五曝气原理与设备讲义选编

1、会计学1五曝气原理与设备讲义选编五曝气原理与设备讲义选编纵轴表面曝气纵轴表面曝气横轴表面曝气横轴表面曝气双膜理论双膜理论双膜理论：污水生物处理领域中广泛应用的气双膜理论：污水生物处理领域中广泛应用的气体传递理论。这一理论的基本点可归纳如下：体传递理论。这一理论的基本点可归纳如下：在曝气过程中，氧分子通过气、液界面由气相转移到液相的过程中 （1）在气、液两相接触的界面两侧存在着处于层流的气膜和液膜，在其外侧分别是气相和液相的主体（紊流）。（2）在气、液两相中，不存在传质阻力，气体分子从气相主体传递到液相主体的阻力，主要存在于气膜和液膜中。（3）在气膜中存在氧的分氧的分压梯度压梯度，液膜中存在氧的

2、浓度梯度，都是氧转移的推动力。（4）气膜中氧分子的传递动力很小，界面处的溶解氧浓度值是氧分压为p条件下的饱和浓度值。（5）氧难溶于水，因此氧转移主要阻力主要来自液膜，O2通过液膜的转移速液膜的转移速率是氧扩散转移全过程的控制速率率是氧扩散转移全过程的控制速率。氧的分压梯度氧的分压梯度氧的浓度梯度氧的浓度梯度在废水生物处理系统中，氧的传递速率可用下式表示： 式中：dm/dt氧传递速率，kgO2/h； Kg 氧分子在液膜中的扩散系数； A 气、液两相接触界面面积； s0 氧在界面上的饱和溶解氧浓度； 0 氧在溶液中的实际溶解氧浓度。dm=Vd0（V：液相主体的容积），则上式可改写成：)(ddoso

3、gAKtm)(ddosogoVAKt式中：d0/dt液相主体中溶解氧浓度变化速度，氧转移 速度kgO2/m3 h；氧转移过程中的传递速率氧转移过程中的传递速率认为主要是界面上的饱和溶解氧浓度值认为主要是界面上的饱和溶解氧浓度值( (s0 ) )与液相主体中的溶解氧浓度值与液相主体中的溶解氧浓度值( (0 ) )之差。之差。通常通常K Kg gA A/ /V V项用项用K KLaLa（总转移系数）来代替，由此上式变为：（总转移系数）来代替，由此上式变为：KLaLa：氧总转移系数，此值表示在曝气过程中氧的总转移性，当传递过程中阻：氧总转移系数，此值表示在曝气过程中氧的总转移性，当传递过程中阻力大，

4、则力大，则KLaLa值低，反之则值低，反之则KLaLa值高。值高。将上式进行积分，可求得总转移系数将上式进行积分，可求得总转移系数KLa ：1S02S012Lalg13 . 2ttK)oso(Ladod Kt)(ddosogoVAKt 当混合液中氧的浓度为零时，由于具有最大的推动力，因此当混合液中氧的浓度为零时，由于具有最大的推动力，因此氧的转移速率最大氧的转移速率最大。LaLawKK = 0.8 0.9s0s0sw 0.9 0.97l 水温水温20)20()(024. 1TLaTLaKK水温升高，水温升高， s0值会下降值会下降;反之，则升高。反之，则升高。 水温对氧转移速率有两种相反的影响

5、，总的来说，水温降低有利于氧转移水温对氧转移速率有两种相反的影响，总的来说，水温降低有利于氧转移)oso(Ladod Kt修正系数修正系数 、 值，可通过对清水、特定污水的曝气充氧试验予以测定。值，可通过对清水、特定污水的曝气充氧试验予以测定。水温水温（C）012345678910饱和溶解氧饱和溶解氧（mg/l）14.6214.2313.8413.4813.1312.8012.4812.1711.8711.5911.33水温水温（C）1112131415161718192021饱和溶解氧饱和溶解氧（mg/l）11.0810.8310.6010.3710.159.959.749.549.359.

