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1、第第7 7章章 活性污泥法活性污泥法第五節(jié)第五節(jié) 曝氣原理和曝氣池構(gòu)造曝氣原理和曝氣池構(gòu)造1、氣體傳遞原理v氣液傳質(zhì)過程通常遵循一定的傳質(zhì)擴散理論，氣液傳質(zhì)過程通常遵循一定的傳質(zhì)擴散理論，氣液傳質(zhì)理論目前有：氣液傳質(zhì)理論目前有：雙膜理論雙膜理論 穿透模式穿透模式 表面更新理論表面更新理論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32、雙膜理論要點、雙膜理論要點v1) 當(dāng)氣、液面相接觸并作相對運動時，接觸界面的兩當(dāng)氣、液面相接觸并作相對運動時，接觸界面的兩側(cè)，存在著氣體與液體的邊界層，即氣膜和液膜；側(cè)，存在著氣體與液體的邊界層，即氣膜和液膜；v2
2、) 氣膜和液膜內(nèi)相對運動的速度屬于層流，而在其外氣膜和液膜內(nèi)相對運動的速度屬于層流，而在其外的兩相體系中則均為紊流；的兩相體系中則均為紊流；v3) 氧的轉(zhuǎn)移是通過氣、液膜進(jìn)行的分子擴散和在膜外氧的轉(zhuǎn)移是通過氣、液膜進(jìn)行的分子擴散和在膜外的對流擴散完成；的對流擴散完成；v4) 對于難溶于水的氧來說，分子擴散的阻力大于對流對于難溶于水的氧來說，分子擴散的阻力大于對流擴散，傳質(zhì)的阻力主要集中在液膜上；擴散，傳質(zhì)的阻力主要集中在液膜上；v5) 在氣膜中存在著氧分壓梯度，而液膜中同樣也存在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)移的推動力。著氧的濃度梯度，由此形成了氧轉(zhuǎn)
3、移的推動力。 雙膜理論示意圖雙膜理論示意圖 氣相主體界面氣膜液膜Ci層流液相主體CpgpiPg表示氣相中表示氣相中氧的分壓氧的分壓Pi表示界面處表示界面處氧的分壓氧的分壓Ci表示界面處水表示界面處水中氧的濃度中氧的濃度C表示水中氧的濃度表示水中氧的濃度3、氧的轉(zhuǎn)移理論分析、氧的轉(zhuǎn)移理論分析 v氧是難溶氣體，阻力主要來自液膜，其轉(zhuǎn)移率氧是難溶氣體，阻力主要來自液膜，其轉(zhuǎn)移率dm/dt(kg/h)正比于溶液中氧的飽和濃度差。正比于溶液中氧的飽和濃度差。 CCAKCCADdtdmSLLSLCCKCCVAKdtdCdtdmVSaLSL1vKLa表示在曝氣過程中氧的總傳遞性，當(dāng)傳遞過程中阻表示在曝氣過程
4、中氧的總傳遞性，當(dāng)傳遞過程中阻力大，則力大，則KLa值低，反之則值低，反之則KLa值高。值高。 vKLa的倒數(shù)的倒數(shù)1/ KLa的單位為（的單位為（h），它所表示的是曝氣池），它所表示的是曝氣池中溶解氧濃度中溶解氧濃度C從提高到從提高到Cs所需要的時間。所需要的時間。 4、氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（、氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（ KLa ）的求定）的求定 v氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（ KLa）是計算氧轉(zhuǎn)移速率的）是計算氧轉(zhuǎn)移速率的基本參數(shù)，一般是通過試驗求得?；緟?shù)，一般是通過試驗求得。 dtKCCdCLastKCCCCLatss0lntKCCCCLatss3 . 2)lg(0tssCCCC0lg與與t之間存在著直
