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1、第第7 7章章 活性污泥法活性污泥法第五节第五节 曝气原理和曝气池构造曝气原理和曝气池构造1、气体传递原理v气液传质过程通常遵循一定的传质扩散理论，气液传质过程通常遵循一定的传质扩散理论，气液传质理论目前有：气液传质理论目前有：双膜理论双膜理论 穿透模式穿透模式 表面更新理论表面更新理论v目前工程和理论上应用较多的为双膜理论目前工程和理论上应用较多的为双膜理论。一、氧的转移理论2、双膜理论要点、双膜理论要点v1) 当气、液面相接触并作相对运动时，接触界面的两当气、液面相接触并作相对运动时，接触界面的两侧，存在着气体与液体的边界层，即气膜和液膜；侧，存在着气体与液体的边界层，即气膜和液膜；v2)
2、 气膜和液膜内相对运动的速度属于层流，而在其外气膜和液膜内相对运动的速度属于层流，而在其外的两相体系中则均为紊流；的两相体系中则均为紊流；v3) 氧的转移是通过气、液膜进行的分子扩散和在膜外氧的转移是通过气、液膜进行的分子扩散和在膜外的对流扩散完成；的对流扩散完成；v4) 对于难溶于水的氧来说，分子扩散的阻力大于对流对于难溶于水的氧来说，分子扩散的阻力大于对流扩散，传质的阻力主要集中在液膜上；扩散，传质的阻力主要集中在液膜上；v5) 在气膜中存在着氧分压梯度，而液膜中同样也存在在气膜中存在着氧分压梯度，而液膜中同样也存在着氧的浓度梯度，由此形成了氧转移的推动力。着氧的浓度梯度，由此形成了氧转移
3、的推动力。 3双膜理论示意图双膜理论示意图 气相主体界面气膜液膜Ci层流液相主体CpgpiPg表示气相中表示气相中氧的分压氧的分压Pi表示界面处表示界面处氧的分压氧的分压Ci表示界面处水表示界面处水中氧的浓度中氧的浓度C表示水中氧的浓度表示水中氧的浓度3、氧的转移理论分析、氧的转移理论分析 v氧是难溶气体，阻力主要来自液膜，其转移率氧是难溶气体，阻力主要来自液膜，其转移率dm/dt(kg/h)正比于溶液中氧的饱和浓度差。正比于溶液中氧的饱和浓度差。 vKLa表示在曝气过程中氧的总传递性，当传递过程中阻表示在曝气过程中氧的总传递性，当传递过程中阻力大，则力大，则KLa值低，反之则值低，反之则KL
4、a值高。值高。 vKLa的倒数的倒数1/ KLa的单位为（的单位为（h），它所表示的是曝气池），它所表示的是曝气池中溶解氧浓度中溶解氧浓度C从提高到从提高到Cs所需要的时间。所需要的时间。 4、氧总转移系数（、氧总转移系数（ KLa ）的求定）的求定 v氧总转移系数（氧总转移系数（ KLa）是计算氧转移速率的）是计算氧转移速率的基本参数，一般是通过试验求得。基本参数，一般是通过试验求得。 与与t之之间间存在着直存在着直线线关系，直关系，直线线的斜率即的斜率即为为KLa。 二、曝气池的构造二、曝气池的构造q曝气池是生物化学反应器。曝气池是生物化学反应器。q从混合液流型可分为从混合液流型可分为推流
5、式推流式和和完全混合式完全混合式；q从从平平面面形形状状可可分分为为长长方方廊廊道道形形、圆圆形形或或方方形形、环形跑道形环形跑道形三种；三种；q从从采采用用的的曝曝气气方方法法可可分分为为鼓鼓风风曝曝气气式式、机机械械曝气式曝气式以及两者联合使用的以及两者联合使用的联合式联合式三种；三种；q从从曝曝气气池池与与二二次次沉沉淀淀池池的的关关系系可可分分为为分分建建式式和和合建式合建式两种。两种。1、推流式曝气池、推流式曝气池v平面：推流式曝气池为长方廊道形池子，曝气池池平面：推流式曝气池为长方廊道形池子，曝气池池长可达长可达100m100m，长宽比为，长宽比为5-105-10，常采用，常采用鼓
