第四章曝气理论基础

第四章曝气理论基础第1页，共26页，2023年，2月20日，星期三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。给曝气池供氧谓之曝气。第2页，共26页，2023年，2月20日，星期三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+机械联合曝气系统第3页，共26页，2023年，2月20日，星期三第4页，共26页，2023年，2月20日，星期三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)第5页，共26页，2023年，2月20日，星期三4.6.1

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）第6页，共26页，2023年，2月20日，星期三2.双膜理论与氧总转移系数KLa通过气液界面氧的扩散速度VddM/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→Pi

Pg≈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）第7页，共26页，2023年，2月20日，星期三2）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）第8页，共26页，2023年，2月20日，星期三氧转移速率①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）第9页，共26页，2023年，2月20日，星期三②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达到饱和第10页，共26页，2023年，2月20日，星期三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●●●●★★★★第11页，共26页，2023年，2月20日，星期三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：－截距斜率第12页，共26页，2023年，2月20日，星期三4.6.2影响氧转移的因素

Cs——氧的饱和浓度

（4－68）第13页，共26页，2023年，2月20日，星期三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①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↓第14页，共26页，2023年，2月20日，星期三（4－72）（4－73）引入α因子来修正表面活性物质对KLa的影响②污水中含盐量的影响CS’＝βCs（4－74）（4－75）第15页，共26页，2023年，2月20日，星期三2．水温的影响T↑→μ↓→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↓第16页，共26页，2023年，2月20日，星期三气压↓Cs↓应考虑一个压力修正系数ρ

（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第17页，共26页，2023年，2月20日，星期三Cs1——池底气泡生成时溶解氧的饱和度Cs1＝Cs·X·ρCs——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）第18页，共26页，2023年，2月20日，星期三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）第19页，共26页，2023年，2月20日，星期三1．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，α＝1，β＝1（4-81）第20页，共26页，2023年，2月20日，星期三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）第21页，共26页，2023年，2月20日，星期三而上式中的实际上，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。第22页，共26页，2023年，2月20日，星期三2．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）第23页，共26页，2023年，2月20日，星期三3．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17-14）第24页，共26页，2023年，2月20日，星期三池型修正系数分建式圆形曝气沉淀池圆池正方池长方池K1K2110.640.810.91.34