大孔細泡新型旋混曝氣器
1 影響氧傳質(zhì)的可優(yōu)化因素
在曝氣池的運行中，會有很多因素影響曝氣氧傳質(zhì)作用強度，例如：活性污泥特性、水溫、污染物濃度、污染物成分、停留時間和曝氣池深度等等，但諸如此類的影響因素屬于工藝條件因素，不是曝氣氧傳質(zhì)作用技術優(yōu)化的對象。諸多復雜的工藝條件因素可以通過試驗或建立數(shù)學模型而獲得一個氧傳質(zhì)條件系數(shù)--KL(氧轉(zhuǎn)移系數(shù))，因為KL值在曝氣池工業(yè)運行中是無法獲取的，因此可以認為KL值僅在工藝設計研究階段有用。
通常在反映曝氣氧傳質(zhì)作用強度時還用氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)-- KLa表示：
KLa=KLA/V
式中 A ---氣相與液相接觸界面
V --- 曝氣池有效容積
在式(1)中，一定的工藝條件之下KL與V都可以看成是非可控變量的常數(shù)值，而A值則取決于曝氣的擴散作用，擴散產(chǎn)生的氣液接觸界面愈多則氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)愈大，氧傳質(zhì)作用強度也愈大。另外，式(1)還表明：在曝氣運行中氣相與液相接觸界面穩(wěn)定保有量的多少是曝氣氧傳質(zhì)作用強度的唯一可控變量，只有可控才會存在技術優(yōu)化的可能性。
2 氧傳質(zhì)技術優(yōu)化要素
2.1 大孔擴散的結構優(yōu)勢
穿孔、散流、噴射、螺旋等幾種曝氣形式，基本特征都是大孔眼擴散，盡管此類曝氣器具有阻力損耗小、不堵塞的結構可靠優(yōu)勢，但在技術上沒有脫離"大孔產(chǎn)生大泡"的孔性擴散定勢，曝氣運行屬于中大泡的狀態(tài)，因此氧傳質(zhì)效率不高。
阻力損耗小、不堵塞的大孔眼結構，應當是曝氣氧傳質(zhì)作用技術優(yōu)化的重要基礎，但這個基礎必須要脫離"大孔產(chǎn)生大泡"的孔性擴散定勢，才會有可能獲取較高的曝氣氧傳質(zhì)效率。
2.2 細泡運行界面豐富
曝氣升泡愈小氣相的擴散程度愈大。通常認為孔或隙達到微米(μm)級則是細小孔隙的微孔曝氣器。微孔曝氣器的確是細小泡曝氣運行，但不可避免地要帶來阻力損耗大與易堵塞的問。微孔曝氣器在投運一段時間以后隨著孔隙堵塞的增加，升泡面與升泡密度均會明顯減少。
一般認為，曝氣器孔隙結構愈小，氣泡會被分割得愈小。此觀點與曝氣運行的實際情況是有差異的。根據(jù)有關孔性擴散的實測表明：孔徑與升泡泡徑不是正比關系(見圖1)。由圖1可以看出：在孔眼直接排氣的狀態(tài)中，孔眼變小的趨勢與升泡變小的趨勢兩者不是成比例的，孔眼可以搞得很細小但形成的升泡不會按比例變得很細小。
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當氣相經(jīng)孔眼直接進入液相時，會在孔眼處有一個短促的柱狀上升運動之后才會形成一個受力均勻的球狀升泡，孔眼愈小只會使柱狀愈細愈長，并不會使升泡按比例變小。曝氣運行的實際情況表明：即使是所謂微米(μm)級孔隙的曝氣器，升泡泡徑也在r2＞2mm的范圍。由此可以得出的結論是：在深約4m的曝氣池中，難以用微孔(隙)的方法而獲得r2>3mm的升泡。采用微孔(隙)的曝氣方法其實際擴散程度(Fs)并不是無限的。孔隙越小，只會是使阻力損耗與堵塞可能性更加增大，動力效率(Gs)也會變得更加不經(jīng)濟。
2.3 水體流動性不具有氧傳質(zhì)作用
曝氣池是一個大環(huán)境，有2個因素對曝氣池水體流動性有要求：一是防止?jié)舛忍荻人璧耐屏鬟\動；二是防止活性污泥沉降的升流運動。氣泡在作升泡運動時，要不斷排斥水體，因此擴散的氣流必然會帶來升流運動。進入曝氣池的水流量與回流量會有一定的推流作用，如果再想采用密度較輕的流體在點式布氣條件之下推動密度較重的流體而加大流動作用，這顯然是沒有意義的。
