【废水设计方案】关于微孔曝气器选型的探讨

关于微孔曝气器选型的探讨

　　1985年，天津纪庄子污水处理厂从英国霍克公司订购了26000个直径178㎜的钟罩型刚玉曝气器，此后，各地相继开发推出了200～300㎜的微孔曝气器，国家给水排水研究中心于93年制定了微孔曝气器行业标准，通过多年的实践，又相继开发了多种曝气器，而如何正确选用曝气器的型式及品牌很值得讨论，本文拟对此提出几点看法，供设计、使用单位参考。 

一、几种微孔曝气器的比较： 

　　曝气器在生物池的作用：提供微生物生长、繁殖所需氧气，并最大限度与污水中的好氧物质和微生物混合接触达到生化反应的最佳效果。常用几种曝气器的功能、特点比较： 

二、曝气器销售市场现况 

　　1、由于国内该行业起步较晚，专业从事系统研究、开发、应用结合的生产商、供应商国内寥寥无几，普遍不具备系统的科研、生产、应用、信息反馈，改良机制，因此国外产品的材料质量上具有相当的优势。例如：国外膜片正常使用寿命可达5～8年甚至更长时间。
　　2、供应商与设计部门对产品系统性能在技术衔接上尚有相当的距离，往往导致产品不能物尽其用。例如：发达国家EPDM膜只推荐用于市政污水，硅腈合成膜片（silicone）推荐用于含油污水，氨基甲酸脂膜片（URETHANE）推荐用于化工污水等等，国产膜片品种单一，三元乙丙膜片（EPDM）配方上尚不很过关，却通用于各种污水处理项目。
　　3、国内一些劣质产品，对客户产生误导。例如：有个别产品膜片正常使用不到几个月即有破损、变质的情况出现。
　　4、操作、维护不当导致对产品的偏面认识。例如：某小型污水站，曝气系统调试时水位刚淹没曝气器即用高压大气量工作，导致膜片爆裂。
　　5、受传统观念影响，沿用同行业早年投运的曝气型式照搬，使一些性能优越的曝气产品不能有效推广运用。
　　凡此种种原因，匀容易混淆用户的正确认识，发达国家选用生物池曝气器型式虽品种繁多，总体来看，近年大型污水处理项目选用膜片式曝气器为主，膜片式曝气尤以管式曝气最为普及并取得良好的使用效果。对国内污水行业具有一定的借鉴作用。 

三、曝气膜片受力分析 

　　微孔曝气器的膜片因构造不同受力有很大差别，根据“小垂度理论”，盘式膜片，如果充气后其变形为零时，其膜片的拉应力就是无穷大。因此，气压使膜片产生变形，气压高变形大，相应应力也大。同时，相同的气压，曝气器膜片的不同构造产生不同的内部应力。据此，我们可将各种膜片式曝气器膜片内的应力作一分析：
　　1、直径500㎜盘式膜片，按充气后膜片鼓起（挠度）为50㎜计，如图 

　　设气压为60kpa=0.6kg/㎝3，简化计算，取单位截条，用小垂度理论，可计算截条的拉力为： 

　　H＝pL2/8f，
　　式中：p－0.6kg/㎝2
　　　　　L－50㎝
　　　　　f－5㎝
　　代入H＝0.6×502/8×5＝37.5kg＝375kN
　　膜片厚按0.2㎝计，则膜片内应力为：
　　37.5/0.2×1=187.5kg/㎝2=18.75Mpa
　　超过合成橡胶扯断强度（4～14Mpa）。
　　2、直径300㎜盘式膜片，充气后膜片挠度按30㎜计，则膜片内应力H＝0.6×302/8×3×0.2＝112.5kg＝11.25Mpa
　　3、球冠形曝气器，膜片成球形，取直径为250㎜，充气压力按60kpa，简化计算，取截条应力
　　H＝0.6×25/2×0.2＝37.5/㎝2＝3.75Mpa
　　4、管式曝气器，其膜片直径按100㎜计，内应力
　　　H＝0.6×10/2×0.2＝15kg/cm2=1.5Mpa
　　从以上计算可知，在相同充气压力条件下，管式曝气器膜片内应力最小。 

四、微孔曝气器的构造分析 

　　膜片式微孔曝气器要求膜片打孔，孔径小，气泡小，孔多气泡就多，充氧效率就高，然而孔太多的结果，往往造成膜片的寿命缩短。因此，膜片的加工，要求应充氧、膜片寿命的双重优化，不能偏废。
　　其次是曝气器的抗浮要求问题，曝气器锚固力不足造成上浮事故，都有发生。天津纪庄子污水处理厂最早引进英国曝气设备，曾按国外图纸要求，用专用工具，对每个锚固点都进行拉力测定。而管式膜片曝气器，其布管为双层构造，压缩空气在夹层中，污水能进入中心管道，使浮力减弱，确保了曝气器的稳定性。
　　还有曝气器冷凝水的排出，也是运行中的重要问题，曝气器的曝气孔如能设在底部，就可既曝气又排水了，这也是管式曝气器的优点之一。
　　最后，对于SBR工艺来说，生化池集曝气沉淀在同一水池内完成，活性污泥必将沉积于曝气器表面，对盘式曝气器而言，相对来说比较容易堵塞，而对管式曝气器的底部曝气孔来说就不易堵塞了。因此，目前采用SBR（含CASS工艺、CAST工艺、ICEAS工艺等）工艺的工程都采用管式曝气器是有其道理的。 

五、结论 

　　对国内污水行业高质量的膜片管式曝气器，具有推广价值，原因：
　　1.系统综合造价低
　　2.氧利用率高
　　3.可间歇运行，不堵塞
　　4.阻力损失衡定，一般在300～500㎜水柱。
　　国际著名膜式曝气器供应商的产品质量比较可靠，但价格普遍比国产产品高好几倍，对于国内污水处理建设项目的有限资金是一对矛盾，这方面国内生产商机遇与挑战并存。近几年，“宜兴市凌泰环保设备有限公司”已与“德国IBBS公司”膜片供应商建立了合作，正潜心对八大系列曝气器系列化生产，采用进口系列膜片配合自产改良型骨架件、管配件。取长补短，系列产品拥有自产知识产权，性能不亚于国外同类产品，综合造价比原产地整套造价降低60%，近年沈阳仙女河污水厂（20×104m3/d）等大型污水处理厂均已选用，取得良好使用效果，与进口产品相比具有竞争优势。 

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