工業(yè)水處理原理及應(yīng)用-曝氣和曝氣池

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1、第 7章 活 性 污 泥 法第 五 節(jié) 曝 氣 原 理 和 曝 氣 池 構(gòu) 造 1、 氣 體 傳 遞 原 理v 氣 液 傳 質(zhì) 過(guò) 程 通 常 遵 循 一 定 的 傳 質(zhì) 擴(kuò) 散 理 論 ，氣 液 傳 質(zhì) 理 論 目 前 有 ：雙 膜 理 論 穿 透 模 式 表 面 更 新 理 論v 目 前 工 程 和 理 論 上 應(yīng) 用 較 多 的 為 雙 膜 理 論 。一 、 氧 的 轉(zhuǎn) 移 理 論 3 2、 雙 膜 理 論 要 點(diǎn)v 1) 當(dāng) 氣 、 液 面 相 接 觸 并 作 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) ， 接 觸 界 面 的 兩側(cè) ， 存 在 著 氣 體 與 液 體 的 邊 界 層 ， 即 氣 膜 和 液

2、膜 ；v 2) 氣 膜 和 液 膜 內(nèi) 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 的 速 度 屬 于 層 流 ， 而 在 其 外的 兩 相 體 系 中 則 均 為 紊 流 ；v 3) 氧 的 轉(zhuǎn) 移 是 通 過(guò) 氣 、 液 膜 進(jìn) 行 的 分 子 擴(kuò) 散 和 在 膜 外的 對(duì) 流 擴(kuò) 散 完 成 ；v 4) 對(duì) 于 難 溶 于 水 的 氧 來(lái) 說(shuō) ， 分 子 擴(kuò) 散 的 阻 力 大 于 對(duì) 流擴(kuò) 散 ， 傳 質(zhì) 的 阻 力 主 要 集 中 在 液 膜 上 ； v 5) 在 氣 膜 中 存 在 著 氧 分 壓 梯 度 ， 而 液 膜 中 同 樣 也 存 在著 氧 的 濃 度 梯 度 ， 由 此 形 成 了 氧 轉(zhuǎn) 移 的

3、 推 動(dòng) 力 。 雙 膜 理 論 示 意 圖 氣 相主 體 界 面氣膜 液膜Ci層 流 液 相主 體Cpg piPg表示氣相中氧的分壓Pi表示界面處氧的分壓C i表示界面處水中氧的濃度C表示水中氧的濃度 3、 氧 的 轉(zhuǎn) 移 理 論 分 析 v 氧 是 難 溶 氣 體 ， 阻 力 主 要 來(lái) 自 液 膜 ， 其 轉(zhuǎn) 移 率dm/dt(kg/h)正 比 于 溶 液 中 氧 的 飽 和 濃 度 差 。 CCAKCCADdtdm SLLSL CCKCCVAKdtdCdtdmV SaLSL 1v KLa表 示 在 曝 氣 過(guò) 程 中 氧 的 總 傳 遞 性 ， 當(dāng) 傳 遞 過(guò) 程 中 阻力 大 ， 則

4、 KLa值 低 ， 反 之 則 KLa值 高 。 v KLa的 倒 數(shù) 1/ KLa的 單 位 為 （ h） ， 它 所 表 示 的 是 曝 氣 池中 溶 解 氧 濃 度 C從 提 高 到 Cs所 需 要 的 時(shí) 間 。 4、 氧 總 轉(zhuǎn) 移 系 數(shù) （ KLa ） 的 求 定 v 氧 總 轉(zhuǎn) 移 系 數(shù) （ KLa） 是 計(jì) 算 氧 轉(zhuǎn) 移 速 率 的基 本 參 數(shù) ， 一 般 是 通 過(guò) 試 驗(yàn) 求 得 。 dtKCCdC Las tKCC CC Latss 0ln tKCC CC Latss 3.2)lg( 0 tss CC CC 0lg 與 t之 間 存 在 著 直 線 關(guān) 系 ， 直

