五曝氣原理與設(shè)備講義選編

1、會(huì)計(jì)學(xué)1五曝氣原理與設(shè)備講義選編五曝氣原理與設(shè)備講義選編縱軸表面曝氣縱軸表面曝氣橫軸表面曝氣橫軸表面曝氣雙膜理論雙膜理論雙膜理論：污水生物處理領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的氣雙膜理論：污水生物處理領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的氣體傳遞理論。這一理論的基本點(diǎn)可歸納如下：體傳遞理論。這一理論的基本點(diǎn)可歸納如下：在曝氣過程中，氧分子通過氣、液界面由氣相轉(zhuǎn)移到液相的過程中 （1）在氣、液兩相接觸的界面兩側(cè)存在著處于層流的氣膜和液膜，在其外側(cè)分別是氣相和液相的主體（紊流）。（2）在氣、液兩相中，不存在傳質(zhì)阻力，氣體分子從氣相主體傳遞到液相主體的阻力，主要存在于氣膜和液膜中。（3）在氣膜中存在氧的分氧的分壓梯度壓梯度，液膜中存在氧的

2、濃度梯度，都是氧轉(zhuǎn)移的推動(dòng)力。（4）氣膜中氧分子的傳遞動(dòng)力很小，界面處的溶解氧濃度值是氧分壓為p條件下的飽和濃度值。（5）氧難溶于水，因此氧轉(zhuǎn)移主要阻力主要來自液膜，O2通過液膜的轉(zhuǎn)移速液膜的轉(zhuǎn)移速率是氧擴(kuò)散轉(zhuǎn)移全過程的控制速率率是氧擴(kuò)散轉(zhuǎn)移全過程的控制速率。氧的分壓梯度氧的分壓梯度氧的濃度梯度氧的濃度梯度在廢水生物處理系統(tǒng)中，氧的傳遞速率可用下式表示： 式中：dm/dt氧傳遞速率，kgO2/h； Kg 氧分子在液膜中的擴(kuò)散系數(shù)； A 氣、液兩相接觸界面面積； s0 氧在界面上的飽和溶解氧濃度； 0 氧在溶液中的實(shí)際溶解氧濃度。dm=Vd0（V：液相主體的容積），則上式可改寫成：)(ddoso

3、gAKtm)(ddosogoVAKt式中：d0/dt液相主體中溶解氧濃度變化速度，氧轉(zhuǎn)移 速度kgO2/m3 h；氧轉(zhuǎn)移過程中的傳遞速率氧轉(zhuǎn)移過程中的傳遞速率認(rèn)為主要是界面上的飽和溶解氧濃度值認(rèn)為主要是界面上的飽和溶解氧濃度值( (s0 ) )與液相主體中的溶解氧濃度值與液相主體中的溶解氧濃度值( (0 ) )之差。之差。通常通常K Kg gA A/ /V V項(xiàng)用項(xiàng)用K KLaLa（總轉(zhuǎn)移系數(shù)）來代替，由此上式變?yōu)椋海傓D(zhuǎn)移系數(shù)）來代替，由此上式變?yōu)椋篕LaLa：氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)，此值表示在曝氣過程中氧的總轉(zhuǎn)移性，當(dāng)傳遞過程中阻：氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)，此值表示在曝氣過程中氧的總轉(zhuǎn)移性，當(dāng)傳遞過程中阻力大，

4、則力大，則KLaLa值低，反之則值低，反之則KLaLa值高。值高。將上式進(jìn)行積分，可求得總轉(zhuǎn)移系數(shù)將上式進(jìn)行積分，可求得總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLa ：1S02S012Lalg13 . 2ttK)oso(Ladod Kt)(ddosogoVAKt 當(dāng)混合液中氧的濃度為零時(shí)，由于具有最大的推動(dòng)力，因此當(dāng)混合液中氧的濃度為零時(shí)，由于具有最大的推動(dòng)力，因此氧的轉(zhuǎn)移速率最大氧的轉(zhuǎn)移速率最大。LaLawKK = 0.8 0.9s0s0sw 0.9 0.97l 水溫水溫20)20()(024. 1TLaTLaKK水溫升高，水溫升高， s0值會(huì)下降值會(huì)下降;反之，則升高。反之，則升高。 水溫對(duì)氧轉(zhuǎn)移速率有兩種相反的影響

