曝氣器是活性污泥法中的重要設(shè)備，是向生化污水處理工藝提供所需溶解氧、保證污水充分混合、使活性污泥懸浮的關(guān)鍵裝置。其性能的好壞不僅影響污水的處理效果，而且直接影響到城市污水處理設(shè)施的投資費(fèi)用和運(yùn)行成本。
我國現(xiàn)階段主要使用的中、微孔曝氣器主要有大中氣泡曝氣器和微孔曝氣器兩大類，工程中常用的大中氣泡曝氣器有：穿孔管曝氣器、雙環(huán)傘形曝氣器、固定螺旋曝氣器、盆型曝氣器等；工程中常用的微孔曝氣器有：鐘罩式微孔曝氣器、平板式微孔曝氣器、聚乙烯棒狀微孔曝氣器、懸掛曝氣鏈等；按空氣擴(kuò)散結(jié)構(gòu)可分為：多孔性擴(kuò)散和非多孔性擴(kuò)散結(jié)構(gòu)；按照材料可分為：陶瓷、橡膠膜片、聚乙烯、工程塑料 ABS。由于空氣擴(kuò)散構(gòu)造和所用材料的不同，造成它們的技術(shù)性能差異很大。采用工程塑料ABS 結(jié)合大中氣泡非多孔性曝氣方式、微氣泡擴(kuò)散結(jié)構(gòu)研制的旋混曝氣器，不易堵，氣泡小。旋混曝氣器具有優(yōu)良的充氧曝氣性能，氧利用率和動(dòng)力效率較高，攪拌能力強(qiáng)，不易被堵塞，布?xì)饩鶆颍惭b方便，布置簡單，使用壽命長，是國內(nèi)近年來綜合利用的環(huán)保型高科技產(chǎn)品，該產(chǎn)品的研制開發(fā)，降低了污水處理廠的投資費(fèi)用和運(yùn)行成本及管理成本，具有較高的綜合價(jià)值和社會(huì)意義。
1、曝氣器構(gòu)造及規(guī)格
該曝氣器內(nèi)外筒以工程塑料 ABS 為主要原料，擠壓成筒狀形態(tài)，曝氣芯以玻纖增強(qiáng) PA66 為主要原料，擠壓成桿狀形態(tài)，將其組裝成形。其特點(diǎn)氣孔在曝氣芯上均勻開有斜向內(nèi)切條縫結(jié)構(gòu)。規(guī)格見表 1。
2、曝氣器性能試驗(yàn)
2.1 試驗(yàn)裝置
曝氣實(shí)驗(yàn)裝置為：長×寬×高=1 800 mm×1 800mm×8 000 mm 矩形塑料曝氣池，體積 20 m3。試驗(yàn)設(shè)備連接見圖 1。
（1）曝氣池：1 800 mm×1 800 mm×8 000 mm。
（2）供氣設(shè)備：D14×18-2.5/6000 羅茨風(fēng)機(jī)。
（3）測量儀器：壓力測量采用 U 型壓力計(jì)，精度 6.0mmH2O；氣體測量采用 LEB-40 轉(zhuǎn)子流量計(jì)，精度：0.2m3/h； 溶氧測量采用 SJG-203 溶氧測定儀， 精度：±0.03mg/L。
（4）電子秒表：精度 1/100 s。
（5）托盤天平：精度 1.0 g。
2.2 試驗(yàn)方法及步驟
2.2.1 曝氣試驗(yàn)方法
為了進(jìn)行比較，試驗(yàn)對(duì)象均為自來水，測試風(fēng)量均為 2.5 m3/h，有效容積 19.44 m3，有效水深 6 m，距槽底 380 mm 處放置旋混曝氣器。在水質(zhì)、風(fēng)量、大氣壓強(qiáng)等因素不變的條件下，采取間歇靜態(tài)非穩(wěn)定法測試。將矩形有機(jī)玻璃槽中充滿水后，投加還原劑（硫酸鈉）和催化劑（硫酸鈷）進(jìn)行脫氧，待水中溶解氧濃度降為 0 后開始曝氣，同時(shí)記錄水中溶解氧濃度隨曝氣時(shí)間的變化值，直到水槽中溶解氧濃度達(dá)到飽和為止，然后計(jì)算曝氣性能技術(shù)指標(biāo)。 2.2.2 曝氣試驗(yàn)步驟
（1）在試驗(yàn)水槽中注入自來水至預(yù)定水深，將溶解氧儀探頭置于水深之半，開始曝氣，曝氣量 Q=2.5m3/h。測定水中溶解氧值，待溶解儀數(shù)值穩(wěn)定時(shí)記錄該值 C5，C5表示飽和溶解氧濃度（mg/L）。
（2）記錄大氣溫度、水溫和壓力表讀數(shù)。
（3）計(jì)算消氧劑及催化劑量，消氧劑 m(Na2SO4)=24×C5×V，催化劑量 m(CoSO4)=1.9×V，其中 V 表示曝氣槽有效體積（m3）。
（4）用溫水完全溶解 Na2SO4和 CoSO4后，倒入曝氣槽中，并適當(dāng)攪拌。
（5）待槽內(nèi)溶解氧濃度降至零時(shí)，啟動(dòng)氣泵，調(diào)節(jié)空氣閥，使空氣流量迅速達(dá)到 2.5 m3/h。
（6）記錄溶氧儀讀數(shù) C1，時(shí)間間隔為 0.5 min，當(dāng)溶氧儀讀數(shù) Cs達(dá)到飽和溶解氧 Cs值為止。
