曝气器性能对比和趋势分析

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曝气器，在曝气池内的主要作用是：（1）充氧，将空气中的氧转移到混合液中，以供应活性污泥中微生物呼吸之需。（2）搅拌、混合。使曝气池内的混合液处于剧烈的混合状态，使活性污泥、溶解氧、污水中的有机物三者充分接触，同时防止污泥沉淀。

采用生化方式处理污水时，曝气通常是运行费用最高的环节，曝气器也一直在升级换代，今天我们就来聊一聊各种曝气器的优缺点。

曝，bào为工程技术沿用的习惯读音，原应发音pù。成语：一曝十寒，出自《孟子·告子上》：虽有天下易生之物也，一日暴之（“暴”同“曝”），十日寒之，未有能生者也。意思是：虽然是最容易生长的植物，晒一天，冻十天，也不可能生长。比喻勤奋的时候少，懈怠的时候多，没有恒心。曝气器，也应该关注其长期性能表现，而非一时的工况。

曝气器之于水池，就如屋顶之于砖墙，性能寿命须搭配。不适合用经常漏雨、寿命短的茅草为顶。一是经常修补劳神费力。二是更换时，人去哪里住？

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1、目前应用较多的曝气器类型
有：微孔（盘式和管式）、射流、旋流（单喷嘴和双喷嘴）、散流（旋混）、表曝。


微孔曝气器，原理是挤压空气，从橡胶膜片的微孔中逸出，形成微小气泡扩散到水中。在6米清水中氧利用率可达30%以上，是氧利用率最高的曝气器。微孔曝气器更适合在生活废水等低浓度废水中使用，在工业废水中易堵塞破损，寿命较短。因无搅拌功能，容易出现污泥沉积。在使用一定年限后，结垢堵塞会造成风压和能耗上升，破损后氧利用率会骤降，需要及时进行更换。

射流曝气器，原理是循环水高速喷射，卷吸空气，在腔体内混合后，沿喷嘴方向射出。是较早应用于工业废水的一种曝气工艺，具备服务面积大，不易堵塞等优势。在6米清水中的氧利用率大约15%-21%。因为需要额外配备循环水泵，能耗较大。在含钙废水中，喷嘴容易结垢堵塞。


旋流曝气器，原理是气流高速喷射，在筒体内与污水混合后旋转上升，被蘑菇头碰撞切割，形成微小气泡，同时底部形成负压卷吸池底污泥。旋流是最近几年兴起的一种新型曝气工艺，6米清水氧利用率大约18%-25%。因为可以不停产安装，不易堵塞，寿命达十年以上，能耗适中，近年在工业废水领域已开始大面积应用。
散流曝气，倒伞形状，氧利用率大约8%-12%。原理类似旋流，气流撞向锯齿进行切割，但因气流分散，冲击力弱，切割力度弱，气泡较大，氧利用率较低，能耗高又无搅拌功能，使用的越来越少。
表曝，由于叶轮的离心抛射和提升作用，水不断呈水幕状被抛向水面，从而带进空气；表曝适用于水浅的氧化沟池型，水深时充氧效果不佳。随着土地紧张，水深增加，新建项目使用表曝的越来越少。