5、，總的來說，水溫降低有利于氧轉(zhuǎn)移水溫對(duì)氧轉(zhuǎn)移速率有兩種相反的影響，總的來說，水溫降低有利于氧轉(zhuǎn)移)oso(Ladod Kt修正系數(shù)修正系數(shù) 、 值，可通過對(duì)清水、特定污水的曝氣充氧試驗(yàn)予以測定。值，可通過對(duì)清水、特定污水的曝氣充氧試驗(yàn)予以測定。水溫水溫（C）012345678910飽和溶解氧飽和溶解氧（mg/l）14.6214.2313.8413.4813.1312.8012.4812.1711.8711.5911.33水溫水溫（C）1112131415161718192021飽和溶解氧飽和溶解氧（mg/l）11.0810.8310.6010.3710.159.959.749.549.359.

6、178.99水溫水溫（C）222324252627282930 飽和溶解氧飽和溶解氧（mg/l）8.838.638.538.388.228.077.927.777.63 l 氧分壓氧分壓s0s0 20024.1)0(200s0TTLaKdtd)760(510013. 1)760()(sPsPs綜合水質(zhì)、水溫以及分壓因素的影響，氧轉(zhuǎn)移速率的表達(dá)式為：綜合水質(zhì)、水溫以及分壓因素的影響，氧轉(zhuǎn)移速率的表達(dá)式為： 氧的利用率（氧的利用率（EA）：又稱：又稱氧轉(zhuǎn)移效率氧轉(zhuǎn)移效率，是指通過，是指通過鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量量占占總供氧量總供氧量的百分比（的百分比（%）。

7、）。so)20(LadodKt 20024.1)0(200s0TTLaKdtd氣泡氣泡細(xì)胞活細(xì)胞活性污泥性污泥BODDOCO2/H2O空氣空氣O221%N279%壓力、壓力、氣量氣量供氧：供氧：雙膜理論雙膜理論需氧需氧:vrVXbQSaO2曝氣：曝氣：供氣供氣(實(shí)際廢水實(shí)際廢水)O221%N2=79%DO=12mg/L曝氣設(shè)備：曝氣設(shè)備：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下供氣量、阻力供氣量、阻力s式中：式中：Ot從曝氣池逸出氣體中含氧量的百分率，從曝氣池逸出氣體中含氧量的百分率，%； 510013. 121s0212121bPtOsssmEA氧利用率，是指通過鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧利用率，

8、是指通過鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧量的百分比（氧量的百分比（%），一般在），一般在6% 12%之間；之間；AAtEEO12179121P曝氣池水面的大氣壓力，曝氣池水面的大氣壓力，P1.013105 Pa；Pb安裝曝氣裝置處的絕對(duì)壓力；安裝曝氣裝置處的絕對(duì)壓力；H曝氣裝置距水面的距離，曝氣裝置距水面的距離，m。HPPb3108 . 9rRdtd0VORr2 220024.1)0(200OVTTmsLaKVdtd2OR VOdtd20結(jié)論：結(jié)論：氧的實(shí)際轉(zhuǎn)移量等于活性污泥需氧量氧的實(shí)際轉(zhuǎn)移量等于活性污泥需氧量意義：如果意義：如果已知活性污泥微生物需氧量已知活性污泥微生物需氧量O2，

