活性污泥25-動力學(xué)與曝氣(已修改)
2025-05-26 22:42 本頁面
【正文】 水污染控制工程 唐玉朝 安徽建筑工業(yè)學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系 Email: Department of Environmental Science and Engineering, Anhui University of Architecture 第四節(jié) 曝氣原理與設(shè)備 1 曝氣原理 1. 1 氣體 傳遞原理 Fick定律： vd = － D , …… ..（ 1） vd 表示物質(zhì)的擴(kuò)散速度 ,單位時間內(nèi)單位斷面面積上通過物質(zhì)的質(zhì)量 ,kg/m2h ； D 表示物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù) ,某物質(zhì)在介質(zhì)中的擴(kuò)散能力 ,m2/h； 表示濃度梯度 ,kg/m3m . Water Pollution Control Engineering ddC? ddC?曝氣原理 vd = , …… .. （ 2） 單位時間內(nèi)單位斷面面積上通過物質(zhì)的質(zhì)量 , M表示質(zhì)量 . dM/dt = － D A …… .. （ 3） Water Pollution Control Engineering AdM /dt ddC?曝氣原理 根據(jù) 雙膜理論 ,由于氧氣的溶解度低 ,所以其阻力主要在于液膜 ,對于濃度梯度在液膜處為 － (CS－ C)/ δL ， δL表示液膜厚度 ， CS－ C表示顆粒內(nèi)外的濃度差 , CS液膜外溶解氧的飽和濃度 , C表示膜內(nèi)的實際濃度 . dM/dt = D A (CS－ C )/ δL , …… .. （ 4） 同除以 V： dC /dt = (CS－ C) DδL A/V …… .. （ 5） Water Pollution Control Engineering 曝氣原理 由于 A值無法測 ， 將 D δLA/V以 KLa代替 ， KLa相當(dāng)于氧氣的總傳質(zhì)系數(shù) 。 ? = KLa (CS－ C) …… .. （ 6） dC/dt表示液相氧濃度變化速率 ， kg/m3h KLa氧總傳遞速率 ,單位 1/h,表示氧的傳遞性能 ,KLa大 ,說明傳遞快 ,傳遞阻力小 ,KLa小反之 。 KLa倒數(shù)是時間 h,表示氧濃度從 C提高到 CS需要的時間 ， 需要時間長 ,說明阻力大 ,即 KLa小 ,反之亦然 。 Water Pollution Control Engineering dtdC 曝氣原理 根據(jù)氣體傳遞原理 , 曝氣效率 ： ( dC /dt = (CS－ C) D A/V δL ) ① 增大比表面積 (A/V),增加氣液的接觸面 ,曝氣需要用小氣泡 , 但不宜過小 (從氣浮原理 )； ② 增加紊流程度 ,以減小液膜厚度 δL ,劇烈紊流 , 過分劇烈曝氣是否合適 ? ③ 增加氣相氧分壓 ,可以提高水中氧飽和濃度 CS， 純氧曝氣 , 在較高的氣壓下 , 如深井曝氣 。 Water Pollution Control Engineering 曝氣原理 . 氧擴(kuò)散速率 (曝氣效率 )的影響因素 ： ① 與分子 O2在水中的擴(kuò)散系數(shù) D ,氣體液體界面面積 A， 液膜的氧飽和濃度差 CS－ C成正比 ,與液膜厚度 δL 成反比 。 ② 污水水質(zhì) ,關(guān)于系數(shù) α和 β： α=污水 KLa/清水 Kla,比 1小 , 污水中氧傳遞性能比清水要差 . β=污水 CS/清水 CS, 污水中氧飽和濃度與清水中的比值 ， 小于1. Water Pollution Control Engineering 曝氣原理 ③ 溫度：溫度增加 , 擴(kuò)散系數(shù) D 提高 , 液膜厚度 δL 減小 ，使氧傳遞速率 KLa大 , 但由于氧飽和濃度 CS減小 , 所以反而可能導(dǎo)致氧擴(kuò)散速率降低了 , 溫度對擴(kuò)散速率的影響取決于對 KLa和 CS的影響哪個更顯著 . KLa(T)= KLa(20) (T20) 30比 20增加 27％ , 