第五節(jié)曝氣原理與曝氣池構(gòu)造

1、第五節(jié) 曝氣原理與曝氣池構(gòu)造 活性污泥法的三個(gè)要素構(gòu)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； 二是廢水中的有機(jī)物，又稱底物，它是處理對(duì)象，也是微生物的食料； 三是溶解氧，沒有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存，也不能發(fā)揮氧化分解作用。曝氣作用:1.好氧微生物的需氧代謝2.兼性微生物酶的好氧合成3.混合液的攪拌作用（厭氧、缺氧池另加攪拌器）曝氣方式：1.鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)2.機(jī)械曝氣裝置：縱軸表面曝氣機(jī)、橫軸表面曝氣器3.鼓風(fēng)+機(jī)械曝氣系統(tǒng)4.其他：富氧曝氣、純氧曝氣一、氧 的 傳 遞 原 理 1、在氣、液面相接觸的界面兩側(cè)存在處、在氣、液面相接觸的界面兩側(cè)存在處于層流狀態(tài)的氣膜和液膜

2、，在其外側(cè)的于層流狀態(tài)的氣膜和液膜，在其外側(cè)的氣相主體和液相主體處于紊流狀態(tài)氣相主體和液相主體處于紊流狀態(tài)2、由于氣、液兩相主體均處于紊流狀態(tài)，、由于氣、液兩相主體均處于紊流狀態(tài)，其中物質(zhì)濃度基本上是均勻的，不存在其中物質(zhì)濃度基本上是均勻的，不存在濃度差，也不存在傳質(zhì)阻力，氣體分子濃度差，也不存在傳質(zhì)阻力，氣體分子從氣相主體傳遞到液相主體，阻力僅存從氣相主體傳遞到液相主體，阻力僅存在于氣、液兩層層流膜中。在于氣、液兩層層流膜中。3、在氣膜中存在著氧的分壓梯度，在液膜中存在、在氣膜中存在著氧的分壓梯度，在液膜中存在著氧的濃度梯度，它們是氧轉(zhuǎn)移的推動(dòng)力。著氧的濃度梯度，它們是氧轉(zhuǎn)移的推動(dòng)力。 4、

3、氧難溶于水，所以氧轉(zhuǎn)移的阻力主要在液膜上。、氧難溶于水，所以氧轉(zhuǎn)移的阻力主要在液膜上。因此，氧分子通過液膜是氧轉(zhuǎn)移過程的控制步驟。因此，氧分子通過液膜是氧轉(zhuǎn)移過程的控制步驟。液相主體中溶解氧濃度變化速度，即氧轉(zhuǎn)移速度的液相主體中溶解氧濃度變化速度，即氧轉(zhuǎn)移速度的數(shù)學(xué)表達(dá)式為數(shù)學(xué)表達(dá)式為式中：dc/dt氧轉(zhuǎn)移速度，kgo2/m3.h； kla氧轉(zhuǎn)移系數(shù)，與阻力大小成反比； cs 液相中氧的飽和濃度，mg/l； c 液相中氧的實(shí)際濃度，mg/l。)(ddclccktsa提高kla的方法：加強(qiáng)液相的紊流強(qiáng)度，降低液膜厚度，加速氣液界面的更新，增大氣液接觸面積；提高cs的方法：提高氣相中氧的動(dòng)力(氧分

4、壓)，如采用純氧曝氣或深井曝氣1. 1.受污水水質(zhì)的影響，受污水水質(zhì)的影響，把在清水中測(cè)出的把在清水中測(cè)出的k klala值用于污值用于污水時(shí)，需乘以修正系數(shù)水時(shí)，需乘以修正系數(shù)，同樣清水的，同樣清水的cscs值用于污水值用于污水時(shí)，需乘以系數(shù)時(shí)，需乘以系數(shù)，因而上式變?yōu)椋?，因而上式變?yōu)椋?(ddclacckts)()()()(lala清水污水清水污水cssckk=0.8-0.85 =0.9-0.972.水溫對(duì)kla及cs的影響水溫高，水的黏滯性降低，擴(kuò)散系數(shù)增大，液膜變水溫高，水的黏滯性降低，擴(kuò)散系數(shù)增大，液膜變薄，薄，k klala增高；反之，水溫低，增高；反之，水溫低， k klala降

