水环境治理中常用的曝气方式

　　在人工河湖、湿地及景观水池水质提升，自然河道、湖泊水体原位修复以及农村集中污水氧化塘处理方面，污水处理厂氧化沟处理通过人工曝气可使水体气-水混合，增加水中氧的含量，曝气喷水推动水体流动，促进水体内的交换，包括上层水与下层水竖向交换和水体内回流的水平交换，增加水体氧的均匀度，***大程度地消除厌氧性生物生存发展的条件。

　　曝气对改善水质的主要作用

　　1.1 增加水中溶解氧

　　曝气装置将气体与水体相混合，增加了水中的溶解氧含量，为好氧微生物提供了充足的氧气，创造了好氧微生物的活动环境。好氧微生物的活跃使得它们能够更加高速、***地分解水体中的有机物，降低水体的COD、BOD指标，降低有机物被厌氧菌分解时产生的甲烷等有毒有害气体量。有机物的含量降低和水中溶解氧含量的上升，有效抑制了水体中藻类的过度繁殖，降低水体的水化现象，大幅度消除水体的黑臭现象。

　　1.2 帮助水体中大型物质与碎屑相分离

　　曝气过程中通过对水体的搅动、对流，将有机物碎屑、无机悬浮物、动植物残骸等物质用气泡包裹起来，使它们在气泡影响下浮起来，防止污染物沉淀，为后续的絮凝沉淀、脱除奠定基础。这样不仅可以提高水体治理质量和效率，也可以有效提高水体的透明度，降低水体的色度。

　　1.3 减少水体内底泥带来的污染

　　黑臭水体中持续污染、治理效果不佳的重要原因在于有机物的沉淀形成了底泥，在水体底部厌氧环境下厌氧菌分解有机物持续形成氮、磷等营养物质，持续为藻类生长、有毒有害物质形成、有机物堆积创造条件。因此，想要治理黑臭水体，必须进行底泥治理，将有机污染物的底泥逐渐改造为无机化底质，阻断内源污染。

　　常见的曝气设备类型

　　目前，污水处理、黑臭水体治理中，常见的人工曝气设备类型大体分为五种。

　　2.1 机械曝气

　　机械曝气设备多借助叶轮的力量进行曝气，在液面位置，叶轮打出气泡来增加溶解氧，这样的曝气设备多用于污水处理厂。根据叶轮机安装位置，它分为竖轴式、横轴式。

　　2.2 鼓风曝气

　　鼓风曝气借助鼓风机的力量，直接将气体通过扩散板或者扩散管引入水中，气泡在曝气器出口处形成，气泡的尺寸大小取决于曝气器出口的口径。鼓风曝气设备在污水治理领域中应用范围广泛。

　　2.3 射流曝气

　　采用水泵经射流器供氧的射流曝气，噪声小，按照供气方式分为供气式射流机、负压自吸式射流机。

　　2.4 推流曝气机

　　推流曝气机借助的是曝气、搅拌、推流的力量，推流曝气机的充氧方式属于一机化，因此不需要配置鼓风机等设备，主体设备为水下叶轮机与后置气口，具有水循环功能，能有效地防止封闭性、非流动性的水质腐烂发臭。

　　2.5 其他曝气设备

　　微纳米曝气机(气浮机改良设备)由水泵、微纳米气泡水发生器、压力表、曝气头和一些管件组成。该系统的核心技术是利用微纳米气泡分散技术将大量的空气初步压缩成大量的0.25 mm直径的无压微泡在水体中，然后在半真空的情况下，通过气相和液相的高度分散，将释放系统产生的0.25 mm直径的无压微泡形成一些直径小于3μm的微米级气泡甚至形成纳米级气泡，这些高度分散后的气泡被统称为微纳米气泡，释放到需充氧水体中以达到对水体迅速充氧的效果。

　　曝气机应用范围主要是指曝气机的适用环境，包括水体水质状况、水域类型、水体深度(水深)、水体流速等水域环境条件。试验发现，曝气机的应用范围取决于曝气方式、充氧能力、产生的气泡尺寸、曝气量、服务范围以及曝气机功率等因素。结合曝气机性能参数和试验中曝气机的效果，笔者进行了试验机型的应用范围分析。试验中所使用的7种曝气机可分为5类，下面分别介绍这5类曝气机的曝气工作原理，并结合工作原理分析各类曝气机的应用范围。

　　3.1 鼓风-布气曝气机

　　鼓风-布气曝气机由鼓风机、曝气器、管线组成，其中鼓风机负责将空气输送到曝气器;曝气器通常被安装在池底部，可以使空气形成不同尺寸的气泡，在需要的情况下可以将气泡尺寸缩小至微米、纳米级，提高气液接触面积;气泡离开曝气口后会随水循环进行流动，受压力驱使向上运动，***后在压力的影响下载液面处破裂，完成气泡中氧气向污水中的转移。因此，曝气器是决定鼓风-布气曝气机曝气效果的主要因素。