9、也就知道了氧的實(shí)際需要的氧轉(zhuǎn)移量。也就知道了氧的實(shí)際需要的氧轉(zhuǎn)移量。VsmCLaKVsmLaKVdtdR)20()20(0)20()20(00實(shí)際條件下，轉(zhuǎn)移到曝氣池的總氧量（實(shí)際條件下，轉(zhuǎn)移到曝氣池的總氧量（R）：）： （引入各項(xiàng)修正系數(shù)：壓力、溫（引入各項(xiàng)修正系數(shù)：壓力、溫度、水質(zhì)），即：度、水質(zhì)），即：VTTsmLaKR20024. 10)()20(0)()20(024. 1)20(0TsmTsmCRR0)()20(024. 1)20(0TsmTsmRR0)()20(024. 1)20(0TsmTsmRR制造商提供的曝氣設(shè)備的性能參數(shù)制造商提供的曝氣設(shè)備的性能參數(shù)是在是在標(biāo)準(zhǔn)條件下標(biāo)準(zhǔn)條

10、件下測得的，因此以上算得的需氧量測得的，因此以上算得的需氧量O2必須換算成標(biāo)準(zhǔn)條件下必須換算成標(biāo)準(zhǔn)條件下（水溫（水溫20，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的脫氧清水），標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的脫氧清水）的需氧量，以進(jìn)行的需氧量，以進(jìn)行設(shè)備的選定。設(shè)備的選定。0)()20(024. 1)20(20TsmTsmOR2OR 式中式中 ：EA氧利用率，通過氧利用率，通過鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到混合液中的總氧量混合液中的總氧量占占供氧量供氧量的的百分比（百分比（%），），各種空氣擴(kuò)散裝置在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的各種空氣擴(kuò)散裝置在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的EA值，由廠家提供值，由廠家提供； S 供氧量，供氧量，kgO2/h；21%氧在空氣中的百分比；

11、氧在空氣中的百分比；1.43 20 C時(shí)氧的容積密度，時(shí)氧的容積密度，kg/m3；Gs 供氣量供氣量，m3/h。SREA0ssGGS3 . 043. 1%21AsERG3 .00sGRAE3 . 00對(duì)于對(duì)于鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)，各種曝氣裝置的，各種曝氣裝置的EA值是制造廠家通過清水試驗(yàn)測出的，隨產(chǎn)品值是制造廠家通過清水試驗(yàn)測出的，隨產(chǎn)品向用戶提供；向用戶提供； 對(duì)于對(duì)于機(jī)械曝氣系統(tǒng)機(jī)械曝氣系統(tǒng)，按求出的，按求出的R0值，又稱為值，又稱為充氧量充氧量，其與葉輪直徑及其線速度有關(guān)，其與葉輪直徑及其線速度有關(guān)，廠家也會(huì)向用戶提供其設(shè)備的，廠家也會(huì)向用戶提供其設(shè)備的R0值。值。根據(jù)氧轉(zhuǎn)移速率根據(jù)

12、氧轉(zhuǎn)移速率 = 需氧速率，則有需氧速率，則有 R=O2 求取標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移速率求取標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移速率R0：lTsmTsmCCCRR)()20()20(0024. 1AsERG3.00確定鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量確定鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量R=O2lTsTsCCCRR)()20()20(0024. 1根據(jù)根據(jù)R0值選配合適的機(jī)械曝氣設(shè)備。值選配合適的機(jī)械曝氣設(shè)備。RVXbSSQaOvei()2dkgOOR/12751000200030001 . 01000)15150(100005 . 022PaHPbP510454. 15 . 43108 . 9510013. 13108 . 9 （2）計(jì)算）計(jì)算20 C和和25 C時(shí)時(shí)曝氣