5、線關(guān)系，直線的斜率即為之間存在著直線關(guān)系，直線的斜率即為KLa/2.3。 二、曝氣池的構(gòu)造二、曝氣池的構(gòu)造q曝氣池是生物化學(xué)反應(yīng)器。曝氣池是生物化學(xué)反應(yīng)器。q從混合液流型可分為從混合液流型可分為推流式推流式和和完全混合式完全混合式；q從平面形狀可分為從平面形狀可分為長方廊道形長方廊道形、圓形或方形圓形或方形、環(huán)形跑道形環(huán)形跑道形三種；三種；q從采用的曝氣方法可分為從采用的曝氣方法可分為鼓風(fēng)曝氣式鼓風(fēng)曝氣式、機械機械曝氣式曝氣式以及兩者聯(lián)合使用的以及兩者聯(lián)合使用的聯(lián)合式聯(lián)合式三種；三種；q從曝氣池與二次沉淀池的關(guān)系可分為從曝氣池與二次沉淀池的關(guān)系可分為分建式分建式和和合建式合建式兩種。兩種。1、
6、推流式曝氣池、推流式曝氣池v平面：推流式曝氣池為長方廊道形池子，平面：推流式曝氣池為長方廊道形池子，曝氣池曝氣池池池長可達(dá)長可達(dá)100m100m，長寬比為，長寬比為5-105-10，常采用，常采用鼓風(fēng)曝氣鼓風(fēng)曝氣。v橫面：寬深比為橫面：寬深比為1-21-2，水深為，水深為3-9m3-9m，有平移推流（擴，有平移推流（擴散器鋪滿池底）和旋轉(zhuǎn)推流兩種（擴散裝置排放在散器鋪滿池底）和旋轉(zhuǎn)推流兩種（擴散裝置排放在池子的一側(cè)）。池子的一側(cè)）。v曝氣池出水設(shè)備可用溢流堰或出水孔。曝氣池出水設(shè)備可用溢流堰或出水孔。v曝氣池曝氣池結(jié)構(gòu)上可以分成若干單元，每個單元包括幾結(jié)構(gòu)上可以分成若干單元，每個單元包括幾個池
7、子，個池子，每個池子常由一至四個折流的廊道組成。每個池子常由一至四個折流的廊道組成。推流式曝氣池結(jié)構(gòu)示意圖2、完全混合式曝氣池、完全混合式曝氣池v完全混合式曝氣池多以圓形、方形或矩形池子作完全混合式曝氣池多以圓形、方形或矩形池子作單元，采用單元，采用表曝機表曝機，放置于池的表層中心，放置于池的表層中心 ，污，污水從池底中心進(jìn)入。水從池底中心進(jìn)入。完全混合式曝氣池有完全混合式曝氣池有分建式分建式和合建式兩種。和合建式兩種。v分建式：分建式：采用泵型葉輪時，池的直徑和葉輪直徑采用泵型葉輪時，池的直徑和葉輪直徑比為比為4.5-7.54.5-7.5，水深和葉輪直徑比為，水深和葉輪直徑比為2.5-4.5
8、2.5-4.5；采；采用倒傘型和平板型時，池的直徑和葉輪直徑比為用倒傘型和平板型時，池的直徑和葉輪直徑比為3-53-5。v合建式：合建式：稱稱曝氣沉淀池，圓形或矩形，難于調(diào)節(jié)曝氣沉淀池，圓形或矩形，難于調(diào)節(jié)和控制，國外已趨淘汰。和控制，國外已趨淘汰。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方形曝氣沉淀池對曝氣設(shè)備的要求：對曝氣設(shè)備的要求：v良好的曝氣設(shè)備除應(yīng)當(dāng)具有較高的動力效率和氧轉(zhuǎn)移良好的曝氣設(shè)備除應(yīng)當(dāng)具有較高的動力效率和氧轉(zhuǎn)移效率外，還應(yīng)盡可能滿足下列要求：效率外，還應(yīng)盡可能滿足下列要求：v（a a）攪拌均勻；（）攪拌均勻；（b b）構(gòu)造簡單；）構(gòu)造簡單；v（c