6、风曝气鼓风曝气。v横面：宽深比为横面：宽深比为1-21-2，水深为，水深为3-9m3-9m，有平移推流（扩，有平移推流（扩散器铺满池底）和旋转推流两种（扩散装置排放在散器铺满池底）和旋转推流两种（扩散装置排放在池子的一侧）。池子的一侧）。v曝气池出水设备可用溢流堰或出水孔。曝气池出水设备可用溢流堰或出水孔。v曝气池结构上可以分成若干单元，每个单元包括几曝气池结构上可以分成若干单元，每个单元包括几个池子，个池子，每个池子常由一至四个折流的廊道组成。每个池子常由一至四个折流的廊道组成。推流式曝气池结构示意图2、完全混合式曝气池、完全混合式曝气池v完完全全混混合合式式曝曝气气池池多多以以圆圆形形、方
7、方形形或或矩矩形形池池子子作作单单元元，采采用用表表曝曝机机，放放置置于于池池的的表表层层中中心心 ，污污水水从从池池底底中中心心进进入入。完完全全混混合合式式曝曝气气池池有有分分建建式式和合建式两种。和合建式两种。v分分建建式式：采采用用泵泵型型叶叶轮轮时时，池池的的直直径径和和叶叶轮轮直直径径比比为为，水水深深和和叶叶轮轮直直径径比比为为；采采用用倒倒伞伞型型和和平平板板型时，池的直径和叶轮直径比为型时，池的直径和叶轮直径比为3-53-5。v合合建建式式：称称曝曝气气沉沉淀淀池池，圆圆形形或或矩矩形形，难难于于调调节节和控制，国外已趋淘汰。和控制，国外已趋淘汰。分建式完全混合系统合建式圆形
8、曝气沉淀池合建式方形曝气沉淀池合建式长方形曝气沉淀池对曝气设备的要求：对曝气设备的要求：v良好的曝气设备除应当具有较高的动力效率和氧转移良好的曝气设备除应当具有较高的动力效率和氧转移效率外，还应尽可能满足下列要求：效率外，还应尽可能满足下列要求：v（a a）搅拌均匀；（）搅拌均匀；（b b）构造简单；）构造简单；v（c c）能耗少；（）能耗少；（d d）价格低；）价格低；v（e e）性能稳定，故障少；）性能稳定，故障少；v（f f）不产生噪音及其它公害；）不产生噪音及其它公害；v（g g）对某些工业废水耐腐蚀性强。）对某些工业废水耐腐蚀性强。三、曝气设备鼓风曝气鼓风曝气机械曝气机械曝气鼓风曝气
9、是采用空气作氧源，以气泡形式鼓入废水中。鼓风曝气是采用空气作氧源，以气泡形式鼓入废水中。v鼓风曝气是传统的曝气方法，它由鼓风曝气是传统的曝气方法，它由加压设备（空气过滤器加压设备（空气过滤器和鼓风机）和鼓风机）、扩散器扩散器和和空气输送管系统空气输送管系统三部分组成。三部分组成。v鼓风机鼓风机有罗茨式鼓风机和离心式鼓风机，为了净化空气，有罗茨式鼓风机和离心式鼓风机，为了净化空气，其进气管上常装设空气过滤器，在寒冷地区，还常在进气其进气管上常装设空气过滤器，在寒冷地区，还常在进气管前设空气预热器。管前设空气预热器。v扩散器扩散器是鼓风曝气的关键部件，其作用是将空气分散成空是鼓风曝气的关键部件，其
10、作用是将空气分散成空气泡，增大与液体的接触面积，把空气氧溶解于水中。气泡，增大与液体的接触面积，把空气氧溶解于水中。1、鼓风曝气（水下曝气）、鼓风曝气（水下曝气）扩散装置的分类扩散装置的分类1)1)小气泡扩散器：微孔材料制成的扩散板、扩小气泡扩散器：微孔材料制成的扩散板、扩散管或扩散盘等，气泡直径散管或扩散盘等，气泡直径；2)2)中气泡扩散器：穿孔管、莎纶管，气泡直径中气泡扩散器：穿孔管、莎纶管，气泡直径2-3mm2-3mm；3)3)大气泡扩散器：竖管，气泡直径大气泡扩散器：竖管，气泡直径15mm15mm； 4)4)微气泡扩散器：射流扩散器、微气泡扩散器：射流扩散器、网状膜扩散器网状膜扩散器，
