一个多世纪以来，曝气一直是处理废水的主要方法。这是一种降低生物需氧量(BOD)和控制气味的天然方法。在序批式反应器(SBR)过程中，曝气通过在废水和活性污泥的混合物中鼓泡空气来促进硝化作用，鼓励好氧微生物的繁殖，这些微生物消耗营养物质并将氨转化为亚硝酸盐和硝酸盐。
用于SBR工艺的两种技术是气泡扩散曝气和喷射曝气。在气泡扩散曝气中，氧气以气泡的形式被引入，气泡被泵入穿过水箱底部排列的扩散器网格。在喷射曝气中，这是通过一排混合喷嘴在高速和高压下完成的，它提供了独立于曝气和除了曝气之外的混合能力。
细泡膜扩散器以氧气传递效率高而闻名，但气泡扩散技术已经从简单的带气孔的管道发展到粗泡设计，再到今天使用陶瓷、膜等扩散器材料的细泡设计。细气泡扩散系统往往比它们的粗气泡前辈更节能。
降低SBR维护成本
膜扩散器通过产生提供更多空气/水表面界面的细气泡来实现高氧传输效率，从而在给定的功率输入下实现更多的氧气传输。如果维护得当，它们可以提供高效率和低能源成本。
活性污泥环境，特别是SBR，对扩散器不友好，因为生物质发现膜表面是一个理想的生长场所。与清洁水相比，新型扩散器在废水中的效率降低了35%至50%。随后的污垢会使效率再降低30%至50%。因此，细气泡扩散器必须经常监测和清洗，要求每隔6个月至2年将容器取出并排水。此外，膜会磨损，每4到10年必须更换一次。这些作业必须在盆地内进行，有相关的危险密闭空间和安全要求。
喷气曝气的优点
喷射曝气结合了高氧转移效率和广泛的其他特点，可以在SBR应用中提供显著的生命周期优势。
SBR系统中使用的射流曝气系统由泵送的混合液驱动，这些混合液通过许多复合射流组件的每个喷嘴再循环。空气通过常规鼓风机输送到每个喷嘴的外部喷嘴。该系统具有充气(泵和鼓风机)或混合(仅泵)的灵活性。进入系统的空气可以无限变化或完全关闭，泵将提供所需的混合作用，增强过程控制。BETVICTOR体育官网可实现的反硝化可将曝气功率需求降低35%以上。
在需要脱氮(反硝化)的应用中，细泡扩散器系统需要一个单独的混合器进行缺氧混合。射流曝气的能力提供曝气或缺氧混合，独立，消除了这一需要。此外，射流曝气器在正常运行过程中，每个喷嘴可以接收从0到80标准立方英尺/米(SCFM)的任意数量的空气流量。
喷射曝气可以适应广泛的曝气速率而不损坏。细气泡扩散膜可能受到拉伸或撕裂，如果严重污染或发送过多的气体速率。扩散器膜或管道的任何缺口都可能使混合液体进入扩散器网格系统，导致堵塞和潜在的灾难性故障，因为固体堵塞管道和其他膜。此外，污染的扩散器对鼓风机排气压力造成高达0.7磅/平方英寸(psi)的额外扬程损失，使总功率增加10%以上。
相反，射流曝气系统被设计成常规地填充混合液体。当泵和鼓风机重新打开时，混合的液体简单地通过喷嘴被推出。
清洁和脏水转移
细气泡扩散器是一种可用于清洁水中的高效曝气技术。然而，在脏水(即野外条件)中，大部分效率可能会被抵消。野外曝气效率与清水曝气效率之比为alpha值。影响扩散器效率的因素有很多，包括:
- 在废水中发现的表面活性剂和溶解有机物
- 增加混合液悬浮固体(MLSS)水平
- 膜污染
在高负荷(高F:M[食品:微生物])反应器中或在间歇式反应器中充气填充时，当可溶性有机物和表面活性剂最集中时，扩散器性能最低。测试废料对扩散器的抑制alpha效应至关重要，由于表面活性剂或消泡剂，扩散器的效率可降低75%。在这些情况下，扩散器的效率永远不会大于旧的，未清洗的膜系统在一个城市曝气池。
喷射曝气器在处理各种废水时，通常只表现出轻微的效率降低。这是由于射流空气/液体放电柱中的高局部液体速度，剥离了空气/水界面中积累的表面活性剂，允许氧气继续转移。事实上，一些工业废物已经被证明可以通过加强射流剪切作用和形成大量微米大小的气泡来提高射流曝气效率。
英国使用的一种评估方法应用标准曝气效率测试，但在清洁测试水中添加5毫克/升(mg/L)阴离子洗涤剂，以接近再现实际废水曝气条件。
在这种介质中进行的广泛测试得出的结论是，射流曝气的alpha因子为0.9(或氧转移抑制10%)，细泡扩散器的alpha因子约为0.5(或抑制50%)。英语测试数据反映在普遍认可的细气泡扩散的alpha值0.4至0.6，而射流曝气的alpha值为0.7至0.9。
加州大学洛杉矶分校(University of California Los Angeles)的Mike Stenstrom博士是世界上首屈一指的曝气独立专家之一，他报告的测试结果发现，清洁扩散器的直接曝气损失为40%，随后在第一年内效率损失为30%。由于射流需要再循环泵，扩散器需要混合器(在sbr中)，如果扩散器定期清洗，净功率使用是相似的。
喷射曝气系统由玻璃纤维增强塑料(FRP)或316不锈钢(SS)制造，使用寿命为50年或更长，维护最少，效率高。因此，如果每年清洗，细气泡扩散器可以更有效。Stenstrom表示，相关成本包括:
- 通常每个水池需要一周的时间进行排水/清洗/填充
- 一个额外的批式反应器盆或分流泻湖，在清洗过的盆停止使用时使用
- 扩散器头部损失和效率废气监测系统，在需要清洗时提醒操作人员
长期维护
如上所述，细孔扩散器在投入使用的当天可能会失去40%的效率，需要每年维护，并且需要每4到7年更换一次。性能降解速率取决于温度、混合液固体浓度、废水中表面活性剂或其他化学物质的存在、产气速率、废水的矿物成分和许多其他因素。此外，所需的额外混合器位于盆内，必须移除进行维护。
喷射曝气机除了每月5分钟的冲洗外，几乎不需要例行维护，冲洗通常是自动化的，在不需要喷射时执行。流道大而光滑，不受生物污染的影响。喷气机的预期寿命可以超过50年，而氧气传递效率不会降低。喷射再循环泵确实需要偶尔更换机油或轴BETVICTOR体育官网承，泵叶轮有时需要在使用数年后更换。
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由于典型的射流曝气系统在池内没有机电部件或膜需要维护，因此任何常规维护都可以在池外自动化进行，不会中断SBR的运行。在SBR布局中，这允许所有机电设备与过程控制系统一起位于靠近储罐的一栋建筑内。这种配置也允许扁平或圆顶罐盖时，需要。
什么选择是最好的?
曝气和混合系统是任何活性污泥工艺的核心。SBR系统的曝气和混合技术的选择必须考虑到设施的排放许可，其总体能源需求，维护成本和影响，以及日常性能。
在大多数应用中，喷射曝气结合了高效率和灵活性，最低的安装和维护成本，低能源成本和长期可靠性。