曝气增氧治理黑臭水体研究现状

一. 常见的曝气技术及其优缺点

目前已经许多种曝气充氧设备应用于工程实践中。按曝气设备氧源可分为纯氧曝气设备和空气曝气设备。按工作原理可分为鼓风机-微孔布气管曝气系统、纯氧-微孔管曝气系统、纯氧-混流增氧系统、叶轮吸气推流式曝气器、水下射流曝气设备、叶轮式增氧机等。常用的曝气充氧设备如下：

（1）鼓风机微孔布气管曝气系统

鼓风机-微孔布气管曝气系统由鼓风机和布气管组成。近年来，随着微孔布气管充氧效果的提高，使其在城市污水处理厂的好氧处理工艺环节应用广泛。

鼓风机-布气管曝气系统的缺点主要包括：1）布气管安装工程量较大，且损坏后维修较困难，水平定位施工精度要求较高；2）机房占地面积较大，投资较大；3）水位较低时，安置在河道中的设备会影响航运；4）感潮河段往往由于水位变化大，设备在满足高水位充氧要求的同时，常常在低水位时效率大大降低，动力浪费严重；5）设备运行产生噪声大，影响周围居民的生产和生活，同时为了减免噪声容易使投资增加。

（2）纯氧-微孔管曝气系统

纯氧-微孔管曝气系统主要由纯氧氧源和微孔曝气系统组成。纯氧-微孔管曝气系统应用于1m水深时充氧效率为15%左右。纯氧-微孔管曝气系统一般采用外来液氧或变压吸附制氧机制氧作为氧源。液氧为氧源的系统可防止在室外且无需专门的构筑物，相比制氧机制氧占地面积较小。此外，制氧机运行需要装置费用、电力费用和运行费用，存在噪音，而液氧可直接取用，总体成本较低。

纯氧-微孔管曝气系统缺点如下：1）投资大。2）维修较麻烦。

（3）纯氧-混流增氧系统

纯氧-混流增氧系统主要由氧源、混流装置、水泵和扩散装置组成。氧源与纯氧-微孔管曝气系统相同，采用液氧或制氧机制氧。扩散装置一般采用文丘里管。其工作原理如下：通过水泵的抽吸作用将河水加压通过管道进入文丘里管，同时氧源提供的氧气也进入管里与文丘里管相连，由文丘里管的高速水流形成的负压吸入氧气，最后将气水混合物喷射进入河道，从而对水体中的溶解氧进行提升。

该曝气方式的主要优点是：1）溶氧效率较高，如应用于水深3.5m下溶氧效率在70%左右；2）实现方式多样，可采用固定式充氧平台，也可采用移动式充氧平台，如移动式充氧平台的曝气船形式在英国泰晤士河和上海的苏州河中均得到良好应用。

该曝气方式的缺点是：1）工程大且工程投资较高，由于应用过程中需要大量的纯氧，采用液氧或制氧机制氧，均投资巨大，限制其广泛应用。

（4）叶轮吸气推流式曝气

叶轮吸气推流式曝气方式主要由电动机、朝气管路、传动轴及叶轮组成。在湖泊和河道的曝气充氧中有着广泛应用。

叶轮推动吸气曝气器的优点主要有：1）设备简单，无需复杂的工艺配套，安装过程简单，只需将装置固定于水体表层；2）设备占地面积小；3）设备安装于水体表层，不受水位波动影响；4）维修简单方便。

叶轮推动吸气曝气器的缺点主要有：1）充氧设备依靠叶轮转动充氧，容易出现叶轮堵塞或杂物缠绕等问题；2）设备安装于水体表面，影响航运和水体美观。

（5）水下射流曝气设备

水下射流曝气设备主要由潜水泵和水射器组成，其工作原理是：潜水泵将水吸入增压泵体高速推出后进入出水导管上的水射器将空气吸入，气水混合液经水力切割进入水体。水下射流曝气设备充氧动力效率一般为1.0～1.2kgO2/(kW·h).

水下射流曝气设备主要优点是：1）安装较方便；2）基本不占地；3）运行噪音较小。

水下射流曝气设备缺点是：维修较麻烦，被堵塞或出现其他故障时，须将设备吊出水面维修。

（6）叶轮式增氧机

叶轮式增氧机多用于渔业水体，主要由叶轮、浮筒和电机组成。

主要优点是：1）设备的充氧动力效率较高，一般可达1.4 kgO2/(kW·h)；2）基本不占地，安装方便。

主要缺点是：1）运行时会产生一定噪声（70～80dB）；2）不太美观；3）只适用于水深较浅水体。

上述几种曝气方法对黑臭水体有一定的处理效果，但是不能从根本上解决问题。限制曝气技术应用的主要因素是经济成本。微孔曝气虽较叶轮曝气效率高，但其运行管理难度更大，投资高；纯氧曝气效最高，但制氧的成本比较高，故应用受限。高效节能是曝气净化技术的重要研究方向。

二. 新型微纳米曝气技术

自20世纪90年代末期，微米气泡的发生设备被日本科学家研制出之后，纳米级的气泡也就去而生，人们对微纳米气泡的停留时间长、产生羟基自由基、强化传质等各种优于传统气泡的物化性质有了进一步了解。微纳米曝气机产生的紬纳米气泡直径几十微米甚至纳米级，具有比表面积大、停留时间长强化传质效率等特点，可显著加快氧气分子在气液界面的传递速率，曝气效果良好且高效节能。目前市面上微纳米气泡发生装置其原理大多数为溶气释气法和压力空化法，存在能耗大、效率低的问题。市面上的装置大多存在结构复杂、加工困难、容易堵塞等问题，而本文研发的装置构造简单、便于折装和维修、不易堵塞、体积小、造价较低等特点。本文研发的新型微纳米曝气增氧装置利用变螺距螺旋切割和分子细化原理使气泡破碎细化，实现气液两相流快速传质，同时还可将流经该装置的各种悬浮物和溶解于水中的大分子有机物切割细化，同时具备曝气充氧和切割细化的作用。通过建立三维数学切割方程，将流经装置的气体、液体、悬浮物和溶解于水体的有机物充分混合并切割细化，大大增加物质间相互作用的接触面积。由于该装置可将污水中的微生物、污染物及溶解氧充分混合，强化了微生物活性，提高其对污染物的去除能力，可直接用于好氧生物处理、污废水处理和爱污染水体净化，还可用于水产养殖增氧、富氧水制备及化工生产过程中的细化混合领域。

本文摘录自：https://www.doc88.com/p-3718460862482.html?r=1