城市污水处理工艺技术方案选择中的关键因素

邢旭明
珠海南岛实业发展公司

　　城市污水主要污染物成份基本都是容易被微生物分解的物质。在城市污水处理工艺技术方案中，采用曝气充氧培养微生物对有机污染物质进行分解，这一基本原理都是相同的。一般都是采取初沉、曝气、二沉、回流或排出的工艺流程；近年来还出现了曝气、二沉、回流或排出的三合一体间歇式曝气工艺。城市污水属于可生化处理的中性污水，工艺技术要求并不太复杂，而城市污水处理工艺技术方案的关键因素是曝气技术的选用。

　　1. 曝气技术的重要地位

　　曝气充氧是城市污水处理工艺运行中最重要的技术保障手段，也是工艺运行的动态控制核心；在城市污水处理运行费用中，动力消耗所占比例约为80％，而曝气充氧能耗又要占装置总动力消耗的约80％；由此可见，所选用的曝气形式及技术在城市污水处理工艺技术方案中的重要地位。

　　2. 曝气技术的基本分类

　　2.1 传统的分类
　　曝气技术传统的分类方法是按照设备性质区分的，分为三种基本形式。
　　● 表面曝气——采用机械运动的方法，使水体表面不断更新与空气接触；表面曝气分为叶轮表面曝气与转刷(盘)表面曝气两种。
　　● 射流自吸——利用水体的射流作用吸入空气。
　　● 鼓风曝气——风机鼓风经曝气器扩散向水体中输入空气(或纯氧)。
　　2.2 按照流体运动性质的新分类
　　曝气技术的实质就是使气相中的氧向液相中转移，传统的分类方法难以反映曝气技术的实质问题。使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，按照流体运动性质分类则可以反映出曝气技术的实质问题。以流体运动性质来分类，可以分为下述两种基本形式。
　　2.2.1 液相流体主动运动型
　　叶轮和转刷(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。
　　2.2.2 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，可以产生立体续的气液接触界面。
　　2.3 新的分类必然带来新的认识
　　分类是科学技术中的基本问题，先进的分类方法必然会要带来新的认识，从而有利于促进技术进步，优化工艺技术方案的选择。曝气技术按流体运动性质分类，由分类的区别可以进一步认识下面两个问题。
　　2.3.1 气相和液相的主动运动与被动接触
　　气相与液相两种流体相混，究竟是让哪一种流体主动运动为好？如果技术上无特殊要求，那就只有一个动能作用的对象问题；一类是制造水跃（重质液相主动运动，轻质气相是被动接触），另一类是制造升泡（轻质气相主动运动，重质液相是被动接触）。由于液相流体与气相流体两者质量相差近千倍，其机械运动损耗的差异是显而易见的。
　　2.3.2 气液接触界面的局部连续与立体连续
　　在曝气技术中，液相流体主动运动类型有如下三种基本形式：
　　● 叶轮搅动曝气池水体表面；
　　● 转刷或转盘转动处产生水跃；
　　● 射流流出。
　　由曝气池立体性质方面看，上述三种液相流体主动运动所形成的气液接触面，都具有一个共同的特征就是“局部连续”；即仅只在被搅动的水体表面或射流口附近产生气液接触界面。
　　气相流体主动运动则不同，空气由曝气池池底在重力推动之下以升泡的形式向上作运动，升泡在上升过程中要不断与水体产生接触，因此其形成的气液接触界面就是“立体连续”。

　　3. 鼓风曝气是曝气技术的发展趋势

　　在城市污水处理工艺技术中，有越来越多的工程技术人员认识到了鼓风曝气技术具有动能消耗合理和充氧效率高的优点，因此鼓风曝气技术在城市污水处理工艺技术中越来越得到普遍的应用。

