曝气系统选型与需氧量计算：HJ 576-2010 计算链与 HJ/T 252、HJ/T 278 产品门槛

一、计算链总览

曝气系统选型在工程上最容易出问题的地方，是把「污水需氧量」「标准状态需氧量」「标准状态供气量」三个量混为一谈。HJ 576-2010《厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理工程技术规范》第 6.6 章把这条链拆成了四步，每一步都有明确的系数与单位，可以逐条复核：

1. 按实际水质、水温算出污水需氧量 O2（kg/d）。
2. 用需氧量修正系数 K0 折算为标准状态下污水需氧量 OS。
3. 按 Gs = OS /（0.28·EA）换算为标准状态下的供气量。
4. 按供气量与风压选鼓风机，按单个曝气器额定供气量与服务面积确定曝气器数量。

二、第一步：污水需氧量

HJ 576-2010 6.6.1 a）给出好氧池（区）的污水需氧量公式：

O2 = 0.001aQ（S0 − Se）− cΔXv + b〔0.001Q（Nk − Nke）− 0.12ΔXv〕− 0.62b〔0.001Q（Nt − Nke − N0e）− 0.12ΔXv〕

公式中每个系数的取值都由标准直接规定，不得自行调整：

• a 为碳的氧当量，当含碳物质以 BOD5 计时取 1.47。
• b 为氧化每千克氨氮所需氧量，取 4.57 kg/kg。
• c 为细菌细胞的氧当量，取 1.42。
• 0.12ΔXv 为排出生物反应池系统的微生物量（MLVSS）中的氮含量。
• 0.62 为反硝化过程回收的氧当量系数，即每还原 1 kg 硝态氮相当于回收 0.62 × 4.57 kg 氧。

三个物理含义分别是：第一项为碳化需氧量，第二项为微生物合成对碳化的扣减，第三、四项为硝化需氧量（扣除微生物合成带走的氮），第五项为反硝化脱氮的氧回收。脱氮要求越高，第五项的扣减越大，这也是 A²/O 等脱氮工艺单位 BOD5 需氧量反而可能低于单纯碳化工艺的原因。

三、第二步：标准状态换算

6.6.1 b）规定选用曝气设备时，应根据不同设备的特征、位于水面下的深度、污水的氧总转移特性、当地的海拔高度以及预期生物反应池中的水温和溶解氧浓度等因素，将计算的污水需氧量换算为标准状态下污水需氧量：

OS = K0 · O2，其中 K0 = CS /〔α（β·CSM − C0）〕× 1.024^（T−20）

标准给出的取值：

• CS：标准状态下清水中饱和溶解氧质量浓度，取 9.17 mg/L。
• α：混合液中总传氧系数与清水中总传氧系数之比，一般取 0.8～0.85。
• β：混合液的饱和溶解氧值与清水中的饱和溶解氧值之比，一般取 0.9～0.97。
• C0：混合液剩余溶解氧，一般取 2 mg/L。
• CSW：T ℃、实际计算压力时清水表面饱和溶解氧，mg/L。
• CSM：T ℃、实际计算压力时，曝气装置所在水下深处至池面的清水中平均溶解氧，mg/L。
• T：设计水温，℃。

深度修正项 CSM = CSW ×（Pb × 10^6 / 101325 + Ot / 42）形式的表达式用于计入曝气装置所处水下深度（Pb 为曝气装置所处的绝对压力，MPa），逸出气体含氧量 Ot = 21（1 − EA）/〔79 + 21（1 − EA）〕× 100，EA 为曝气设备氧的利用率（%）。这两项是迭代关系：EA 影响 Ot，Ot 又进入深度修正，工程上通常先假定 EA 再迭代两到三次收敛。

海拔是这条链上最容易被忽略的输入。标准把「当地的海拔高度」列进换算因素，因为高海拔地区大气压降低会同时压低 CSW 与 Pb，若直接用平原地区参数，曝气量会系统性偏小。

四、第三步：标准状态供气量

6.6.1 c）规定采用鼓风曝气装置时，可按 Gs = OS /（0.28 · EA）将标准状态下污水需氧量换算为标准状态下的供气量。式中 Gs 为标准状态下的供气量（m3/h），OS 为标准状态下污水需氧量（kg/h），EA 为曝气设备氧的利用率（%）。0.28 是标准状态下每立方米空气中的含氧量（kgO2/m3）。

