近年来,随着我国经济的飞跃发展,城市化与工业化进程的不断加快,水体污染问题也日趋严重。水体污染严重破坏了生态平衡,影响了人身健康,侵占了宝贵的淡水资源,也制约了经济社会的可持续发展。因此,如何高效处理污水成为当今社会最亟待解决的问题。活性污泥法是生活污水、城市污水以及有机性工业废水处理中最常用的工艺,而曝气设备正是此工艺的核心设备。曝气设备的充氧性能直接关系到污水处理效果和成本。因此,设计并开发一种高效的曝气设备就成为对污水生化处理优化的一个重要方式,并可同时缩减污水处理费用,降低污水处理厂的污水处理成本。本课题组结合前人众多研究经验,提出了一种新型水下曝气设备的设计方案(已申请国家发明专利,专利号:ZL201420761174.5),并据此制作模型——自吸搅拌式水下曝气器。该水下曝气器区别于传统的水下曝气设备,具有诸多优势:电机位于液面之上,便于维护检修;一机多用,集搅拌、曝气功能于一身,能够实现二者功能的独立操作,可根据现场实际情况,选取不同操控方式,以利于在高效处理污水的同时节约能耗;不需外置鼓风设备,通过曝气叶轮旋转产生的负压自动吸入空气,降低了噪音,极大地节约了电能消耗;设备安装简便,无需于反应池底放置较多管道,最大程度的简化了管道供气方式,基建费用低,安装成本较低;设备进气筒选用塑料材质,更换简单,耐腐蚀性强,噪声较小,制作成本较低,更加节能环保。为了探究自吸搅拌式曝气器在不同工况下的曝气性能和在实际污水生化处理中的应用情况,本课题组分别进行了两项试验,即清水曝气试验和1kgCOD/(m3·d)COD容积负荷下的活性污泥培养驯化试验,试验结论如下:(1)设备的空隙度(将自吸搅拌式水下曝气器的进气筒下缘与曝气叶轮进水口上缘之间的距离称为空隙度)不可过大或过小,只有与对应曝气叶轮转速和淹没深度相匹配时,才能取得较理想的曝气效果。在现有试验转速、淹没深度条件下,适当缩减空隙度,可以使设备的充氧性能得到增强;(2)在试验确定的空隙度条件下,曝气叶轮临界转速与其浸没水深的平方根成正比;(3)在试验确定的空隙度、淹没深度(35cm)条件下,设备的充氧能力会随着曝气叶轮转速的提升而提升(调节转速依次为1100r/min、1300r/min、1500r/min、1700r/min、1900r/min)。但随着转速提升,设备在该工况下的进气量上升幅度逐渐趋于平缓,再增加叶轮转速对设备充氧能力的提升意义不大;(4)在试验确定的空隙度、曝气叶轮转速(1500r/min)条件下,适当的减小曝气叶轮淹没深度能够一定程度上提升设备的充氧能力;(5)利用自吸搅拌式曝气器为生活污水生化处理系统曝气,活性污泥在1kgCOD/(m3·d)的容积负荷等级下驯化成功。驯化完成后系统中COD、氨氮的去除率分别达到90%、97%,均达标排放,充分验证了自吸搅拌式曝气器的曝气性能,及在实际运行中的可行性。