5、 線 的 斜 率 即 為 KLa/2.3。 二 、 曝 氣 池 的 構(gòu) 造q 曝 氣 池 是 生 物 化 學(xué) 反 應(yīng) 器 。q從 混 合 液 流 型 可 分 為 推 流 式 和 完 全 混 合 式 ；q從 平 面 形 狀 可 分 為 長(zhǎng) 方 廊 道 形 、 圓 形 或 方 形 、環(huán) 形 跑 道 形 三 種 ；q從 采 用 的 曝 氣 方 法 可 分 為 鼓 風(fēng) 曝 氣 式 、 機(jī) 械曝 氣 式 以 及 兩 者 聯(lián) 合 使 用 的 聯(lián) 合 式 三 種 ；q從 曝 氣 池 與 二 次 沉 淀 池 的 關(guān) 系 可 分 為 分 建 式和 合 建 式 兩 種 。 1、 推 流 式 曝 氣 池v 平 面

6、： 推 流 式 曝 氣 池 為 長(zhǎng) 方 廊 道 形 池 子 ， 曝 氣 池 池長(zhǎng) 可 達(dá) 100m， 長(zhǎng) 寬 比 為 5-10， 常 采 用 鼓 風(fēng) 曝 氣 。v 橫 面 ： 寬 深 比 為 1-2， 水 深 為 3-9m， 有 平 移 推 流 （ 擴(kuò)散 器 鋪 滿 池 底 ） 和 旋 轉(zhuǎn) 推 流 兩 種 （ 擴(kuò) 散 裝 置 排 放 在池 子 的 一 側(cè) ） 。v 曝 氣 池 出 水 設(shè) 備 可 用 溢 流 堰 或 出 水 孔 。v 曝 氣 池 結(jié) 構(gòu) 上 可 以 分 成 若 干 單 元 ， 每 個(gè) 單 元 包 括 幾個(gè) 池 子 ， 每 個(gè) 池 子 常 由 一 至 四 個(gè) 折 流 的 廊 道

7、組 成 。 推 流 式 曝 氣 池 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 2、 完 全 混 合 式 曝 氣 池v 完 全 混 合 式 曝 氣 池 多 以 圓 形 、 方 形 或 矩 形 池 子 作單 元 ， 采 用 表 曝 機(jī) ， 放 置 于 池 的 表 層 中 心 ， 污水 從 池 底 中 心 進(jìn) 入 。 完 全 混 合 式 曝 氣 池 有 分 建 式和 合 建 式 兩 種 。v 分 建 式 ： 采 用 泵 型 葉 輪 時(shí) ， 池 的 直 徑 和 葉 輪 直 徑比 為 4.5-7.5， 水 深 和 葉 輪 直 徑 比 為 2.5-4.5； 采用 倒 傘 型 和 平 板 型 時(shí) ， 池 的 直 徑 和 葉 輪

8、直 徑 比 為3-5。v 合 建 式 ： 稱(chēng) 曝 氣 沉 淀 池 ， 圓 形 或 矩 形 ， 難 于 調(diào) 節(jié)和 控 制 ， 國(guó) 外 已 趨 淘 汰 。 分 建 式 完 全 混 合 系 統(tǒng) 合 建 式 圓 形 曝 氣 沉 淀 池 合 建 式 方 形 曝 氣 沉 淀 池 合 建 式 長(zhǎng) 方 形 曝 氣 沉 淀 池 對(duì)曝氣設(shè)備的要求：v 良 好 的 曝 氣 設(shè) 備 除 應(yīng) 當(dāng) 具 有 較 高 的 動(dòng) 力 效 率 和 氧 轉(zhuǎn) 移效 率 外 ， 還 應(yīng) 盡 可 能 滿 足 下 列 要 求 ：v （ a） 攪 拌 均 勻 ； （ b） 構(gòu) 造 簡(jiǎn) 單 ；v （ c） 能 耗 少 ； （ d） 價(jià) 格 低