6、178.99水温水温（C）222324252627282930 饱和溶解氧饱和溶解氧（mg/l）8.838.638.538.388.228.077.927.777.63 l 氧分压氧分压s0s0 20024.1)0(200s0TTLaKdtd)760(510013. 1)760()(sPsPs综合水质、水温以及分压因素的影响，氧转移速率的表达式为：综合水质、水温以及分压因素的影响，氧转移速率的表达式为： 氧的利用率（氧的利用率（EA）：又称：又称氧转移效率氧转移效率，是指通过，是指通过鼓风曝气系统鼓风曝气系统转移到混合液中的氧转移到混合液中的氧量量占占总供氧量总供氧量的百分比（的百分比（%）。

7、）。so)20(LadodKt 20024.1)0(200s0TTLaKdtd气泡气泡细胞活细胞活性污泥性污泥BODDOCO2/H2O空气空气O221%N279%压力、压力、气量气量供氧：供氧：双膜理论双膜理论需氧需氧:vrVXbQSaO2曝气：曝气：供气供气(实际废水实际废水)O221%N2=79%DO=12mg/L曝气设备：曝气设备：标准状态下标准状态下供气量、阻力供气量、阻力s式中：式中：Ot从曝气池逸出气体中含氧量的百分率，从曝气池逸出气体中含氧量的百分率，%； 510013. 121s0212121bPtOsssmEA氧利用率，是指通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧利用率，

8、是指通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比（氧量的百分比（%），一般在），一般在6% 12%之间；之间；AAtEEO12179121P曝气池水面的大气压力，曝气池水面的大气压力，P1.013105 Pa；Pb安装曝气装置处的绝对压力；安装曝气装置处的绝对压力；H曝气装置距水面的距离，曝气装置距水面的距离，m。HPPb3108 . 9rRdtd0VORr2 220024.1)0(200OVTTmsLaKVdtd2OR VOdtd20结论：结论：氧的实际转移量等于活性污泥需氧量氧的实际转移量等于活性污泥需氧量意义：如果意义：如果已知活性污泥微生物需氧量已知活性污泥微生物需氧量O2，

9、也就知道了氧的实际需要的氧转移量。也就知道了氧的实际需要的氧转移量。VsmCLaKVsmLaKVdtdR)20()20(0)20()20(00实际条件下，转移到曝气池的总氧量（实际条件下，转移到曝气池的总氧量（R）：）： （引入各项修正系数：压力、温（引入各项修正系数：压力、温度、水质），即：度、水质），即：VTTsmLaKR20024. 10)()20(0)()20(024. 1)20(0TsmTsmCRR0)()20(024. 1)20(0TsmTsmRR0)()20(024. 1)20(0TsmTsmRR制造商提供的曝气设备的性能参数制造商提供的曝气设备的性能参数是在是在标准条件下标准条

10、件下测得的，因此以上算得的需氧量测得的，因此以上算得的需氧量O2必须换算成标准条件下必须换算成标准条件下（水温（水温20，标准大气压的脱氧清水），标准大气压的脱氧清水）的需氧量，以进行的需氧量，以进行设备的选定。设备的选定。0)()20(024. 1)20(20TsmTsmOR2OR 式中式中 ：EA氧利用率，通过氧利用率，通过鼓风曝气系统鼓风曝气系统转移到转移到混合液中的总氧量混合液中的总氧量占占供氧量供氧量的的百分比（百分比（%），），各种空气扩散装置在标准状态下的各种空气扩散装置在标准状态下的EA值，由厂家提供值，由厂家提供； S 供氧量，供氧量，kgO2/h；21%氧在空气中的百分比；