5、低。降低。溫度高，溫度高，cscs值降低，反之，水溫低，則值降低，反之，水溫低，則cscs值升高。值升高。總體來講，低溫水有利于氧轉(zhuǎn)移。總體來講，低溫水有利于氧轉(zhuǎn)移。)20()20()(024. 1tlatlakk水中氧的飽和溶解度隨氣壓的升高而升高。故水中氧的飽和溶解度隨氣壓的升高而升高。故cscs值值應(yīng)修正如下：應(yīng)修正如下：對(duì)于鼓風(fēng)曝氣池的對(duì)于鼓風(fēng)曝氣池的cscs值應(yīng)以擴(kuò)散裝置出口和曝氣池值應(yīng)以擴(kuò)散裝置出口和曝氣池混合液表面處的溶解氧飽和濃度的平均值計(jì)算：混合液表面處的溶解氧飽和濃度的平均值計(jì)算：3.氣壓或氧分壓對(duì)kla及cs的影響值標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的值實(shí)際sscc2110013. 125tb

6、ssmqpcc)20()()20(024. 1ttsmlacckdtdc氧轉(zhuǎn)移速度的數(shù)學(xué)表達(dá)式為氧轉(zhuǎn)移速度的數(shù)學(xué)表達(dá)式為綜上所述，氧的轉(zhuǎn)移速率取決于：氣相中氧的分壓綜上所述，氧的轉(zhuǎn)移速率取決于：氣相中氧的分壓梯度；液相中氧的濃度梯度，氣液之間的接觸面積和梯度；液相中氧的濃度梯度，氣液之間的接觸面積和接觸時(shí)間；水溫；污水的性質(zhì)以及水流的紊流程度。接觸時(shí)間；水溫；污水的性質(zhì)以及水流的紊流程度。當(dāng)混合液中氧的濃度為零時(shí)，氧的轉(zhuǎn)移率最大。當(dāng)混合液中氧的濃度為零時(shí)，氧的轉(zhuǎn)移率最大。vckrsmla)20()20(0vcckrttsmla)20()()20(024. 1%100024. 1)20()()2

7、0(0ttsmsmcccrr鼓風(fēng)曝氣中各種設(shè)備的利用效率鼓風(fēng)曝氣中各種設(shè)備的利用效率e ea a為：為：供給的氧量轉(zhuǎn)移到水中的氧量%1000srea供氧量與供氣量的關(guān)系為：供氧量與供氣量的關(guān)系為：gsgss3 . 043. 121. 0故采用空氣曝氣時(shí)鼓風(fēng)機(jī)的供氣量為：故采用空氣曝氣時(shí)鼓風(fēng)機(jī)的供氣量為：g gs s=r=r0 0/0.3e/0.3ea a（m m3 3/h/h） 某城市污水量某城市污水量q=10000m3/dq=10000m3/d，原污水經(jīng)初次沉淀池，原污水經(jīng)初次沉淀池處理后處理后bodbod5 5值值sa=150mg/lsa=150mg/l，要求處理水，要求處理水bodbod

8、5 5值值se=15mg/lse=15mg/l，去除率，去除率90%90%，污水中氧的實(shí)際濃度為，污水中氧的實(shí)際濃度為2mg/l,2mg/l,其需氧量為其需氧量為1275kgo1275kgo2 2/d/d，求定鼓風(fēng)曝氣時(shí)的供，求定鼓風(fēng)曝氣時(shí)的供氣量。氣量。 有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)為：有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)為： =0.85=0.85， =0.95=0.95，=1=1，e ea a=10%=10%，水溫，水溫2525度，經(jīng)計(jì)算曝氣池容積為度，經(jīng)計(jì)算曝氣池容積為3000m3000m3 3，空氣擴(kuò)散裝置安裝在水下空氣擴(kuò)散裝置安裝在水下4.5m4.5m處。處。例空氣擴(kuò)散裝置出口處絕對(duì)壓力空氣擴(kuò)散裝置出口處絕對(duì)壓力pbpb氣