9、c）能耗少；（）能耗少；（d d）價格低；）價格低；v（e e）性能穩(wěn)定，故障少；）性能穩(wěn)定，故障少；v（f f）不產(chǎn)生噪音及其它公害；）不產(chǎn)生噪音及其它公害；v（g g）對某些工業(yè)廢水耐腐蝕性強。）對某些工業(yè)廢水耐腐蝕性強。三、曝氣設(shè)備鼓風(fēng)曝氣鼓風(fēng)曝氣機械曝氣機械曝氣鼓風(fēng)曝氣是采用空氣作氧源，以氣泡形式鼓入廢水中。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，它由鼓風(fēng)曝氣是傳統(tǒng)的曝氣方法，它由加壓設(shè)備（空氣過濾器加壓設(shè)備（空氣過濾器和鼓風(fēng)機）和鼓風(fēng)機）、擴散器擴散器和和空氣輸送管系統(tǒng)空氣輸送管系統(tǒng)三部分組成。三部分組成。v鼓風(fēng)機鼓風(fēng)機有羅茨式鼓風(fēng)機和離心式鼓風(fēng)機
10、，為了凈化空氣，有羅茨式鼓風(fēng)機和離心式鼓風(fēng)機，為了凈化空氣，其進(jìn)氣管上常裝設(shè)空氣過濾器，在寒冷地區(qū)，還常在進(jìn)氣其進(jìn)氣管上常裝設(shè)空氣過濾器，在寒冷地區(qū)，還常在進(jìn)氣管前設(shè)空氣預(yù)熱器。管前設(shè)空氣預(yù)熱器。v擴散器擴散器是鼓風(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。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）、鼓風(fēng)曝氣（水下曝氣）擴散裝置的分類擴散裝置的分類1)1)小氣泡擴散器：微孔材料制成的擴散板、擴小氣泡擴散器：微孔材料制成的擴散板、擴散管或擴散盤等，氣泡直徑散管或擴散盤等，氣泡直徑
11、1.5mm1.5mm；2)2)中氣泡擴散器：穿孔管、莎綸管，氣泡直徑中氣泡擴散器：穿孔管、莎綸管，氣泡直徑2-3mm2-3mm；3)3)大氣泡擴散器：豎管，氣泡直徑大氣泡擴散器：豎管，氣泡直徑15mm15mm； 4)4)微氣泡擴散器：射流擴散器、微氣泡擴散器：射流擴散器、網(wǎng)狀膜擴散器網(wǎng)狀膜擴散器，氣泡直徑氣泡直徑100100m m；1）小氣泡擴散器：擴散板、擴散管、擴散盤）小氣泡擴散器：擴散板、擴散管、擴散盤v擴散板擴散板是用多孔性材料制成的薄板，有陶土制、塑料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方形，制或其他材料制成的，其形狀可做成方形或長方形，方
12、形擴散板尺寸通常為方形擴散板尺寸通常為300300300300（252540)mm40)mm，擴，擴散板安裝在池底一側(cè)的預(yù)留槽上，空氣由豎管進(jìn)入槽散板安裝在池底一側(cè)的預(yù)留槽上，空氣由豎管進(jìn)入槽內(nèi)，然后通過擴散板進(jìn)入混合液。內(nèi)，然后通過擴散板進(jìn)入混合液。v擴散板的通氣率一般為擴散板的通氣率一般為l l1.5m1.5m3 3/m/m2 2minmin，氧利用率約，氧利用率約1010，充氧動力效率約為，充氧動力效率約為2kgO2kgO2 2/kWh/kWh。v缺點是板的孔隙小、空氣通過時壓力損失大、容易堵缺點是板的孔隙小、空氣通過時壓力損失大、容易堵塞。塞。擴散板及其安裝方式擴散管示意圖v擴散管是由
13、陶質(zhì)多孔管組成，其內(nèi)徑擴散管是由陶質(zhì)多孔管組成，其內(nèi)徑444475mm75mm，壁厚壁厚6 614mm14mm，長，長60Omm60Omm，每，每l0l0根為一組，通氣率根為一組，通氣率為為121215m15m3 3/ /根根h h。v目前用軟管代替陶質(zhì)多孔管目前用軟管代替陶質(zhì)多孔管 圓帽蓋型擴散盤2 2）中氣泡擴散器）中氣泡擴散器穿孔管曝氣器穿孔管曝氣器3 3）大氣泡擴散器）大氣泡擴散器豎管擴散器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，豎管直徑在形的豎管，豎管直徑在l5mml5mm以上，離池底以上，離池底150mm150mm左右。左右。
