曝氣池

曝氣是使空氣與水強烈接觸的一種手段，其目的在於將空氣中的氧溶解於水中，或者將水中不需要的氣體和揮發性物質放逐到空氣中。換言之，它是促進氣體與液體之間物質交換的一種手段。它還有其他一些重要作用，如混合和攪拌。空氣中的氧通過曝氣傳遞到水中，氧由氣相向液相進行傳質轉移，這種傳質擴散的理論，應用較多的是劉易斯和惠特曼提出的雙膜理論。

雙膜理論認為，在“氣-水”界面上存在著氣膜和液膜，氣膜外和液膜外有空氣和液體流動，屬紊流狀態；氣膜和液膜間屬層流狀態，不存在對流，在一定條件下會出現氣壓梯度和濃度梯度。如果液膜中氧的濃度低於水中氧的飽和濃度，空氣中的氧繼續向內擴散透過液膜進入水體，因而液膜和氣膜將成為氧傳遞的障礙，這就是雙膜理論。顯然，克服液膜障礙最有效的方法是快速變換“氣-液”界面。曝氣攪拌正是如此，具體的做法就是：減少氣泡的大小，增加氣泡的數量，提高液體的紊流程度，加大曝氣器的安裝深度，延長氣泡與液體的接觸時間。曝氣設備正是基於這種做法而在污水處理中被廣泛採用的。

曝氣方法可分為兩種，主要有鼓風曝氣和機械曝氣。

又稱壓縮空氣曝氣，主要由曝氣風機及專用曝氣器組成。採用這種方法的曝氣池，多為長方形混凝土池，池內用隔牆分為幾個單獨進水的隔間，每一隔間又分成幾條廊道。污水入池后順次在廊道內流動，至另一端排出。空氣是用空氣壓縮機通過管道輸送到設在池底的空氣擴散裝置，成為氣泡彌散逸出，在氣液界面把氧氣溶入水中。擴散裝置有多孔管、固定螺旋曝氣器、水射器和微孔擴散板等四種不同型式。

鼓風曝氣是影響污水處理廠出水水質和降低能耗的重要部分。由於污水處理過程的非線性、滯后性和時變性等特點，很難確定溶解氧(DO)的需求量，常規的恆定曝氣控制存在著溶解氧濃度波動大、曝氣耗費大、曝氣不精確等問題。

一般是利用裝在曝氣池內的機械葉輪轉動，劇烈攪動池內廢水，使空氣中的氧溶入水中。葉輪裝在池內廢水表面進行曝氣的，稱為表面曝氣。這種裝置通過葉輪的提水作用，促使池內廢水不斷循環流動，不斷更新氣液接觸面以增大吸氧量。葉輪旋轉時在周緣形成水躍，可有效地裹入空氣；葉片后側產生負壓，可吸入空氣，所以充氣效果較好。葉輪浸水深度和轉速可以調節，以保證最佳效果。典型的機械曝氣池有圓形表面加速曝氣池、標準型加速曝氣池、IO型加速曝氣池和方形加速曝氣池等。鼓風曝氣和機械曝氣兩種方法有時也可聯用，以提高充氧能力，這適用於有機物濃度較高的污水。

潛水自引氣曝氣機是一種應用於污水處理系統中節能、環保的新型機械曝氣設備。目前國產的潛水自引氣曝氣機的曝氣深度較淺、效率低、耗電率和製造成本高。開發一種高效、低能、下潛深度、動力效率高的潛水自引氣曝氣機將具有重要的理論意義和廣闊的市場前景。

污水進入水廠，經過格柵池至集水間，由水泵提升到平流沉砂池，經初沉池沉澱后，大約可去除SS45%,BOD 25%.污水進入曝氣池中曝氣，可從一點進水，採用傳統活性污泥法，也可採用多點進水的階段曝氣法。在二次沉澱池中，活性污泥沉澱后，迴流至污泥泵房。二沉池出水經加氯處理后，排入水體。

曝氣池一般和沉澱池組成聯合工藝流程。設置在曝氣池前面的稱初次沉澱池，設置在曝氣池後面的稱為二次沉澱池，分別用於廢水的預處理和后處理。曝氣池也有和二次沉澱池合建的。這種設施由曝氣區、導流區、沉澱區、迴流區四部分組成。導流區的作用是使污泥凝聚和使氣水分離，為沉澱創造條件。在曝氣區內廢水與迴流污泥充分混合，然後經導流區流入沉澱區，澄清后的水經溢流堰排出。沉澱污泥沿曝氣區底部迴流入曝氣池。這種設施結構緊湊，流程短，可以節省污泥迴流設備。

又創造出一些新型曝氣方法，如深井曝氣、純氧或富氧曝氣和配合其他生物處理方法的曝氣等。深井曝氣一般用直徑1～6米、深達50～150米的曝氣池，利用水壓來提高水中氧的移轉速率，以高效去除污水中BOD（生化需氧量）。這種曝氣池已在英國、德意志聯邦共和國、法國、加拿大、美國、日本先後投入運行或實驗運行。純氧曝氣是按鼓風曝氣方法向水中鼓入純氧或富氧空氣，池型一般如鼓風曝氣池，上加密封蓋，以充分提高充氧效率。另外還在研究和發展一些特殊型式的曝氣池，如生物接觸氧化和生物膜載體流化床曝氣池等（見生物膜法）。曝氣池在朝著高效率、小體積、節省能源的方向發展。

長期以來，城市生活污水的二級生物處理多採用活性污泥法，它是當前世界各國應用最廣的一種二級生物處理流程，具有處理能力高，出水水質好等優點。但卻普遍存在著基建費、運行費高，能耗大，管理較複雜，易出現污泥膨脹、污泥上浮等問題，且不能去除氮、磷等無機營養物質。對於我國這樣一個資源不足、人口眾多的發展中國家，從可持續發展的角度來看，並不適合中國國情。由於污水處理是一項側重於環境效益和社會效益的工程，因此在建設和實際運行過程中常受到資金的限制，使得治理技術與資金問題成為我國水污染治理的“瓶頸”。如何使城市污水處理工藝朝著低能耗、高效率、少剩餘污泥量、最方便的操作管理，以及實現磷回收和處理水回用等可持續的方向發展。已成為水處理技術研究和應用領域共同關注的問題，就要求污水處理不應僅僅滿足單一的水質改善，同時也需要一併考慮污水及所含污染物的資源化和能源化問題，且所採用的技術必須以低能耗和少資源損耗為前提。