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流擴散的技術(shù)合理性：
在鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)中，曝氣器是終端關(guān)鍵設(shè)備，曝氣器的功能實質(zhì)就是對氣流進行擴散。
氣流擴散的合理性：
孔隙擴散不可能使氣流擴散實現(xiàn)技術(shù)合理性。曝氣器對氣流的擴散，從理論上講當(dāng)然是擴散程度越高越好，也就是通常所指的“泡越細越好”。按照孔隙擴散的原理，“泡細” 與“阻力”是一對矛盾；孔隙越細排氣所產(chǎn)生的氣泡也就越細，但孔隙越細阻力也就越大，孔隙也就越容易被堵塞，單位時間內(nèi)通過的氣量也就越少。因此孔隙的細小只能解決“泡細”的問題，隨之而來的必然存在損耗大、氣流擴散技術(shù)合理程度低、性能不可靠等問題。
氣流擴散技術(shù)合理的基本要求：
排氣阻力要小排氣通暢可靠性要大，在此前提之下實現(xiàn)氣流越分散越好。通常污水處理曝氣氣源均采用的是鼓風(fēng)方式，鼓風(fēng)機屬于低壓運行設(shè)備，排氣阻力大必然要影響到鼓風(fēng)機的動力效率。污水處理工藝的條件較為復(fù)雜多變，要達到排氣阻力小和無堵塞的技術(shù)可靠性，排氣孔只能是采用大孔（＜φ5mm＝，但是，按照孔隙擴散的原理大孔排氣是不可能產(chǎn)生細泡；因此，要使氣流擴散技術(shù)合理，就必須由孔隙擴散之外尋求其他的擴散方法。
生物濾池是由過濾田和灌溉田逐步發(fā)展而來的。過濾田和灌溉田是天然條件下的需氧生物處理設(shè)施。廢水流入過濾田和灌溉田后，水中的有機物滯留在土壤表層，由需氧微生物氧化分解為無機物。這種作用只在土壤表層進行，占地面積大，而且受氣候影響，只能在適當(dāng)條件下采用。19世紀末，進行了灑滴濾池試驗。20世紀初灑滴濾池法得到*，出現(xiàn)了各種型式的生物濾池。用生物濾池處理廢水的方法統(tǒng)稱為生物膜法。
處理廢水過程
生物濾池一般是長方形或圓形，池內(nèi)填有濾料，濾料層上為布水裝置，濾料層下為排水系統(tǒng)。廢水通過布水裝置均勻灑到生物濾池表面，呈涓滴狀流下，一部分廢水呈薄膜狀被吸附于濾料周圍，成為附著水層；另一部分則呈薄膜流動狀流過濾料，并從上層濾料向下層濾料逐層滴流，后通過排水系統(tǒng)排出池外。
由于濾料間隙的空氣不斷地溶于水中，水層中保有比較充足的溶解氧；而流過的廢水中所含的大量有機物質(zhì)，可作為微生物的營養(yǎng)源，因此水層中需氧微生物能夠大量生長繁殖。微生物的代謝作用使部分有機物質(zhì)被氧化分解為簡單的無機物，并釋放出能量。這些能量一部分供微生物自身生長活動的需要，另一部分被轉(zhuǎn)化合成為新的細胞物質(zhì)。另外，廢水通過濾池時，濾料截留了廢水中的懸浮物質(zhì)，并吸附了廢水中的膠體物質(zhì)，使大量繁殖的微生物有了棲息場所，從而在濾料表面逐漸生長起一層充滿微生物及原生動物的“生物膜”。膜的外側(cè)有附著水層，廢水不斷地從濾池上淋灑下來，就有一層廢水不斷沿生物膜上部表面流下，這部分廢水為流動水層。流動水層和附著水層相接觸，附著水層由于生物凈化作用，所含有機物質(zhì)濃度很低，流動水層通過傳質(zhì)作用把所含的有機物傳遞給附著水層，從而不斷地得到凈化。同時由于生物膜上的微生物的增殖，膜的厚度不斷增加，當(dāng)達到一定厚度時，生物膜層內(nèi)由于得不到足夠的氧，由需氧分解轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬醴纸猓⑸镏饾u衰亡、老化，使生物膜從濾料表面脫落，隨水流至沉淀池。生物濾池的濾料上再生成新的生物膜，如此不斷更新。