9、；v （ e） 性 能 穩(wěn) 定 ， 故 障 少 ；v （ f） 不 產(chǎn) 生 噪 音 及 其 它 公 害 ；v （ g） 對(duì) 某 些 工 業(yè) 廢 水 耐 腐 蝕 性 強(qiáng) 。三 、 曝 氣 設(shè) 備鼓 風(fēng) 曝 氣機(jī) 械 曝 氣 鼓 風(fēng) 曝 氣 是 采 用 空 氣 作 氧 源 ， 以 氣 泡 形 式 鼓 入 廢 水 中 。v 鼓 風(fēng) 曝 氣 是 傳 統(tǒng) 的 曝 氣 方 法 ， 它 由 加 壓 設(shè) 備 （ 空 氣 過(guò) 濾 器和 鼓 風(fēng) 機(jī) ） 、 擴(kuò) 散 器 和 空 氣 輸 送 管 系 統(tǒng) 三 部 分 組 成 。v 鼓 風(fēng) 機(jī) 有 羅 茨 式 鼓 風(fēng) 機(jī) 和 離 心 式 鼓 風(fēng) 機(jī) ， 為 了 凈 化

10、空 氣 ，其 進(jìn) 氣 管 上 常 裝 設(shè) 空 氣 過(guò) 濾 器 ， 在 寒 冷 地 區(qū) ， 還 常 在 進(jìn) 氣管 前 設(shè) 空 氣 預(yù) 熱 器 。v 擴(kuò) 散 器 是 鼓 風(fēng) 曝 氣 的 關(guān) 鍵 部 件 ， 其 作 用 是 將 空 氣 分 散 成 空氣 泡 ， 增 大 與 液 體 的 接 觸 面 積 ， 把 空 氣 氧 溶 解 于 水 中 。1、 鼓 風(fēng) 曝 氣 （ 水 下 曝 氣 ） 擴(kuò) 散 裝 置 的 分 類(lèi)1) 小 氣 泡 擴(kuò) 散 器 ： 微 孔 材 料 制 成 的 擴(kuò) 散 板 、 擴(kuò)散 管 或 擴(kuò) 散 盤(pán) 等 ， 氣 泡 直 徑 1.5mm；2) 中 氣 泡 擴(kuò) 散 器 ： 穿 孔 管 、

11、莎 綸 管 ， 氣 泡 直 徑2-3mm；3) 大 氣 泡 擴(kuò) 散 器 ： 豎 管 ， 氣 泡 直 徑 15mm； 4) 微 氣 泡 擴(kuò) 散 器 ： 射 流 擴(kuò) 散 器 、網(wǎng)狀膜擴(kuò)散器，氣 泡 直 徑 100 m； 1） 小 氣 泡 擴(kuò) 散 器 ： 擴(kuò) 散 板 、 擴(kuò) 散 管 、 擴(kuò) 散 盤(pán)v 擴(kuò) 散 板 是 用 多 孔 性 材 料 制 成 的 薄 板 ， 有 陶 土 制 、 塑 料制 或 其 他 材 料 制 成 的 ， 其 形 狀 可 做 成 方 形 或 長(zhǎng) 方 形 ，方 形 擴(kuò) 散 板 尺 寸 通 常 為 300 300 （ 25 40)mm， 擴(kuò)散 板 安 裝 在 池 底 一 側(cè) 的 預(yù)

12、 留 槽 上 ， 空 氣 由 豎 管 進(jìn) 入 槽內(nèi) ， 然 后 通 過(guò) 擴(kuò) 散 板 進(jìn) 入 混 合 液 。v 擴(kuò) 散 板 的 通 氣 率 一 般 為 l 1.5m3/m2min， 氧 利 用 率 約10 ， 充 氧 動(dòng) 力 效 率 約 為 2kgO2/kWh。v 缺 點(diǎn) 是 板 的 孔 隙 小 、 空 氣 通 過(guò) 時(shí) 壓 力 損 失 大 、 容 易 堵塞 。 擴(kuò) 散 板 及 其 安 裝 方 式 擴(kuò) 散 管 示 意 圖v 擴(kuò) 散 管 是 由 陶 質(zhì) 多 孔 管 組 成 ， 其 內(nèi) 徑 44 75mm，壁 厚 6 14mm， 長(zhǎng) 60Omm， 每 l0根 為 一 組 ， 通 氣 率為 12 15m

