传质及曝气PPT课件

1、4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型4.2 4.2 相似现象与相似准数相似现象与相似准数4.3 4.3 曝气设备的充氧能力曝气设备的充氧能力4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能4.5 4.5 鼓风曝气和机械曝气鼓风曝气和机械曝气4.6 4.6 水膜的传质性能水膜的传质性能 第第4 4章章 传质及曝气传质及曝气1第1页/共104页概概 述述n 传质：质量传递（传质：质量传递（mass transfer）n 物质以扩散方式从一处转移到另一处的过程，称为物质以扩散方式从一处转移到另一处的过程，称为质质量传递过程量传递过程，简称，简称传质传质。在一相中发生的物质传递是。在一相中发生的

2、物质传递是单单相传质相传质，通过相界面的物质传递为，通过相界面的物质传递为相间传质相间传质。n 实质：由于某种推动力而引起的物质分子的运动。实质：由于某种推动力而引起的物质分子的运动。n 分子扩散、涡流扩散、简单混合产生的物质迁移。分子扩散、涡流扩散、简单混合产生的物质迁移。2第2页/共104页概概 述述n分子扩散（分子扩散（molecular diffusion)：在静止或滞流流体内部，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较高处传递至浓度较低处这种现象称为分子扩散。n涡流扩散（涡流扩散（eddy diffusion）：）：流体作湍流运动时，若流体内部存在浓度梯度，流体质

3、点便会靠质点的无规则运动，相互碰撞和混合，组分从高浓度向低浓度方向传递，这种现象称为涡流扩散。3第3页/共104页概概 述述n 传质过程在工程中占有极其重要的地位：传质过程在工程中占有极其重要的地位：1、广泛运用于混合物的分离操作；、广泛运用于混合物的分离操作；2、常与化学反应共存，影响着化学反应过程，甚至、常与化学反应共存，影响着化学反应过程，甚至成为化学反应的控制因素；成为化学反应的控制因素；3、在环境保护、生命现象及许多工程和工业实践中、在环境保护、生命现象及许多工程和工业实践中都涉及物质的传递过程。都涉及物质的传递过程。4第4页/共104页概概 述述5质量传递吸收、蒸馏、萃取、吸附、干

4、燥、膜分离等n曝气：在水中加入氧气等气体； 去除水中所溶解的挥发性气体 （空气吹脱：air stripping） 第5页/共104页61.1.相相2.2.相界面相界面 相与相之间在指定条件下有明显的界面，叫做相界面。相与相之间在指定条件下有明显的界面，叫做相界面。3.3.相转移过程相转移过程 在传质过程中，物质通过相界面从一相转移至另一相的在传质过程中，物质通过相界面从一相转移至另一相的过程，叫相转移过程。过程，叫相转移过程。第6页/共104页传质过程的类型传质过程的类型 气体吸收气体吸收利用气体中各组分在液体溶剂中的溶解度不同，利用气体中各组分在液体溶剂中的溶解度不同，使易溶于溶剂的物质由气

5、相传递到液相。使易溶于溶剂的物质由气相传递到液相。 液体蒸馏液体蒸馏是依据液体中各组分的挥发性不同，使其中沸点是依据液体中各组分的挥发性不同，使其中沸点低的组分气化，达到分离的目的。低的组分气化，达到分离的目的。 气体增湿气体增湿是将干燥的空气与液相接触，水分蒸发进入气是将干燥的空气与液相接触，水分蒸发进入气相。相。（1 1）流体相间的传质过程）流体相间的传质过程气相一液相气相一液相 包括气体的吸收、液体的蒸馏、气包括气体的吸收、液体的蒸馏、气体的增湿等单元操作。体的增湿等单元操作。 液相一液相液相一液相 在均相液体混合物中加入具有选择性在均相液体混合物中加入具有选择性的溶剂，系统形成两个液相

6、。的溶剂，系统形成两个液相。第7页/共104页气相一固相气相一固相 含有水分或其它溶剂的固体，与比较干燥的热含有水分或其它溶剂的固体，与比较干燥的热气体相接触，被加热的湿分气化而离开固体进入气气体相接触，被加热的湿分气化而离开固体进入气相，从而将湿分除去，这就是相，从而将湿分除去，这就是固体的干燥固体的干燥。（2 2）流一固相间的传质过程）流一固相间的传质过程 气体吸附气体吸附的相间传递方向恰与固体干燥相反，的相间传递方向恰与固体干燥相反，它是气相某个或某些组分从气相向固相的传递过程。它是气相某个或某些组分从气相向固相的传递过程。第8页/共104页 含某物质的过饱和溶液与同一物质的固相相接触时

