1 曝氣對改善水質(zhì)的主要作用

1.1 增加水中溶解氧

曝氣裝置將氣體與水體相混合，增加了水中的溶解氧含量，為好氧微生物提供了充足的氧氣，創(chuàng )造了好氧微生物的活動(dòng)環(huán)境。好氧微生物的活躍使得它們能夠更加高速、高效地分解水體中的有機物，降低水體的COD、BOD指標，降低有機物被厭氧菌分解時(shí)產(chǎn)生的甲烷等有毒有害氣體量。有機物的含量降低和水中溶解氧含量的上升，有效抑制了水體中藻類(lèi)的過(guò)度繁殖，降低水體的水化現象，大幅度消除水體的黑臭現象。

1.2 幫助水體中大型物質(zhì)與碎屑相分離

曝氣過(guò)程中通過(guò)對水體的攪動(dòng)、對流，將有機物碎屑、無(wú)機懸浮物、動(dòng)植物殘骸等物質(zhì)用氣泡包裹起來(lái)，使它們在氣泡影響下浮起來(lái)，防止污染物沉淀，為后續的絮凝沉淀、脫除奠定基礎。這樣不僅可以提高水體治理質(zhì)量和效率，也可以有效提高水體的透明度，降低水體的色度。

1.3 減少水體內底泥帶來(lái)的污染

黑臭水體中持續污染、治理效果不佳的重要原因在于有機物的沉淀形成了底泥，在水體底部厭氧環(huán)境下厭氧菌分解有機物持續形成氮、磷等營(yíng)養物質(zhì)，持續為藻類(lèi)生長(cháng)、有毒有害物質(zhì)形成、有機物堆積創(chuàng )造條件。因此，想要治理黑臭水體，必須進(jìn)行底泥治理，將有機污染物的底泥逐漸改造為無(wú)機化底質(zhì)，阻斷內源污染。

2 常見(jiàn)的曝氣設備類(lèi)型

目前，污水處理、黑臭水體治理中，常見(jiàn)的人工曝氣設備類(lèi)型大體分為五種。大體的設備分類(lèi)如圖1所示。

圖1 曝氣設備分類(lèi)

曝氣設備中理論氧傳遞原理及影響因素

物質(zhì)擴散速率由Fick定律得出：

式中，Na為物質(zhì)擴散速率;d C為物質(zhì)濃度;D為氣相或是液相中常用的擴散系數，m2/h;dz為沿擴散方向的擴散距離。

氧溶解度可以表示為：

式中，CS為氧溶解度;p為氧分壓;KS為溶解度常數。

根據氧傳遞雙膜理論可知，氧氣在液體中的溶解度很小，因此，液體中氧的平衡濃度實(shí)際上與氧的飽和溶解度相差不大。氧氣在氣相和液相中的擴散速度并不一致，在氣相中的擴散速度比在液相中的擴散速度大得多，因此想要提升氧的傳質(zhì)速率，必須借助曝氣設備，通過(guò)控制液膜來(lái)提升氧的傳遞速度。所以，在曝氣工藝中，氧的傳質(zhì)公式為：

式中，KL為與曝氣設備相關(guān)的常數;A為氣液接觸面積。

從理論上來(lái)說(shuō)，提高氧傳遞速率的主要方式有兩種。一是提高曝氣設備常數，提高氣液接觸面積，即提高KL·A值。在相同的污水水體條件下，相同曝氣設備的常數KL值通常是固定的，選擇KL較高的曝氣設備是提高樣傳遞速率的重要方式;增加氣液接觸面積可以通過(guò)縮小氣泡體積等方式實(shí)現，借助微氣泡曝氣等設備可以有效提升氣液接觸面積，提高氧的傳遞速率。二是提高氧的溶解度，即(CS-C)值。要想提高氧的溶解度，可以采用高含氧空氣曝氣設備，或采用純氧進(jìn)行曝氣。

溫度、曝氣深度會(huì )影響兩方陣數值，需要具體分析。

曝氣設備的主要評價(jià)參數

評價(jià)曝氣設備，主要采用測定特性曲線(xiàn)，最大可能地模擬和體現實(shí)際使用過(guò)程中曝氣器的曝氣情況，有助于曝氣設備的實(shí)際使用和綜合因素的全面考慮。以下幾個(gè)指標同樣是衡量曝氣設備的重點(diǎn)。

充氧能力(RO)是指在單位時(shí)間內曝氣設備向混合液中傳輸氧氣的量，單位是kgO2/h。氧的利用率(EA)通常以曝氣氣量、密度來(lái)表示，指總供氧量中曝氣系統所轉移的氧量的百分比，特性曲線(xiàn)中橫軸表示曝氣氣量，豎軸表示氧的密度。動(dòng)力效率(Ep)是指單位能量消耗帶來(lái)的曝氣量，應用電能的情況下，指的是每消耗1 kW·h電所帶來(lái)的曝氣量，單位為kgO2/(kW·h)。

需要指出的是，在運用曝氣復氧技術(shù)時(shí)，必須重視對水質(zhì)改善目標的設定，重視對污水治理工程的環(huán)境經(jīng)濟效益評價(jià)，從而合理選擇充氧設備。

在實(shí)際工程中，人們十分關(guān)注氣水比、布氣。為方便施工布置，對于黑臭水體治理中復雜的現場(chǎng)情況，應該引入服務(wù)面積的參數。

城市河道水環(huán)境污染比較嚴重，水體長(cháng)期處于缺氧狀態(tài)。城市地區地勢平坦，河道上下游落差較小，河流多為靜止或流動(dòng)性差的緩流水體，氧的傳遞和擴散速率慢，水體中溶解氧量不足，河水自?xún)裟芰τ邢?，僅僅依靠大氣進(jìn)行復氧很難有效地提高水體中的溶解氧量，很難改善水質(zhì)。因此，必須依靠人工曝氣進(jìn)行復氧，幫助水體提高自?xún)裟芰Α?/span>

城市河道寬度多在幾米到十幾米，當河寬超過(guò)20 m時(shí)，往往具備較好的水動(dòng)力條件，上下層水體可實(shí)現混合，水體復氧過(guò)程加快。在這種情況下，曝氣增氧效果開(kāi)始出現邊際遞減效應;寬河道的曝氣設備安裝成本較高，故不建議河寬超過(guò)20 m的河道采用曝氣增氧方式凈化水質(zhì)。另外, 《城市黑臭水體整治工作指南》指出，原則上可沿黑臭水體每200～600 m間距設置檢測點(diǎn)。因此，本試驗的曝氣機針對河寬15 m、河長(cháng)約300 m的水體為對象，開(kāi)展試驗研究。

曝氣機應用范圍主要是指曝氣機的適用環(huán)境，包括水體水質(zhì)狀況、水域類(lèi)型、水體深度（水深）、水體流速等水域環(huán)境條件。試驗發(fā)現，曝氣機的應用范圍取決于曝氣方式、充氧能力、產(chǎn)生的氣泡尺寸、曝氣量、服務(wù)范圍以及曝氣機功率等因素。結合曝氣機性能參數和試驗中曝氣機的效果，筆者進(jìn)行了試驗機型的應用范圍分析。