一种微孔曝气器及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及好氧活性污泥法污水处理技术领域，具体来说是涉及一种微孔曝气器 及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 好氧活性污泥法处理污水已有一百多年历史，至今仍是污水处理不可替代的主流 工艺，据统计，国内已建和在建的市政污水处理80 %采用活性污泥工艺;有50 %的工业废水 处理也采用或部分采用该工艺。好氧活性污泥法处理污水工艺是基于自然水体中，有一种 微生物(细菌)在有氧条件，能以水中有机物中的碳作为呼吸代谢的能源和合成代谢的营养 源，微生物先将有机物分解，然后摄取部分有机碳进行呼吸代谢。产生的能量供微生物合成 代谢，同时摄取另一部有机碳，合成新的细胞。微生物的生命活动，最终将有机物转化为C0 2 和水被净化，微生物自身得到繁殖;水中的溶解氧在生化反应中作为电子受体而消耗了。这 一水体的自净原理，经过一百多年的改进、提高，形成现代污水处理厂。
[0003] 现代的污水处理厂，将微生物的生命活动，在特定环境一反应池内完成的。当废水 流入反应池后，同时不断向反应池充氧，充氧的氧源是空气，充氧的方式是向反应池鼓入空 气，即曝气。反应池中微生物，在有营养源和能源条件迅速繁殖，到数量达到一定的程度，微 生物表面的粘状物，使它聚集泥状的絮体，这一絮体在污水处理中有着独特的功能，所以必 须借助曝气进入反应池的空气动能，将反应液不断均匀混和，当微生物絮状体量有多余时， 通过沉淀，使水和泥分离，分离出的水，污染物已被去除，移出污处理系统，排入水体;而多 余污泥通过机械脱水，减少体积，作最后处理。因此曝气在污水处理过程中，是个举足轻重 的关键操作单元。
[0004] 污水处理厂是个高能耗企业，一个日处理20000m3污水规模的工厂，每天耗电约 16000~18000度，其中90%为工艺用电，而曝气在工艺用电中占60%。所以曝气这一操作单 元，既是工艺的关键单元又是高耗能的操作单元。要降低污水处理厂的能耗，以曝气为切入 点，是最佳选择。
[0005] 向反应池鼓入空气，空气在反应地中形成数量众多气泡，由空气泡中的〇2要转移 至水中，这是一个传质过程。传质是个浓差扩散过程，浓差的递度是扩散的推动力。而气泡 在水中液体表面和气泡均有一层膜，称之为界面膜。它是阻碍氧扩散的集中点
[0006] (1)氧的传递过程，通常用双膜理论解释，它的表达式为：
[0008] KL:液膜转移系数；
[0009] A:气液接触面积；
[0010] V:液体体积；
[0011] CS:氧在空气中的浓度；
[0012] C:氧在水中浓度。
[0013] 上式中KL值是由液面表面张力决定，可认为定值；（Cs-C)是扩散的推动，界面二测 的氧浓稳定，也可认为是定值。
[0014] 上式提示，只有扩大气液界面面积A，才能增大氧的转移量，在穿空曝气中，可以通 过改变扩散器的释气孔的大小，实现鼓入水中的空气形成微小气泡，扩大A的数值。
[0015] -个直径为10mm的气泡，气液界面积为314mm2; -个气泡直径为1mm的气液界面积 为3.14mm2·。一个直径为10mm气泡，可以分割成1000个直径为1mm的小气泡，它的表面积总 量，比一个直径为1〇_气泡的界面面积要大十倍。气泡直径与氧转移量关系如下：
[0017]气泡直径小，不仅可扩大界面积A，能提高氧转移量，而且气泡直径小，上升速度也 小，则二相传质时间可以移长，这也有助于氧的转移量，如下：
[0019] 理论分析，为提高曝气操作氧传移量，提出了具体方法。向水体鼓入的氧量与溶解 于水中的氧之此称氧的利用率。显而易见，氧利用率高的曝气方法，必然比氧利用率低的曝 气方法用的空气数量少。所以有着良好的节能效果。基于上述:环保装备产业界，对微孔曝 气的开发十分活跃。
[0020] 我国在80年代，已有微孔曝气扩散器产品出现在市场，该产品管形以塗塑织物开 以细缝而成，因使用寿命短而退出市场。目前市场上的产品，多以橡胶和三元乙丙橡胶等原 料的扩散器，结构形式有管形和盘形二种。