生物膜法的核心是填料技術(shù) 近百年以來， 填料技術(shù)經(jīng)歷了盤 板 砂 石 蜂窩， 硬料 海棉、軟絲等多種形式。廢水處理工作者發(fā)現(xiàn)j生物膜法不僅效率高而且產(chǎn)生泥量較少， 因此對填料技術(shù)予以高度重視。近年來，國內(nèi)外競相采用o／a流程，研究少污泥甚至無污泥排出的工藝，更加推動了填料技術(shù)的研究和發(fā)展。
1、填料的功能
在廢水生化處理中，對有機污染物進行分解的主要功能者是細菌在細菌的外表有一粘層，使細菌具有結(jié)臺附著能。廢水處理裝置中采用填料以后，使微生物有了一個附著場所， 細菌在填料表面的附著和相互結(jié)合， 就形成了生物膜。
活性污泥法中，細菌以結(jié)合成菌膠團的形式存在并始終處于一種動態(tài)狀況， 對有機污染物的吸收分解是以形成更多的微生物為主。 廢水就相當(dāng)于是微生物的一種培養(yǎng)基，在充氧和水流運動的作用下，微生物培養(yǎng)繁殖的數(shù)量越來越多，需要用剩余污泥的形式排出。
細菌在填料上附著形成生物膜，其功能形式就不同于活性污泥法。生物膜法中，細菌附著在填料上穩(wěn)定生存，廢水中的污染物是被微生物吸收分解的對象，微生物以充分發(fā)揮分解功能為主，把有機污染物分解為不可生他物或者ci-i m c 等，新生繁殖的數(shù)量只與老化脫落的生物膜相平衡。因此，填料不僅使微生物有了一個固定附著的場所，還使細菌的分解功能得到加強，新生繁殖的數(shù)量減少。
液相流體主動運動型：
葉輪與轉(zhuǎn)刷（盤）表面曝氣是采用制造液相流體的水躍而形成氣液接觸界面； 射流曝氣是依靠射流液相流體吸入氣相流體而形成氣液接觸界面，這些均是屬于液相流體主動運動型，其技術(shù)特征是：動能作用于重質(zhì)液相流體運動；輕質(zhì)氣相流體是被動接觸；在葉輪或轉(zhuǎn)刷（盤）攪動處、射流口附近產(chǎn)生局部連續(xù)的氣液接觸界面。
1.2、氣相流體主動運動型：
鼓風(fēng)曝氣是由風(fēng)機輸送氣相流體，經(jīng)曝氣器的擴散作用以升泡運動的方式形成氣液接觸界面，這就是屬于氣相流體主動運動型，其技術(shù)特征是：動能作用于輕質(zhì)氣相流體運動；重質(zhì)液相流體是被動接觸；由升泡的上升運動，可產(chǎn)生立體連續(xù)的氣液接觸界面。
鼓風(fēng)曝氣與機械曝氣流體運動特點的比較(如圖)
鼓風(fēng)曝氣與機械曝氣流體運動特點的比較
2、“氧利用率”不能確定曝氣器實際運行的功效：
曝氣器的作用就是促進氧的傳質(zhì)，“氧利用率”似乎理所當(dāng)然的應(yīng)是反映曝氣器技術(shù)性能的指標，因此*以來就存在著一種采用“氧利用率”來判定曝氣器技術(shù)性能的習(xí)慣觀點。但是，如果對“氧利用率”作深入的分析，就會發(fā)現(xiàn)該指標不能真實確定曝氣器實際運行的功效。
移動床生物膜工藝在市政污水處理中具備的優(yōu)勢
占地面積?。涸谔盍咸畛渎蕿?5%和相同的污染負荷的條件下，移動床生物膜反應(yīng)器約占常規(guī)生物反應(yīng)器（缺氧、厭氧及好氧）20-40%的池容。
適合于適合于市政污水處理廠的擴容：鑒于大多數(shù)污水處理廠的預(yù)留面積較少，當(dāng)實際進水水質(zhì)及水量發(fā)生變化時，在保證原設(shè)計池容不變的情況下滿足原設(shè)計出水標準。
適合于現(xiàn)有污水處理廠的升級改造：移動床生物膜工藝設(shè)計及運行靈活簡單，適應(yīng)不同類型的池型，而且與其它工藝的兼容性很強，可以與已建污水處理廠的大部分工藝如a2o、ao、sbr、cass 及氧化溝法等相組合。因此適合于現(xiàn)有污水處理廠的升級改造，使其滿足一級a 或一級b 排放標準。
移動床生物膜反應(yīng)器既具有傳統(tǒng)生物膜法耐沖擊負荷、泥齡長、剩余污泥少、無污泥膨脹現(xiàn)象發(fā)生的特點，又具有活性污泥法的性和運轉(zhuǎn)靈活性。另一方面，溫度變化對移動床生物膜工藝的影響要遠遠小于對活性污泥法的影響，當(dāng)溫度、污水成分發(fā)生變化或污水毒性增加時，移動床生物膜反應(yīng)器的耐受力很強。
