氧化沟技术是污水处理技术中相对经济有效的沟渠形活性污泥法处理工艺,而保证氧化沟工艺反应效率的关键设备是表面曝气机。表面曝气机在曝气的过程中起到推流、搅拌、以及充氧等作用,具有结构简单、维修方便等优点,在污水处理工艺中得到广泛应用。但是目前我国自主开发的曝气机却寥寥无几,国内自主生产的曝气机在运行效率及充氧性能方面都不理想。经过大量基础研究,分析现有曝气设备的特点,设计出一种新型叶片曝气机。该类型叶片的曲面变化受曲线方程控制,通过试验论证,确定叶片的工作性能比较优越。本文针对性地研究叶片的几何参数和运行参数,寻找这两种参数与氧化沟流动特性之间的密切相关性,最终确定了一种曲面形状受非等角对数螺旋线曲面约束的新型曝气机叶片。通过模拟分析,得到该叶片流体性能优良,充氧效率高,叶片运行时,可以随着转速和负载的大小通过动态调节弯曲弧度来改变叶片的螺旋角,可以通过变动水量的负荷来控制氧气供给量,从而可以确保氧化沟的循环流动和设备的混合搅拌性能,动态地控制表面曝气机始终处于最佳工况点。新型曝气机可以降低曝气系统的能耗,满足氧化沟工艺中所需的适宜的曝气量,保证曝气池内不发生污泥的沉积,满足系统内最低的水流速度要求。研究倒伞型曝气设备的工作机理。即设备运行时,随着叶轮的旋转,液体呈现水幕状从叶轮叶片的边缘甩出,同时裹入大量的空气,同时不断地更新所搅拌的液面,从而完成曝气设备的充氧、混合及推流等过程。接着,设计出一种新型曲面叶片,叶片的曲面变化受到等螺旋角对数螺旋线方程的控制。用流体力学的相关理论讨论叶片的运行性能,然后运用软件对叶片进行有限元分析使其应力应变在控制范围内,从而得到叶片的最终曲面形状。然后,基于佛劳德相似准则,等比缩小地设计生产了新型曲面叶片表面曝气机,接着进行试验,通过测试曝气机的动力效率值,来研究新型曝气机的充氧性能随着曲面叶轮转速及叶轮浸没深度改变时的变化规律。结果表明:在叶轮转速为37.5rpm且叶轮浸没深度为41.25mm时,新型曝气设备的充氧性能优越,动力效率达到最佳值,并确定了设备高效运行时应控制的叶轮转速及叶轮浸没深度范围。通过总结曝气机的运行特点,可以确定新型叶片的叶轮的工作状态比较优越,与气液的传质理论相契合。本文优化创新设计的叶片促进了新型倒伞型曝气设备的研发,从而加快了城市污水厂的升级与优化。