11、氧在空气中的百分比；1.43 20 C时氧的容积密度，时氧的容积密度，kg/m3；Gs 供气量供气量，m3/h。SREA0ssGGS3 . 043. 1%21AsERG3 .00sGRAE3 . 00对于对于鼓风曝气系统鼓风曝气系统，各种曝气装置的，各种曝气装置的EA值是制造厂家通过清水试验测出的，随产品值是制造厂家通过清水试验测出的，随产品向用户提供；向用户提供； 对于对于机械曝气系统机械曝气系统，按求出的，按求出的R0值，又称为值，又称为充氧量充氧量，其与叶轮直径及其线速度有关，其与叶轮直径及其线速度有关，厂家也会向用户提供其设备的，厂家也会向用户提供其设备的R0值。值。根据氧转移速率根据

12、氧转移速率 = 需氧速率，则有需氧速率，则有 R=O2 求取标准氧转移速率求取标准氧转移速率R0：lTsmTsmCCCRR)()20()20(0024. 1AsERG3.00确定鼓风机的风量确定鼓风机的风量R=O2lTsTsCCCRR)()20()20(0024. 1根据根据R0值选配合适的机械曝气设备。值选配合适的机械曝气设备。RVXbSSQaOvei()2dkgOOR/12751000200030001 . 01000)15150(100005 . 022PaHPbP510454. 15 . 43108 . 9510013. 13108 . 9 （2）计算）计算20 C和和25 C时时曝气

13、池内饱和溶解氧的平均值曝气池内饱和溶解氧的平均值 sm：为此，确定式中为此，确定式中各参数值各参数值：曝气装置出口处的绝对压力曝气装置出口处的绝对压力Pb：510013. 121s0212121bPtOsssm%3 .19) 1 . 01 (2179) 1 . 01 (21)1 (2179)1 (21AAtEEOLmgsm/86. 9213 .19510013. 1510454. 138. 821)25(查表得查表得20 C和和25 C时的饱和溶解氧浓度分别为：时的饱和溶解氧浓度分别为： Cs(20)=9.17mg/L; Cs(25)=8.38mg/L; 有：有：510013. 121s021

14、2121bPtOsssm0)()20(024.1)20(0TsmTsmRRhkgO /3 .81286. 90 . 195. 0024. 185. 017. 912752)2025(（4）计算供气量：）计算供气量： min/2 .45/2710%103 . 03 .813 . 0330mhmERGAs 0)()20(024.1)20(0TsTsRRhkgO /4 .85)238.80 .195.0(024.185.017.912752)2025(查表得查表得20 C和和25 C时的饱和溶解氧浓度分别为：时的饱和溶解氧浓度分别为： Cs(20)=9.17mg/L; Cs(25)=8.38mg/L

15、; 有：有： 曝 气 设 备 鼓风曝气机械曝气 鼓 风 机 空气输配管系统 扩 散 器 竖式曝气机表面曝气机卧式曝气机鼓风曝气空气净化器 鼓 风 机 空气输配管系统 扩 散 器 鼓风机供应压缩空气 风量要满足生化反应所需的氧量和能保持混合液悬浮固体呈悬浮状态。 风压要满足克服管道系统和扩散器的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压。罗茨鼓风机：适用于中小型污水厂，噪声大，必须采取消音、隔音措施。离心式鼓风机：噪声小，效率高，适用于大中型污水厂空气净化器的目的是改善整个曝气系统的运行状态和防止扩散器阻塞。1. 容积式风机: 罗茨鼓风机、回转风机2. 单级高速离心鼓风机丹麦HV-Turbo风机英国Howd

16、en风机鼓风曝气空气净化器 鼓 风 机 扩 散 器 空气输配管道系统其作用负责将空气输送到空气扩散器。要求沿程阻力损失小,曝气设备各点压力均衡,空气干管和支管流速符合设计要求，配备必要的手动阀和电动调节阀门。微孔曝气设备鼓风曝气空气净化器 鼓 风 机 扩 散 器 扩散器的作用是将空气分散成空气泡,增大空气和混合液之间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。空气输配管系统微气泡扩散器小气泡扩散器中气泡扩散器。扩散器的类型微孔曝气头微孔曝气头微气泡空气扩散装置结构：微气泡空气扩散装置结构：1. 扩散板：扩散板：扩散板沟扩散板沟a a；扩散板匣；扩散板匣b b2. 扩散管扩散管3. 固定式平板型微孔空气