这里的关键风险是 EA 的取值口径。EA 不是常数，它随曝气器类型、浸没水深、通气量、服务面积变化。唯一可引用的依据是产品标准规定的清水测试条件下的实测值，而不是供应商在深水、小通气量条件下测得的优值。

五、第四步之曝气器：HJ/T 252-2006 的门槛

HJ/T 252-2006《环境保护产品技术要求 中、微孔曝气器》由国家环境保护总局于 2006 年 4 月 13 日批准、2006 年 6 月 1 日起实施，代替 HCRJ 031-1998。5.2 表 1 给出曝气器的四项性能指标，按材质分列：

• 氧利用率：增强 PVC 软管型不小于 17%，橡胶膜盘型不小于 20%，硅质、陶瓷、刚玉、半刚玉型不小于 20%，钛板型不小于 20%。
• 充氧能力：对应分别不小于 0.10、0.13、0.13、0.13 kg/h。
• 理论动力效率：对应分别不小于 4.0、4.5、5.0、5.0 kg/（kW·h）。
• 曝气器阻力损失：对应分别不大于 3000、3500、5000、4000 Pa。

标准同时给出测试的试样规格与条件，这是判断厂家样本数据是否可比的前提：

• 测试试样：增强 PVC 软管型内径 65 mm、孔缝 5.5 mm、曝气区长度 1000 mm；橡胶膜盘型直径 192 mm；硅质、陶瓷、刚玉、半刚玉型直径 178～200 mm；钛板型直径 178 mm。
• 测试条件：服务面积 0.5 m2，曝气深度 4 m，标准通气量 2 m3/h，水温 20 ℃。
• 其他型号的曝气器应参照以上指标执行。

5.1.2 给出气孔密度与孔隙率的门槛：增强 PVC 软管型开孔密度应不少于 1600 孔/m；橡胶膜型直径为 192 mm 时开孔密度不小于 2000 孔/个；刚玉、半刚玉、硅质型孔隙率应不小于 35%；钛质型孔隙率应不小于 35%。5.1.3 要求曝气器装配后除正常曝气孔外其他部位均不应有漏气现象。

5.4 给出正常运行环境条件：水温 4～40 ℃；鼓风机的进风口应安装空气净化设备，过滤后的空气含尘量应小于 15 mg/1000 m3；增强 PVC 软管型曝气器无需进行空气过滤；多孔陶瓷、硅质、钛质、刚玉、半刚玉型曝气器应设置双电源供电，以便停电时曝气器在最小通风量下运行。最后一条是防止微孔曝气器在停气时被污泥倒灌堵塞的保护性要求，在施工图审查中经常被漏掉。

7.4.1 规定型式检验项目包括出厂检验的全部项目，以及氧利用率、充氧能力、理论动力效率、损失阻力，以及增强 PVC 软管型的布气均匀性和密封性。招标技术规范中应把这一条写进验收条件，而不是只要求提供一份型式检验报告。

六、第四步之鼓风机：HJ/T 278-2006 的门槛

HJ/T 278-2006《环境保护产品技术要求 单级高速曝气离心鼓风机》由国家环境保护总局于 2006 年 7 月 28 日批准、2006 年 9 月 15 日起实施，代替 HBC 28-2004，参照 JB/T 7258-1994《一般用途离心鼓风机》制定，适用于介质为空气的曝气用单级高速离心鼓风机。第 3.2 章的性能门槛可直接写进设备采购技术规格书：

• 3.2.1 出口压力（表压）p 为 0.03 MPa ≤ p ≤ 0.15 MPa，或压比 ε 为 1.3 ≤ ε ≤ 2.5。
• 3.2.2 介质空气的含尘量和其他固体杂质含量不大于 10 mg/m3。
• 3.2.3 鼓风机、驱动机及其附属设备在规定工作条件下的设计寿命应不少于 20 年（易损件除外）。
• 3.2.7 鼓风机转子、齿轮对和联轴器的平衡精度等级为 G2.5。
• 3.2.8 在最高连续工作转速下，轴承部位的均方根振动速度值不得大于 4 mm/s。
• 3.2.9 固定转速鼓风机在额定压力下进口容积流量允差为 0～＋5%，或在额定流量下出口压力允差为 0～＋5%，轴功率偏差不得超过规定值的＋4%。
• 3.2.10 刚性轴应保证一阶临界转速 ncr1 ≥ 1.20 n100；柔性轴应保证 ncr1 ≤ 0.85 nmin 且 ncr2 ≥ 1.20 n100。
• 3.2.11 鼓风机的效率应不低于 80%。
• 3.2.12 安装消声器或隔音罩后噪声应低于 85 dB（A）。
• 3.2.13 鼓风机连续正常运转时间应不小于 8400 h。