7、，含某物质的过饱和溶液与同一物质的固相相接触时，其分子以扩散方式通过溶液到达固相表面，并析出使固其分子以扩散方式通过溶液到达固相表面，并析出使固体长大，这是体长大，这是结晶结晶。液相一固相液相一固相固体浸取固体浸取是应用液体溶剂将固体原料中的可溶组分提取出是应用液体溶剂将固体原料中的可溶组分提取出来的操作。来的操作。液体吸附液体吸附是固液两相相接触，使液相中某个或某些组分扩是固液两相相接触，使液相中某个或某些组分扩散到固相表面并被吸附的操作。散到固相表面并被吸附的操作。离子交换离子交换是溶液中阳离子或阴离子与固相离子交换剂上相是溶液中阳离子或阴离子与固相离子交换剂上相同离子的交换过程。同离子的

8、交换过程。第9页/共104页吸收过程（AbsorptionAbsorption）利用不同气相组份在液利用不同气相组份在液相溶剂中的溶解度差异，相溶剂中的溶解度差异，进行选择性的吸收。进行选择性的吸收。分离依据分离依据气相气相A+BA+B液相液相A+SA+SAA脱收脱收吸收吸收相界面相界面传质推动力传质推动力P、C第10页/共104页萃取过程（ExtractionExtraction）利用液相各组分在溶利用液相各组分在溶剂中的溶解度差异。剂中的溶解度差异。传质推动力传质推动力C液相液相A+BA+B液相液相A+SA+SA萃取萃取相界面相界面分离依据分离依据第11页/共104页蒸馏过程（Distil

9、lationDistillation）利用液相各组分利用液相各组分的挥发度差异。的挥发度差异。传质推动力传质推动力P、C气相气相A+BA+B液相液相A+BA+BAB精馏精馏相界面相界面分离依据分离依据第12页/共104页吸附和干燥过程（AdsorptionAdsorptionDryDry）气液相气液相A+BA+B固相固相C CAA脱附脱附吸附吸附相界面相界面吸附过程吸附过程固相固相A+BA+B气相气相C+AC+AA干燥干燥相界面相界面A干燥过程干燥过程热量热量第13页/共104页气相气相液相液相相界面相界面P PG GP Pi iC Ci iC CL LPPCC主体主体主体主体溶质由气相主体溶

10、质由气相主体向气液相界面的向气液相界面的扩散推动力扩散推动力溶质由气液相界溶质由气液相界面向液相主体的面向液相主体的扩散推动力扩散推动力传质过程的共性( (吸收) )气相传质气相传质液相传质液相传质溶解溶解第14页/共104页平衡状态衡量单位b b、溶质、溶质A A在相界面上溶解，在相界面上溶解，溶解过程溶解过程； 虽然各相内主体浓度相等，但界面附近区域虽然各相内主体浓度相等，但界面附近区域的浓度不相等。的浓度不相等。 浓度或组成的单位浓度或组成的单位传质步骤a a、溶质A A由气相主体到相界面，气相内传递；c c、溶质、溶质A A自相界面到液相主体，自相界面到液相主体，液相内传递液相内传递。

11、第15页/共104页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型4.2 4.2 相似现象与相似准数相似现象与相似准数4.3 4.3 曝气设备的充氧能力曝气设备的充氧能力4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能4.5 4.5 鼓风曝气和机械曝气鼓风曝气和机械曝气4.6 4.6 水膜的传质性能水膜的传质性能 第第4 4章章 传质及曝气传质及曝气16第16页/共104页n 气体通过气液界面传递的问题就是如何计算通过界面气体通过气液界面传递的问题就是如何计算通过界面的传质通量。的传质通量。 n 气液界面附近的区域难于进行观察和做试验，因此借气液界面附近的区域难于进行观察和做试验，因此借助数学模型

12、描述。助数学模型描述。4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型n 1904年，最早由Nernst提出单膜模型n 膜内静止，只依靠分子扩散传质，浓度差ci-cb即由传质阻力形成17第17页/共104页n 常用的三个模型：常用的三个模型：1926年，年，Whitman 提出双膜理论提出双膜理论1935年，年，Higbie 提出浅渗提出浅渗/渗透理论（渗透理论（penetration theory）1951年，年，Danckwerts 提出表面更换提出表面更换/更新理论（更新理论（surface renewal theory）4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型18第18页/共104

