曝气原理与曝气池构造.ppt

1、氧的气相转入液相的机理常用双膜理论来解释。,双膜理论,双膜理论认为，在气-水界面上存在着气膜和液膜，气膜外和液膜外有空气和液体流动，属紊流状态，气膜和液膜间属层流状态，不存在对流,在一定条件下会出现气压梯度和浓度梯度。如果液膜中氧的浓度低于水中氧的饱和浓度，在其界面存在的浓度梯度将促使氧向液膜传递，空气中的氧继续向内扩散透过液膜进入水体，因而液膜和气膜将成为氧传递的障碍，这就是双膜理论,DL液膜的扩散系数，m2/h； A气液界面接触面积，m2； L 液膜厚度，m； cs液相氧的饱和浓度，kg/m3； c液相内氧的实际浓度，kg/m3； KL液膜氧转移系数，m/h。 在上式两边同除以液体的体积V

2、，并令a=A/V，则：,双膜理论,式中dc/dt单位体积的氧转移速率，kg/m3h； KLa液相中以浓度差为动力的总转移系数，h-1，对一定气体而言，混合越强，紊动越剧烈，则气体传递速率越大。 对上式进行积分得：,式中c1，c2分别为t1，t2时所测得的溶解氧浓度，kg/m3。,KLa和cs通常在净水中实验确定。但是，由于曝气池中废水的物理化学性质不同于净水。因此，必须对KLa和cs加以修正，方可应用于废水。单位体积废水中氧的转移速率可用下式表示：,双膜理论,双膜理论,用同一曝其装置在同样的容器中分别测定废水和清水的KLa值，其比值是a值。因Cs受水质影响大，故测定a值时，cs值应实测。用空气

3、曝气，侧氧仪的读数随即上升，至再不上升时的c值即为cs值。 溶解在水中的憎水性有机物影响KLa值， 温度上升，KLa值即上升，而cs值下降。但因活性污泥法的操作温度大约在1030摄氏度范围内，温度的升降对传递速率的影响不显著。,双膜理论,曝气,在活性污泥法系统中，曝气的作用是向液相供给溶解氧，并起搅拌和混合作用。根据活性污泥法的基本理论，向废水供给溶解氧更有效地接触。 通常采用的曝气方法有鼓风曝气，机械曝气以及二者联合使用的混合曝气，某些情况下也采用射流曝气。鼓风曝气是将压缩空气通过管道系统送入池内的散热设备，以气泡形式分散进入混合液。机械曝气则利用装设在曝气池内的叶轮的转动，剧烈地搅动水面，

4、使液体循环流动，不断更新液面并产生剧烈水跃，从而使空气中的氧与水滴或水气的界面充分接触，转入液相中去。射流曝气则是利用水射流泵将空气吸入，使空气与水充分混合并溶解的曝气方式。,曝气的要求,良好的曝气设备除应当具有较高的动力效率和氧转移效率外，还应尽可能满足下列要求： （a）搅拌均匀； （b）构造简单； （c）能耗少； （d）价格低； （e）性能稳定，故障少； （f）不产生噪音及其它公害； （g）对某些工业废水耐腐蚀性强,鼓风曝气,鼓风曝气是传统的曝气方法，它由加压设备、扩散装置和管道系统三部分组成。 加压设备一般采用回转式鼓风机，也有采用离心式鼓风机的，为了净化空气，其进气管上常装设空气过滤器

5、，在寒冷地区，还常在进气管前设空气预热器,鼓风曝气图,鼓风曝气系统,鼓风曝气系统由空气净化器，鼓风机，空气输配管系统和扩散器组成。空气输配管系统包括输气管，曝气池上的管网，管网包括干管和支管。干管常架设于相邻两廊道的公用墙上，相两侧廊道引出支管，深入水下，气端头装设扩散器。扩散器装于靠公用墙侧，压出的水泡上升时，带动废水做横向环流，实现废水与污泥的充分混合与充氧。,扩散板,扩散板是用多孔性材料制成的薄板，有陶土制、塑料制或其他材料制成的，其形状可做成方形或长方形，方形扩散板尺寸通常为300300（2540)mm，扩散板安装在池底一侧的预留槽上，空气由竖管进入槽内，然后通过扩散板进入混合液。 扩