11、气泡直径气泡直径100100m m；1）小气泡扩散器：扩散板、扩散管、扩散盘）小气泡扩散器：扩散板、扩散管、扩散盘v扩散板扩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，其形状可做成方形或长方形，制或其他材料制成的，其形状可做成方形或长方形，方形扩散板尺寸通常为方形扩散板尺寸通常为300300300300（252540)mm40)mm，扩散，扩散板安装在池底一侧的预留槽上，空气由竖管进入槽内，板安装在池底一侧的预留槽上，空气由竖管进入槽内，然后通过扩散板进入混合液。然后通过扩散板进入混合液。v扩散板的通气率一般为扩散板的通气率一般为l
12、l3 3/m/m2 2minmin，氧利用率约，氧利用率约1010，充氧动力效率约为，充氧动力效率约为2kgO2kgO2 2/kWh/kWh。v缺点是板的孔隙小、空气通过时压力损失大、容易堵缺点是板的孔隙小、空气通过时压力损失大、容易堵塞。塞。扩散板及其安装方式扩散管示意图v扩扩散散管管是是由由陶陶质质多多孔孔管管组组成成，其其内内径径444475mm75mm，壁壁厚厚6 614mm14mm，长长60Omm60Omm，每每l0l0根根为为一一组组，通通气气率率为为121215m15m3 3/ /根根hh。v目前用软管代替陶质多孔管目前用软管代替陶质多孔管圆帽盖型扩散盘2 2）中气泡扩散器）中气
13、泡扩散器穿孔管曝气器穿孔管曝气器3 3）大气泡扩散器）大气泡扩散器竖管扩散器v竖管曝气是在曝气池的一侧布置以横管分支成梳竖管曝气是在曝气池的一侧布置以横管分支成梳形的竖管，竖管直径在形的竖管，竖管直径在l5mml5mm以上，离池底以上，离池底150mm150mm左右。左右。竖管扩散器及其布置的示意图竖管扩散器及其布置的示意图4 4）微气泡扩散器）微气泡扩散器网状膜扩散器网状膜扩散器v该曝气器采用网状膜代替曝气盘用的各种曝该曝气器采用网状膜代替曝气盘用的各种曝气板材，其网很薄，网上的孔径笔直，滤水气板材，其网很薄，网上的孔径笔直，滤水透气效果均优于微孔板材，不易发生堵塞。透气效果均优于微孔板材，
14、不易发生堵塞。v网膜采用聚醋酸纤维制成的。网状膜曝气器网膜采用聚醋酸纤维制成的。网状膜曝气器采用底部供气，空气经分配器第一次切割后采用底部供气，空气经分配器第一次切割后均匀分布到气室内，高速气流经切割分配到均匀分布到气室内，高速气流经切割分配到网状膜的各个部位受到阻挡，然后通过特制网状膜的各个部位受到阻挡，然后通过特制网膜微孔的第二次切割形成微小气泡网膜微孔的第二次切割形成微小气泡( (直径直径2 23mm)3mm)匀地分布扩散到水中匀地分布扩散到水中。膜片微孔曝气器膜片微孔曝气器u曝气器的气体扩散装置采用微孔合成橡胶膜曝气器的气体扩散装置采用微孔合成橡胶膜片，膜片上开有片，膜片上开有1501
15、50200200 m m的同心圆布置的的同心圆布置的50005000个自闭式孔眼。个自闭式孔眼。u当充气时空气通过布气管道，并通过底座上当充气时空气通过布气管道，并通过底座上的孔眼进入膜片和底座之间，在空气的压力作的孔眼进入膜片和底座之间，在空气的压力作用下，使膜片微微鼓起，孔眼张开，达到布气用下，使膜片微微鼓起，孔眼张开，达到布气扩散的目的。扩散的目的。2、机械曝气（表面曝气）、机械曝气（表面曝气）v机械曝气是用专门的设备（表曝机），剧烈地在水机械曝气是用专门的设备（表曝机），剧烈地在水中搅动水面，是空气中的氧溶解于水中。中搅动水面，是空气中的氧溶解于水中。v样式很多，大致可归纳为竖式样式很