生物處理法根據(jù)參與作用的微生物的需氧情況，可分為好氧法和厭氧法兩大類。一般情況，好氧法比較適用于較低濃度污水，如乙烯廠污水；而厭氧法較適用于處理污泥和較高濃度的污水。好氧生物處理法可分為活性污泥法和生物膜法兩大類?；钚晕勰喾ㄊ撬w自凈的人工強化方法，是一種依靠活性污泥工作主體的去除污水中有機物的方法。存在于活性污泥中的好氧微生物必須在有氧氣存在的條件下才能起作用。在污水處理生化系統(tǒng)的曝氣池中，充氧效率與好氧微生物生長量成正相關(guān)性。溶解氧的供給量要根據(jù)好氧微生物的數(shù)量、生理特性、基質(zhì)性質(zhì)及濃度來綜合考慮。這樣，活性污泥才能處在佳的降解有機物的狀態(tài)。根據(jù)試驗表明，曝氣池中溶解氧維持在3～4mg/l為宜，若供氧不足，活性污泥性能差，導(dǎo)致廢水處理效果下降。為保證有充足的供氧，必須依靠一種設(shè)備來完成，例如曝氣器。
曝氣原理：
曝氣是使空氣與水強烈接觸的一種手段，其目的在于將空氣中的氧溶解于水中，或者將水中不需要的氣體和揮發(fā)性物質(zhì)放逐到空氣中。換言之，它是促進氣體與液體之間物質(zhì)交換的一種手段。它還有其他一些重要作用，如混合和攪拌?？諝庵械难跬ㄟ^曝氣傳遞到水中，氧由氣相向液相進行傳質(zhì)轉(zhuǎn)移，這種傳質(zhì)擴散的理論，目前應(yīng)用較多的是劉易斯和惠特曼提出的雙膜理論。
曝氣原理的雙膜理論
曝氣原理雙膜理論
在氣液兩相接觸的界面兩側(cè)存在著處于層流狀態(tài)的氣膜和液膜，其外側(cè)則分別為氣相主體和液相主體，兩個主體處于紊流狀態(tài)。氣體分子以分子擴散方式從氣相主體通過氣膜和液膜而進入液相主體。
(2)、氣液兩相的主體均處于紊流狀態(tài)，其中物質(zhì)濃度基本上是均勻的，不存在濃度差和傳質(zhì)阻力，氣體分子從氣相傳遞到液相，阻力僅存在于氣液兩層層流膜中。
(3)、在氣膜中存在氧的分壓梯度，在液膜中存在著氧的濃度梯度，它們是氧轉(zhuǎn)移的推動力。
(4)、氧難溶于水，因此，氧轉(zhuǎn)移決定性的阻力又集中在液膜上，因此，氧分子通過液膜是氧轉(zhuǎn)移過程的控制步驟，通過液膜的轉(zhuǎn)移速度是氧轉(zhuǎn)移過程的控制速度。
曝氣擴散技術(shù)：
曝氣擴散是污水處理工藝中的核心技術(shù)，本文就曝氣擴散機理在應(yīng)用中出現(xiàn)的新問題提出一些初步的看法。
1、按照流體運動性質(zhì)分析曝氣擴散的區(qū)別：
曝氣擴散的實質(zhì)就是使氣相中的氧向液相中轉(zhuǎn)移。氣相中的氧轉(zhuǎn)移為液相中的溶解氧，是通過流體運動形成氣液接觸界面而完成的。因此，按照流體運動性質(zhì)來分析則可以看出曝氣擴散技術(shù)的區(qū)別。如果采用流體運動的性質(zhì)來區(qū)分，曝氣擴散技術(shù)則有下列兩種基本形式。
levapor懸浮填料-mbbr工藝的核心技術(shù)
levaor®是由德國拜耳公司研發(fā)的新一代用于處理污水、廢氣的微生物載體，這一新型產(chǎn)品綜合了顏料和發(fā)泡質(zhì)的特性，已在多個申請了保護。
levapor懸浮填料相對于競爭對手的優(yōu)勢
比表面積更大，可達20000 m²/m³
填料填充率顯著降低，競爭產(chǎn)品的填充率為30%–70%，而levapor 的填充率僅為12%-15%
能耗明顯降低，噸水能耗僅為0.17 千瓦時
易于掛膜，兩個小時內(nèi)微生物就能在載體內(nèi)繁殖生長
更加有效地吸收有毒物質(zhì)和抑制降解的物質(zhì)，保護生物膜
硝化和反硝化效果更佳，除氮能力更強
在曝氣器充氧能力（q c）與通氣量（q）兩者之間存在一個正比關(guān)系，即充氧能力（qc）的大小取決于通氣量（q）的多少。通氣量為0，充氧能力也等于0。在一定的通氣量范圍之內(nèi)，隨著通氣量的加大充氧能力也隨之加大。
