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曝气扩散是污水解决工艺中的核心技术,本文就曝气扩散机理在应用中浮现的新问题提出某些初步的见解。
1 按照流体运动性质分析曝气扩散的区别
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毕的。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辨别,曝气扩散技术则有下列两种基本形式。
 液相流体积极运动型
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; 射流曝气是依托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积极运动型,其技术特性是: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持续的气液接触界面。
 气相流体积极运动型
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积极运动型,其技术特性是: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,可产生立体持续的气液接触界面。
鼓风曝气与机械曝气流体运动特点的比较
项  目
鼓风曝气
机械曝气
动能作用
气相(轻质)流体运动
液相(重质)流体运动
流体运动
气相(轻质)流体积极运动
液相(重质)流体积极运动
接触界面
气液接触界面立体持续
气液接触界面局部持续
充氧形式
立体升泡
局部水跃
2 “氧运用率”不能拟定曝气器实际运营的功能
曝气器的作用就是增进氧的传质,“氧运用率”似乎理所固然的应是反映曝气器技术性能的指标,因此长期以来就存在着一种采用“氧运用率”来鉴定曝气器技术性能的****惯观点。但是,如果对“氧运用率”作进一步的分析,就会发现该指标不能真实拟定曝气器实际运营的功能。
 “氧运用率”实质是不受变量影响的定值
 氧运用率公式
氧运用率=[qc/(×q)]×100%(CJ/-93)
qc—原则状态下,测试条件,曝气器充氧能力(kg/h);
—原则状态下,1M3 空气所含氧的重量(㎏/M3);
q—原则状态下,曝气器通气量(M3/h)。
由上式可知,氧运用率取决于充氧能力(qc)与通气量(q)两个因素。
 在曝气器充氧能力(qc)与通气量(q)两者之间存在一种正比关系,即充氧能力(qc)的大小取决于通气量(q)的多少。通气量为0,充氧能力也等于0。在一定的通气量范畴之内,随着通气量的加大充氧能力也随之加大。
所有曝气器所标明的充氧能力(qc),都是在清水实验条件下根据一定的通气量(q)而测定获取的。
 氧运用率公式也可以写成下式:
(1/)×100%×(qc/q)=×(qc/q)
由于充氧能力(qc)与通气量(q)之间存在正比关系,qc/q成果为常数值,因此“氧运用率”实质上是一种不受变量影响的定值。不受变量影响的定值参数,所表述的仅仅只是一种物理现象,而决不表白功能的技术性能。响的定值参数,所表述的仅仅只是一种物理现象,而决不表白曝气器实际运营功能。
 “氧运用率“不反映氧传质的效率
 一种大泡,如果被分割成小泡的数量愈多,则所形成的“泡表膜”面积愈多,“泡表膜”是进行氧传质的功能膜,如果只站在“氧运用率”这一角度片面的看问题,固然是气泡被分割得愈小愈好。
 要获取较高的“氧运用率”,就必须尽量产生较多的“泡表膜”。一种大泡(一种单位的空气)被扩散形成的小泡数量愈多,“泡表膜”也就愈多,“氧运用率”也就愈高。由此可见,“氧运用率”仅仅只是与气泡扩散限度有关,而与动能作用气泡扩散的过程无关。也就是说“氧运用率”只表白一种单位的大泡被分割成小泡的多少,而与扩散分割过程如何,动能消耗多少完全无关。因此,“氧运用率”并不等于氧传质的效率。
 按照孔隙扩散原则,多大的孔则产生多大的泡。如果空气通过直径为1μm的孔眼是被分割形成1μm的气泡,则此类微孔曝气器在运营中,无论阻力损耗多大,也无论孔眼堵塞了多少,只要尚有孔眼在通气,就一定是产生1μm的小气泡,显然此时“氧运用率”也没有变化,但真实的运营功能却是有了很大的变化。
“氧运用率”只与气泡分割扩散的限度有关,一种单位量的空气,只要排气孔眼的直径是1
μm,无论是短时间内通过众多孔眼排出,或是长时间内通过少量孔眼排出,由于扩散成果始终是分割成直径为1μm的小泡,因此,其“氧运用率”是会始终保持不变的。由此可见,只用“氧运用率”来阐明曝气器的氧传质效率,显然会产生误导作用。