13、页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型 双膜理论双膜理论n 主要论点：主要论点：（1）在气、液两相接触的）在气、液两相接触的界面两侧存在着处于层流界面两侧存在着处于层流状态的状态的气膜和液膜气膜和液膜，在其，在其外侧则分别为气相主体和外侧则分别为气相主体和液相主体，两个主体均处液相主体，两个主体均处于紊流状态。气体分子以于紊流状态。气体分子以分子扩散方式从气相主体分子扩散方式从气相主体通过气膜与液膜而进入液通过气膜与液膜而进入液相主体。相主体。19第19页/共104页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型 双膜理论双膜理论n 主要论点：主要论点：（1）气液双膜气液双膜（2）由

14、于气、液两相的主）由于气、液两相的主体均处于紊流状态，其中体均处于紊流状态，其中物质浓度基本上是均匀的，物质浓度基本上是均匀的，不存在浓度差，也不存在不存在浓度差，也不存在传质阻力，气体分子从气传质阻力，气体分子从气体主体传递到液相主体，体主体传递到液相主体，阻力仅存在于气、液两层阻力仅存在于气、液两层层流膜中层流膜中。20第20页/共104页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型 双膜理论双膜理论n 主要论点：主要论点：（1）气液双膜气液双膜（2）阻力仅存在于气、液阻力仅存在于气、液两层层流膜中两层层流膜中（3）在气膜中存在着氧的）在气膜中存在着氧的分压梯度分压梯度，在液膜中存在，在

15、液膜中存在着氧的着氧的浓度梯度浓度梯度，它们是，它们是氧转移的推动力。氧转移的推动力。21第21页/共104页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型 双膜理论双膜理论n 主要论点：主要论点：（1）气液双膜气液双膜（2）阻力仅存在于气、液两层阻力仅存在于气、液两层层流膜中层流膜中（3）分压、浓度梯度是传质推分压、浓度梯度是传质推动力动力（4）气体通过气膜的通量与通）气体通过气膜的通量与通过液膜的过液膜的通量相等通量相等，即膜内为，即膜内为稳态、无物质积累和亏损。稳态、无物质积累和亏损。22第22页/共104页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型 双膜理论双膜理论n 主要论点：主

16、要论点：（1）气液双膜气液双膜（2）阻力仅存在于气、液两层阻力仅存在于气、液两层层流膜中层流膜中（3）分压、浓度梯度是传质推分压、浓度梯度是传质推动力动力（4）通量相等，膜内为稳态通量相等，膜内为稳态（5）在气液界面上，气液立即）在气液界面上，气液立即达到溶解平衡，即：达到溶解平衡，即：Ci=HPi23第23页/共104页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型 双膜理论双膜理论双膜理论模型论点：（1）界面两侧存在气膜和液膜；（2）膜内为层流，传质阻力只在膜内；（3）气体的分压梯度和浓度梯度是传质的推动力；（4）通过气膜的通量与通过液膜的通量相等，膜内 无物质积累和亏损；（5）气液界面上

17、，气液达溶解平衡，即：Ci=HPi 。24第24页/共104页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型 双膜理论双膜理论气膜一侧的通量：水膜一侧的通量：将亨利定律代入：将ci代入式（2），得：其中KL为总传质系数：1/ KL为传质阻力：25第25页/共104页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型 浅渗理论浅渗理论 实际生产过程中，气相与液相接触时间很短，不可能达到稳态浅渗理论的基本观点：允许气体传递进入它所接触的那部水中的时间极短，故气体扩散进入水的深度也必然是很浅的传递的过程是非稳态的，即随时间变化的，因此传递的通量并非一个恒量（双膜理论认为是恒量）阻力主要在水膜内26第26

18、页/共104页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型 浅渗理论浅渗理论27第27页/共104页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型 浅渗理论浅渗理论浅渗模型的平均传质通量：28cABctDk2tc 称为气、液接触时间或渗透时间称为气、液接触时间或渗透时间第28页/共104页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型 浅渗理论浅渗理论气水接触时间极短的情况下，扩散进水膜中的距离y也是极小的。当接触0.1s时，y为0.0035cm，如果水膜厚0.1cm，扩散的深度只有它的3.5。这就是为什么叫浅渗。D=1*10-5cm2/s 29第29页/共104页4.1 4.1 气气- -