14、豎管擴散器及其布置的示意圖豎管擴散器及其布置的示意圖4 4）微氣泡擴散器）微氣泡擴散器網(wǎng)狀膜擴散器網(wǎng)狀膜擴散器v該曝氣器采用網(wǎng)狀膜代替曝氣盤用的各種曝該曝氣器采用網(wǎng)狀膜代替曝氣盤用的各種曝氣板材，其網(wǎng)很薄，網(wǎng)上的孔徑筆直，濾水氣板材，其網(wǎng)很薄，網(wǎng)上的孔徑筆直，濾水透氣效果均優(yōu)于微孔板材，不易發(fā)生堵塞。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)狀膜的各個部位受到阻擋，然后
15、通過特制網(wǎng)狀膜的各個部位受到阻擋，然后通過特制網(wǎng)膜微孔的第二次切割形成微小氣泡網(wǎng)膜微孔的第二次切割形成微小氣泡( (直徑直徑2 23mm)3mm)勻地分布擴散到水中勻地分布擴散到水中。膜片微孔曝氣器膜片微孔曝氣器u曝氣器的氣體擴散裝置采用微孔合成橡膠膜曝氣器的氣體擴散裝置采用微孔合成橡膠膜片，膜片上開有片，膜片上開有150150200200 m m的同心圓布置的的同心圓布置的50005000個自閉式孔眼。個自閉式孔眼。u當(dāng)充氣時空氣通過布?xì)夤艿?，并通過底座上當(dāng)充氣時空氣通過布?xì)夤艿?，并通過底座上的孔眼進(jìn)入膜片和底座之間，在空氣的壓力作的孔眼進(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
16、，孔眼張開，達(dá)到布?xì)庥孟?，使膜片微微鼓起，孔眼張開，達(dá)到布?xì)鈹U散的目的。擴散的目的。2、機械曝氣（表面曝氣）、機械曝氣（表面曝氣）v機械曝氣是用專門的設(shè)備（表曝機），劇烈地在水機械曝氣是用專門的設(shè)備（表曝機），劇烈地在水中攪動水面，是空氣中的氧溶解于水中。中攪動水面，是空氣中的氧溶解于水中。v樣式很多，大致可歸納為豎式樣式很多，大致可歸納為豎式葉輪葉輪和臥式和臥式轉(zhuǎn)刷轉(zhuǎn)刷兩大兩大類。類。v曝氣葉輪有安裝在池中與鼓風(fēng)曝氣聯(lián)合使用的，也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，后者稱有安裝在池面的，后者稱“表面曝氣表面曝氣”。表面曝氣。表面曝氣具有構(gòu)造簡單，動力消耗小，運行管理方
17、便，氧吸具有構(gòu)造簡單，動力消耗小，運行管理方便，氧吸收率高的優(yōu)點，故應(yīng)用較多。常用的表面曝氣葉輪收率高的優(yōu)點，故應(yīng)用較多。常用的表面曝氣葉輪有有泵型泵型，倒傘型倒傘型和和平板型平板型。幾種葉輪曝氣器不同形式的轉(zhuǎn)刷曝氣器不同形式的轉(zhuǎn)刷曝氣器不同的轉(zhuǎn)刷曝氣器不同的轉(zhuǎn)刷曝氣器氧轉(zhuǎn)移率、充氧能力、動力效率、氧利用率。氧轉(zhuǎn)移率、充氧能力、動力效率、氧利用率。v氧轉(zhuǎn)移率氧轉(zhuǎn)移率是指葉輪或轉(zhuǎn)刷在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)移到液是指葉輪或轉(zhuǎn)刷在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)移到液體中的氧速率，體中的氧速率，mgO2/L.h。v充氧能力充氧能力:單位時間內(nèi)充氧量，單位時間內(nèi)充氧量，kgO2/h；v動力效率動力效率是指消耗是指消耗1kWh電能所