13、池內(nèi)飽和溶解氧的平均值曝氣池內(nèi)飽和溶解氧的平均值 sm：為此，確定式中為此，確定式中各參數(shù)值各參數(shù)值：曝氣裝置出口處的絕對(duì)壓力曝氣裝置出口處的絕對(duì)壓力Pb：510013. 121s0212121bPtOsssm%3 .19) 1 . 01 (2179) 1 . 01 (21)1 (2179)1 (21AAtEEOLmgsm/86. 9213 .19510013. 1510454. 138. 821)25(查表得查表得20 C和和25 C時(shí)的飽和溶解氧濃度分別為：時(shí)的飽和溶解氧濃度分別為： Cs(20)=9.17mg/L; Cs(25)=8.38mg/L; 有：有：510013. 121s021

14、2121bPtOsssm0)()20(024.1)20(0TsmTsmRRhkgO /3 .81286. 90 . 195. 0024. 185. 017. 912752)2025(（4）計(jì)算供氣量：）計(jì)算供氣量： min/2 .45/2710%103 . 03 .813 . 0330mhmERGAs 0)()20(024.1)20(0TsTsRRhkgO /4 .85)238.80 .195.0(024.185.017.912752)2025(查表得查表得20 C和和25 C時(shí)的飽和溶解氧濃度分別為：時(shí)的飽和溶解氧濃度分別為： Cs(20)=9.17mg/L; Cs(25)=8.38mg/L

15、; 有：有： 曝 氣 設(shè) 備 鼓風(fēng)曝氣機(jī)械曝氣 鼓 風(fēng) 機(jī) 空氣輸配管系統(tǒng) 擴(kuò) 散 器 豎式曝氣機(jī)表面曝氣機(jī)臥式曝氣機(jī)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 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。1. 容積式風(fēng)機(jī): 羅茨鼓風(fēng)機(jī)、回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)2. 單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)丹麥HV-Turbo風(fēng)機(jī)英國Howd

16、en風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)曝氣空氣凈化器 鼓 風(fēng) 機(jī) 擴(kuò) 散 器 空氣輸配管道系統(tǒng)其作用負(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。微孔曝氣設(shè)備鼓風(fēng)曝氣空氣凈化器 鼓 風(fēng) 機(jī) 擴(kuò) 散 器 擴(kuò)散器的作用是將空氣分散成空氣泡,增大空氣和混合液之間的接觸界面，把空氣中的氧溶解于水中?？諝廨斉涔芟到y(tǒng)微氣泡擴(kuò)散器小氣泡擴(kuò)散器中氣泡擴(kuò)散器。擴(kuò)散器的類型微孔曝氣頭微孔曝氣頭微氣泡空氣擴(kuò)散裝置結(jié)構(gòu)：微氣泡空氣擴(kuò)散裝置結(jié)構(gòu)：1. 擴(kuò)散板：擴(kuò)散板：擴(kuò)散板溝擴(kuò)散板溝a a；擴(kuò)散板匣；擴(kuò)散板匣b b2. 擴(kuò)散管擴(kuò)散管3. 固定式平板型微孔空氣

17、擴(kuò)散器固定式平板型微孔空氣擴(kuò)散器4. 固定式鐘罩型微孔空氣擴(kuò)散器固定式鐘罩型微孔空氣擴(kuò)散器5. 膜片式微孔空氣擴(kuò)散器膜片式微孔空氣擴(kuò)散器擴(kuò)散板擴(kuò)散板擴(kuò)散管擴(kuò)散管2. 擴(kuò)散管：擴(kuò)散管： 擴(kuò)散管管徑一般為擴(kuò)散管管徑一般為60100mm，長度為長度為500600mm。 以組裝形式安裝，以以組裝形式安裝，以8 81212根管組裝成一根管組裝成一個(gè)管組，便于安裝維修，布置形式如同個(gè)管組，便于安裝維修，布置形式如同擴(kuò)散板。擴(kuò)散板。 氧利用率約氧利用率約1013%，動(dòng)力效率為動(dòng)力效率為2 kgO2/kw.h。微孔曝氣設(shè)備微孔曝氣盤 微孔曝氣設(shè)備微孔曝氣設(shè)備安裝 微孔曝氣器實(shí)際安裝情況膜片式微孔曝氣器微孔合成