噴射曝氣與螺旋曝氣其運行原理的基本點就是要產(chǎn)生用氣流帶動水流的線性擴散，其結果是使部分動能無功而耗。由于密度差異的懸殊，氣相在推動液相作線性擴散時必須具備相當大的推動力，當這種推動力不足時，就只能在排氣口處產(chǎn)生孔性擴散作大氣泡升泡運行，這就是噴射與螺旋曝氣方式的實際運行效果并不理想的重要原因。
曝氣氧傳質(zhì)技術優(yōu)化在布氣方面應著重考慮的是布氣均勻密布，致密的升泡必然會帶來良好的升流運動。把布氣動能作用于加大水體流動性，是曝氣氧傳質(zhì)技術優(yōu)化應當要避免的一個誤區(qū)。
3 氧傳質(zhì)技術優(yōu)化實例--旋混曝氣器
通過上述論述可知曝氣技術優(yōu)化的三要素是：
① 氣流排出孔口應采用大孔結構；
② 工作運行應盡可能地擴大氧傳質(zhì)作用面--氣液接觸界面；
③ 氣流動能應全部作用于擴散作用。
旋混曝氣器較為成功地做到了曝氣技術優(yōu)化三要素的有機結合，實現(xiàn)了在曝氣運行中夢寐以求的由大孔結構而獲得細小升泡運行效果，是具有高新技術含量的新一類曝氣設備。
3.1 工作原理
大孔雙向旋流--氣流經(jīng)旋混發(fā)生器一圈數(shù)個順旋導流口和另外一圈數(shù)個反旋導流口雙向旋流排出。
局部強化旋混--旋混筒使兩個不同方向的旋流形成一個瞬間連續(xù)局部反應激劇的氣液強化旋混區(qū)。
動能相互作用--氣流排出導流孔口的動能相互作用呈擰扭剪切形態(tài)，使流體發(fā)生紊亂地碰撞。
圓罩阻擋散流--旋混所產(chǎn)生的大量粉碎性氣泡經(jīng)圓形散流罩阻擋散流作用之后均勻密布地向上作升泡運動。
旋混曝氣器正是上述綜合作用使氣相在液相中獲得了很大的旋性擴散，可以形成極為豐富的氣液接觸界面。旋混曝氣器不是一個由簡單的擴散孔徑影響決定升泡泡徑的曝氣器，而是一個由多種綜合作用制造均勻密布的細小升泡的曝氣機器。
3.2 主要技術特性
全池陣列、多點布氣，點陣范圍≈700mm×700mm；導流孔屬大孔型，單個排氣孔口截面=26mm2；設備材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)工程塑料或不銹鋼，采用獨特的緊固套接裝配與安裝，免維修免更換，單套設備尺寸=230mm×230mm×230mm。
3.3 與微孔曝氣器作清水對比演示
采用鑄砂型圓帽微孔曝氣器與HS-旋混曝氣器在深4.7m的清水條件下做對比運行演示實驗，見表1。結果表明：兩者均是細小泡曝氣運行，由升泡泡躍現(xiàn)象與升泡密度來看，旋混曝氣器工作阻力明顯低于微孔曝氣器。
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3.4 與噴射曝氣器作同池對比
在岳陽石油化工總廠噴射曝氣池中，放入一組28套HS-旋混曝氣器同池對比，見表2。運行結果表明：旋混曝氣器明顯為細小升泡均勻密布地運行。相同的升泡面，旋混曝氣器的需要氣量僅為噴射曝氣器的約1/3，而且前者是旋性擴散的細小泡，后者基本是孔性擴散的大泡，線性擴散不明顯。
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3.5 實際運行狀況
岳陽石油化工總廠7000m3活性污泥法曝氣池安裝1792套HS-旋混曝氣器。運行狀況表明：全部曝氣服務面泡細均勻密布分散性好；升泡泡躍平緩無集中突出現(xiàn)象；供氣負荷的調(diào)整對全池升泡均勻分散性基本沒有影響。曝氣器所采用的送氣孔不規(guī)則，進氣孔徑控制平衡分布配氣技術，達到了預期的送氣孔孔性特定作用、無閥控制曝氣池整體布氣平衡配氣的效果。
現(xiàn)場實測的物理性數(shù)據(jù)：
r2=4mm；Fs=155倍；As=750m2/m3；
Ms＞95%；Gs≈35000m2/(kW·h)。
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