日内瓦、纽约市最近以一种更新的扩散气体系统改进低效能机械表面充气器的方式使它们持续了26年之久的市政污水处理工厂重新焕发出新的生命活力。

这个系统已经被装置成由纽约能源研究和开发行政当局独自资助的一个样板工程。它利用一个超细的泡状连接器和高效能电动机来增加容量，成倍地提高效率并且使工厂的电费支出下降了40%。

增大的容量使城市得到了新的经济发展机遇，例如，市政系统已能够对局部的工业高强度污水进行处理。这就使工业上不再需要去建造和控制它自身的现场预处理设备从而为公司节省了250万美元的建造费用和每年度30万美元的控制和维持费用。，

日内瓦的活性污水工厂是运用两个36英尺×93英尺×15英尺的深水充气槽来处理污水的。1978年，最初配置有浮动的充气器的水槽被改制成6台25马力的稳定的机械表面充气器。

活性矿泥是一种原生动物的生物物质，它使流入的污水变得清澈。有机体可以除去生物化学的氧气需求（BOD），这是一种在水中消耗氧气的有机物质。一个污水处理工厂的主要目的就是从污水中去除这些氧气需求废液。

正规的运转要求工厂一年到头地开动它的两台充气槽。该城市的工厂总技师戈登 · 爱丁根说 :“埋填的废渣沥出物会周期性地提高有机物质的浓度。在春秋季节，潮湿的气候会使高渗透对低流水的比率得以产生。这两者都会引起被分解了的氧浓度降到接近于零（正常的浓度是每升2毫克），这就会增加不卫生饮用水供应的危险。我们虽然要不断满足污水负载，但是我们同时要保持高水平的水质。”我们应该借助于类似的设备使系统“升级换代”还是应该去试制另一种充气的方法？这是该城市面临的一个基本的决策。

为了找到答案，日内瓦和纽约能源研究和开发行政当局开展了协作，后者资助了占项目费用三分之二的25.6美元。纽约能源研究和开发当局是电力研究协会的市政供水和污水规划的一个成员。电力研究协会是电力行业的一个研究和开发机构。

电力研究协会的东北区域片环境中心支持了这项协作的研究、开发和样板工程，对行业成员例如纽约州立电力和煤气公司和市政当局例如日内瓦提供了技术上的支持。纽约能源研究和开发当局的高级项目经理拉里 · 帕克纳说 :“我们先在一台充气槽上安装了一台更新了的扩散气体系统，然后对新的已经存在的系统进行平行运行的试验以取得可以相比较的操作数据。后来，新的扩散气体系统被装在第二台充气槽上，我们对它进行了全方位的试验。”

当初始的试验被证明成功时，这两台充气槽被装上了超细的泡状扩散器。

电力研究协会东北区域片环境中心主任兰德 · 威尔逊说 :“气泡是通过让空气穿过多孔塑料薄膜而形成的，这些气泡被容纳在一个4英尺×12英尺的一个面板上，而面板被固定在充气槽的底部，覆盖了槽底部面积的54%。”

扩散器产生出1微米（0.04英寸）直径的气泡，而传统的扩散器产生的是2~5微米（0.08~0.2英寸）直径的气泡。最小的气泡有着最大的表面积对体积之比，因此能提供更多的氧气传输表面积。

爱丁根说：“标准的氧气传输效率（SOTE）平均为17~18%，或者是其他类型扩散器的大约两倍左右。此外，较小的气泡受到的浮力也较小。这就使它们能更缓慢地上升，从而与污水有一个较长的接触时间。系统的均匀气体分布结果导致了有效的混合。在检测的这段时间内，被分解了的氧气浓度仅仅在只有一个鼓风机运转的情况下平均达到每升4毫克。”

两台60马力的变速驱动的电动机代替了6台25马力的机械表面充气器发动机。

日内瓦电力公司设在纽约州电力和煤气公司的销售部副主任艾琳 · 斯蒂林说 :“老式的发动机占了整个工厂事业预算的大约40%，而新的电动机使我们可以把这笔费用减少40%。”

两个因素导致了高度的能量节约：

· 膜底板扩散器具有很高的氧气转移效率，因此它们只需要较少的空气，从而可以采用较小的鼓风机和发动机。

· 电动机具有变速驱动器，它能够使充气器鼓风机加以调节从而改变污水负载。这也避免了过程的损耗。

爱丁根说 :“对许多老式的工厂而言，这个技术的引人正是时候，它们现在已具有在数量和质量两方面提高它们的容量的能力。面对其他工厂而言，这个日子的到来也为期不远了。”

在宾夕法尼亚州一个小城市里，3年的臭氧检验和直接的过滤使当局（ACA）相信了这项技术的有效性。该州的中心污水处理当局现在正在6个水处理工厂里安装了这项技术，并且将到1999年对其他工厂进行更新改造。

以臭氧进行预先处理将会有助于该城市满足美国环境保护局新制定的饮用水标准，并且减少了引起疾病的微生物。此外，该城市的许多工厂一以日处理能力为100万加仑到700万加仑的工厂——将会减少化学上的消耗，也不再需要安装沉淀槽，而且可以高速地运行它们的过滤器。ACA当局的戴维 · 巴尔说 :“我们发现，臭氧技术和直接的过滤大大提高了水质，而且只花费了通常处理方法所需费用的一部分钱，臭氧或直接过滤的技术的应用真是“雪中送炭”，这是因为对安全饮用水条例所作的修正了的条款要求对我们拥有的每一台贮水槽安装新的处理设备。新系统将会在满足美国环境保护局的水质需求方面给我们提供更多的适应性。”

ACA维护着13个贮水槽的水源，它们遍布在茫茫原野上，350公里以上的传输线和分布形成主干的管道。贮水槽按水文学要求被放置并形成了7个分离的系统。

作为ACA的主要处理设备的马蹄形曲线工厂目前利用化学制品使水中的精细微粒状物质凝固起来。通过沉淀和过滤除去这些精细的微粒以后，氯气再对水进行消毒。其他的表面水源在分配到ACA的八万个用户之前除了氯化作用外不再被进行处理。詹姆斯 · 巴利埃特说：“从1994年春季以来，臭氧处理工厂就—直在运行着，它们在一个臭氧系统中生产出的平均日产量为200万加仑，这个臭氧系统运转的费用是每百万加仑处理水10美金。”

在臭氧过程中，电流通过气体或氧气，产生一种臭氧气体，由此产生的气泡消除了细菌和病毒，并且使对人体有危害的有机体失去活动能力。臭氧的利用也大大减少了处理饮用水所需的氯气的数量。氯气的使用会导致致癌物的形成——它们是有机物质和氯气之间合成的副产品。

约瑟夫 · 拉里亚说，生产臭氧的费用是对臭氧水处理系统整体操作费用的10%。

他还说 :“所利用的大部分能量是耗费在空气制备压缩机和废气热自毁系统上的。如果当局感到有必要增加臭氧产量以满足水质改变的状况，那么对能量和操作费用的影响会是很小的。”

ACA发现，臭氧系统只需要操作者比较少的注意和日常例行的维护。所有的设备都将对自动操作实现计算机控制，每台设备将以一种批处理模式运行，而水被产生出来以后就注入到加工过的水储备槽中。根据系统的需求，处理水的设备将每天运行8~14个小时。

巴利埃特说 :“一个计算机控制系统连续地监控着行为的参数，例如浑浊度、粒子数、pH值、氯气残余量和臭氧残余量等以保证加工过的水的质量。”

[Resource，1997年5月号]