18、橡膠膜微孔合成橡膠膜片片c. c. 大氣泡型空氣擴(kuò)散裝置大氣泡型空氣擴(kuò)散裝置雙螺旋曝氣器特點(diǎn)：特點(diǎn)：l 噪音小，無需鼓風(fēng)機(jī)房；噪音小，無需鼓風(fēng)機(jī)房；l 一般適用于小規(guī)模污水廠。一般適用于小規(guī)模污水廠。射流曝氣器K型葉輪曝氣器型葉輪曝氣器特點(diǎn)：特點(diǎn)：最大葉輪可達(dá)最大葉輪可達(dá)4 4米，葉輪邊緣的最大線速度可達(dá)米，葉輪邊緣的最大線速度可達(dá)4.56m/s，轉(zhuǎn)速一般在，轉(zhuǎn)速一般在20110r/min，Ep為為23kgO2/kw.h根據(jù)根據(jù)曝氣池內(nèi)混合液的流態(tài)進(jìn)行分類曝氣池內(nèi)混合液的流態(tài)進(jìn)行分類微生物量微生物量時(shí)間時(shí)間氧利用速率曲線氧利用速率曲線微生物增殖曲線微生物增殖曲線(M)BOD變化曲線變化曲線(F

19、)單廊道二廊道三廊道四廊道分建式分建式曝氣沉淀池：（合建式）曝氣沉淀池：（合建式）（3） 循環(huán)混合式：（氧化溝）循環(huán)混合式：（氧化溝） 兼具兼具和和流態(tài)的曝氣池流態(tài)的曝氣池 由一系列長方形單元連接而成的廊道式曝氣池；由一系列長方形單元連接而成的廊道式曝氣池； 每一單元設(shè)一臺(tái)葉輪曝氣器，每個(gè)單元是完全混合的。每一單元設(shè)一臺(tái)葉輪曝氣器，每個(gè)單元是完全混合的。3. 循環(huán)混合式：（氧化溝）循環(huán)混合式：（氧化溝）采用采用曝氣轉(zhuǎn)刷（盤）曝氣轉(zhuǎn)刷（盤）的氧化溝的氧化溝進(jìn)水進(jìn)水回流污泥回流污泥出水出水通常通常K Kg gA A/ /V V項(xiàng)用項(xiàng)用K KLaLa（總轉(zhuǎn)移系數(shù)）來代替，由此上式變?yōu)椋海傓D(zhuǎn)移系數(shù)）

20、來代替，由此上式變?yōu)椋篕LaLa：氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)，此值表示在曝氣過程中氧的總轉(zhuǎn)移性，當(dāng)傳遞過程中阻：氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)，此值表示在曝氣過程中氧的總轉(zhuǎn)移性，當(dāng)傳遞過程中阻力大，則力大，則KLaLa值低，反之則值低，反之則KLaLa值高。值高。將上式進(jìn)行積分，可求得總轉(zhuǎn)移系數(shù)將上式進(jìn)行積分，可求得總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLa ：1S02S012Lalg13 . 2ttK)oso(Ladod Kt)(ddosogoVAKt 當(dāng)混合液中氧的濃度為零時(shí)，由于具有最大的推動(dòng)力，因此當(dāng)混合液中氧的濃度為零時(shí)，由于具有最大的推動(dòng)力，因此氧的轉(zhuǎn)移速率最大氧的轉(zhuǎn)移速率最大。l 氧分壓氧分壓s0s0 20024.1)0(200s0TTLaKdtd)760(510013. 1)760()(sPsPs綜合水質(zhì)、水溫以及分壓因素的影響，氧轉(zhuǎn)移速率的表達(dá)式為：綜合水質(zhì)、水溫以及分壓因素的