《水污染控制工程》气体传递原理和曝气设备

1、第一节 基本概念第二节 活性污泥法的发展第三节 活性污泥法数学模型基础第四节 气体传递原理和曝气设备第四章 活性污泥法第四节 气体传递原理和曝气设备 活性污泥法的三个要素构成 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。曝气的作用充氧 好氧微生物的需氧代谢混合 混合液的搅拌作用（厌氧、缺氧池另加搅拌器）从常用污水处理流程看曝气系统 曝气设备 曝气设备按曝气方式主要分为：1.鼓风曝气：分散气泡的大小，扩散器分为 微气泡、小气泡、中气泡、大气泡、 剪切分散空气

2、曝气器2.机械曝气：也叫表面曝气机 竖轴式曝气器、卧轴式曝气器 曝 气 设 备 鼓风曝气机械曝气空气过滤器 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过滤器 鼓 风 机 空气输配管系统 扩 散 器 空气过滤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。鼓风曝气系统的组成过滤器与进口消音器 过滤器压力损失监测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

3、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三叶式罗茨鼓风机外型鼓风机房离心鼓风机外型多极离心风机离心鼓风机房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电动调节阀门。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100m中气泡扩散器23mm大气泡扩散器15mm剪切空气扩散器扩散器的类型小气泡扩散器1.5mm微孔曝气盘

4、 微孔曝气管 微孔曝气设备微孔曝气设备安装 微孔曝气设备的清水检验 微孔曝气设备的运行状况 穿孔管曝气器及布置方式穿孔曝气管膜片式微孔曝气器微孔曝气器安装示意图ZDB型振动曝气器KBB型可变微孔曝气器可变微孔曝气器安装机械曝气：表面曝气机 表面曝气机充氧原理 (1)曝气设备的提升和输送液体作用，使曝气池内液体连续上下循环流动, 从而不断更新气液接触界面, 不断吸氧； (2)曝气设备旋转时在周围形成水跃，并把液体抛向空中，剧烈搅动而卷吸空气； (3)曝气设备高速旋转时，在后侧形成负压区而吸入空气。机械曝气完全混合曝气池机械曝气：表面曝气机 曝气的效率取决：曝气机的性能曝气池的池形倒伞形平板形泵

5、形 这类曝气机的转动轴与水面平行,主要用于氧化沟 。竖式曝气机(叶轮)卧式曝气机(转刷)竖式曝气机泵 形倒伞形平板形竖式曝气机倒伞形机械曝气器表面曝气机沉水曝气机射流曝气器转刷曝气机 曝 气 设 备 性 能 指 标 比较各种曝气设备性能的主要指标 氧转移速率：单位为mg（O2）/（Lh）。 充氧能力（或动力效率）：即每消耗1kWh动力能传递到水中的氧量（或氧传递速率）,单位为kg（O2）/（kWh）。 氧利用率：通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧的比例，单位为。气液传质过程通常遵循一定的传质扩散理论，气液传质理论目前有：双膜理论穿透模式 表面更新理论目前工程和理论上应用较多的为双膜理

6、论。气 体 传 递 原 理 气 体 传 递 原 理 双膜理论的基点是认为在气液界面存在着二层膜（即气膜和液膜）这一物理现象。 这两层薄膜使气体分子从一相进入另一相时受到了阻力。当气体分子从气相向液相传递时，若气体的溶解度低，则阻力主要来自液膜。双膜理论基本论点气、液两相接触的自由界面的两侧，存在着做层流流动的气膜和液膜，而在其外侧分别为处于紊流状态的气相主体和液相主体；在气相主体和液相主体中组分浓度基本上是均匀分布的，不存在浓度差。传质阻力仅存在于气、液两层层流膜中；在气膜中存在着氧分压梯度，在液膜中存在着氧的浓度梯度，它们是氧转移的推动力；氧是一种难溶气体，溶解度很小，故传质阻力主要在液膜上

7、。因此，通过液膜的传质速率是氧转移过程的控制速率。44双膜理论示意图 气相主体界面气膜液膜CS层流液相主体CpGpiPG表示气相中氧的分压Pi表示界面处氧的分压CS表示界面处水中氧的浓度C表示水中氧的浓度 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气体传递速率； KL气体传质系数； A 气体扩散通过的面积； Cs 气体在溶液中的饱和浓度； C 气体在溶液中的浓度。而dM=Vdc，则上式可改写成：KLa气体总传质系数由此上式变为： 将上式进行积分，可求得总的传质系数： 提高氧转移速率，可以从提高KLa值和cS值考虑。 KLa值受污水水质的影响，把用于清水测出的值用于污水，

8、要采用修正系数，同样清水的cs值要用于污水要乘以系数，因而上式变为：式中：机械曝气性能检测污水水质：杂质-KLa、溶解盐类-cs水温：升高， KLa增高， cs降低氧分压： cs液相中氧的浓度梯度 气液之间的接触面积气液之间的接触时间水流的紊流程度影响氧转移的因素P130氧转移速率的计算 F曝气扩散设备堵塞系数，常取0.650.9 在稳定条件下，氧的转移速率应等于活性污泥微生物的需氧速率（Rr） （mg（O2）/（Lh） 总充氧能力O2的计算因为O2为曝气池实际需氧量，可通过生化过程的设计计算求得，再利用O2可求得OS，(kg(O2)/h) 一定曝气设备转移到污水中的总氧量( kg(O2)/h) 在标准条件下，转移到脱氧清水中总氧量OS (kg(O2)/h)为 氧利用效率EA的计算 GS 供气量，m3/h 对鼓风曝气，EA是生产厂商提供，设计中需要求的是GS。 EA定义为需氧量OS与供氧量S的比值，而供氧量S与供气量GS的关系为S= GS0.211.331=0.28 GS 。通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧的比例，单位为。 曝 气 设 备 性 能 满足混合要求的曝气