Комплексное сравнение эффективности переноса кислорода в системах мелкопузырьковой, струйной и вихревой аэрации.

Дата публикации: 25 февраля 2026 г.

Теги: Сравнение мелкопузырьковой и струйной аэрации, Лучшая система аэрации для высокой концентрации взвешенных твердых частиц в иле, Эффективность аэрации при различной глубине воды, Решения для аэрации промышленных сточных вод, Энергосберегающие технологии аэрации, Система мелкопузырьковой аэрации, Струйная аэрационная система, Вихревая аэрационная система

Стандартная эффективность переноса кислорода (SOTE) – измеряется в условиях чистой воды (20°C, 1 атм).

Фактическая эффективность переноса кислорода (OTE) – измеряется в реальных условиях эксплуатации очистных сооружений.

Эти два параметра имеют решающее значение для определения энергопотребления системы и совместимости технологических процессов.

В типичных условиях аэрации городских сточных вод общий порядок эффективности переноса кислорода выглядит следующим образом:

Аэрация мелкими пузырьками > Струйная аэрация > Вихревая аэрация

Однако в реальных условиях очистки сточных вод системы струйной и вихревой аэрации демонстрируют меньшее снижение эффективности, в то время как системы с мелкими пузырьками более чувствительны к качеству воды и концентрации осадка. Фундаментальные различия обусловлены размером пузырьков, временем контакта газа и жидкости и механизмами массопереноса.

В этой статье сравниваются три системы от:

Основные ценности эффективности

Механизмы переноса кислорода

Ключевые факторы влияния

Характеристики снижения эффективности в реальных условиях эксплуатации.

В настоящее время аэрация мелкими пузырьками является наиболее эффективным методом переноса кислорода в очистке сточных вод. Мембранные дисковые и трубчатые диффузоры широко используются в таких процессах, как:

Процесс ААО

Окислительный канал

процесс SBR

1.1 Основные ценности эффективности

Обычные мелкие пузырьки (диаметром 1–5 мм) на глубине 4–6 м:

СОТЕ: 25%–45%

Сверхтонкие пузырьки (<1 мм в диаметре):

Показатель SOTE может превышать 50% (единственная категория, стабильно превышающая 40%).

В реальных условиях очистки сточных вод (MLSS 2000–4000 мг/л):

ОТЕ ≈ 60–80% от СОТЕ.

1.2 Механизм эффективности

Мелкие пузырьки образуются через перфорации мембраны (отверстия 0,5–2 мм), в результате чего образуются микропузырьки со следующими свойствами:

Очень большая удельная площадь поверхности

Низкая скорость подъема (0,03–0,1 м/с)

Длительное время пребывания (3–5 минут)

Увеличенное время контакта газа и жидкости, а также сильная движущая сила межфазного массопереноса обеспечивают эффективную диффузию кислорода из газовой фазы в жидкую. Это классическая система, в которой преобладает межфазный массоперенос.

1.3 Ключевые факторы влияния

Глубина воды:

Каждый дополнительный метр увеличивает показатель SOTE примерно на 5–8%.

Концентрация MLSS:

Когда концентрация взвешенных твердых веществ в активном иле превышает 4000 мг/л, флокуляция осадка способствует слиянию пузырьков, снижая эффективность на 10–30%.

Загрязнение и засорение мембран:

Образование накипи и осадка приводит к увеличению размера пузырьков и значительному снижению эффективности. Регулярная очистка крайне важна.

Струйная аэрация сочетает в себе турбулентный массообмен и межфазный перенос, исключая образование мелких пор, которые могут засоряться. Аэрация и перемешивание интегрированы, что делает её подходящей для:

Высококонцентрированные органические сточные воды

Промышленные сточные воды с взвешенными частицами

Применение, требующее интенсивного перемешивания.

2.1 Основные ценности эффективности

Самоаспирационные струйные аэраторы (глубина 4–8 м):

СОТЕ: 15%–30%

Системы струйного нагнетания под давлением (с внешним воздуходувным питанием):

СОТЕ: 30%–35%

В условиях высокой концентрации взвешенных твердых веществ в атмосфере:

ОТЕ ≈ 70–90% от СОТЕ

2.2 Механизм эффективности

Вода под высоким давлением подается через сопло, создавая отрицательное давление, которое затягивает воздух и образует пузырьки среднего размера (5–20 мм).