17、扩散器固定式平板型微孔空气扩散器4. 固定式钟罩型微孔空气扩散器固定式钟罩型微孔空气扩散器5. 膜片式微孔空气扩散器膜片式微孔空气扩散器扩散板扩散板扩散管扩散管2. 扩散管：扩散管： 扩散管管径一般为扩散管管径一般为60100mm，长度为长度为500600mm。 以组装形式安装，以以组装形式安装，以8 81212根管组装成一根管组装成一个管组，便于安装维修，布置形式如同个管组，便于安装维修，布置形式如同扩散板。扩散板。 氧利用率约氧利用率约1013%，动力效率为动力效率为2 kgO2/kw.h。微孔曝气设备微孔曝气盘 微孔曝气设备微孔曝气设备安装 微孔曝气器实际安装情况膜片式微孔曝气器微孔合成

18、橡胶膜微孔合成橡胶膜片片c. c. 大气泡型空气扩散装置大气泡型空气扩散装置双螺旋曝气器特点：特点：l 噪音小，无需鼓风机房；噪音小，无需鼓风机房；l 一般适用于小规模污水厂。一般适用于小规模污水厂。射流曝气器K型叶轮曝气器型叶轮曝气器特点：特点：最大叶轮可达最大叶轮可达4 4米，叶轮边缘的最大线速度可达米，叶轮边缘的最大线速度可达4.56m/s，转速一般在，转速一般在20110r/min，Ep为为23kgO2/kw.h根据根据曝气池内混合液的流态进行分类曝气池内混合液的流态进行分类微生物量微生物量时间时间氧利用速率曲线氧利用速率曲线微生物增殖曲线微生物增殖曲线(M)BOD变化曲线变化曲线(F

19、)单廊道二廊道三廊道四廊道分建式分建式曝气沉淀池：（合建式）曝气沉淀池：（合建式）（3） 循环混合式：（氧化沟）循环混合式：（氧化沟） 兼具兼具和和流态的曝气池流态的曝气池 由一系列长方形单元连接而成的廊道式曝气池；由一系列长方形单元连接而成的廊道式曝气池； 每一单元设一台叶轮曝气器，每个单元是完全混合的。每一单元设一台叶轮曝气器，每个单元是完全混合的。3. 循环混合式：（氧化沟）循环混合式：（氧化沟）采用采用曝气转刷（盘）曝气转刷（盘）的氧化沟的氧化沟进水进水回流污泥回流污泥出水出水通常通常K Kg gA A/ /V V项用项用K KLaLa（总转移系数）来代替，由此上式变为：（总转移系数）

20、来代替，由此上式变为：KLaLa：氧总转移系数，此值表示在曝气过程中氧的总转移性，当传递过程中阻：氧总转移系数，此值表示在曝气过程中氧的总转移性，当传递过程中阻力大，则力大，则KLaLa值低，反之则值低，反之则KLaLa值高。值高。将上式进行积分，可求得总转移系数将上式进行积分，可求得总转移系数KLa ：1S02S012Lalg13 . 2ttK)oso(Ladod Kt)(ddosogoVAKt 当混合液中氧的浓度为零时，由于具有最大的推动力，因此当混合液中氧的浓度为零时，由于具有最大的推动力，因此氧的转移速率最大氧的转移速率最大。l 氧分压氧分压s0s0 20024.1)0(200s0TTLaKdtd)760(510013. 1)760()(sPsPs综合水质、水温以及分压因素的影响，氧转移速率的表达式为：综合水质、水温以及分压因素的