氧化沟工艺曝气设备发展与现状

1920年，谢菲尔德（Sheffield）在英国首次建成氧化沟，采用桨板式曝气机，曝气效果不理想。该处理厂被认为是现代氧化沟的先驱。1954年巴司维尔将可森尔转刷应用在荷兰Voorschoten的氧化沟中，从此以后才有“氧化沟”这一专用术语。在随后的几十年中，氧化工艺日趋成熟，因其稳定的处理效果、优异的脱氮除磷功能，在世界各地得到广泛应用。作为氧化沟运转核心的推流、曝气设备也受到了特别关注。国内外的实践证明，新型曝气设备的出现将意味新一代氧化沟工艺的诞生。本文就其中几种常用推流、曝气设备的性能特点与进展进行简要的介绍。

        1、曝气转刷

        1925年，可森尔（Kessener）开始研制转刷曝气机，他在水平轴上装有许多放射性钢片，被称为“可森尔”转刷。1954年巴司维尔将可森尔转刷应用在荷兰Voorschoten的氧化沟中，动力效率可达2.0KgO2/（KW·h）。1959年，荷兰公共卫生研究所的Baars和Muskat应用了笼形转刷（又称TNO转刷），是可森尔转刷的改进型，沿中心轴周围装有径向分布的T型钢或角钢，动力效率可达2.5KgO2/（KW·h）。这两种转刷仅适用于水深≤1.5m的氧化沟，在实际应用中占用了大量土地面积。为增加单位长度的推动力和充氧能力，在德国开发了大马氏（Mammoth型）曝气转刷，直径为1000mm。叶片通过呈螺旋状分布，旋转过程中叶片顺序进入水中，以保证运行的稳定性并可减少噪声。

        目前国内已有很多厂家生产转刷曝气机，转刷直径多为700mm和1000mm，转速为70～80rpm，浸没深度为0.3m，有效水深为3.0～3.5m，水平轴跨度可达9.0m，充氧能力可达8.0KgO2/（m·h），动力效率在1.5～2.5KgO2/（KW·h）之间。转刷叶片由镀锌钢板、不锈钢板、玻璃钢等材料做成，形状有矩形、T型、W型、齿型、穿孔叶片等。

        为提高转刷的充氧能力，可在转刷的上游和下游设置导流板。为节约占地面积，在水深＞3.5m时可附加潜水搅拌器，防止污泥沉淀。通过设置双速转刷，改变充氧量，还可在沟内实现间歇的厌氧和好氧条件，完成硝化反硝化过程，达到脱氮除磷的目的。

        2、立式表面曝气机

        为了弥补转刷式氧化沟的技术弱点，寻求一种渠道更深、效率更高和机械性能更好的系统设备，20世纪60年代末在DHC有限公司供职的工程师开发了立式低速表曝机。表曝机被安装于中心隔墙的末端，利用表曝机产生的径流作动力，推动氧化沟中的液体形成靠近曝气器下游的富氧区和曝气器上游及外环的缺氧区，有利于生物凝聚，易于活性污泥沉淀，拥有良好的脱氮除磷效率和BOD去除率。

        立式表面曝气机主要有固定式和浮筒式两种，其中浮筒式整机安装在浮筒上，用钢绳固定于水中，用防水电缆接电，可在一定范围内移动；固定式的立式表曝机有很多规格品种，在国内主要以泵型（E型）及倒伞型叶轮为主。在立式表曝机旋转叶片作用下，水从叶轮周边甩出水幕，裹进空气。叶轮由下向上呈锥形扩大，迫使污水上、下循环流动，不断接触空气。叶轮底部和叶片背面因水的流动形成负压、吸入空气，故水和空气能进行大面积混合，大量充氧。

        3、射流曝气机

        射流曝气机有自吸式和供气式两种形式，安装在氧化沟底部，具有曝气充氧、混合、推动水体循环流动和防止活性污泥沉淀的作用。自吸式射流曝气机由潜水泵和射流器组成。当潜水泵工作时，高压喷出的水流通过射流器喷嘴产生射流，通过扩散管进口处的喉管时，在气水混合室内产生负压，将液面以上的空气由通向大气的导管吸入，经与水充分混合后，空气与水的混合液从射流器喷出，与沟中的水体进行混合充氧，并形成环流。供气式射流曝气机一般由单一的射流器构成，外接加压水管、压缩空气管。工作原理为送入的压缩空气与加压水充分混合后向水平方向喷射，形成射流和混合搅拌区，对水体充氧曝气，氧转移率高。由于需要外设加压水管及压缩空气系统，使供气式射流曝气机整个设备变得复杂。

        4、曝气转盘

        胥司曼（Huisman）于1970年在南非设计和开发了使用转盘曝气机的orbal氧化沟，后来该技术转让给美国的Envirex公司，并在美国对该技术做了一些更改，使该系统在中高浓度的城市污水处理厂中具有相当明显的技术经济优势。曝气转盘在氧化沟中起着充氧、混合、推动水体循环流动性和防止活性污泥沉淀等作用。在国内，曝气转盘制作材料主要为增强聚丙烯或防腐玻璃钢压铸成型，盘厚10～12.5mm，表面设有直径12.5mm的充氧孔、规则排列的楔形凸出物或曲线状的条形阻水带，以增强推流混合和充氧能力。

        曝气转盘的充氧能力可通过下面几种方式来调节：

        ①采用两级或多级变速电机；

        ②通过调节出水堰高低来改变转盘的浸没深度；

        ③改变转盘盘片数量。

        国内厂家生产的曝气转盘直径多在1370～1400mm之间，适用于水深3.5～4.5m的氧化沟。近年凌海企业集团自行开发研制了直径1800mm的曝气转盘，并申请了国家专利，主要技术参数为：

        曝年转盘直径：1800mm

        适用转速：43～58rpm；经济转速：50rpm；

        最佳浸没深度：500～700mm；经济浸没深度：680mm；

        选用工作水深：3.5～6.5m；

        水平轴跨度：单轴≤10m，双轴≤14m，多轴可达20m；

        碟片安装密度：2～4ds/m

        充氧能力、推动能力技术参数分别见表1（转速50rpm，有效水深4m，浸没深度680mm）和表2(转速50rpm，轴长9m,浸没深度680mm)：

        该转盘工作水深大，充氧能力和动力效率高，推流混合能力强，且结构简单，安装维修方便，使用寿命长。可以通过转盘的上游和下游设置导流板来提高充氧能力。Ø1800曝气转盘的研制成功，为氧化沟工艺的进一步研究提供了前提，推动了氧化沟工艺的变革。

        曝气转盘作为氧化沟工艺的曝气设备特别是?1800曝气转盘，投资省、工作水深大、充氧能力和动力效率高、安装维修方便，因此得到广泛应用。但与国外设备相比，国内厂家生产的设备还有一定的差距。近几年，在国内建设的污水处理工程中，花费了大量外汇来进口国外曝气设备，在工程投资和日常维护管理方面带来了很多问题。国内环保企业应发挥自己的优势，加速国外先进设备的消化吸收，提高产品的科技含量，增强市场竞争力，才能在经济全球化的市场进程中立于不败之地。