9、泡離開池面時(shí)，氧的百分比為氣泡離開池面時(shí)，氧的百分比為2020和和25 25 氧的飽和溶解度為氧的飽和溶解度為cs(20)=9.17mg/l; cs(20)=9.17mg/l; cs(25)=8.4mg/lcs(25)=8.4mg/l，代入各值，求得平均溶解氧飽和度，代入各值，求得平均溶解氧飽和度為：為：%3 .19%100*)1 .01 (2179)1 .01 (21tolmgclmgcsmsm/8 .10423 .19026. 2454. 117. 9/88. 9423 .19026. 2454. 14 . 8)20()25(解1.計(jì)算曝氣池內(nèi)平均溶解氧飽和度pbpb=1.013=1.01

10、3* *10105 5+9.8+9.8* *4.54.5* *10103 3=1.454=1.454* *10105 5papa2110013. 125tbssmqpcc2.計(jì)算2020時(shí)脫氧清水的需氧量hkgdkgr/7 .82/1984024. 1 288. 9*1*95. 085. 08 .10*1275)2025(0hmdmgs/5 .2755/66133%10*3 . 0198433g gs s=r=r0 0/0.3e/0.3ea a（m m3 3/h/h）%100024. 1)20()()20(0ttsmsmcccrr 三、曝 氣 設(shè) 備 鼓風(fēng)曝氣機(jī)械曝氣空氣凈化器 鼓 風(fēng) 機(jī) 空

11、氣輸配管系統(tǒng) 擴(kuò) 散 器 豎式曝氣機(jī)表面曝氣機(jī)臥式曝氣機(jī) 曝 氣 裝置 性 能 指 標(biāo) 比較各種曝氣設(shè)備性能的主要指標(biāo) 氧轉(zhuǎn)移效率el：機(jī)械曝氣時(shí)單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移到液體中的氧量，單位為kgo2/h。動(dòng)力效率ep（充氧能力）：即每消耗一度電能傳遞到液體中的氧量，單位為kgo2/kwh。 氧利用效率ea：通過鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧的百分?jǐn)?shù)，單位為。鼓風(fēng)曝氣空氣凈化器 鼓 風(fēng) 機(jī) 空氣輸配管系統(tǒng) 擴(kuò) 散 器 空氣凈化器的目的是改善整個(gè)曝氣空氣凈化器的目的是改善整個(gè)曝氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和防止擴(kuò)散器阻塞。系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和防止擴(kuò)散器阻塞。鼓風(fēng)曝氣空氣凈化器 鼓 風(fēng) 機(jī) 空氣輸配管系統(tǒng) 擴(kuò) 散

12、 器 鼓風(fēng)機(jī)供應(yīng)壓縮空氣 風(fēng)量要滿足生化反應(yīng)所需的氧量和能保持混合液懸浮固體呈懸浮狀態(tài)。 風(fēng)壓要滿足克服管道系統(tǒng)和擴(kuò)散器的摩阻損耗以及擴(kuò)散器上部的靜水壓。羅茨鼓風(fēng)機(jī)：適用于中小型污水廠，噪聲大，必須采取消音、隔音措施離心式鼓風(fēng)機(jī)：噪聲小，效率高，適用于大中型污水廠鼓風(fēng)曝氣空氣凈化器 鼓 風(fēng) 機(jī) 擴(kuò) 散 器 空氣輸配管系統(tǒng) 負(fù)責(zé)將空氣輸送到空氣擴(kuò)散器。要求沿程阻力損失小,曝氣設(shè)備各點(diǎn)壓力均衡,空氣干管和支管流速符合設(shè)計(jì)要求，配備必要的手動(dòng)閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門。鼓風(fēng)曝氣空氣凈化器 鼓 風(fēng) 機(jī) 擴(kuò) 散 器 作用：將空氣分散成空氣泡,增大空氣和混合液之間的接觸界面，將空氣中的氧溶解于水中。要求：構(gòu)造簡(jiǎn)單，