19、液传质模型液传质模型 表面更换理论表面更换理论表面更换理论：是浅渗理论的发展。浅渗理论认为，在传质过程中气体和水的接触表面是不变的表面更换理论则认为，由于水膜中的水存在一种紊动混合状态，传递物质的表面不可能是固定不变的，应该是由无数的接触时间不同的面积微元组成的，这些面积微元在相应的接触时间内所传递的质量总和，才是真正的传质量每一个面积微元所通过的量仍用浅渗理论公式计算30第30页/共104页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型水膜阻力与气膜阻力：浅渗理论和表面更换理论在物理概念上对于理解气液传质现象比双膜理论更为深刻在实际应用中，仍采用双膜理论的公式，不只是便于应用，更重要的是它能

20、把气膜阻力与液膜阻力的相对大小表示出来，这更有利于对气液传质具体过程的主次因素的了解31第31页/共104页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型气体的亨利常数 H 的大小决定了阻力溶解度很小的气体(如氧气)，其亨利常数小，气膜阻力可以忽略，传质阻力完全由水膜阻力来定溶解度很大的气体(例如SO2或氨) ，其亨利常数很大，气膜阻力就可能变成传质的控制因素32第32页/共104页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型4.2 4.2 相似现象与相似准数相似现象与相似准数4.3 4.3 曝气设备的充氧能力曝气设备的充氧能力4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能4.5 4.5 鼓风

21、曝气和机械曝气鼓风曝气和机械曝气4.6 4.6 水膜的传质性能水膜的传质性能 第第4 4章章 传质及曝气传质及曝气33第33页/共104页4.2 4.2 相似现象与相似准数相似现象与相似准数几何相似：运动相似：在几何相似的运动体系中，其对应质点在对应时间间隔内所经过的途径是相似的热相似：两系统对应温度差的比值一定化学相似：两系统对应浓度差的比值一定34第34页/共104页4.2 4.2 相似现象与相似准数相似现象与相似准数相似理论是进行模型试验和整理经验公式的依据实际反应过程往往很复杂，要把所有的相似准数都考虑在内，是不现实的虽然不可能达到严格的相似关系，但可按对于整个过程起主导作用的准数对所

22、得数据进行整理和应用，这就是近似相似的概念35第35页/共104页4.2 4.2 相似现象与相似准数相似现象与相似准数扩散过程的相似，包括了两个主要的相似准数一个是控制主体扩散过程的Schmidt数Sc，另一个是控制扩散边界相似的Sherwood数Sh。Sc数的物理意义：粘滞动量通量除以扩散动量通量Sh数的物理意义：总传质通量除以扩散传质通量36第36页/共104页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型4.2 4.2 相似现象与相似准数相似现象与相似准数4.3 4.3 曝气设备的充氧能力曝气设备的充氧能力4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能4.5 4.5 鼓风曝气和机械曝气鼓风

23、曝气和机械曝气4.6 4.6 水膜的传质性能水膜的传质性能 第第4 4章章 传质及曝气传质及曝气37第37页/共104页4.3 4.3 曝气设备的充氧能力曝气设备的充氧能力曝气的主要作用：曝气的主要作用：2、搅动、混合、搅动、混合1、充氧向活性污泥微生物提供所需的溶解氧，以保障微生物向活性污泥微生物提供所需的溶解氧，以保障微生物代谢过程的需氧量，通常曝气池出口的溶解氧浓度应代谢过程的需氧量，通常曝气池出口的溶解氧浓度应控制在控制在2mg/L以上以上使曝气池中的污泥处于悬浮状态，增加活性污泥、溶使曝气池中的污泥处于悬浮状态，增加活性污泥、溶解氧、污水中的有机污染物的充分接触，提高传质效解氧、污水

24、中的有机污染物的充分接触，提高传质效率，保证曝气池的处理效果率，保证曝气池的处理效果38第38页/共104页39第39页/共104页)(LsLCCAKdtdm(1)其中：其中： 氧的转移速率，氧的转移速率， kgO2/h ；A 气、液界面面积，气、液界面面积，m2；KL 液膜的氧转移系数，液膜的氧转移系数，m/h；Cs 液体的饱和溶解氧浓度，液体的饱和溶解氧浓度，kgO2/m3；CL 液体的实际溶解氧浓度，液体的实际溶解氧浓度，kgO2/m3。dtdm曝气的理论基础曝气的理论基础4.3 4.3 曝气设备的充氧能力曝气设备的充氧能力40)(*0bLCCKN第40页/共104页)(1LsLCCVA

