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一體化太陽能污水處理設備曝氣系統的總體要求是，能使水通過氧化池和載體填料均勻流動，具有良好的充氧效果，能耗低，維護管理方便。根據通氣與填料的關系分，可分為填料外曝氣與填料均布兩種形式。我國目前普遍采用均布曝氣，這種曝氣方式可使填料各部分均勻地粘附生物膜，并能適當剝離污泥，不易堵塞填料。因為空氣直接與填料接觸，從而提高了氧氣的利用率。根據供氣方式可分為鼓風曝氣、機械曝氣和射流曝氣。現在國內使用的比較多的是鼓風曝氣，這種方式的動力效率更高，供氣量更容易控制，脫落生物膜的沉淀性能更好，但氧利用率較低，風機選用不當時噪聲較大。射流曝氣在國內使用較少，這種方法氧利用率高、管理方便、噪聲低，但動力效率低，脫膜生物膜易被擊碎，質量輕。

鼓風曝氣器是由風機、管道和空氣擴散裝置組成，通過空氣擴散裝置實現空氣均布。其性能不僅影響廢水生物處理的效果，還與處理設備的投資、電耗及運行費用密切相關。所以，由于能源的緊張，在近30年尤其是在20世紀80年代以后，人們開始關注空氣擴散設備的改進和發展。當前空氣擴散設備多采用穿孔管、曝氣器、曝氣軟管。散流式曝氣裝置是80年代引進的一種，因其具有齒形散流罩和導流隔板，對氣泡切割混合效果較好，氧氣利用率為7%-8%，維修面積1-4m2。無論是從技術性能還是經濟效益上，這都是目前國內比較理想的曝氣器。

透氣式通氣系統穿孔曝氣系統擴散出的氣泡較大，氧的利用率較低，一般為5%-6%，但阻力損失較小，對水流的擾動較大，孔眼不易堵塞，構造簡單，施工安裝、養護管理方便。但微孔曝氣器的氧利用率較高(一般為12%-15%)，但其去污易堵塞、破損，運行一段時間后出氣不易均勻，且出氣不易均勻，當來水濁度較高時，下部填料容易堵塞。使用質量較好的可張開微孔曝氣器。

一體化太陽能污水處理設備的廢水中有機物濃度較高，氣水較大時，對充氧所需的曝氣量往往已能滿足單位面積上最小曝氣強度的要求，無需增加曝氣量。