13、運(yùn)行穩(wěn)定，效率高，便于維護(hù)管理，不易堵塞，空氣阻力小?？諝廨斉涔芟到y(tǒng)微孔空氣擴(kuò)散裝置中氣泡空氣擴(kuò)散器水力剪切空氣擴(kuò)散器射流式空氣擴(kuò)散器擴(kuò)散器的類型 微孔空氣擴(kuò)散裝置 擴(kuò)散板：多為正方形，沿曝氣廊道的一側(cè)或兩側(cè)安擴(kuò)散板：多為正方形，沿曝氣廊道的一側(cè)或兩側(cè)安裝，每個(gè)板匣有獨(dú)立的進(jìn)氣管，便于維護(hù)管理、清裝，每個(gè)板匣有獨(dú)立的進(jìn)氣管，便于維護(hù)管理、清洗和更換。洗和更換。氧的利用效率：氧的利用效率：7-14%；動(dòng)力效率：動(dòng)力效率：1.8-2.5kgo2/kw.h鐘罩型微孔空氣擴(kuò)散器：平均孔徑鐘罩型微孔空氣擴(kuò)散器：平均孔徑100-200微米，微米，服務(wù)面積服務(wù)面積0.3-0.75m2/個(gè)，易堵塞，空氣管路系

14、統(tǒng)需個(gè)，易堵塞，空氣管路系統(tǒng)需設(shè)空氣凈化裝置。設(shè)空氣凈化裝置。氧利用效率：氧利用效率：20-25%；動(dòng)力效率：；動(dòng)力效率：4-6kgo2/kw.h擴(kuò)散管：管徑擴(kuò)散管：管徑60-100mm，長(zhǎng)，長(zhǎng)500-600mm，多為組，多為組裝形式，便于安裝、維修。裝形式，便于安裝、維修。氧利用效率：氧利用效率：10-13%；動(dòng)力效率；動(dòng)力效率；2kgo2/kw.h微孔曝氣管 微孔曝氣盤 微孔曝氣管微孔曝氣設(shè)備安裝 微孔曝氣設(shè)備的運(yùn)行狀況 中中氣氣泡泡空空氣氣擴(kuò)擴(kuò)散散裝裝置置 穿孔管：穿有孔眼的鋼管或塑料管，孔眼直穿孔管：穿有孔眼的鋼管或塑料管，孔眼直徑一般為徑一般為3-5mm，孔眼開于下側(cè)與垂直面成，孔眼

15、開于下側(cè)與垂直面成45度角，間距度角，間距50-100mm。構(gòu)造簡(jiǎn)單，不易堵塞，但氧的利用率低，僅構(gòu)造簡(jiǎn)單，不易堵塞，但氧的利用率低，僅為為4-6%；動(dòng)力效率也僅為；動(dòng)力效率也僅為1kgo2/kw.h網(wǎng)狀膜空氣擴(kuò)散裝置：由主體、螺蓋、網(wǎng)狀網(wǎng)狀膜空氣擴(kuò)散裝置：由主體、螺蓋、網(wǎng)狀膜、分配器和密封圈組成。不易堵塞，布?xì)饽?、分配器和密封圈組成。不易堵塞，布?xì)饩鶆颍瑯?gòu)造簡(jiǎn)單，便于維護(hù)管理。均勻，構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于維護(hù)管理。氧利用率：氧利用率：12-15%；動(dòng)力效率：；動(dòng)力效率：2.7-3.7kgo2/kw.h穿孔曝氣管機(jī)械曝氣：表面曝氣機(jī) 表面曝氣機(jī)充氧原理：表面曝氣機(jī)充氧原理：(1)(1)曝氣設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)，具