16、多，大致可归纳为竖式叶轮叶轮和卧式和卧式转刷转刷两大两大类。类。v曝气叶轮有安装在池中与鼓风曝气联合使用的，也曝气叶轮有安装在池中与鼓风曝气联合使用的，也有安装在池面的，后者称有安装在池面的，后者称“表面曝气表面曝气”。表面曝气。表面曝气具有构造简单，动力消耗小，运行管理方便，氧吸具有构造简单，动力消耗小，运行管理方便，氧吸收率高的优点，故应用较多。常用的表面曝气叶轮收率高的优点，故应用较多。常用的表面曝气叶轮有有泵型泵型，倒伞型倒伞型和和平板型平板型。几种叶轮曝气器不同形式的转刷曝气器不同形式的转刷曝气器不同的转刷曝气器不同的转刷曝气器氧转移率、充氧能力、动力效率、氧利用率。氧转移率、充氧能
17、力、动力效率、氧利用率。v氧转移率氧转移率是指叶轮或转刷在单位时间内转移到液是指叶轮或转刷在单位时间内转移到液体中的氧速率，体中的氧速率，mgO2。v充氧能力充氧能力:单位时间内充氧量，单位时间内充氧量，kgO2/h；v动力效率动力效率是指消耗是指消耗1kWh电能所转移到液体中去的电能所转移到液体中去的氧量，单位为氧量，单位为kgO2。v氧利用率氧利用率是指鼓风曝气系统转移到液体中的氧占是指鼓风曝气系统转移到液体中的氧占供给氧的百分数，单位为供给氧的百分数，单位为%。3、衡量曝气设备性能的指标、衡量曝气设备性能的指标4、曝气器的选择和计算、曝气器的选择和计算v对于对于较小的曝气池较小的曝气池，
18、采用，采用机械曝气器机械曝气器能减少动力费用，并省能减少动力费用，并省去鼓风曝气所需的管道系统和鼓风机等设备，维护管理也比去鼓风曝气所需的管道系统和鼓风机等设备，维护管理也比较方便。较方便。v机械曝气器的缺点是，机械曝气器的缺点是，转速高，其动力消耗随曝气池的增大转速高，其动力消耗随曝气池的增大而迅速增大，所以曝气池不能太大；而且需要较大的表面积，而迅速增大，所以曝气池不能太大；而且需要较大的表面积，因此曝气池的深度也受到限制。还有，如果曝气池中产生泡因此曝气池的深度也受到限制。还有，如果曝气池中产生泡沫，将严重降低充氧能力。沫，将严重降低充氧能力。v鼓风曝气鼓风曝气供应空气的伸缩性较大，曝气
19、效果也较好，一般用供应空气的伸缩性较大，曝气效果也较好，一般用于于较大的曝气池较大的曝气池。v鼓风曝气的缺点鼓风曝气的缺点是需要鼓风机和管道系统。曝气头易堵塞。是需要鼓风机和管道系统。曝气头易堵塞。（1）曝气器的选择原则）曝气器的选择原则设备类型设备类型 氧利用率氧利用率/ 动力效率动力效率/kg O2/kWh 标准标准实际实际小气泡扩散器小气泡扩散器 1030 1.2 2.00.7 1.4中气泡扩散器中气泡扩散器 6 151.0 1.60.6 1.0大气泡扩散器大气泡扩散器 480.6 1.20.3 0.9射流曝气器射流曝气器 1025 1.5 2.40.7 1.4低速表面曝气器低速表面曝气
20、器 1.2 2.70.7 1.3高速表面曝气器高速表面曝气器 1.2 2.40.7 1.3转刷式曝气器转刷式曝气器 1.2 2.4各类曝气设备的性能各类曝气设备的性能标准状态是指用清水作曝气标准状态是指用清水作曝气实验，水温实验，水温2020，标准大气，标准大气压，初始水中溶解氧为压，初始水中溶解氧为0 0实际数据是指用废水作实实际数据是指用废水作实验，水温验，水温1515，海拔，海拔150m150m，水中溶解氧保持，水中溶解氧保持2mg/L2mg/L（2）曝气设备比较）曝气设备比较（3）曝气设备的计算（后叙）曝气设备的计算（后叙）v需氧量的计算需氧量的计算v供氧量的计算供氧量的计算v实际氧转移量的计算实际氧转移量的计算v管路的布置和计算（或叶轮的选择计算）管路的布置和计算（或叶轮的选择计算）
