論文作者：邢旭明 朱彥興 朱金安 唐傳祥 余新建 葉鼎
摘要： 針對(duì)曝氣技術(shù)優(yōu)化的大孔三要素：①氣孔結(jié)構(gòu)②擴(kuò)大氧傳質(zhì)作用面③動(dòng)能作用于擴(kuò)散，研制了“大孔雙向旋流、細(xì)泡新型旋混局部強(qiáng)化旋混、曝氣動(dòng)能相互作用、大孔圓罩阻擋散流”的細(xì)泡新型旋混新型曝氣器。
關(guān)鍵詞：曝氣 質(zhì)量傳遞 曝氣器
1 影響氧傳質(zhì)的曝氣可優(yōu)化因素
在池的運(yùn)行中，會(huì)有很多因素影響氧傳質(zhì)作用強(qiáng)度，大孔例如：活性污泥特性、細(xì)泡新型旋混水溫、曝氣污染物濃度、大孔污染物成分、細(xì)泡新型旋混停留時(shí)間和池深度等等，曝氣但諸如此類(lèi)的大孔影響因素屬于工藝條件因素，不是細(xì)泡新型旋混氧傳質(zhì)作用技術(shù)優(yōu)化的對(duì)象。諸多復(fù)雜的曝氣工藝條件因素可以通過(guò)試驗(yàn)或建立數(shù)學(xué)模型而獲得一個(gè)氧傳質(zhì)條件系數(shù)--KL(氧轉(zhuǎn)移系數(shù))，因?yàn)镵L值在池工業(yè)運(yùn)行中是無(wú)法獲取的，因此可以認(rèn)為KL值僅在工藝設(shè)計(jì)研究階段有用。
通常在反映氧傳質(zhì)作用強(qiáng)度時(shí)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 --- 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值則取決于的擴(kuò)散作用，擴(kuò)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(qiáng)度也愈大。另外，式(1)還表明：在運(yùn)行中氣相與液相接觸界面穩(wěn)定保有量的多少是氧傳質(zhì)作用強(qiáng)度的唯一可控變量，只有可控才會(huì)存在技術(shù)優(yōu)化的可能性。
2 氧傳質(zhì)技術(shù)優(yōu)化要素
2.1 大孔擴(kuò)散的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)
穿孔、散流、噴射、螺旋等幾種形式，基本特征都是大孔眼擴(kuò)散，盡管此類(lèi)器具有阻力損耗小、不堵塞的結(jié)構(gòu)可靠?jī)?yōu)勢(shì)，但在技術(shù)上沒(méi)有脫離"大孔產(chǎn)生大泡"的孔性擴(kuò)散定勢(shì)，運(yùn)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(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)是氧傳質(zhì)作用技術(shù)優(yōu)化的重要基礎(chǔ)，但這個(gè)基礎(chǔ)必須要脫離"大孔產(chǎn)生大泡"的孔性擴(kuò)散定勢(shì)，才會(huì)有可能獲取較高的氧傳質(zhì)效率。
2.2 細(xì)泡運(yùn)行界面豐富
升泡愈小氣相的擴(kuò)散程度愈大。通常認(rèn)為孔或隙達(dá)到微米(μm)級(jí)則是細(xì)小孔隙的微孔器。微孔器的確是細(xì)小泡運(yùn)行，但不可避免地要帶來(lái)阻力損耗大與易堵塞的問(wèn)。微孔器在投運(yùn)一段時(shí)間以后隨著孔隙堵塞的增加，升泡面與升泡密度均會(huì)明顯減少。
一般認(rèn)為，器孔隙結(jié)構(gòu)愈小，氣泡會(huì)被分割得愈小。此觀點(diǎn)與運(yùn)行的實(shí)際情況是有差異的。根據(jù)有關(guān)孔性擴(kuò)散的實(shí)測(cè)表明：孔徑與升泡泡徑不是正比關(guān)系(見(jiàn)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(shì)與升泡變小的趨勢(shì)兩者不是成比例的，孔眼可以搞得很細(xì)小但形成的升泡不會(huì)按比例變得很細(xì)小。
當(dāng)氣相經(jīng)孔眼直接進(jìn)入液相時(shí)，會(huì)在孔眼處有一個(gè)短促的柱狀上升運(yùn)動(dòng)之后才會(huì)形成一個(gè)受力均勻的球狀升泡，孔眼愈小只會(huì)使柱狀愈細(xì)愈長(zhǎng)，并不會(huì)使升泡按比例變小。運(yùn)行的實(shí)際情況表明：即使是所謂微米(μm)級(jí)孔隙的器，升泡泡徑也在r2＞2mm的范圍。由此可以得出的結(jié)論是：在深約4m的池中，難以用微孔(隙)的方法而獲得r2>3mm的升泡。采用微孔(隙)的方法其實(shí)際擴(kuò)散程度(Fs)并不是無(wú)限的。孔隙越小，只會(huì)是使阻力損耗與堵塞可能性更加增大，動(dòng)力效率(Gs)也會(huì)變得更加不經(jīng)濟(jì)。
2.3 水體流動(dòng)性不具有氧傳質(zhì)作用
池是一個(gè)大環(huán)境，有2個(gè)因素對(duì)池水體流動(dòng)性有要求：一是防止?jié)舛忍荻人璧耐屏鬟\(yùn)動(dòng)；二是防止活性污泥沉降的升流運(yùn)動(dòng)。氣泡在作升泡運(yùn)動(dòng)時(shí)，要不斷排斥水體，因此擴(kuò)散的氣流必然會(huì)帶來(lái)升流運(yùn)動(dòng)。進(jìn)入池的水流量與回流量會(huì)有一定的推流作用，如果再想采用密度較輕的流體在點(diǎn)式布?xì)鈼l件之下推動(dòng)密度較重的流體而加大流動(dòng)作用，這顯然是沒(méi)有意義的。
噴射與螺旋其運(yùn)行原理的基本點(diǎn)就是要產(chǎn)生用氣流帶動(dòng)水流的線(xiàn)性擴(kuò)散，其結(jié)果是使部分動(dòng)能無(wú)功而耗。由于密度差異的懸殊，氣相在推動(dòng)液相作線(xiàn)性擴(kuò)散時(shí)必須具備相當(dāng)大的推動(dòng)力，當(dāng)這種推動(dòng)力不足時(shí)，就只能在排氣口處產(chǎn)生孔性擴(kuò)散作大氣泡升泡運(yùn)行，這就是噴射與螺旋方式的實(shí)際運(yùn)行效果并不理想的重要原因。
氧傳質(zhì)技術(shù)優(yōu)化在布?xì)夥矫鎽?yīng)著重考慮的是布?xì)饩鶆蛎懿迹旅艿纳荼厝粫?huì)帶來(lái)良好的升流運(yùn)動(dòng)。把布?xì)鈩?dòng)能作用于加大水體流動(dòng)性，是氧傳質(zhì)技術(shù)優(yōu)化應(yīng)當(dāng)要避免的一個(gè)誤區(qū)。
