环境工程水处理中对曝气设备的应用

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1 环境工程水处理中曝气设备的基本原理
　　传统的水处理方式就是通过在污水层内部对好氧微生物群进行培养，并利用好氧微生物群来分解污水中的污染物，以使水质得到净化。而好氧微生物群的活动与生存都离不开氧气，而曝气设备可以使这一问题得到有效的解决。曝气设备主要是通过将大量的空气充入污水环境之中，接着再不断地搅拌水体，以使水体下方能够充分融入空气，保证水体中拥有充足且均匀分布的氧气，为污水中微生物群的活动与生存提供足够的气力支撑，从而使污水的处理效果实现显著的提升。曝气设备之所以被广泛使用于污水处理之中，主要是因為其具备如下一些技术优势：第一，曝气设备的使用不会对环境造成污染，如水体的二次污染、噪音污染等；第二，曝气设备可以使水体中均匀地分布着氧气，具有较好的充氧效果；第三，曝气设备内部结构比较简单，便于操作。在应用曝气设备之前，必须结合污水的具体处理环境，对设备的有关参数加以调整与设置，应着重对环境因素加以考虑，如水污染程度、水处理的面积和体积、氧气供应量以及污染物浓度等参数指标，在设置曝气设备的参数时，必须确保其能够达到有效性与经济性的效果。
　　2 环境工程水处理过程中曝气设备的有关系数设定办法
　　2.1 借助Matlab系统来设定曝气设备的处理系数
　　在处理污水的过程中，水体充氧作业主要是利用曝气设备来完成，在正式处理污水之前，必须对水体的充氧情况实施模拟实验，以便更好的对曝气设备的各项处理系数加以确定。现阶段可以借助Matlab系统来设定曝气设备的处理系数，此系统主要是通过对各种处理系数环境下的曝气处理效果进行模拟，并以此为依据来对最终的曝气处理系数进行设定，之后再从中挑选出最佳的曝气处理方式，利用这一办法可以更好地设定曝气设备的处理系数，并且只需投入较少的资金即可，这种设定曝气设备处理系数的办法具有较好的经济性，且切实可行。Matlab系统具备如下一些优势：第一，Matlab系统可以为人们呈现出较为清楚的操作步骤，而且其操作流程也比较科学、规范，其可以模拟出多种实验环境下的曝气处理过程，并自行从中挑选出最佳的处理系数。第二，Matlab系统的操作界面具有较高的可视化程度，而且操作也相对较为简单，只需将有关基本数据输入其中，系统便会采用实验方式自行对数据进行分析，同时将实验过程真实地模拟出来，并自动把最终的数据处理结果展示出来。
　　借助Matlab系统来设定曝气设备的处理系数，可以有效地提升曝气设备处理系数的准确度，使实验时间实现有效的缩短，然而在测算与分析数据环节或多或少会存在着一些误差，所以，必须不断地优化Matlab系统的数据处理环节，以便更好准确地设定曝气设备的处理系数，保证曝气设备的更好运作。
　　2.2 借助Excel来设定曝气设备的处理系数
　　设定环境工程中水处理曝气设备有关系数的另一种办法就是Excel，其也是一种比较常见的设定曝气设备处理系数的办法。借助Excel来对曝气设备的有关处理系数进行设定，可以获得较为直观的效果，由于Excel主要是根据有关数据图表来设定环境工程水处理中曝气设备的有关系数，因此，可以更加直观地掌握环境工程水处理中曝气设备的有关系数。然而，在借助Excel来对环境工程中曝气设备有关系数进行设定时，也存在着一定的缺陷，例如，此办法所获得的曝气设备有关系数的准确度比较低。这主要是因为Excel是通过作图的办法来设定曝气设备的有关系数，此种办法获得的数据会存在较大的误差。但是，通过分析国内环境工程水处理中曝气设备有关系数设定案例，不难发现，大多数都是采取Excel设定办法。这主要是因为Excel这种曝气设备处理系数设定办法较为简单，操作也比较简单，而且可以获得更为直观的效果，同时其也更加容易掌握。Excel是设定曝气设备处理系数的一种最为简单且使用最为广泛的办法，在日后仍有广阔的应用空间。随着社会的不断进步、技术的不断发展，Excel这一办法也必将得到不断的改进与优化，其稳定性也必将越来越好。若想更加精确地设定环境工程水处理中曝气设备的有关系数，除了必须对Excel办法加以进一步巩固外，还必须对Matlab系统的使用加以高度重视，将二者充分地结合起来，取长补短，以保证曝气设备的更好应用。
　　3 确定曝气设备性能效果
　　环境工程水处理中使用的曝气设备有关系数的设定可以借助有关的计算机技术来实现，而要确定环境工程水处理中曝气设备的性能，则必须利用特定的公式来对曝气设备的性能进行测定。借助特定公式可以实现对环境工程水处理中所使用到的曝气设备的性能的科学测定，因为那些公式都是诸多科学家经过反复多次实验而获得的，例如，其中一个确定曝气设备性能的公式：标准条件下充氧能力与测试中水的体积和20益水中饱和溶解氧浓度乘积值相等，该公式比较科学，借助“标准条件下充氧能力与测试中水的体积和20益水中饱和溶解氧浓度乘积值相等”这一公式，可以更加精准地测算出标准条件下水体的充氧能力，此种公式的测定办法不同于设定环境工程水处理中曝气设备有关系数的软件测定办法，其更加科学、精准。总之，利用特定的公式来对环境工程水处理中曝气设备的性能进行确定，可以有效地保证测得数据的精准性，使曝气设备的性能效果得到更好的保证，为环境工程水处理提供有力的支撑。