6、散板的通气率一般为l1.5m3/m2min，氧利用率约10，充氧动力效率约为2kgO2/kWh。 缺点是板的孔隙小、空气通过时压力损失大、容易堵塞。,扩散板,扩散管,扩散管是由陶质多孔管组成，其内径4475mm，壁厚614mm，长60Omm，每l0根为一组，通气率为1215m3/根h。 目前用软管代替陶质多孔管,圆帽盖型扩散器,圆帽盖型扩散器,网状膜扩散器,网状膜扩散器,该曝气器采用网状膜代替曝气盘用的各种曝气板材，其网很薄，网上的孔径笔直，滤水透气效果均优于微孔板材，不易发生堵塞。 网膜采用聚醋酸纤维制成的。网状膜曝气器采用底部供气，空气经分配器第一次切割后均匀分布到气室内，高速气流经切割分

7、配到网状膜的各个部位受到阻挡，然后通过特制网膜微孔的第二次切割形成微小气泡(直径23mm)匀地分布扩散到水中。,中气泡扩散器,（2）中气泡扩散器 常用穿孔管，它的孔直径为23mm，孔眼气体流速不小于10m/s,以防堵塞，其特点是氧利用率低，但空气压力损失较小；,大气泡扩散器,常用的是曝气竖管，直径为15mm左右，底口敞开，其特点是气泡大（直径3mm以上），分布不匀，氧利用率低，不易堵塞；竖管曝气是在曝气池的一侧布置以横管分支成梳形的竖管，离池底150mm左右,倒盆式扩散器,射流式曝气器,微孔曝气：气泡直径在100m左右，射流曝气器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泡，与混

8、合液充分接触混合，促进氧的传递,固定螺旋曝气器,固定螺旋曝气器,国内外开始使用一种称为固定螺旋式曝气器(也称静态曝气器)的装置。 它是由35节筒体组成的，每节为 300 (450) 300，每节内安装着90度或180度转动的固定螺旋叶片，相邻两节螺旋叶片旋转方向相反，相错90度，空气从筒底部进入曝气筒形成气水混合液。混合液在筒内反复与器壁碰撞，迂回上升，空气泡在上升的过程中被螺旋叶片反复切割，形成小气泡。,氧吸收率,鼓风曝气系统采用氧吸收率（EA）来比较设备效率，其意义用下式表示,为便于比较各种鼓风曝气扩散器（除射流曝气器），将其装于水深1m处，以亏氧量1mg/L时的EA值作为互相比较的指标。

9、EA值愈高，曝气装置效率愈高。表列有各种鼓风曝气扩散器的性能资料。,衡量曝气设备性能的指标还有氧传递速率和充氧效率。氧传递速率的单位为mg(O2)/Lh,充氧动力效率是指消耗1kWh动力传递到水中的氧量。,曝气能力表示,衡量曝气设备效能的指标有动力效率EP、氧转移效率EA和充氧能力。 动力效率Ep是指消耗1kWh电能所转移到液体中去的氧量，单位为kg/kWh。 氧转移效率也称氧利用率，它是指鼓风曝气转移到液体中的氧占供给氧的百分数：EA=(Ro/W)100。 其中：W供氧量，kg/h；Ro吸氧量，kg/h。 对于鼓风曝气，各种扩散装置在标准状态下的EA值是事先通过脱氧清水的曝气试验测定得出的，

