环保水处理知识：表面曝气的含义与作用

表面曝气（surface aeration）是一种机械曝气方式。 [7]

在废水处理中，一般将叶轮安装于曝气池液表面，利用叶轮的转动实现提水和输水，使曝气池内形成环流，更新气、液接触面和不断吸氧；形成水跃，使液体剧烈搅动而裹进空气；形成低压区，吸入空气以充氧。 [4]

表面曝气机利用马达直接带动轴流式叶轮，将废水由导管经导水板向四周喷出并形成一薄片的水幕，在飞行途中和空气接触形成水滴，在落下时撞击液面，液面产生乱流及大量的气泡，使水中含氧增加。 [3]

表面曝气设备安装在曝气池水面上下，在动力的驱动下进行转动，通过水跃、提升、负压吸气三个作用将空气中的氧转移到污水中。该设备具有构造简单、运行管理方便、造价低等优点，适用于中、小规模的污水处理厂。 [4-5]按照转轴的方向不同可以分为竖轴式和水平轴式两类。 [4]

在废水处理中，一般将叶轮安装于曝气池池液表面，利用叶轮的转动实现提水和输水，使曝气池内形成环流，更新气、液接触面和不断吸氧；形成水跃，使液体剧烈搅动而裹进空气；形成低压区，吸入空气以充氧。 [1-2]

其核心是通过“水跃”、“提升”、“负压吸气”三个作用将空气中的氧转移到污水中。 [4]

研究表明，在无挡板的表面曝气系统中，循环流量与形成的涡流深度相互关联，二者对曝气系统的性能（特别是氧转移过程）有深远影响，氧转移速率可以基于循环流量建立放大标准。 [1]

在表面曝气领域，相关研究与发展主要聚焦于机理探究、节能控制技术及设备结构优化等方面。在机理研究方面，有研究关注循环流量和涡流对无挡板表面曝气系统性能及氧转移过程的深刻影响，并基于循环流量建立了氧转移率的放大准则 [1]。在节能控制方面，针对Carrousel氧化沟，有研究设计了表面曝气节能控制系统，该系统通过变频控制、模型选频及神经网络模型优化曝气机运行，以实现节能降耗 [8]。在设备优化方面，有专利通过在水面以上的浮筒表面设置水流分散凸起，以细化水珠、增大气液接触面积来增强曝气效果，同时增加浮筒强度和防滑性 [9]；另有专利改进采用圆柱斜齿轮减速箱、螺旋锥齿轮输出端及自动/手动一体式升降器，旨在提高设备处理能力、可靠性，延长叶轮寿命，并方便调节充氧量 [10]。

表面曝气设备具有构造简单、运行管理方便、维护简单、造价较低、充氧效率较高等特点。适用于中、小规模的污水处理厂 [4]。但由于在曝气过程中可能产生大量泡沫，阻碍液面吸氧，降低溶氧效率，因此不适用于易产生泡沫的污水处理 [5]。

为提高性能和使用寿命，一些改进设计包括：在浮筒表面设置水流分散凸起，以细化水珠、增大气液接触面，提高曝气效果，同时增加浮筒强度并起到安全防滑作用 [9]；采用自动或手动一体式升降器调节叶轮淹没深度（行程在100-200mm之间），以控制充氧量；叶轮片之间设置连接加强杆以提高使用寿命。叶轮直径通常在600-3250mm之间 [10]。

按照转轴的方向不同可以分为竖轴式和水平轴式两类。 [4]

表面曝气适用于生活污水、农牧养殖供氧及其他各种工业污水曝气 [3]，并常用于中、小规模的污水处理厂 [4]。此外，它还用于饮用水处理，以去除二氧化碳、硫化氢等物质并氧化铁和锰 [2]。

表面曝气机的优点包括设施简单、集中，不需要鼓风机房及大量布气管道和曝气头，可节约成本 [5]；其具有构造简单、运行管理方便，并能增加水中含氧的优点 [3] [7]；同时设备简单、维护方便、造价低 [4]。

缺点包括不适用于在曝气过程中会产生大量泡沫的污水处理，因为泡沫会阻碍液面吸氧，降低溶氧效率；在处理大量污水时，若采用多台设备会失去成本优势，增加基建、运行及维护费用，此时鼓风曝气可能更优 [5]；此外，某些表面曝气设备（如浮筒曝气搅拌器）可能存在曝气效率低、能耗高的问题 [6]。

表面曝气机是一种机械曝气设备，通常由马达、传动轴、轴流式叶轮和浮筒等主要部件构成 [3]。其工作原理是利用马达驱动叶轮旋转，提水和输水，使曝气池内形成环流，更新气液接触面，并通过水跃、负压吸气等方式将空气中的氧转移到水中 [7]。主要部件包括：马达，通常为防水全封闭风扇冷却型，安装在喷射区上方；传动轴，由不锈钢制成；轴流式叶轮，由不锈钢制成，设计确保在马达不过载的前提下达到最大的水力传输；浮筒，外壳由加强玻璃纤维制成，内填充高密度聚乙烯泡沫塑料，提供浮力与支撑 [3]。