 如果曝气器的设计参数是:通气量=2M3/h、氧运用率=25%,由于要保证明现较高的氧运用率,排气孔眼设计为采用微小孔。但在实际运营中,大部分通气孔眼被堵塞,,也就是说工作效率已减少了90%,由于“细孔产生细泡”原理与孔眼堵塞限度无关,此时所谓的“氧运用率=25%”并无变化,但其真实的氧传质效率已经是变得很低了。
 “氧运用率”所表白的是:单位空气中的氧,经气泡分割所形成的“泡表膜”产生氧传质作用的运用率。氧传质效率应阐明的是:单位空气中的氧,在单位时间内通过“泡表膜”产生氧传质作用的量。显然,“氧运用率”并非就是氧传质效率。
 鼓风曝气器氧运用率比较
大孔排气类:
喷射曝气器≈5%
螺旋曝气器≈5%
散流曝气器≈7%
旋混曝气器≈21%
小孔排气类:
软管微孔曝气器
 ≈13%(受孔变影响)
软膜微孔曝气器 ≈25%(受孔变影响)
微孔曝气器  ≈25%
由以上多种鼓风曝气器(旋混曝气器除外)的“氧运用率”可以看出,通气孔眼的大小决定氧运用率的多少(孔隙扩散原则)。如果采用“氧运用率”来评价曝气器的技术性能,固然会得出曝气器孔眼愈细愈好的观点。
“微孔”必然是阻力大、易堵塞,因此“氧运用率”高,并非就是曝气器的实际氧传质效率高。事实上决定氧传质效率的先决条件是排气构造的可靠性,曝气器“氧运用率”再好,如果排气构造不可靠,其真实的氧传质效率与技术性能同样也是不可靠的。
HS旋混曝气器由于是采用大孔排气,经多种构造作用扩散产生细泡,因而也就实现了其他类型曝气器无法实现的,既具有较高的“氧运用率”又具有真实可靠的氧传质效率这样一种优良的技术性能。气构造的可靠性,曝气器“氧运用率”再好,如果排气构造不可靠,其真实的氧传质效率与技术性能同样也是不可靠的。
旋混曝气器由于是采用大孔排气,运用气泡上浮动力经旋流、导流、紊动、碰撞、阻挡等作用扩散产生细泡,因而也就实现了其他类型曝气器无法实现的,既具有较高的
“氧运用率”又具有真实可靠的氧传质功能的优良技术性能。
3 有关微孔曝气器孔隙问题的探讨
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有关的有: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)。
 通气流速(V)
气流通过曝气器排气孔眼或孔隙的流速。微孔曝气器采用的是气流经微小孔隙直接排出,仅仅只存在阻力较大的微孔扩散作用,因而气流通过微小孔隙的流速与孔隙排气产生的升泡流速大至相称,≈。
 孔隙空间(S)
曝气器通气孔隙的大小。固定微孔曝气器≈50μm,软膜微孔曝气器≈100μm。
 孔隙率(K)
通气孔隙空间面积之和在曝气器表面(A)所占有的比例。孔隙率有面积孔隙率与体积孔隙率之分,本文论述采用的是前者。
如果单只微孔曝气器表面积直径按
∮250㎜计,则该曝气器每小时通气2M3所需要的有效通气孔隙率为:
K=[(2m3÷3600÷V]/[Am2(∮250㎜)]×100%=[2÷3600÷]/[××]×100%=%
(N又称孔隙单量)
在微孔曝气器表面有效通气孔隙的数量。如果单只微孔曝气器表面积直径按∮250㎜计,所有通气孔隙当作是多种方形孔隙相联,%,则有:
固定微孔曝气器:
N =[Am2(∮250㎜)×K]/Sm2(50μm)=125×10-3×125×10-3×××10-2/50×10-6×50×10-6
=636000(单量)
软膜微孔曝气器:
N=[Am2(∮250㎜)×K]/Sm2(100μm)
=[125×10-3×125×10-3×××10-2]/[100×10-6×100×10-6]
  =154100(单量)
微孔曝气器的排气孔隙并不是以规则的单个方形孔形式存在,而是以50~100μm的孔隙状存在。因此孔隙量计算的成果,事实上是多单量的微孔以孔隙状态相联。
 有关问题的探讨
 对于微孔曝气器的孔隙,在运营中可以排气的孔隙就是有效通气孔隙。当微孔隙被堵塞后来,通气作用受阻从而会直接影响到孔隙率与孔隙量下降。
 由于微孔易堵塞是事物的固有性质,因此单只固定微孔曝气器在污水解决的长期运营中要保持60万单位以上的有效通气孔隙是不存在也许性的。
 采用较新的加工措施,可以在一块直径为∮250㎜的软膜上开出10万单位以上的孔隙,在污水解决的长期运营中,由于软膜老化、孔隙堵塞或孔隙扯破等因素,必然会要影响到孔隙率与孔隙量的变化。
 综上所述,微孔曝气器虽然也许是具有很大的孔隙单量,但技术可靠性却很低。在污水解决的长期运营中,采用较大孔隙单量的曝气扩散技术,其