10、一般为515左右。 充氧能力是指叶轮或转刷在单位时间内转移到液体中的氧量kg/h。,鼓风曝气设备性能资料,机械曝气装置图,机械曝气设备有泵型轮，倒伞型叶轮，平板型叶轮和卧式曝气转刷。 曝气叶轮一般装于水下，淹没深度为10100mm,可调节。淹没深度大时，提升水量大。叶轮转速一般为20100r/min。卧式曝气转刷淹没深度为直径的1/31/4,转速在70120r/min,转动时转刷将大量液滴抛向空中，并使液面剧烈波动，促进氧的溶解。,机械曝气,机械泵型叶轮,泵型叶轮的构造和离心泵叶轮十分相似，叶片呈弧状，上下有盖板，提升能力强。倒伞型叶轮由一个倒锥型旋转体组成，锥体表面有数条肋条式叶片，在最上部

11、弯曲并水平外伸，使曝气器旋转使甩出的水幕接近池中水面，形成剧烈的搅动和混杂。平板型叶轮有平板圆盘和其上的叶片组成，叶片与半径的夹角是0O5O，最好为12O，每个叶片后的圆盘上开有直径为30mm的小孔，用以吸入空气，强化充氧效果。,转刷,转刷,浅层曝气,把栅栏穿孔管悬挂在池子一侧的水面下0.60.8m处（图7-20） 。其理论根据是：气泡在形成时，由于浓差大，堰转移率比穿过水层逸升时高达数倍，即气泡在形成时水中氧的转移率最大，半秒钟后降到1/10。在氧转移率相同的情况下，浅层曝气耗电省。一般在曝气池中设垂直导流板，上缘与曝气管齐，下缘距池底0.60.8m。曝气时混合液饶导流板循环流动。浅层曝气的

12、供气量为3040m3/m3(水)h。风压约1kPa,动力效率2.32.9kg(O2)/kWh。 浅层曝气池与一般曝气池相比，空气量增大了，而风压仅为一般曝气池的1/31/4,电耗略有下降，适于中小型污水厂采用。,浅层曝气图,深井曝气,根据长期经验和多方面的技术经济比较，曝气池的经济深度为45m,但随着用地的日益紧张，又发展了深水曝气法。深水曝气池一般水深达1020m。70年代以来，又发展了超深水曝气法（称为深井曝气），节约了用地，促进了氧传递速率。 深井曝气法的井管直径为1.06.0m,深度达50150m.井中分成下降管和上升管。废水和污泥从下降管导入，由上升管排出。在靠近井颈部分局部扩大，以

13、排除部分气体。经处理后的混合液，先脱气，再进行固液分离。,操作中利用空气作为动力，促进液流循环。启动时在上升管上层较浅部位输入空气，待液流完全循环后，再在下降管中逐步供给空气。液流在下降管中与输入空气一起，经井底流入上升管。促使液流保持不断循环的动力是下降管和上升管的气液混合物存在的密度差。下降管中的空气溶入，上升管中的空气析出，故前者的密度大于后者。,深井曝气系统在运行中发现，深井曝气系统的CO2量比常规曝气的多30%,说明能量消耗大，合成量低。由于深井曝气池内，气液絮流大，液膜更新快，且气液接触时间常，故溶解氧饱和度高，但应注意井壁渗漏对地下水的污染。,深井曝气图,曝气法比较,鼓风曝气与叶

14、轮曝气各有其优缺点和适用条件。一般地说，表面机械曝气的氧吸收率高（约为1525%），鼓风曝气低（仅为610%）,所以前者耗电较后者少。鼓风曝气所用设备较多，包括鼓风机及空气输送管等，表面曝气仅在池上设置一个电机及变速装置和叶轮即可。但是当废水量很大，曝气池需要设置相当多的曝气叶轮时，则费用剧增，超过鼓风曝气。因此，叶轮曝气适用于水量较小的小型曝气池，鼓风曝气适用于大水量的大型曝气池。当废水中存在大量的产生泡沫的物质（如表面活性剂，碱等）时，曝气过程中会有大量泡沫层覆盖池面，影响表面曝气池的充氧效果，若无有效的消沫措施，则不宜采用表面曝气。安装曝气叶轮时，安装深度要适当：浸没深度过小，水面扰动虽