2.2.3 曝氣均勻性試驗(yàn)
為了確定旋混曝氣均勻性能，選擇實(shí)驗(yàn)容器中心，壓力為 101 kPa 時(shí)，進(jìn)行曝氣均勻性試驗(yàn)。
2.2.4 最大曝氣量試驗(yàn)
將旋混曝氣器放入水槽中，啟動(dòng)氣泵，調(diào)節(jié)空氣閥、開關(guān)、流量逐步加大，記錄壓力和風(fēng)量。試驗(yàn)數(shù)據(jù)及條件見表 2 和表 3。
3、試驗(yàn)結(jié)構(gòu)與討論
評(píng)價(jià)曝氣設(shè)備性能的基礎(chǔ)指標(biāo)是氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（KLas），技術(shù)指標(biāo)有供氧速率（Qc，mg/(L·h)）、氧利用率（ε，%）、理論動(dòng)力效率（E，kg O2/kW·h）。
式（1）中：dc/ dt為氧轉(zhuǎn)移速率，以水中單位時(shí)間的濃度變化表示；Cs為氣液界面處，液相中氧的飽和濃度；C 為液相中氧的實(shí)際濃度；Yc為液膜厚度；W為曝氣液體體積；A 為氣液接觸面積；DL為液膜中氧擴(kuò)散系數(shù)。
則有
式（2）~（3）中：KLa為試驗(yàn)狀態(tài)下氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)；將 KLa進(jìn)行溫度修正后，變成 20 ℃水溫、101.325 kPa下的 KLas值，此即為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)。
式（4）中：用 Qc代替式（3）中的 dc/ dt，KLa修正后以 KLas代入。
式（5）中：N理是不計(jì)損失，指輸入池內(nèi)的理論功率。
式（6）中：Q 為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的供氧量；0.28 kg/m3為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 1 m3空氣氧的重量。
試驗(yàn)結(jié)果表明旋混曝氣器充氧性能各項(xiàng)指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于中、微孔曝氣器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) HJ/T 256-2006，見表 4，其中標(biāo)準(zhǔn)氧總轉(zhuǎn)移系數(shù) KLas值較大，近 1.5 倍標(biāo)準(zhǔn)值，說明此旋混曝氣器傳遞阻力較小，供氧速度越快，氧傳遞速率快，氧轉(zhuǎn)移速率高；在實(shí)際中，曝氣器評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算和曝氣裝置有關(guān)，因?yàn)?KLa=(DL·A) (Yc·W)在試驗(yàn)條件一定的情況下，DL是一個(gè)幾乎不變的常數(shù)，曝氣泡在上升過程中所受水壓變化很小，A 值幾乎不變，同時(shí)曝氣槽體積 W 與液膜厚度 Yc較小，所以 KLa很大。在曝氣量和風(fēng)壓固定不變的情況下，ε、E 值僅受 Qc值大小的影響，而 Qc的大小即為氣泡在水中停留、氣液的接觸過程中，氣泡向水中轉(zhuǎn)移氧量的多少。
旋混曝氣器與同類產(chǎn)品的曝氣性能相比也有很大的提高。湘潭某廢水站，日排廢水 3 000 m3/d 的曝氣池中安裝此曝氣器后，較以前盤式微孔曝氣器，投資成本節(jié)約 40%，運(yùn)營和維修費(fèi)用節(jié)約 60%，COD 值也有明顯降低，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。
4、結(jié)論
旋混曝氣器氧利用率高，服務(wù)面積相對(duì)較大，阻力損失小、通氣量恒定、抗氣相和液相堵塞的性能優(yōu)良；并能提高生物處理效率、降低能耗、節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用，是一種綜合性能高的曝氣器。
該曝氣器以工程塑料 ABS 為主要原材料，制造工藝簡單，安裝方便，極具推廣使用價(jià)值。