根據(jù)克勞修斯 克拉帕龍方程 ， 從 20增加到 30， 約 CS降 20％ Water Pollution Control Engineering 曝氣原理 ④ 氧分壓 ， 根據(jù) Henry定律 , 氣體在液體中的溶解度與氣體壓力成正比 , 所以在池底的曝氣出口處氧分壓最大 , 氧飽和濃度 CS也最大 , 隨氣泡上升 , 分壓減小 . ⑤ 曝氣池 DO濃度 ， 越低效率越高 ， 要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于飽和濃度Cs， 常溫下 Cs在 89左右 . Water Pollution Control Engineering 曝氣原理 . 氧轉(zhuǎn)移率和供氣量計算 ? 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，轉(zhuǎn)移到無氧清水中總氧量： Os＝ KLa(20) C S(20) V ? 實際情況下轉(zhuǎn)移量： O2＝ αKLa(20) (T20)(βρCs(T)－ C)VF F是堵塞系數(shù)。 ? 將實際生化反應(yīng)需氧量 O2轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn) Os： Water Pollution Control Engineering )(1 .0 24( 2 0 )COO)(2 0 )(TS2s CCFTS ???????????? 實際需要供氧量 S 考慮到氧利用效率 EA： ? 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)需要空氣量 Gs ： ? 最終計算實際非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的需要空氣量。 曝氣原理 Water Pollution Control Engineering ASEOS ?3 . 5 8 S0 . 2 8SG S ??2 曝氣設(shè)備 曝氣裝置 曝氣裝置作用： 1供氧； 2攪拌與混合 曝氣裝置類型： 1鼓風(fēng)曝氣； 2機(jī)械曝氣 Water Pollution Control Engineering 曝氣設(shè)備 鼓風(fēng)曝氣 組成 :空氣凈化器 、 鼓風(fēng)機(jī) 、 空氣輸配管 、 空氣擴(kuò)散裝置 ,根據(jù)空氣擴(kuò)散裝置分散空氣大小分： ? ① 小氣泡：多孔性材料制的微孔擴(kuò)散板 ,擴(kuò)散管 ,擴(kuò)散罩等 , 氣泡直徑 。 ? ② 中氣泡 :穿孔管 。 ? ③ 大氣泡 :豎管 ,氣泡直徑 15mm左右 。 氣泡微小則氧利用率高 ,但氣壓損失大 ,容易堵塞 ,空氣需要過濾處理 .反之氣泡大 ,氧利用率低 ,不堵塞 ,空氣可不凈化 。 Water Pollution Control Engineering 曝氣設(shè)備 ? 微孔曝氣盤的清水曝氣 Water Pollution Control Engineering 曝氣設(shè)備 微孔曝氣設(shè)備 Water Pollution Control Engineering 曝氣設(shè)備 ④ 微氣泡曝氣 :水力剪切 ,沖擊和空氣剪切 射流曝氣 ,高速葉輪剪切壓縮空氣等 。 射流曝氣 :氣泡直徑可達(dá)到 ,高速的水流使得氣泡和水被粉碎成霧樣 , 混合液可以充分接觸 , 氧傳遞效率高 ,氧轉(zhuǎn)移率可達(dá) 20%, 動力效率一般 .如果用自吸空氣 ,則無需鼓風(fēng)機(jī) . 曝氣設(shè)備的空氣擴(kuò)散裝置 ,一般在水下 ,也可以在水表面 . Water Pollution Control Engineering 曝氣設(shè)備 曝氣鏈在水中做蛇形擺動 , 無曝氣死區(qū) 屬于淺層曝氣 ,曝氣頭的維護(hù)簡單 ,方便 ， 不需停產(chǎn)放空 ,不影響生產(chǎn) . Water Pollution Control Engineering 曝氣設(shè)備 2. 2 機(jī)械曝氣 ? 表面曝氣 ， 機(jī)械攪拌水被拋向空中
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