25、KdtdCdtdmV(2)（1）式左右除以液体的体积）式左右除以液体的体积V得到：得到：)(LsLaCCKdtdC(3)其中：其中： 单位体积内氧的转移速率，单位体积内氧的转移速率， mg/（Lh） ；KLa 氧的总转移系数，氧的总转移系数，h-1；Cs 液体的饱和溶解氧浓度，液体的饱和溶解氧浓度，mg/L；CL 液体的实际溶解氧浓度，液体的实际溶解氧浓度，mg/L。dtdC4.3 4.3 曝气设备的充氧能力曝气设备的充氧能力41)(LsLCCAKdtdm(1)第41页/共104页氧总转移系数可通过实验求出氧总转移系数可通过实验求出)(LsLaCCKdtdCdtKCCdCLaLs(4)对式对式

26、(4)积分积分tLaCCsdtKCCdCLO0C0 当当 t=0时，液体中的溶解氧浓度。时，液体中的溶解氧浓度。积分结果：积分结果：tKCCLaCCsL0)ln(氧总转移系数氧总转移系数KLa的求定的求定tKCCCCCCCCLaLsssLs00ln)ln()ln(4.3 4.3 曝气设备的充氧能力曝气设备的充氧能力42第42页/共104页与与t 之间存在线性关系，直线的斜率即为之间存在线性关系，直线的斜率即为可见LssCCCC0lg3 . 2LaK测定测定KLa值的方法值的方法tKCCCCLaLss3 . 2lg0首先用脱氧剂进行脱氧（亚硫酸钠）；首先用脱氧剂进行脱氧（亚硫酸钠）；在溶解氧为在

27、溶解氧为0的状态下，进行曝气充氧，每隔一段时间测的状态下，进行曝气充氧，每隔一段时间测定溶解氧值，直到饱和为止；定溶解氧值，直到饱和为止；绘制 与t之间的关系曲线，直线斜率为 。LssCCCC0lg3 . 2LaK4.3 4.3 曝气设备的充氧能力曝气设备的充氧能力43第43页/共104页脱氧清水在脱氧清水在20和标准大气压条件下测得的氧转移速和标准大气压条件下测得的氧转移速率为标准氧转移速率，以率为标准氧转移速率，以R0表示，单位为表示，单位为kgO2/h以城市废水或工业废水为对象，按当地实际情况进行以城市废水或工业废水为对象，按当地实际情况进行测定，所得到的为实际氧转移速率，以测定，所得到

28、的为实际氧转移速率，以R表示，单位亦表示，单位亦为为kgO2/h设计曝气系统时，需将实际氧转移速率换算成为标准设计曝气系统时，需将实际氧转移速率换算成为标准氧转移速率，为此，引入某些参数修正氧转移速率，为此，引入某些参数修正标准清水转移速度与实际氧转移速度标准清水转移速度与实际氧转移速度4.3 4.3 曝气设备的充氧能力曝气设备的充氧能力44第44页/共104页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型4.2 4.2 相似现象与相似准数相似现象与相似准数4.3 4.3 曝气设备的充氧能力曝气设备的充氧能力4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能4.5 4.5 鼓风曝气和机械曝气鼓风曝气

29、和机械曝气4.6 4.6 水膜的传质性能水膜的传质性能 第第4 4章章 传质及曝气传质及曝气45第45页/共104页废水中的污染物会增加分子转移的阻力，使废水中的污染物会增加分子转移的阻力，使Kla值值降低，为此引入系数降低，为此引入系数，对，对Kla值进行修正。值进行修正。1LaLawKKLaLawKKKlaw 废水中氧总转移系数废水中氧总转移系数 值通过实验确定，一般值通过实验确定，一般 =0.80.85。水质水温压力水质水温压力氧总转移系数（氧总转移系数（KLa）4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能46第46页/共104页1sswCCsswCCCsw废水的饱和溶解氧浓度，mg/L

30、； 值一般介于0.90.97之间。氧转移的影响因素氧转移的影响因素水质水质氧总转移系数（氧总转移系数（KLa）LaLawKK饱和溶解氧浓度（饱和溶解氧浓度（Cs）废水中含有的盐分将使其饱和溶解氧浓度降低，废水中含有的盐分将使其饱和溶解氧浓度降低，对此，用系数对此，用系数加以修正：加以修正：水温压力水温压力4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能47第47页/共104页氧转移的影响因素氧转移的影响因素氧总转移系数（氧总转移系数（KLa）LaLawKK饱和溶解氧浓度（饱和溶解氧浓度（Cs）sswCC水质水温压力氧总转移系数（氧总转移系数（KLa）水温升高，液体的粘度降低，有利于氧分子的转水温升

