污水处理中的脱气工艺

一、脱气or曝气基本概念

脱气和曝气是水处理中常见的两种传质过程， 前者是把溶解在水中的气体移出去，而后者则是把气体(空气)溶到水中来。 

脱气过程属于气-液相转移分离过程，即将气体(载气)通入废水中，使之相互充分接触，使废水中的溶解气体和易挥发的溶质穿过气液界面，向气相转移，从而达到脱除污染物的目的，所以也常把脱气工艺叫做“吹脱”。 

水和废水中常常会含有溶解的气体，天然水中就含有多种气体。由于氧气和氮气是大气的主要成分，地表水主要含有这两种气体。二氧化碳则是另外一种常见的大气成分，其浓度因地而异，很大程度上取决于该地区的工业生产和人居情况。

所以二氧化碳也是一种水中常见的气体。例如用石灰石中和含硫酸废水时产生大量CO2,水在软化脱盐过程中经过氢离子交换器也产生大量CO2。 

氮气和氧气的性质与二氧化碳有较大差别，前两者在水中不会电离，所以这些分子在溶液中会产生气压；二氧化碳在水中生成可以电离的碳酸，所以只有那些尚未反应的部分会产生气压。当pH值低于4.5时，在水中溶解的所有二氧化碳均以气体形态存在；在pH值高于8.5时，所有的二氧化碳被电离。 

其他常见的可电离气体有H2S、HCN和NH3等。 

 

生物的呼吸作用影响了水中气体的组成。土壤细菌在井水中可以制造出大量的二氧化碳；深井水中没有氧气是因为某些细菌已经从渗透的地表水中消耗了氧气。沼泽和浅水湖底部的有机残骸，经厌氧分解一般产生H2S和CH4,有时候在井水中也会发现甲烷。 

上述气体可能对系统产生侵蚀，或者本身有害，或对后续处理不利，因此必须分离除去。 

脱气的主要目的是要从水中去除各种有害气体，而曝气的主要目的则是往水中充氧。脱气的过程主要是物理的相转移过程，而气则要复杂些， 伴随着空气中的氧气进入水中，同时会有一些氧化反应发生。所以它是一种物理-化学乃至生化的过程。 

随着生化过程进人了污水处理的领域，曝气工艺也受到了重视。例如曝气生物滤池技术、SBR (序批式活性污泥处理)技术等。

一、脱气工艺原理

根据气-液相平衡和传质速度的理论，在气液两相系统中，溶质气体在气相中的分压与该气体在液相中的浓度成正比。

当该组分的气相分压低于其溶液中该组分浓度对应的气相平衡分压时，就会发生溶质组分从液相向气相的传质。传质速度取决于组分平衡分压和气相分压的差值。

气液相平衡关系和传质速度随物系、温度和两相接触状况而异。对给定的物系，通过提高水温，使用新鲜空气或负压操作，增大气液接触面积和时间，减少传质阻力， 可以达到降低水中溶液浓度、增大传质速度的目的。 

气体在液体中的溶解度与液面上该气体的平衡分压成正比，这就是亨利定律。另外一个重要的关于气体溶解度的定律是道尔顿定律，它指出:混合气体的总压等于这些气体各自分压之和，并且这与它们的摩尔比或体积比有直接关系。

例如，空气一般情况下含有80%的氮气和20%的氧气，并且通常大气压为101325Pa(760mmHg)。道尔顿定律指出， 

空气中O2的分压为152mmHg(0.20X760mmHg)，N2的分压为608mmHg(0.80×760mmHg)。

温度对于气体溶解度有很大影响，当温度上升时，溶解度就会减小。这是因为温度的上升导致水本身的蒸气压增大，以至于液气界面上溢出的水分子带走了其他气体分子。 

还有一个对气体溶解度有重要影响的因素是气体分子在水中的扩散。当温度升高时，气体活动加快，水的黏度降低，扩散速度会增大。 

二、脱气的方式

1、脱气池

脱气池是一种最简单有效的脱气设施，可以依靠池面液体和空气的接触，来脱除溶解的气体，这种脱气池称自然脱气池，适用于溶解气体易挥发， 以用于酸性冷凝物的蒸气解吸。 水温较高，风速较大，有开阔地段且不易产生二次污染的场合。它的脱气效果一般和储存时间、水层深度、液面面积有关。

为加强脱气效果，通常可以在池内安装带孔的塑料通气管或在水面安装喷水管，就成了强化脱气池。喷水管的安装高度应离水面1.2~1.5m，为防水的损失，可以在四周加挡板或百叶窗。

也可以把脱气池设计成矩形折流式的水池，池中有意识地加几堵隔断，增加水的分割度，水底安装具孔塑料管来曝气。

2、脱气塔

为提高脱气效率，回收有用气体，避免二次污染，通常使用脱气塔来达到这一目的。一般脱气塔有填料式或塔板式的。 

第一种是填料式脱气塔，在塔顶加入水，有时通过一根喷射管，液体通过填料(比如拉西环)表面成膜状向下流动，空气由塔底鼓入，呈连续相由下而上与废水逆流接触。

一般用空气作为解吸气，进而移走未溶气体，例如二氧化碳、氨气、硫化氢或甲烷等。 填料式脱气塔经常在精炼厂和造纸厂中使用， 以用于酸性冷凝物的蒸气解吸。

 

另一种脱气塔是塔板式的，其主要特征是在塔内装置一定数量的塔板，废水水平流过塔板，经降液管流人下一层塔板。空气以鼓泡或喷射方式穿过板上水层，相互接触传质，塔内气相和水相组成沿塔高呈阶梯变化。 

从废水中吹脱出来的气体，可以经过吸收来回利用。例如，用NaOH溶液吸收吹脱的HCN，生成NaCN，吸收H2S生成Na2S，然后将饱和溶液进行蒸发结晶处理；还可以用活性炭吸附H2S，达到饱和状态后用亚氮基硫化物的溶液浸洗，经蒸发后可以回收硫