15、然剧烈，但提升作用小；浸没深度过大，其结果正好相反，两者均要降低充氧效果。叶轮的周边线速度一般为36m/s,线速度过小，充氧能力减弱；线速度过大，易破坏污泥絮体，影响沉降分离。,曝气选择原则,对于较小的曝气池，采用机械曝气器能减少动力费用，并省去鼓风曝气所需的管道系统和鼓风机等设备，维护管理也比较方便。 这类曝气器的缺点是，转速高，其动力消耗随曝气池的增大而迅速增大，所以曝气池不能太大。 这种曝气器需要较大的表面积，因此曝气池的深度也受到限制。还有，如果曝气池中产生泡沫，将严重降低充氧能力。 鼓风曝气供应空气的伸缩性较大，曝气效果也较好，一般用于较大的曝气池。 鼓风曝气的缺点是需要鼓风机和管道

16、系统。曝气头易堵塞。,曝气池的类型,从混合液流型可分为推流式、完全混合式和循环混合式三种； 从平面形状可分为长方廊道形、圆形或方形、环形跑道形三种； 从采用的曝气方法可分为鼓风曝气式、机械曝气式以及两者联合使用的联合式三种； 从曝气池与二次沉淀池的关系可分为分建式和合建式两种。,推流式曝气池,推流式曝气池为长方廊道形池子，常采用鼓风曝气，扩散装置排放在池子的一侧，见下图。这样布置可使水流在池中呈螺旋状前进，增加气泡和水的接触时间。 曝气池的数目随污水厂大小和流量而定，在结构上可以分成若干单元，每个单元包括几个池子，每个池子常由一至四个折流的廊道组成。,推流式曝气池,鼓风曝气多用于长廊式曝气池。

17、推流式曝气系统即属于此类，其廊道形式如图所示，一般为14个廊道。大多数推流式系统从池首引入废水和活性污泥，只有逐步曝气系统是沿池长分数处进水。为防止废水与污泥在池面扩散形成短流，一般进口设于水下。进水闸板控制。出水用溢流堰或淹没孔控制。,推流式曝气池图,特点,曝气池的池长可达100m。为了防止短流，廊道长度和宽度之比应大于5，甚至大于10。 为了使水流更好的旋转前进，宽深比不大于2，常在1.52之间。池深常在35m。 曝气池进水口一般淹没在水面以下，以免污水进入曝气池后沿水面扩散，造成短流，影响处理效果。 曝气池出水设备可用溢流堰或出水孔。通过出水孔的水流流速一般较小(0.10.2m/s)，以

18、免污泥受到破坏。,推流式图1,推流式图2,完全混合式曝气池,完全混合式曝气池常采用叶轮供氧，多以圆形、方形或多边形池子作单元，主要是因为需要和叶轮所能作用的范围相适应。 改变叶轮的直径可以适应不同直径(边长)、不同深度的池子需要。长方形曝气池可以分成一系列相互衔接的方形单元，每个单元设置一个叶轮。 使用完全混合式曝气池时，为了节约占地面积，常常是把曝气池和沉淀池合建,圆形曝气沉淀池,方形曝气沉淀池,长方形曝气沉淀池,分建式完全混合系统,循环混合式曝气池,循环混合式曝气池多采用转刷供氧，其平面形状如环形跑道，如下图所示。循环混合式曝气池也称氧化渠或氧化沟（oxidation ditch)，是一种简易的活性污泥系统，属于延时曝气法。L氧化沟的平面图像跑道一样，转刷设置在氧化渠的直段上，转刷旋转时混合液在池内循环流动，流速保持在0.3m/s以上，使活性污泥呈悬浮状态,氧化渠的典型布置,氧化沟的实景图1,氧化沟的实景图2,特点,氧化渠的流型为环状循环混合式，污水从环的一端进入，从另一端流出。 一般混合液的环流量为进水量的数百倍以上，接近于完全混合，具备完全混合曝气池的若干特点。 氧化沟的特点： （a）简化了预处理，氧化沟水力停留时间和污泥龄比一般生物处理法长，悬浮有机物可与溶解