[0021] 这两种结构的微孔曝气扩散器，虽然结构不同，但（1)释气板(管)材料相同，都是 采用了高分子材；（2)产生微气泡的原理相同都是在压力作用使材料上的开的细缝，微微扩 张，空气在扩散的细缝中射击形成微小气泡；（3)都在池底下固定安装。
[0022]高分子材料种类很多，性能不一。有资料显示，国产一般膜片使用期仅0.5~2年， 有的进口膜片经济使用寿命也只有2-3年，优质的硅橡胶法国进口的可以用5-8年，但价格 十分昂贵。
[0023]高分材料制成膜片，最大特点是高分子材料都有一定弹性，在停机时弹性能将张 开的细缝恢复原状--闭合的状态，不会有水渗入管道。客观效果，众说纷纭。但有一点，在 设计上设置有排水管，不能不考虑存在渗水是有可能的。在对市场已有的产品分析基础上 认为造成渗水进入布气管，很重要的原因是橡胶长时间在80°C空气温度下工作，材料产生 疲劳变形，细孔产生缓慢的的撕裂而变大；易堵、阻力增加;加之表面在酸碱作用下材料表 面龟裂;加快孔型变大。这是材料综合症。
[0024] 将释放器固定在水池底部，那负面效应是十分明显的。因曝池内的微生物表面有 着粘状醣类物质微生物会在高分子材料表面附着繁殖，甚至成团，膜成了微生物生长的载 体，这无疑会使阻力增加，故需要用甲酸清洗。根据使用经验，每半个月需要清洗一次。清洗 后充氧能力才能有所恢复。
[0025] 微生物造成膜表面污染，严重时会造成发生突发的事件。当膜表面污染后，膜的出 气量逐渐减少，这样曝气的搅拌效果也明显减弱，使泥紧压在曝气膜片上面，泥积得越多， 放出空气就越来越少，而泥随空气量减少而加层沉积，最终不得不停机处理。
[0026] 现在市场产品运行的状态分析，普遍认为，开始使用效果很好的，但衰退较快，这 启示我们，能否有一种曝气装置能反复再生或更换少量零件，能整旧如新的新产品，并以低 廉的价格取代昂贵的进口商品。
【发明内容】
[0027] 本发明的目的是提供一种微孔曝气器，克服了现有技术的不足之处，具有不易发 生渗水、氧利用率高和低阻力的特点，而且可以离线清洗，制造成本也相对较低。
[0028] 本发明的另一目的是提供一种上述微孔曝气器的制造方法。
[0029] 本发明的目的是这样实现的：
[0030] -种微孔曝气器，包括：
[0031 ]布气管，所述布气管设置在水面上方；
[0032] 若干释气器，下垂设于水面下，包括释气器基层和释气器面层，所述释气器基层为 由碳素材料制成的空心筒，所述释气器面层设在所述释气器基层的外表面，由耐腐蚀金属 网板复合而成，所述释气器面层的厚度为50~80μπι;
[0033] 若干连接软管，每根连接软管一端连接至所述布气管且与所述布气管连通，另一 端连接至所述释气器且与所述释气器内部连通；
[0034] 其中，所述释气器基层的筒壁上设有直径为5~6mm的大孔，所述释气器面层上设 有直径为30~50μπι的小孔。
[0035] 进一步地，所述布气管设有支管，所述每根连接软管的一端连接至所述布气管的 支管，通过所述支管与所述布气管连通。
[0036] 其中，所述连接软管的另一端连接至所述释气器基层的上顶部。具体地，所述释气 器基层的上顶部设有接口，所述连接软管的另一端连接至所述接口，使所述布气管与所述 释气器内部连通。
[0037] 进一步地，所述释气器面层和释气器基层通过保护箍固定。
[0038] 本发明同时还提供了上述微孔的制造方法，该方法包括以下步骤：
[0039] (1)采用碳素坯，通过车削加工成空心筒，并在制得的空心筒的筒壁上进行钻孔、 磨光；
[0040] (2)将耐腐蚀金属网板通过氩弧焊拼接成一金属网板筒，所述金属网板筒的截面 周长略小于步骤(1)中所述空心筒的截面周长；
[0041] (3)将步骤(2)所制得的金属网板筒通过热套工艺复合固定在所述空心筒的外壁 上:将金属网板筒加热至150~160°C，套在所述空心筒外壁上，骤冷收缩使所述金属网板筒 复合在所述空心筒的外壁上，制得释气器；
[0042] (4)重复步骤(1)-(3)制得多个释气器；
[0043] (5)将制得的释气器通过连接软管连接至布气管。
[0044]其中，所述步骤（1)中，在制得的空心筒的筒壁上进行钻孔，所钻的孔的直径为5~ 6mm;所述步骤(2)中，所述金属网板的厚度为50~80μηι，所述金属网板的孔径为30~50μηι。
[0045] 进一步地，所述步骤(3)之后对所制得的释气器进行充水试验，确保