Основные характеристики:

Дальность проникновения струи: 5–10 м

Сильная турбулентность разрушает пограничный слой жидкости.

Расширенная зона взаимодействия газа и жидкости

Хотя площадь поверхности пузырьков меньше, чем у мелких пузырьков, турбулентное перемешивание компенсирует эту разницу, усиливая диффузию кислорода.

2.3 Ключевые факторы влияния

Давление струи и газожидкостное соотношение:

Оптимальное соотношение: от 1:3 до 1:5

Недостаточное давление снижает попадание воздуха и эффективность резки.

Глубина воды:

Каждый дополнительный метр увеличивает показатель SOTE примерно на 3–5%.

Влияние на качество воды:

Минимальная чувствительность к концентрации осадка или взвешенных частиц. Отсутствие засорения.

Вихревая (или смешанная) аэрация создает пузырьки среднего и крупного размера и отличается простой конструкцией с высокой устойчивостью к засорению. Подходит для:

Небольшие очистные сооружения для сточных вод

Периодическое применение аэрации

Плохое или нестабильное качество воды

3.1 Основные ценности эффективности

Глубина воды 3–5 м:

СОТЕ: 8%–15%

Глубина воды более 5 м:

Повышение эффективности <2%

В реальных условиях очистки сточных вод:

ОТЕ ≈ 80–95% от СОТЕ

(Наименьшее снижение эффективности среди трех типов)

3.2 Механизм эффективности

Воздух поступает в вихревую камеру и расщепляется на более крупные пузырьки (диаметром 20–50 мм).

Характеристики:

Скорость подъема: 0,2–0,5 м/с

Время пребывания в организме: 1–2 минуты

Меньшая удельная площадь поверхности

Ограниченное нарушение пограничного слоя

Перенос кислорода в основном основан на межфазном переносе на поверхности, что приводит к относительно низкой эффективности.

3.3 Ключевые факторы влияния

гидравлические условия резервуара

Наличие мертвых зон

Конфигурация структурных выходов

Качество воды, концентрация осадка и уровень pH оказывают минимальное воздействие. Компоненты не засоряются.

Рекомендуется для:

муниципальные сточные воды

Промышленные сточные воды низкой концентрации

MLSS ≤ 4000 мг/л

Строгие требования к энергопотреблению

Системы с мелкодисперсным пузырьком значительно снижают энергопотребление воздуходувки, но требуют регулярного технического обслуживания.

2. Струйная аэрация – предпочтительна для очистки сточных вод высокой концентрации примесей.

Рекомендуется для:

ХПК > 1000 мг/л

Сточные воды с высоким содержанием взвешенных частиц или содержащие нефть

MLSS > 5000 мг/л

Применение, требующее интенсивного перемешивания.

Струйная аэрация обеспечивает стабильную передачу кислорода в сложных условиях.

3. Вихревая аэрация – предпочтительный метод для применений, не требующих сложного обслуживания.

Рекомендуется для:

Небольшие очистные сооружения (<1000 м³/день)

Системы периодической аэрации (например, маломасштабные системы SBR-реакций)

Ограниченные ресурсы для технического обслуживания

Несмотря на более низкую эффективность использования кислорода, это обеспечивает надежность в эксплуатации.

Основное различие между тремя системами аэрации отражает баланс между:

Эффективность переноса кислорода

Операционная стабильность

Требования к техническому обслуживанию

Адаптивность процесса

Аэрация мелкими пузырьками обеспечивает максимальную эффективность использования кислорода, но требует более тщательного обслуживания и стабильных условий воды.

Струйная аэрация обеспечивает баланс между эффективностью использования кислорода, перемешиванием и предотвращением засорения.

Вихревая аэрация отдает приоритет простоте и надежности в эксплуатации, а не эффективности.

В практической работе по очистке сточных вод одного лишь показателя эффективности переноса кислорода недостаточно для выбора системы. Инженеры должны оценить:

Требования к процессу

Характеристики сточных вод

целевые показатели энергопотребления

Производственная и ремонтная мощность

Например, в аэробной зоне системы AAO обычно предпочтительнее использовать мелкопузырьковую аэрацию. Если требуется дополнительное перемешивание осадка, то сочетание мелкопузырьковых диффузоров с частичной струйной аэрацией может обеспечить оптимизированное решение « высокая эффективность использования кислорода + дополнительное перемешивание ».