　　摇臂式微孔曝气器具有氧利用率高、曝气量高、检修方便等优点，通常被应用在黑臭的水体处理中;固定式动态曝气器具有氧利用率稍低、曝气效果好、使用寿命长等优点，但检修困难比较困难，一般应用在水质较好的水体处理中。由于试验水体污染负荷一般，试验时间较长，本试验采用的曝气器均属于固定式动态曝气器。

　　3.2 微纳米曝气机

　　微纳米曝气机主要由微纳米曝气头、发生装置、管线组成，其中微纳米曝气头负责在离心作用下形成负压区，在空气压力的作用下使空气更***地进入负压区，使空气形成直径约为5～30μm的微纳米气泡，微纳米气泡的直径小，气液接触面积大。例如，100 nm微气泡，可较0.1 cm的大气泡表面积增大10 000倍，因此不受温度、压力等因素限制，氧气溶解效率提升，曝气量得到有效提升，微纳米曝气机的纯氧曝气充氧能力是空气曝气的4.7倍。

　　3.3 推流曝气应用范围

　　推流曝气机主要由混气室、进气管、叶轮、喷嘴等部分组成，经过混气室的气水混合液以特殊的角度排出，呈螺旋状向水平方向+垂直方向流动，在曝气的同时进行搅拌，提高气液接触面积，提高氧的利用率。因此，它多用于江河湖泊等开放水体或污水处理厂好氧池，属于一种***节能的水处理设备。推流曝气机的机体沉入水中运行，进气管出水面处可加装消音器，达到基本无噪音的运行状态。

　　推流曝气机在曝气搅拌时可防止水体中悬浮物的下沉，加强水体中好氧微生物与溶解氧的接触，从而提高污水中有机物的氧化分解效率，有效提高水体的自净能力。推流曝气机中叶轮负责产生压力，在叶轮的影响下，喷嘴处可以产生强劲的水流与空气混合体，达到良好的搅拌效果。

　　3.4 射流曝气机

　　射流曝气系统包含三部分：射流曝气器、循环水泵、鼓风机。循环泵泵送的液体经由主管道、内喷嘴到混合室，把气体剪切成微小的气泡，形成富氧的气液混合体，气液交织的湍流经外喷嘴水平射出。气液混合体同时具有水平和垂直方向的能量，在池内产生强烈的混合，并携裹周围的液体往前流动，在水平方向动力和垂直方向气体上浮动力的双重作用下，形成整体的混合和循环。

　　射流曝气机主要用于好氧池供氧，广泛地应用于皮革、制浆造纸、化工、医药、石化及食品加工等领域的污水处理中，如各种活性污泥法、氧化沟、氧化塘、SBR以及市政污水处理和污泥好氧消化，并且可通过控制供风量实现脱氮、硝化的作用。

　　另外，射流曝气机可以应用于均质池、调节池、选择池、快混池、胶羽池、中和池、化学氧化池、消毒池、污泥储存槽、脱氮池、化学反应池，也可用于气提系统和热交换系统等的搅拌。黑臭水体水质提升阶段也可使用。

　　3.5 叶轮式增氧曝气机

　　叶轮式增氧机主要借助电动机、叶轮来实现曝气，工作过程中主要通过电动机来带动叶轮旋转，叶轮旋转过程中会搅动水面、打碎出口形成的气泡，增加气液的接触面积，提高氧气在水中的溶解度，实现曝气增氧的效果，为好氧微生物创造好氧分解环境。

　　首先是增氧作用，叶轮式增氧机相较于其他曝气机的动力大更大，曝气效率更高，***大情况下每千瓦时可增氧1 800 g，在这样的氧气环境中，好氧菌的生长繁殖效率更高，有助于水质改善。其次是提水、搅拌作用，叶轮式增氧机在曝气的同时实现了对水体的搅拌，实现表层、底层的水相互交替，加深增氧深度，因此叶轮式曝气机也适用于深度更深的水体。再次是反应去除有害气体的作用，叶轮式增氧机的曝气效率更高，在高浓度氧气环境下，水中的氨、硫化氢、甲烷等有害气体能够与氧气混合进行化学反应，有助于降低有害气体量，提高水体的清洁程度。

　　除以上作用外，经过叶轮式增氧机曝气后，黑臭水体的水质得到有效提升，还可以为淡水养殖创造环境，重新打造水体的生物链，从而切实提高水体的自净能力和稳定性，提升水体的品质。在已经进行水产养殖的水体中，也可以使用叶轮式增氧机提高养殖池水中的含氧量，减少鱼虾缺氧抬头的频率，提高鱼虾的产量和质量，使养殖水体能够进行重复利用，减少养殖污水的排放量和排放频率。