13、 3/根h。v 目 前 用 軟 管 代 替 陶 質(zhì) 多 孔 管 圓 帽 蓋 型 擴(kuò) 散 盤(pán) 2） 中 氣 泡 擴(kuò) 散 器 穿 孔 管 曝 氣 器 3） 大 氣 泡 擴(kuò) 散 器 豎 管 擴(kuò) 散 器v 豎 管 曝 氣 是 在 曝 氣 池 的 一 側(cè) 布 置 以 橫 管 分 支 成 梳形 的 豎 管 ， 豎 管 直 徑 在 l5mm以 上 ， 離 池 底 150mm左 右 。 豎 管 擴(kuò) 散 器 及 其 布 置 的 示 意 圖 4） 微 氣 泡 擴(kuò) 散 器 網(wǎng)狀膜擴(kuò)散器 v該 曝 氣 器 采 用 網(wǎng) 狀 膜 代 替 曝 氣 盤(pán) 用 的 各 種 曝氣 板 材 ， 其 網(wǎng) 很 薄 ， 網(wǎng) 上 的 孔 徑

14、 筆 直 ， 濾 水透 氣 效 果 均 優(yōu) 于 微 孔 板 材 ， 不 易 發(fā) 生 堵 塞 。v網(wǎng) 膜 采 用 聚 醋 酸 纖 維 制 成 的 。 網(wǎng) 狀 膜 曝 氣 器采 用 底 部 供 氣 ， 空 氣 經(jīng) 分 配 器 第 一 次 切 割 后均 勻 分 布 到 氣 室 內(nèi) ， 高 速 氣 流 經(jīng) 切 割 分 配 到網(wǎng) 狀 膜 的 各 個(gè) 部 位 受 到 阻 擋 ， 然 后 通 過(guò) 特 制網(wǎng) 膜 微 孔 的 第 二 次 切 割 形 成 微 小 氣 泡 (直 徑 2 3mm)勻 地 分 布 擴(kuò) 散 到 水 中 。 膜片微孔曝氣器u曝 氣 器 的 氣 體 擴(kuò) 散 裝 置 采 用 微 孔 合 成 橡

15、 膠 膜片 ， 膜 片 上 開(kāi) 有 150 200m的 同 心 圓 布 置 的5000個(gè) 自 閉 式 孔 眼 。u當(dāng) 充 氣 時(shí) 空 氣 通 過(guò) 布 氣 管 道 ， 并 通 過(guò) 底 座 上的 孔 眼 進(jìn) 入 膜 片 和 底 座 之 間 ， 在 空 氣 的 壓 力 作用 下 ， 使 膜 片 微 微 鼓 起 ， 孔 眼 張 開(kāi) ， 達(dá) 到 布 氣擴(kuò) 散 的 目 的 。 2、 機(jī) 械 曝 氣 （ 表 面 曝 氣 ）v 機(jī) 械 曝 氣 是 用 專(zhuān) 門(mén) 的 設(shè) 備 （ 表 曝 機(jī) ） ， 劇 烈 地 在 水中 攪 動(dòng) 水 面 ， 是 空 氣 中 的 氧 溶 解 于 水 中 。v 樣 式 很 多 ， 大

16、致 可 歸 納 為 豎 式 葉 輪 和 臥 式 轉(zhuǎn) 刷 兩 大類(lèi) 。v 曝 氣 葉 輪 有 安 裝 在 池 中 與 鼓 風(fēng) 曝 氣 聯(lián) 合 使 用 的 ， 也有 安 裝 在 池 面 的 ， 后 者 稱(chēng) “ 表 面 曝 氣 ” 。 表 面 曝 氣具 有 構(gòu) 造 簡(jiǎn) 單 ， 動(dòng) 力 消 耗 小 ， 運(yùn) 行 管 理 方 便 ， 氧 吸收 率 高 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 故 應(yīng) 用 較 多 。 常 用 的 表 面 曝 氣 葉 輪有 泵 型 ， 倒 傘 型 和 平 板 型 。 幾 種 葉 輪 曝 氣 器 不 同 形 式 的 轉(zhuǎn) 刷 曝 氣 器 不同的轉(zhuǎn)刷曝氣器 氧 轉(zhuǎn) 移 率 、 充 氧 能 力 、 動(dòng) 力 效