　4 曝气设备的分类
　　在当下水污染问题越来越严重严峻、科学技术快速发展的新时代下，曝气设备也得到了快速的发展，逐渐被广泛应用于环境工程的水处理之中。一种曝气设备主要是由控制器、多组曝气装置和一浮体共同组成。其中，曝气装置组是放置在浮体上的，而曝气装置具有汲水的功能，其可以把汲取到的水喷向某个特定的方向，并对水进行曝气、雾化处理。这些曝气装置都是由控制器统一控制的，控制器可以形成第一推力，促使曝气设备移动至第一方向。之后控制器再形成第二推力，并促进曝气设备移动至第二方向。从目前的情况来看，环境工程水处理过程中使用的曝气设备主要包括四种：一是鼓风曝气设备；二是潜水射流曝气设备；三是表面曝气设备。
　　4.1 鼓风曝气设备
　　鼓风曝气设备中发挥重要作用的工具就是曝气风机，其具备一定的压力与风量，鼓风曝气设备主要是通过扩散曝气器，再与传输管道相连，以此来把空气强制融入所需处理的污水之中，这一设备可以让污水充分接触到空气。鼓风曝气设备系统主要包括鼓风机、曝气装置和连贯的管道，而鼓风机可以借助连贯的管道把空气传输至曝气装置，而曝气装置是设置在生化池底部的，经过曝气装置处理后的空气会产生各种尺寸的气泡，气泡在流动和上升的过程中，会因氧向混合液的转移作用而破裂于液面位置。
　　4.2 表面曝气设备
　　表面曝气设备主要是借助马达来促使轴流式叶轮转动，并由导管经导水板把污水喷射于四周，在喷射污水的过程中，会产生一片细薄的水幕，在接触到空气之后就会产生水滴，水滴在落下与液面撞击的过程中，會形成巨大的乱流和大量的气泡，这样便可以达到增加水中含氧量的目的。较之鼓风曝气设备，表面曝气设备更具优势，使用表面曝气设备无需铺设曝气头及布气管道，也无需建造鼓风机房，而且表面曝气设备的设施均较为集中且简便，使用表面曝气设备可以大大地减少资金投入，具有较好的经济性。
　　4.3 潜水射流曝气设备
　　在使用潜水射流曝气设备的过程中，水流会从与泵出口相连的喷嘴座流过，并迅速地传输至混气室中，进气导管在把空气引入混气室后，会使其充分融合水流，最后再将水流与空气从扩散管排出。潜水射流曝气设备中一个非常重要的部分就是深水自吸式潜水射流曝气机，其元器件主要有：进气管、扩散管、消音器以及WQ型潜水排污泵，当喷嘴座中流经由潜水电泵形成的水流时，水流速度会出现改变，产生高速水流，而且会有负压产生于喷嘴座四周，以促使空气流入进气管，水流会与空气融合产生液气混合流，最后以较快的速度喷射而出，同时会有大量的气泡掺杂于其中，最后在深度较高及面积较大的水域中涡旋搅拌，达到曝气的效果。
　　5 环境工程水处理中曝气设备的使用分析
　　每种曝气设备都具有其自身独特的特性，每种曝气设备的应用范围及用途也是存在一定的差别的，所以，必须依据企业的实际经济状况及具体需求来对曝气设备加以选用。曝气设备主要包括以下几个技术性能指标：一是充氧能力（EL）；二是氧转移效率（EA）；三是动力效率（EP）。
　　曝气设备主要包括两个技术指标，即规格和效能，其中效能是体现曝气设备是否优质的一个重要指标，倘若用户选用的曝气设备拥有较好的效能，则不仅可以大大地减少成本投入，而且也便于应用。而规格是体现设备规格特征一个指标，针对用户而言，其不存在优劣之分，只是是否合适的问题。但因为人们对这两个指标缺乏足够的了解，所以，往往无法做出正确的决定。假设国内每年需排放3527.20千万m3的城市污水，每年总共需处理816.00千万m3污水，以每年360天进行计算，平均每小时的污水流量是8.44×105m3，如果采取活性污泥法对所有污水进行处理，则充氧量达2400g/m3，则全国充氧能力必须达到2.27×108g/h，平均年充氧能力必须达到196.00千万kg/年，而现有的曝气设备的最高动力效率为6000 g/KW·h，最低动力效率为2000g/KW·h，现选择动力效率为2000 g/KW·h和5000 g/KW·h两种曝气设备，对比二者的经济效益，对比结果见表1。
　　从表1中不难发现，动力效率具有巨大的作用，倘若仅考虑氧转移率，根本无法对其经济性进行分析，倘若同时考虑氧转移率及动力效率，那么在对曝气设备进行选取时，则有可能根本无法理清头绪。
　　6 结语
　　曝气设备是当下环境工程水处理中必不可少一项设备，唯有全面地掌握曝气设备的相关参数设定与性能，不断地提高曝气技术，才能有效地提升环境工程水处理的效率及效果，从而全面提升我国水资源的利用效率。在日后的经济建设过程中，环境工程水处理中曝气设备的应用仍是一个值得我们不断探索与研究的重要课题。
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