16、有提升流體的作用，使曝氣池內(nèi)曝氣設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)，具有提升流體的作用，使曝氣池內(nèi)液體連續(xù)地上、下循環(huán)流動(dòng)液體連續(xù)地上、下循環(huán)流動(dòng), , 從而不斷更新氣液接觸從而不斷更新氣液接觸面面, , 不斷地使空氣中的氧轉(zhuǎn)移到液體內(nèi)；不斷地使空氣中的氧轉(zhuǎn)移到液體內(nèi)；(2)(2)曝氣設(shè)備旋轉(zhuǎn)時(shí)，水面上的污水不斷地以水幕狀由曝氣設(shè)備旋轉(zhuǎn)時(shí)，水面上的污水不斷地以水幕狀由曝氣器周邊拋向四周，形成水躍，液面呈劇烈的攪動(dòng)曝氣器周邊拋向四周，形成水躍，液面呈劇烈的攪動(dòng)狀而卷進(jìn)空氣；狀而卷進(jìn)空氣；(3)(3)曝氣設(shè)備高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在后側(cè)形成負(fù)壓區(qū)而吸入空曝氣設(shè)備高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在后側(cè)形成負(fù)壓區(qū)而吸入空氣。氣。機(jī)械曝氣：表面曝氣機(jī) 曝氣的

17、效率取決于：曝氣機(jī)的性能曝氣池的池形倒傘形平板形泵 形 這類曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與水面平行,主要用于氧化溝 。豎式曝氣機(jī)-葉輪曝氣裝置臥式曝氣機(jī)-曝氣轉(zhuǎn)刷泵 形倒傘形平板形轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)倒傘形機(jī)械曝氣器曝氣轉(zhuǎn)刷測(cè)試中的曝氣轉(zhuǎn)碟曝氣池的三種池型推流式曝氣池完全混合式曝氣池循環(huán)混合式曝氣池推流式曝氣池推流式曝氣池 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)方形，多采用鼓風(fēng)曝氣。長(zhǎng)寬比一般大于10，以避免短流現(xiàn)象；曝氣池多與二沉池分建，場(chǎng)地受限時(shí)，可分多組廊道。進(jìn)水方式不限，最好淹沒水下，出水用溢流堰。池寬：4-6m，深：3-5m，池寬和有效水深之比一般為11.5，若池寬過大，則在曝氣池廊道兩側(cè)安裝空氣擴(kuò)散裝置。若采用鼓風(fēng)曝氣時(shí)，一

18、般將空氣擴(kuò)散管道安裝在廊道底部的一側(cè)，使混合液在池中呈螺旋狀前進(jìn)，增加氣泡與污水的接觸時(shí)間，曝氣效果好。在曝氣池半深處或距池底1/3處及池底處設(shè)放水管。根據(jù)橫斷面上的水流情況，可分為擴(kuò)散器裝于橫斷面的一側(cè)，由于氣泡形成的密度差，擴(kuò)散器裝于橫斷面的一側(cè)，由于氣泡形成的密度差，池水產(chǎn)生旋流，即除沿池長(zhǎng)方向流動(dòng)外，還有側(cè)向流動(dòng)。池水產(chǎn)生旋流，即除沿池長(zhǎng)方向流動(dòng)外，還有側(cè)向流動(dòng)。推流式曝氣池推流式曝氣池完全混合曝氣池完全混合曝氣池 池 形 根據(jù)和沉淀池的關(guān)系 圓 形 方 形 多邊 形 分建式合建式曝氣方式曝氣方式(1)(1)分建式分建式 曝氣池和沉淀池分別設(shè)置。當(dāng)采用泵曝氣池和沉淀池分別設(shè)置。當(dāng)采用泵型葉輪且線速在型