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2、列表比较三种常见曝气形式
        曝气设备比较
序号        比较项目        微孔        旋流曝气器        射流曝气器
1        性能特点        氧利用率较高。易堵塞破损，易老化。        氧利用率稳定不变，曝气搅拌二合一。寿命久。        氧利用率变化小，曝气搅拌二合一。
2        设备材质        塑料、橡胶、陶瓷        ABS、PA66、高分子        玻璃钢、不锈钢
3         氧利用率 
6米清水        新品>30%。一年后开始衰减        18-25% 稳定不变 
无衰减        15%-21% 会因结垢而衰减
4        动力效率        新品约7kg/kwh        约5.8kg/kwh        约4.2kg/kwh
5        压力损失        4-6Kpa        0-2Kpa        0-2Kpa
6        通气量m³/min        0.02-0.04        0.4-1.2        1-5.5
7        服务面积㎡/个        0.3-0.5        4-12        10-20
8        寿命        3年左右        10年以上        5-8年
9        适用污水浓度        低浓度        中高浓度        中高浓度
10        适用水深        4米以上效果佳        最佳深度5米以上        最佳深度5米以上
11        搅拌功能        不具备        具备。无盲区。        具备，但有盲区。
12        结垢情况        容易结垢        不易结垢        容易结垢
13        污泥沉积        严重        无        中等
14        适用环境        市政污水        工业污水、园区污水        工业污水
15        曝气盲区        少        少        大
16        溶氧分布        均匀        均匀        欠均匀
17        不停产安装        基于安装形式        能        不能
18        安装便捷性        复杂        简单        复杂
19        检修工作量        大        无        中
20        检修费用        高        无        高
21        配套设备        鼓风机        鼓风机        鼓风机、循环水泵
22        初期投资        最低        中        高
23        运行能耗        低        低        高
24        经济特性        运行能耗较低。寿命短，更换频繁。        运行能耗低，寿命久，免检修。        运行能耗高，检修费用高。
25        10年综合成本        1.2基准单位        1个基准单位        1.3基准单位
通过以上比较，三种曝气工艺各自的优缺点和适用场景，一目了然。旋流的不停产安装是一大优势，既避免了停产损失，也避免了清淤费用，以及更换导致的安全事故。寿命十年以上，免检修，能够大大降低污水站的人工成本。
能耗方面。旋流与微孔氧利用率虽然差异较大，但微孔的氧利用率不断衰减，旋流稳定不变，加上α值差异（曝气器从清水环境到污水环境时氧利用率的变化，微孔变化较大，旋流变化较小），双喷嘴旋流与微孔曝气器的长期能耗基本持平。通过桐乡申和污水厂智慧水务系统验证，进口微孔新品的能耗比双喷嘴旋流第一年低约15%，第二年两者开始持平。微孔在结垢堵塞破损后，如未及时更换氧利用率会骤降，所以部分改造案例中还出现了旋流比微孔节能的现象。
旋流的风阻低，风压稳定无变化，更利于风机的运行，尤其是空浮和磁浮。如某园区污水厂，水深7米，使用微孔4年后，风压上升到90kpa，能耗上升严重，出风量却下降严重，新购风机时不得已选型为100Kpa，而使用旋流，风压可长期稳定维持在80kpa以内。
旋流与射流相比，所需的风机风量几乎相同，射流泵能耗即是旋流比射流所节省的能耗。
旋流的缺点是：因通常采用池顶吊装，全部用金属管材连接，管材造价远超过微孔曝气的塑料管材，初期投资相对较高。虽然寿命是微孔的数倍，免检修，但需长期综合衡量才划算。如果都采用池顶吊装或池底安装，则造价差异较小。另外，旋流不适合4米以下水深，对生活废水水深要求更高。
随着污泥浓度和水深越来越高，曝气池要求加盖，对曝气器不堵塞、寿命久、免检修的要求趋高，旋流的使用会愈加成为趋势。

旋流曝气技术，自日本引进，目前旋流产品有原装进口的，也有购买日本专利后在国内进行生产研发的，更多则是仿制，质量参差不齐。下面重点讲述一下旋流曝气。
1、旋流曝气器的氧利用率
不同品牌的旋流曝气器，氧利用率差别较大。以氧利用率分别是18%和22%进行比较，看似只差4%，实际需风量相差接近20%，意味着能耗相差近20%（正确的计算公式应是18/22=80%）。在风机风量处于临界值时，这个差异还会直接导致溶氧是否达标。购买旋流曝气器时可让厂家提供国家给排水设备检测中心的检测报告，以证明产品的氧利用率。
双喷嘴旋流曝气器，通常比单喷嘴的氧利用率高出15%左右（计算公式同上18/22=80%），原因主要是气泡被切割次数和在水中停留的时间差异较大。不同品牌的单喷嘴旋流曝气器，氧利用率也存在差异的原因主要是：切割头是否按照流体力学原理进行排布，以及喷嘴是否做变径处理以提升气流冲击力度将气泡切割的更微小。
2、旋流曝气器的材质
旋流曝气器常见材质是：ABS、PA66+玻纤、纯PA66、高分子复合材料。在性能上，PA66优于ABS，纯PA66优于“PA66+玻纤”。为便于注塑成型在PA66中添加玻璃纤维，硬度虽然会提升但会增大表面摩擦系数，导致容易结垢。高分子材料具有一定的研发门槛，原料价格较贵，但具备其它材料无可比拟的自润滑、抗结垢、耐磨、耐冲击、耐腐蚀、耐酸洗、不易吸水等性能特点，近年一些厂商已经开始将高分子材料应用于旋流曝气器中。
3、高浓废水和含钙废水曝气器选型注意事项
高浓废水和含钙废水，使用单喷嘴旋流曝气器，久了也会出现结垢堵塞现象，主要是因为单喷嘴筒体中的交叉片结构容易堵塞，以及材质容易结垢。此类废水，适合使用高分子材料制作的双喷嘴旋流曝气器，一是双喷嘴旋流曝气器内部无交叉片阻碍，口径大，筒体通透不易堵塞。二是高分子材料具备自润滑、抗结垢、耐磨耐冲击性能。
4、旋流曝气器安装注意事项
不恰当的安装方式，会严重影响旋流使用寿命。旋流曝气器的空气喷嘴，气流释放速度达30米/秒，进气管存在高频振动。所以曝气器与竖管之间须使用两根直杆连接固定，以免进气管在高频振动下断裂散架。最好选用进气管和本体是一次注塑成型且加粗加厚的。曝气器与管路通常在池外提前焊接好，在人工搬运或使用吊车起吊过程中，注意绝对不能让曝气器一端触地受力。较深的水池，竖管管材须管粗壁厚，以防止扰度过大。竖管和横管连接处，可以加斜撑固定以防止断裂。

无能者无所求

种类确实五花八门，好用充氧效率高，容易检修更换更重要。