　　4. 终端设备是鼓风曝气技术的关键

　　鼓风曝气技术的终端是关键设备气流扩散装置——曝气器。鼓风机经管道鼓入曝气池的气相流体，最终是由曝气器对气流的扩散而产生起氧传递作用的气液接触界面；曝气充氧效率、曝气运行可靠程度的长久性、氧传递均衡性与氧供给长期稳定性等等曝气技术性能如何，完全是要取决于曝气终端设备（曝气器）的功能作用。

　　5. 微孔曝气器

　　微孔曝气器是采用微孔孔性定势的方法使气流充分扩散。由于微孔曝气器在清水条件中检测可以表现出很好的充氧形态与指标，新安装后在污水处理工艺运行初期微孔曝气器的技术性能也会表现较好。
　　“微孔”阻力大易堵塞，这是由孔性定势改变不了的事物性质。在污水处理的实际工艺运行中，目前还不可能对曝气器的效率进行测定，微孔曝气器在清水条件表现出的效果，在污水条件的长期工艺运行中还会是那样好吗？根据对众多的污水处理装置实地调查，微孔曝气器在长期实际运行中；存在孔眼与孔膜堵塞现象，存在孔板与孔膜冲坏后出现破坏均衡性的“集中泡涌”情况，有清洗和更换的维修烦恼等等；微孔曝气器在污水处理的长期实际工艺运行中表现的可靠性并不十分理想。

　　6. 旋混曝气器

　　本世纪九十年代初，我们就开始着手研究曝气器的气流扩散问题，经过大量的实验研究与运行实践经验的总结，确立了采用阻力小且无堵塞的大孔排气结构，经旋流、旋混与倒齿等多种结构扩散作用产生细泡的曝气技术，生产制造了“旋混曝气器”。从近年在湖南与广东两地的应用情况来看，旋混曝气器突出表现了效率高、可靠性好、对长期稳定运行有保障的优点，深得用户的好评。“大孔排气细泡布气”肯定会成为一项跨世纪的好技术。

　　7. 旋混曝气器与微孔曝气器技术特性差异比较

序 内 容 旋混曝气器 微孔曝气器 01 工作原理 大孔排气，排气孔>∮5mm，采用结构作用的方法获得细泡。 微孔排气，采用微孔孔性定势的方法获得细泡。 02 运行水深 >3.0m >3.0m 03 运行风压 ≈85％ 100％ 04 阻力损耗 ≈30Pa(大孔，通畅性不受阻碍，长期运行保持不变。) ≈3000Pa(微孔，随孔隙堵塞或孔膜老化而变化。) 05 运行状况 细泡均匀密布长期运行保持不变 新机可以随运行时间延长而变化 06 供气流量 调控汇范围宽，排气稳定。 受微孔限制，受孔隙堵塞或孔膜老化影响。 07 充氧性能 只能由清水条件新机检测，所测定的参数符合[建设部CJ/T3015.4-1996]软管微孔曝气器指标，在污水条件中运行其可靠性与稳定性长期保持不变。 只由清水条件新机检测，所测定的参能数不能代表在污水条件中运行的真实性，实际可靠程度与真实充氧性能要受孔隙堵塞或孔膜老化的影响。 08 设备材质 工程塑料(尼龙)、不锈钢 软性材料孔膜、定型材料孔隙 09 孔膜更换 无 有 10 孔板拆洗 无 有 11 曝气点阵 盘状散流 长管状或盘状散流 12 进气除尘 无要求 有要求 13 固管方式 全水泥无腐蚀固管 14 平衡布气 长期稳定不变 孔隙堵塞或孔膜老化使平衡变化 15 存水死角 排气方式与排泄措施可确保配气管道运行中不出现存水死角 孔隙堵塞,气流不畅而存水; 孔膜冲坏,供气失调而存水。 16 管路布置 有优化措施 17 运行管理 免清洗、免维修、免更换　 有清洗、有维修、有更换 18 技术性能 大孔排气细泡布气　 微孔排气产生细泡

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邢旭明
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