第四章 (4.6)曝气理论基础.ppt

4 6曝气的理论基础 4 6 1氧转移理论4 6 2氧转移的影响因素4 6 3曝气池供氧量和供气量的计算 曝气的作用与方式概述 一是引起吸附和氧化分解作用的微生物 也就是活性污泥 二是废水中的有机物 它是处理对象 也是微生物的食料 三是溶解氧 没有充足的溶解氧 好氧微生物既不能生存 也不能发挥氧化分解作用 给曝气池供氧谓之曝气 曝气的作用与曝气方式 曝气作用 充氧搅拌混合曝气方式 鼓风曝气机械曝气 纵轴表面曝气机 曝气叶轮横轴表面曝气器 曝气转刷鼓风 机械联合曝气系统 气体通过气液界面的传质问题也就是如何计算通过界面所受的阻力问题 知道了阻力 传质的通量也就能计算得到 气液界面附近区域难于进行观察和试验 故建立数学模型来描述 双膜理论 Whitman 浅渗理论 Higbic 界面更新理论 Danckwerts 4 6 1氧转移原理 1 菲克定律 Vd 物质的扩散速度 g h m2 DL 扩散系数 m2 h C 物质浓度 g m3 X 扩散过程的长度 m 浓度梯度 4 62 2 双膜理论与氧总转移系数KLa 通过气液界面氧的扩散速度Vd dM dt 单位时间通过气液界面扩散的物质量A 气液界面的面积将 4 62 式代入 4 63 4 65 层流阻力大于紊流阻力 气膜Pg PiPg Pi液膜Cs C O2难溶于水 阻力集中在液膜上 液膜成为氧转移的控制步骤 4 64 2 液膜中溶解氧的浓度梯度 Xf 液膜厚度 4 66 3 氧转移速率 氧传递率 KgO2 h DL 氧分子在液膜中的扩散系数 m2 h 4 67 氧转移速率 氧转移速率公式的推导 液相中氧转移速率 KgO2 m3 h V 曝气池中混合液容积KLa 氧总转移系数 1 h 过程阻力 KLa dC dt 反之亦然 1 KLa h 表示曝气池中DO浓度从C提高到Cs所需要的时间过程阻力 KLa 1 KLa 混合液DO浓度从C提高到Cs所需的时间减少 说明氧传递速度快 4 68 4 69 对公式的讨论提高dC dt值的措施 提高KLa值 增大界面A 减小气泡的粒径 降低液膜厚度Xf 加强紊流程度 提高CS值 提高气相中的氧分压 纯氧曝气 加大曝气器的浸没深度 深井曝气的测定a 水中无氧状态下的测定法 用清水进行测定 用Na2SO3或N2气脱氧 使DO等于0 启动曝气充氧 每隔一定时间测定DO值 直至DO达到饱和 以充氧时间为横坐标 以DO为纵坐标得一曲线 并求相应点的斜率dC dt 以DO为横坐标 以dC dt为纵坐标得一直线 直线得斜率即为KLa b 对曝气池混合液的测定对于混合液 氧的变化率是氧的转移率与活性污泥微生物耗氧率R之差 即 R 活性污泥微生物的耗氧速率R mg L min 可写为 截距斜率 4 6 2影响氧转移的因素 Cs 氧的饱和浓度 4 68 污水中存在着溶解性有机物 特别是表面活性物质 如短链脂肪酸和乙醇 是一种两亲分子 极性端羧基COOH 亲水 或羟基 OH 亲水 插入液相中 而非极性端 疏水 的碳基链则伸入气相中 如C17H35 COOH非极性端极性端疏水亲水极性端非极性端C17H35COOH 亲水 亲气相 疏水 1 氧转移的影响因素 污水的水质 表面活性物质的影响 由于两亲分子聚集在气液界面上 阻碍氧分子的扩散转移 增加了氧转移过程的阻力 KLa 4 72 4 73 引入 因子来修正表面活性物质对KLa的影响 污水中含盐量的影响 CS Cs 4 74 4 75 2 水温的影响T 扩散系数DL KLa dC dt 4 76 T对dC dt有一正一负的影响 但并不完全抵消 当15 30 时 水温低对氧转移有利T dC dt 30 35 时 水温较高对氧转移有利T dC dt 气压 Cs 应考虑一个压力修正系数 4 77 3 气压 氧分压 的影响 曝气池实际工况分析 当考虑气压和含盐量的影响 Cs1 池底气泡生成时溶解氧的饱和度 Cs1 Cs X Cs 一个大气压下溶解氧饱和度X 21 21 Cs2 气泡从池面逸出时溶解氧的饱和度 11 溶解氧饱和度平均值Csb 4 78 Ot 气泡从曝气池逸出时氧的百分数 的计算 式中 EA 扩散装置 扩散器 氧的转移利用效率 一般为6 12 4 80 1 氧转移速率 在稳定条件下 混合液中溶解氧浓度不变 氧的转移速率dC dt等于活性污泥微生物的需氧速率Rr KgO2 m3 d 考虑到水质 温度 含盐量 气压的影响 dC dt应写成 dC dt KLa Csb C Rr a QSr b VXv 在标准条件下 T 20 气压1 013 105Pa 脱氧清水 C 0 1 1 4 81 则在标准条件下转移到水中的总氧量为 Kg h 而在实际情况下 转移到曝气池混合液的总氧量为 将KLa 20 代入上式得出 4 82 4 83 4 84 而上式中的 实际上 处理废水需要转移到曝气池混合液中的总氧量为R 我们选定的曝气设备应满足在上述情况下总需氧量R的要求 然而曝气设备的制造厂家是在标准条件下测试得出曝气设备的性能的KLa 20 首先要确定曝气池混合液所需的总氧量R 再求出再标准条件下曝气设备应转移的总氧量R0 这样才能满足实际废水曝气池混合液所需的总氧量R的要求 选定设备 2 供气量Gs 氧转移效率 EA 式中 S 供氧量 Kg h Gs 供气量 m3 h 0 21 氧在空气中所占百分比1 43 氧的容重 Kg m3 4 85 4 86 4 87 3 机械曝气标准条件下充氧量 氧转移总量 Qos的计算1 QOS的计算 4 88 V 叶轮线速度 m s 式中 n 叶轮转速 转 分 D 叶轮直径K1 池型修正系数 表