31、高，液体的粘度降低，有利于氧分子的转移，移， KLa值将提高，水温降低则相反。值将提高，水温降低则相反。)20()20()(024. 1TLaTLaKKKLa（T）和和KLa（20）水温水温T 和和20 时的氧总转移系数时的氧总转移系数T设计水温，设计水温，；1.024温度系数。温度系数。氧总转移系数（氧总转移系数（KLa）饱和溶解氧浓度（饱和溶解氧浓度（Cs）4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能48第48页/共104页氧转移的影响因素氧转移的影响因素水质水温压力LaLawKKsswCC水质水温压力氧总转移系数（氧总转移系数（KLa）氧总转移系数（氧总转移系数（KLa）饱和溶解氧浓度（

32、饱和溶解氧浓度（Cs）)20()20()(024. 1TLaTLaKK饱和溶解氧浓度（饱和溶解氧浓度（Cs）水温升高， 饱和溶解氧浓度Cs值下降TTCs5 .3365.2475)760(Cs（760）标准大气压条件下的标准大气压条件下的Cs值，值，mg/L；T设计水温，设计水温，。4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能49第49页/共104页氧转移的影响因素氧转移的影响因素水质水温压力LaLawKKsswCC水质压力氧总转移系数（氧总转移系数（KLa）饱和溶解氧浓度（饱和溶解氧浓度（Cs）)20()20()(024. 1TLaTLaKK氧总转移系数（氧总转移系数（KLa）饱和溶解氧浓度（

33、饱和溶解氧浓度（Cs）水温饱和溶解氧浓度（Cs）TTCs5 .3365. 2475)760(4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能50第50页/共104页4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能51第51页/共104页氧转移的影响因素氧转移的影响因素压力饱和溶解氧浓度（Cs）压力增高，饱和溶解氧浓度Cs提高pppCCss5)760(10013.1p 所在地区的实际大气压力，所在地区的实际大气压力，Pa；Cs（760） 标准大气压条件下的标准大气压条件下的Cs值，值，mg/L；p 水的饱和蒸汽压力，水的饱和蒸汽压力， Pa。4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能机械曝气装置的情况

34、机械曝气装置的情况52第52页/共104页氧转移的影响因素氧转移的影响因素压力饱和溶解氧浓度（Cs）p水的饱和蒸汽压力忽略不计，得到：水的饱和蒸汽压力忽略不计，得到：)760(5)760(10013. 1sssCpCC510013. 1p压力增高，饱和溶解氧浓度Cs提高pppCCss5)760(10013. 14.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能机械曝气装置的情况机械曝气装置的情况53第53页/共104页氧转移的影响因素氧转移的影响因素压力饱和溶解氧浓度（Cs）)760(ssCC 对鼓风曝气装置，曝气对鼓风曝气装置，曝气盘安装在水面以下，其盘安装在水面以下，其Cs值以扩散装置出口和值以

35、扩散装置出口和混合液表面两处饱和溶混合液表面两处饱和溶解氧浓度解氧浓度平均值平均值（Csm）计算计算510013.12121btssmpOCCOt气泡离开水面时，氧的百分比，气泡离开水面时，氧的百分比，%)1 (2179)1 (21AAtEEOEA氧利用率，氧利用率，6-12%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，PaHppb3108 . 9H-曝气头水深曝气头水深 4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能54第54页/共104页氧转移的影响因素氧转移的影响因素水质水温压力氧总转移系数（氧总转移系数（KLa）LaLawKK饱和溶解氧浓度（饱和溶解氧浓度（Cs）sswCC氧

36、总转移系数（氧总转移系数（KLa）)20()20()(024. 1TLaTLaKK饱和溶解氧浓度（饱和溶解氧浓度（Cs）饱和溶解氧浓度（Cs）510026. 242btssmpOCC)1 (2179)1 (21AAtEEOHppb3108 . 9鼓风曝气装置鼓风曝气装置)760(ssCC TTCs5 .3365. 2475)760(4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能机械曝气装置机械曝气装置55第55页/共104页标准氧转移速率（标准氧转移速率（R0）的计算）的计算脱氧清水脱氧清水)20()20()20()20(0)(smLaLsmLaCVKCCVKdtdmRCL水中含有的溶解氧浓度，

37、脱氧清水水中含有的溶解氧浓度，脱氧清水CL =0。温度为温度为T时的实际氧转移速率（时的实际氧转移速率（R）污水污水)(024. 1)(20)20(LTsmTLaCCKVR氧转移速率的计算氧转移速率的计算)(024. 1)(20)20(0LTsmTsmCCCRR因此因此)(024. 1)(20)20(0LTsmTsmCCRCRCL混合液的溶解氧浓度，一般按混合液的溶解氧浓度，一般按2mg/L考虑。考虑。4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能56第56页/共104页氧转移效率氧转移效率1000cAOREEA氧转移效率，氧转移效率，%；Oc供氧量，供氧量，kg/h；氧转移效率与供气量的计算氧

