供气式射流曝气系统的设计应用制造浅析.pdf

供气式射流曝气系统的设计、应用及制造浅析
----作者：上海巴博环保技术有限公司曹振国

实践证明，在废水生化处理系统中，曝气系统的能量消耗（电力）约占整个废水处理
的70%，同时也是系统机械维护的重点所在。因此，曝气系统的动力效率和机械性能的优劣
是废水处理系统运行经济性的关键因素，供气式射流曝气器在此方面的卓越表现令人关注。

1、历史发展与在我国的应用

供气式射流曝气器最早出现在美国，1984年MarkNeville（马克.尼维尔）在美国创立
MTS公司（MassTransferSystems,Inc）,成为全球射流混合及曝气系统的领导者，1996
年MTS被收购。两年后，MarkNeville带领部分团队成员组建新公司（KLA系统公司），
与MTS在射流曝气市场分庭抗礼。本世纪初，两家公司几乎同时进入中国市场，并各自成
功应用于污水生化处理系统，目前有数十个项目、几百套供气式射流曝气系统在我国各大
制浆、造纸企业的各种污水生化处理工艺中应用。效果良好，运行稳定。

2、工作原理

供气式射流曝气器的传氧机理是大量高动能的气、液两相流同时从一系列复合嘴喷混
合、喷射、释放，形成微小气泡的扩散过程。即高速动力液流（motiveliquid）从内喷嘴射
释放，低压空气流在内、外喷嘴复合叠套形成的腔体内被高速液流不断剪切，二者迅速剧
烈混合；高动能、高溶氧的气液两相体从外喷嘴高速喷射释放到液体空间（曝气池混合液），
并将周围液体夹裹卷入扩散混合区域，形成大量微小气泡从池底垂直上升至曝气池表面，
从而达到传氧与混合搅拌的双重效果。如下图1所示：

在生化处理系统中，动力液流（motiveliquid）是由离心泵抽取曝气池内混合液循环提
供；低压空气一般则是由鼓风机供应。

3、性能优点

高速射流产生独特的氧传递和水力效果，即极高的氧总传质系数（Kla）和高强度混合
搅拌功能。这两个特性在射流曝气系统中具体表现为以下4个方面的优势：

1）高曝气效率（Highaerationefficiency）
2）更高的氧利用率（Higherpercentageofoxygenutilization）
3）高层搅拌和过程控制（Superiormixingandprocesscontrol）
4）好氧曝气过程与缺/厌氧混合过程可以独立控制，自由切换。（Independentcontrol
ofmixingandoxygentransfer）
供气式射流曝气系统布置和控制原理如下图2

4、射流曝气系统设计

曝气设备传氧能力一般以向标准情况下，即20°C、一个大气压力、溶解氧浓度0毫
克/升的清水传递的氧量--标准需氧量(SOR)来确定。曝气系统的设计目标就是把实际需
氧量(AOR)，使用下列公式转换成标准需氧量(SOR)：

标准需氧量(SOR)

SOR=___________________AOR___________________
((β×CWALT×DC)-CL)
(T-20)
α｛⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯｝θW
*
(C20×DC)

α=Kla废水/Kla清水

β=废水与水的氧溶解度比值

通过以上公式式可以看出，α值与SOR成正比，它是唯一与曝气设备有关的参数，对
曝气系统设计具有重大影响。前面提到过，曝气系统的能耗大约占到整个生化处理系统
能耗的70%左右。因此α值是曝气系统设计要考虑的最重要的因素。相较于其他曝气设备，
射流曝气系统会产生更高的α值。对于工业废水如纸浆/纸、制药、化工和食品加工等污
水尤其如此。射流曝气器α值高的这一特性是由于此类废水在射流曝气器的湍流混合的水
力条件下产生的。在工业废水生化处理系统中，各种曝气器对α值影响及相对能耗总结如
下表一：

曝气器类型α相对SOR（%）相对能耗（%）
射流曝气0.90100100
粗孔曝气0.70129157
微孔曝气0.40225142
表曝机0.90100130

表一
请注意，虽然SOR与α值成正比，但相对能耗与其并非为简单的线性关系。这是因为
不同曝气设备的氧利用率(或称氧传效率SOTE)的差别对能耗也有影响。例如，对于水深
6米的曝气池，微孔曝气、射流曝气、粗孔曝气的氧传效率分别为31%、26%和16%。
所以SOTE和α值共同决定了一套曝气系统的运行能耗。对于市政污水，使用射流曝气和
微孔曝气的α值差别并不大，所以对于市政污水而言，具有更高SOTE的微孔曝气器能耗
更少。但是市政污水一般都需要脱氮除磷的厌氧缺氧过程，而这正是微孔曝气系统无法
独立完成却是射流曝气系统擅长的特点，即射流曝气系统可以在缺氧/厌氧和好氧过程之
间自由切换，独立控制。并且射流曝气器20年的使用寿命、无堵塞、损坏、无池内维修
的优势也是微孔曝气无法比拟的。