所有曝氣器所標明的充氧能力（qc），都是在清水試驗條件下依據(jù)一定的通氣量（q）而測定獲取的。
氧利用率公式也可以寫成下式：(1/0.28)×100%×(qc/q)= 0.0357×(qc/q)
因為充氧能力（qc）與通氣量（q）之間存在正比關(guān)系，qc /q結(jié)果為常數(shù)值，所以“氧利用率”實質(zhì)上是一個不受變量影響的定值。不受變量影響的定值參數(shù)，所表述的僅僅只是一種物理現(xiàn)象，而決不表明功效的技術(shù)性能。響的定值參數(shù)，所表述的僅僅只是一種物理現(xiàn)象，而決不表明曝氣器實際運行功效。
“氧利用率“不反映氧傳質(zhì)的效率
一個大泡，如果被分割成小泡的數(shù)量愈多，則所形成的“泡表膜”面積愈多，“泡表膜”是進行氧傳質(zhì)的功能膜，如果只站在“氧利用率”這一角度片面的看問題，當(dāng)然是氣泡被分割得愈小愈好。
要獲取較高的“氧利用率”，就必須盡可能產(chǎn)生較多的“泡表膜”。一個大泡（一個單位的空氣）被擴散形成的小泡數(shù)量愈多，“泡表膜”也就愈多，“氧利用率”也就愈高。由此可見，“氧利用率”僅僅只是與氣泡擴散程度有關(guān)，而與動能作用氣泡擴散的過程無關(guān)。也就是說“氧利用率”只表明一個單位的大泡被分割成小泡的多少，而與擴散分割過程如何，動能消耗多少*無關(guān)。因此，“氧利用率”并不等于氧傳質(zhì)的效率。
按照孔隙擴散原則，多大的孔則產(chǎn)生多大的泡。如果空氣通過直徑為1 μm的孔眼是被分割形成1 μm的氣泡，則此類微孔曝氣器在運行中，無論阻力損耗多大，也無論孔眼堵塞了多少，只要還有孔眼在通氣，就一定是產(chǎn)生1 μm的小氣泡，顯然此時“氧利用率”也沒有變化，但真實的運行功效卻是有了很大的變化。
由于“氧利用率”只與氣泡分割擴散的程度有關(guān)，一個單位量的空氣，只要排氣孔眼的直徑是1 μm，無論是短時間內(nèi)經(jīng)過眾多孔眼排出，或是長時間內(nèi)經(jīng)過少量孔眼排出，因為擴散結(jié)果始終是分割成直徑為1μm的小泡，所以，其“氧利用率”是會始終保持不變的。由此可見，只用“氧利用率”來說明曝氣器的氧傳質(zhì)效率，顯然會產(chǎn)生誤導(dǎo)作用。
如果曝氣器的設(shè)計參數(shù)是：通氣量=2 m3/h、氧利用率=25%，由于要確保實現(xiàn)較高的氧利用率，排氣孔眼設(shè)計為采用微小孔。但在實際運行中，大部分通氣孔眼被堵塞，單個曝氣器的通氣量只能達到0.2 m3/h，也就是說工作效率已降低了90%，由于“細孔產(chǎn)生細泡”原理與孔眼堵塞程度無關(guān)，此時所謂的“氧利用率=25%”并無變化，但其真實的氧傳質(zhì)效率已經(jīng)是變得很低了。
普通生物濾池的水力負荷和有機物負荷都較低，往往采用間歇運行方式，廢水中的有機物被氧化分解得比較*，但占地面積大。高負荷生物濾池的水力負荷和有機物負荷都較高，采用連續(xù)運行方式，廢水在濾池中停留時間短，只有易于氧化的有機物被分解，而較難氧化的有機物未及分解就被排出。因此這種濾池的凈化程度不如普通生物濾池*，而且二次沉淀池中沉淀的污泥量較多。但它的水力負荷較高，水的沖刷力大，濾池不易堵塞。如進入濾池的廢水中有機物濃度過高，可采用回流運轉(zhuǎn)方式，即將生物濾池的一部分出水回流到濾池前同進水混合。這樣可以降低進水濃度，保證水的沖刷力，還能增加濾池中的有用微生物，從而保證生物濾池的正常工作。
選擇合適的濾料十分重要。濾料必須機械強度好,耐腐蝕；表面積大，略呈粗糙，但又不影響水的均勻流動；濾料間應(yīng)有一定的空隙，以免堵塞，并使空氣流通；能就地取材，價格低廉。*以來多以卵石、碎石、爐渣、焦炭等為濾料。近年來開始使用人工塑料濾料，如波形板和列管式濾料。這種濾料質(zhì)量輕，強度高，耐腐蝕性能好，表面積和空隙率都較大。