38、转移效率与供气量的计算sscGGO3 . 043. 1%2121%氧在空气中所占百分比；氧在空气中所占百分比；1.43氧的容重，氧的容重，kg/m3；Gs供气量，供气量，m3/h。供氧量供氧量1003 . 00AsERG供气量供气量4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能57第57页/共104页对鼓风曝气系统，各种曝气装置的对鼓风曝气系统，各种曝气装置的E EA A值是值是制造厂家通过清水试验测出的，随产品向制造厂家通过清水试验测出的，随产品向用户提供用户提供氧转移效率与供气量的计算氧转移效率与供气量的计算4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能58第58页/共104页氧转移效率与供气

39、量的计算氧转移效率与供气量的计算需氧量需氧量活性污泥系统供氧速率与耗氧速率应保持平衡，因此，活性污泥系统供氧速率与耗氧速率应保持平衡，因此，曝气池混合液的需氧量应等于供氧量。曝气池混合液的需氧量应等于供氧量。O2曝气池中混合液需氧量，曝气池中混合液需氧量，kgO2/d；a 代谢每代谢每kgBOD所需的所需的O2的的kg数；数；b 每每kgMLVSS每天进行自身氧化所需氧的每天进行自身氧化所需氧的kg数，即污泥数，即污泥自身氧化需氧率，自身氧化需氧率，d-1；Sr有机质降解量，有机质降解量，kg/m3，Sr=S0-SeXVMLVSSVrVXbQSaO24.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能

40、59第59页/共104页可以改写为：可以改写为：bNabVXQSaVXOsVrV2氧转移效率与供气量的计算氧转移效率与供气量的计算srVrNbaQSVXbaQSO2单位重量活性污泥的需氧量，单位重量活性污泥的需氧量，kgO2/(kgMLVSSd)VVXO2每降解的每降解的1kgBOD的需氧量，的需氧量， kgO2/(kgBODd)rQSO2Ns-污泥负荷，污泥负荷， kgBOD/(kgMLVSSd)4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能60VrVXbQSaO2或或第60页/共104页例 题l 某城市废水处理厂，设计流量某城市废水处理厂，设计流量Q=30000m3/d，一级处理出，一级处理

41、出水水BOD5=200mg/L，采用活性污泥法处理，要求处理水，采用活性污泥法处理，要求处理水BOD520mg/L。l 经计算，曝气池容积经计算，曝气池容积V=10000m3，XV=2000mg/L，采用微，采用微孔曝气盘作为曝气装置，孔曝气盘作为曝气装置，EA=18%，CL=2mg/L，计算温度，计算温度25，曝气盘安装在水下，曝气盘安装在水下4m处。处。l有关参数：有关参数：a=0.5，b=0.1，=0.8，=0.9，=1.0。求定鼓风曝气量和采用表面机械曝气器时的充氧量。求定鼓风曝气量和采用表面机械曝气器时的充氧量。61第61页/共104页例 题解：解： （1）鼓风曝气量的计算）鼓风曝气

42、量的计算 计算需氧量计算需氧量VeVrVXbSSQaVXbQSaOR)(0210002000100001 . 01000)20200(300005 . 02OhkgOdkgO/8 .195/47002262R R0应该把实际需要的转移速率应该把实际需要的转移速率R转换为标准状态清水的氧转移速转换为标准状态清水的氧转移速率率R0，才能够根据曝气设备提供的氧转移效率，才能够根据曝气设备提供的氧转移效率EA计算出需要的计算出需要的供气量供气量Gs。第62页/共104页例 题曝气装置出口处的压力按下式计算，得：曝气装置出口处的压力按下式计算，得：PaHppb535310405. 14108 . 910

43、013. 1108 . 9气泡溢出曝气池表面时，氧含量的百分比按下式计算，得：气泡溢出曝气池表面时，氧含量的百分比按下式计算，得：%100)1 (2179)1 (21AAtEEO%9 .17%100)18. 01 (2179)18. 01 (21 计算曝气池内饱和溶解氧浓度的平均值计算曝气池内饱和溶解氧浓度的平均值63 计算计算R0)(024. 1)(20)20(0LTsmTsmCCRCR510026. 242btssmpOCC第63页/共104页例 题查表（排水工程下册第四版附录查表（排水工程下册第四版附录1）得知，）得知，20和和25时的饱时的饱和溶解度浓度分别为：和溶解度浓度分别为：Cs