第 4 章给出对应的验证方法：4.2 机壳加工组装后进行 1.3 倍于机壳设计压力的水压试验，压力至少保持 30 min 不得渗漏；4.3.1 以 100% 转速的 115% 对叶轮进行至少 1 min 的超速试验，并按 JB 4730 对超速试验后的叶轮进行探伤或着色检查；4.4 给出旋转件平衡精度计算式 e = U/M = G × 1000 / ω；4.5 机械运转试验在润滑油温度稳定后以 100% 转速运转 2 h。

需要提醒的是空气含尘量指标的口径差异：HJ/T 278-2006 的 3.2.2 要求介质空气含尘量不大于 10 mg/m3，而 HJ/T 252-2006 的 5.4 对鼓风机进风口过滤后的空气给出的表述是含尘量应小于 15 mg/1000 m3。两者的量纲不同，招标文件引用时不得互相套用，应各自按本标准的原文表述执行。

七、曝气方式与备用配置

HJ 576-2010 6.6.2 规定：曝气方式应结合供氧效率、能耗、维护检修、气温和水温等因素综合比较后确定；大、中型污水处理厂宜选择鼓风式中、微孔水下曝气系统，小型污水处理厂可根据实际情况选择适当的曝气系统。6.6.3.1 规定应根据风量和风压选择鼓风机，大、中型污水处理厂宜选择单级高速离心鼓风机或多级离心鼓风机，小型污水处理厂和工业废水处理站可选择罗茨鼓风机；6.6.3.2 要求单级高速离心鼓风机、罗茨鼓风机分别符合 HJ/T 278 和 HJ/T 251 的规定。

HJ 578-2010 7.1.4 给出了可直接引用的备用规则：鼓风机房应设置备用鼓风机，工作鼓风机台数在 4 台以下时应设 1 台备用鼓风机，在 4 台或 4 台以上时应设 2 台备用鼓风机，备用鼓风机应按设计配置的最大机组考虑；竖轴式机械表面曝气机可按不小于需氧量的 20% 备用，并有不少于 1 台采用变频调速控制；转刷和转盘曝气机宜备用 1～2 台。

HJ 576-2010 6.6.4 还给出布置要求：曝气器材质和形式的选择应考虑污水水质、工艺要求、操作维护等因素；中、微孔曝气器的技术性能应符合 HJ/T 252 的规定；好氧池（区）的曝气器应布置合理，不留有死角和空缺区域；曝气器的数量应根据曝气池的供气量和单个曝气器的额定供气量及服务面积确定；曝气池的供气主管道和供气支管道的配置应当合理，末梢支管连接曝气器组的供气压力应满足曝气器的工作压力。

八、常见选型误区

1. 把清水充氧能力当成污水充氧能力直接用。污水中的 α、β 系数低于 1，必须经过 6.6.1 b）的 K0 修正。
2. 用 4 m 水深、2 m3/h 通气量的样本 EA 值去选 6～8 m 水深的实际池型。EA 随水深变化，深水下气泡停留时间延长、EA 通常更高，但阻力损失同步上升，必须用同一水深下的数据。
3. 只算风量不算风压。风压要叠加曝气器阻力损失（HJ/T 252 表 1：3000～5000 Pa，按材质）、管路沿程与局部损失、水面以上静水压（由浸没深度决定），高海拔还要按当地大气压修正。
4. 备机按台数配而不按最大机组配。HJ 578-2010 7.1.4 明确备用鼓风机应按设计配置的最大机组考虑。
5. 忽略微孔曝气器的停气保护。HJ/T 252-2006 5.4 对多孔陶瓷、硅质、钛质、刚玉、半刚玉型曝气器要求设置双电源供电，以便停电时曝气器在最小通风量下运行。
6. 忽略运行阶段的堵塞管理。HJ 577-2010 11.3.6 明确 SBR 反应池内微孔曝气器容易堵塞，应定时检查曝气器堵塞和损坏情况，及时更换破损的曝气器；11.2.6.1 要求鼓风曝气系统曝气开始时排放管路中的存水，并经常检查自动排水阀的可靠性。