风曝气动力效率高，立体布气性能好，目前应用较为普遍。鼓风曝气的终端关键设备是曝气器，因此可以说曝气器的技术发展状况就代表了鼓风曝气的技术水平。由于曝气池相关的工艺理论计算，基本点就是曝气氧利用率，从而导致出现了对曝气器的技术评价重点集中在氧利用率，也导致出现了孔隙扩散——排气孔隙越来越细的现象。

应当指出，孔隙扩散由固定孔隙到软性膜可变孔隙，技术水平是有所发展，孔隙扩散曝气器在污水处理装置新安装投运初期会表现良好，但孔隙扩散技术可靠程度太低，现实运行情况不尽人意，这就不得不使人深思孔隙扩散中的技术合理性问题。

任何一种设备，其功能效率必须要有合理的技术支持，这是一个很通常的技术原则，孔隙扩散完全不符合这样的技术原则。从理论上讲，设备的功能效率是越高越好，但这种功能效率如果没有合理的技术支持，则其肯定是不可靠的。曝气器的“氧利用率”当然是要越高越好，但如果实现这种效率是以降低技术可靠性为代价，显然是有问题的。

目前所谓具有“先进技术水平”的孔隙扩散，可以使曝气器氧转移率达到30%以上，但无非是排气孔隙更加变细，进气除尘要求更加严格，阻力损耗更加增大；即以更加的技术不合理来实现的，其实际应用结果也只能是技术更加的不可靠。

孔隙扩散不可能解决技术合理性的问题，这一点是十分清楚的。但为什么孔隙扩散现仍然具有一定的技术地位呢？ 

一是以往曝气器的充氧性能完全取决于排气孔隙的大小，大孔排气不能实现较高的氧转移率，形成工程上偏重于选择以微孔方式排气的曝气器。二是曝气工艺工程设计基本点就是要求曝气器要有较高的氧转移率。

从实际情况看，曝气器孔隙扩散的应用是处在满足了氧利用率的要求却难以满足技术合理要求的状态，微孔曝气器在应用存在氧利用率与技术可靠性的矛盾。

PD旋混曝气器由于是利用气泡上浮动力进行扩散使气泡破碎变细，既可以达到较高的氧利用率又可以满足技术合理的要求，技术性能十分可靠。这也可以充分说明，只有脱离孔隙扩散的曝气技术才能够实现曝气技术先进合理。

 

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