44、（20）=9.17mg/L；Cs（25）=8.4mg/L。将所得各值代入式中，得：将所得各值代入式中，得：LmgCsm/28. 9429 .17026. 2405. 14 . 8)25(LmgCsm/17.10429 .17026. 2405. 117. 9)20(64第64页/共104页例 题)(024. 1)(20)20(0LTsmTsmCCRCRhkgO /9 .347)228. 90 . 19 . 0(024. 18 . 017.108 .1952)2025( 计算供气量计算供气量min/4 .107/6 .6442100183 . 09 .3471003 . 0330mhmERGAs

45、 20时，脱氧清水的需氧量按下式计算，代入各值得：时，脱氧清水的需氧量按下式计算，代入各值得：65第65页/共104页hkgOR/1 .363)24 . 80 . 19 . 0(024. 18 . 017. 98 .1952)2025(0例 题（2）机械曝气器充氧量的计算）机械曝气器充氧量的计算按下式求按下式求20脱氧清水需氧量，带入各值，得脱氧清水需氧量，带入各值，得表面曝气，Csm不需要换算为水面和水下的平均值66)(024. 1)(20)20(0LTsmTsmCCRCR第66页/共104页4.1 4.1 气气- -液传质模型液传质模型4.2 4.2 相似现象与相似准数相似现象与相似准数4

46、.3 4.3 曝气设备的充氧能力曝气设备的充氧能力4.4 4.4 气泡的传质性能气泡的传质性能4.5 4.5 鼓风曝气和机械曝气鼓风曝气和机械曝气4.6 4.6 水膜的传质性能水膜的传质性能 第第4 4章章 传质及曝气传质及曝气67第67页/共104页4.5 4.5 鼓风曝气和机械曝气鼓风曝气和机械曝气鼓风曝气：将空压机送出的压缩空气通过一系列管道系统送到安装在曝气池底的空气扩散装置，以微小气泡形式逸出，转移到混合液中，同时混合液搅拌、混合。机械曝气：利用安装在水面上、下的叶轮高速转动，剧烈搅动水面，产生水跃，液面与空气接触表面不断更新，使空气中的氧转移到混合液中。68第68页/共104页鼓风

47、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69第69页/共104页三叶式罗茨鼓风机常用鼓风机形式常用鼓风机形式多级离心风机多级风机70第70页/共104页鼓风曝气空气净化器 鼓 风 机 扩 散 器 空气输配管系统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

48、电动调节阀门。71第71页/共104页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小气泡,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(m)小气泡扩散器(mm)中气泡扩散器(mm)大气泡扩散器(mm)扩散器的类型72第72页/共104页1.1.微气泡扩散器：微气泡扩散器：气泡直径在气泡直径在100100m m左右。左右。射流曝气器：射流曝气器：自吸式、供气式（鼓风式）两种类型4.5 4.5 鼓风曝气和机械曝气鼓风曝气和机械曝气73通过混合液的高速射流，将鼓风通过混合液的高速射流，将鼓风机引入的空气切割粉碎为微细气机引入的空气切割粉

49、碎为微细气泡，与混合液充分接触混合，促泡，与混合液充分接触混合，促进氧的传递，氧利用率进氧的传递，氧利用率20%-30%20%-30%。第73页/共104页 扩散板与扩散管扩散板与扩散管4.5 4.5 鼓风曝气和机械曝气鼓风曝气和机械曝气74第74页/共104页微孔曝气盘 微孔曝气管 75第75页/共104页 膜片式微孔空气扩散器膜片式微孔空气扩散器 固定式平板型空气扩散器固定式平板型空气扩散器4.5 4.5 鼓风曝气和机械曝气鼓风曝气和机械曝气76第76页/共104页ZDB型振动曝气器膜片式微孔曝气器KBB型可变微孔曝气器77第77页/共104页3. 3. 中气泡扩散器，中气泡扩散器， 常用穿孔常用穿孔管，孔直径为管，孔直径为2-3mm2-3mm，孔眼气，孔眼气体流速不小于体流速不小于10m/s,10m/s,以防堵塞，以防堵塞，其特点是氧利用率较低，其特点是氧利用率较低，8%-8%-12%12%，但空气压力损失较小，但空气压力损失较小2.2.小气泡扩散器，小气泡扩散器， 有微孔材料有微孔材料制成的扩散板和扩散管等，其特制成的扩散板和扩散管等，