17、 率 、 氧 利 用 率 。v 氧 轉(zhuǎn) 移 率 是 指 葉 輪 或 轉(zhuǎn) 刷 在 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 轉(zhuǎn) 移 到 液體 中 的 氧 速 率 ， mgO2/L.h。v 充 氧 能 力 :單 位 時(shí) 間 內(nèi) 充 氧 量 ， kgO2/h；v 動(dòng) 力 效 率 是 指 消 耗 1kWh電 能 所 轉(zhuǎn) 移 到 液 體 中 去 的氧 量 ， 單 位 為 kgO2/kW.h。v 氧 利 用 率 是 指 鼓 風(fēng) 曝 氣 系 統(tǒng) 轉(zhuǎn) 移 到 液 體 中 的 氧 占供 給 氧 的 百 分 數(shù) ， 單 位 為 %。3、 衡 量 曝 氣 設(shè) 備 性 能 的 指 標(biāo) 4、 曝 氣 器 的 選 擇 和 計(jì) 算v 對(duì) 于 較

18、 小 的 曝 氣 池 ， 采 用 機(jī) 械 曝 氣 器 能 減 少 動(dòng) 力 費(fèi) 用 ， 并 省去 鼓 風(fēng) 曝 氣 所 需 的 管 道 系 統(tǒng) 和 鼓 風(fēng) 機(jī) 等 設(shè) 備 ， 維 護(hù) 管 理 也 比較 方 便 。v 機(jī) 械 曝 氣 器 的 缺 點(diǎn) 是 ， 轉(zhuǎn) 速 高 ， 其 動(dòng) 力 消 耗 隨 曝 氣 池 的 增 大而 迅 速 增 大 ， 所 以 曝 氣 池 不 能 太 大 ； 而 且 需 要 較 大 的 表 面 積 ，因 此 曝 氣 池 的 深 度 也 受 到 限 制 。 還 有 ， 如 果 曝 氣 池 中 產(chǎn) 生 泡沫 ， 將 嚴(yán) 重 降 低 充 氧 能 力 。v 鼓 風(fēng) 曝 氣 供 應(yīng) 空

19、氣 的 伸 縮 性 較 大 ， 曝 氣 效 果 也 較 好 ， 一 般 用于 較 大 的 曝 氣 池 。 v 鼓 風(fēng) 曝 氣 的 缺 點(diǎn) 是 需 要 鼓 風(fēng) 機(jī) 和 管 道 系 統(tǒng) 。 曝 氣 頭 易 堵 塞 。（ 1） 曝 氣 器 的 選 擇 原 則 設(shè) 備 類(lèi) 型 氧 利 用 率/ 動(dòng) 力 效 率 /kg O2/kWh 標(biāo) 準(zhǔn) 實(shí) 際小 氣 泡 擴(kuò) 散 器 1030 1.2 2.0 0.7 1.4中 氣 泡 擴(kuò) 散 器 6 15 1.0 1.6 0.6 1.0大 氣 泡 擴(kuò) 散 器 48 0.6 1.2 0.3 0.9射 流 曝 氣 器 1025 1.5 2.4 0.7 1.4低 速 表

20、面 曝 氣 器 1.2 2.7 0.7 1.3高 速 表 面 曝 氣 器 1.2 2.4 0.7 1.3轉(zhuǎn) 刷 式 曝 氣 器 1.2 2.4各 類(lèi) 曝 氣 設(shè) 備 的 性 能標(biāo) 準(zhǔn) 狀 態(tài) 是 指 用 清 水 作 曝 氣實(shí) 驗(yàn) ， 水 溫 20 ， 標(biāo) 準(zhǔn) 大 氣壓 ， 初 始 水 中 溶 解 氧 為 0實(shí) 際 數(shù) 據(jù) 是 指 用 廢 水 作 實(shí)驗(yàn) ， 水 溫 15 ， 海 拔 150m， 水 中 溶 解 氧 保 持 2mg/L（ 2） 曝 氣 設(shè) 備 比 較 （ 3） 曝 氣 設(shè) 備 的 計(jì) 算 （ 后 敘 ）v 需 氧 量 的 計(jì) 算v 供 氧 量 的 計(jì) 算v 實(shí) 際 氧 轉(zhuǎn) 移 量 的 計(jì) 算v 管 路 的 布 置 和 計(jì) 算 （ 或 葉 輪 的 選 擇 計(jì) 算 ）