18、轉(zhuǎn)移到液體中去的電能所轉(zhuǎn)移到液體中去的氧量，單位為氧量，單位為kgO2/kW.h。v氧利用率氧利用率是指鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到液體中的氧占是指鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到液體中的氧占供給氧的百分?jǐn)?shù)，單位為供給氧的百分?jǐn)?shù)，單位為%。3、衡量曝氣設(shè)備性能的指標(biāo)、衡量曝氣設(shè)備性能的指標(biāo)4、曝氣器的選擇和計算、曝氣器的選擇和計算v對于對于較小的曝氣池較小的曝氣池，采用，采用機械曝氣器機械曝氣器能減少動力費用，并省能減少動力費用，并省去鼓風(fēng)曝氣所需的管道系統(tǒng)和鼓風(fēng)機等設(shè)備，維護(hù)管理也比去鼓風(fēng)曝氣所需的管道系統(tǒng)和鼓風(fēng)機等設(shè)備，維護(hù)管理也比較方便。較方便。v機械曝氣器的缺點是，機械曝氣器的缺點是，轉(zhuǎn)速高，其動力消耗隨曝氣
19、池的增大轉(zhuǎn)速高，其動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，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。沫，將嚴(yán)重降低充氧能力。v鼓風(fēng)曝氣鼓風(fēng)曝氣供應(yīng)空氣的伸縮性較大，曝氣效果也較好，一般用供應(yīng)空氣的伸縮性較大，曝氣效果也較好，一般用于于較大的曝氣池較大的曝氣池。v鼓風(fēng)曝氣的缺點鼓風(fēng)曝氣的缺點是需要鼓風(fēng)機和管道系統(tǒng)。曝氣頭易堵塞。是需要鼓風(fēng)機和管道系統(tǒng)。曝氣頭易堵塞。（1）曝氣器的選擇原則）曝氣器的選擇原則設(shè)備類型設(shè)備類型
20、氧利用率氧利用率/ 動力效率動力效率/kg O2/kWh 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)實際實際小氣泡擴散器小氣泡擴散器 1030 1.2 2.00.7 1.4中氣泡擴散器中氣泡擴散器 6 151.0 1.60.6 1.0大氣泡擴散器大氣泡擴散器 480.6 1.20.3 0.9射流曝氣器射流曝氣器 1025 1.5 2.40.7 1.4各類曝氣設(shè)備的性能各類曝氣設(shè)備的性能標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是指用清水作曝氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是指用清水作曝氣實驗，水溫實驗，水溫2020，標(biāo)準(zhǔn)大氣，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，初始水中溶解氧為壓，初始水中溶解氧為0 0實際數(shù)據(jù)是指用廢水作實實際數(shù)據(jù)是指用廢水作實驗，水溫驗，水溫1515，海拔，海拔150m150m，水中溶解氧保持，水中溶解氧保持2mg/L2mg/L（2）曝氣設(shè)備比較）曝氣設(shè)備比較（3）曝氣設(shè)備的計算（后敘）曝氣設(shè)備的計算（后敘）v需氧量的計算需氧量的計算v供氧量的計算供氧量的計算v實際氧轉(zhuǎn)移量的計算實際氧轉(zhuǎn)移量的計算v管路的布置和計算（或葉輪的選擇計算）管路的布置和計算（或葉輪的選擇計算）
工業(yè)水處理原理及應(yīng)用曝氣和曝氣池
