五曝气原理与设备讲义.pptx
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1、第四节第四节 曝气的原理、方法与设备曝气的原理、方法与设备曝气的原理;曝气的原理;曝气系统的设计计算;曝气系统的设计计算;主要的曝气设备主要的曝气设备有关曝气、供氧的基本概念有关曝气、供氧的基本概念曝气作用:供氧、搅拌曝气作用:供氧、搅拌曝气方式:曝气方式:1.鼓风曝气系统鼓风曝气系统 2.机械曝气装置(纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器)机械曝气装置(纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器)3.鼓风鼓风+机械曝气系统机械曝气系统曝气的原理与过程:需氧、供氧、曝气(供气)曝气的原理与过程:需氧、供氧、曝气(供气);标准供氧量与实际供氧量标准供氧量与实际供氧量一、曝气原理一、曝气原理双膜理论双膜理论双膜理论
2、:污水生物处理领域中广泛应用的气双膜理论:污水生物处理领域中广泛应用的气体传递理论。这一理论的基本点可归纳如下:体传递理论。这一理论的基本点可归纳如下:在曝气过程中,氧分子通过气、液界面由气相转移到液相的过程中(1)在气、液两相接触的界面两侧存在着处于层流的气膜和液膜,在其外侧分别是气相和液相的主体(紊流)。(2)在气、液两相中,不存在传质阻力,气体分子从气相主体传递到液相主体的阻力,主要存在于气膜和液膜中。(3)在气膜中存在氧的氧的分压梯度分压梯度,液膜中存在氧的浓度梯度,都是氧转移的推动力。(4)气膜中氧分子的传递动力很小,界面处的溶解氧浓度值是氧分压为p条件下的饱和浓度值。(5)氧难溶于
3、水,因此氧转移主要阻力主要来自液膜,O2通过液膜的转移液膜的转移速率是氧扩散转移全过程的控制速率速率是氧扩散转移全过程的控制速率。氧的分压梯度氧的分压梯度氧的浓度梯度氧的浓度梯度在废水生物处理系统中,氧的传递速率可用下式表示:式中:dm/dt氧传递速率,kgO2/h;Kg 氧分子在液膜中的扩散系数;A 气、液两相接触界面面积;s0 氧在界面上的饱和溶解氧浓度;0 氧在溶液中的实际溶解氧浓度。dm=Vd0(V:液相主体的容积),则上式可改写成:式中:d0/dt液相主体中溶解氧浓度变化速度,氧转移 速度kgO2/m3 h;氧转移过程中的传递速率认为主要是界面上的饱和溶解氧浓度值氧转移过程中的传递速
4、率认为主要是界面上的饱和溶解氧浓度值(s0)与液相主体中的溶解氧浓度值与液相主体中的溶解氧浓度值(0)之差。之差。通常通常K Kg gA A/V V项用项用K KLaLa(总转移系数)来代替,由此上式变为:(总转移系数)来代替,由此上式变为:KLaLa:氧总转移系数,此值表示在曝气过程中氧的总转移性,:氧总转移系数,此值表示在曝气过程中氧的总转移性,当传递过程中阻力大,则当传递过程中阻力大,则KLaLa值低,反之则值低,反之则KLaLa值高。值高。将上式进行积分,可求得总转移系数将上式进行积分,可求得总转移系数KLa:当混合液中氧的浓度为零时,由于具有最大的推动力,因当混合液中氧的浓度为零时,
5、由于具有最大的推动力,因此此氧的转移速率最大氧的转移速率最大。影响氧转移的主要因素影响氧转移的主要因素水质水质 =0.8 0.9影响影响影响影响氧总转移系数氧总转移系数氧总转移系数氧总转移系数K K K KLaLaLaLa影响影响影响影响饱和溶解氧浓度饱和溶解氧浓度饱和溶解氧浓度饱和溶解氧浓度s0 0.9 0.97l 水温水温影响影响影响影响氧总转移系数氧总转移系数氧总转移系数氧总转移系数K K K KLaLaLaLa影响影响影响影响饱和溶解氧浓度饱和溶解氧浓度饱和溶解氧浓度饱和溶解氧浓度C Cs s水温升高,水温升高,s0值会下降值会下降;反之,则升高。反之,则升高。水温对氧转移速率有两种相
6、反的影响,总的来说,水温降低有利于氧转移水温对氧转移速率有两种相反的影响,总的来说,水温降低有利于氧转移修正系数修正系数、值,可通过对清水、特定污水的曝气充值,可通过对清水、特定污水的曝气充氧试验予以测定。氧试验予以测定。l 氧分压氧分压:影响影响影响影响饱和溶解氧浓度饱和溶解氧浓度饱和溶解氧浓度饱和溶解氧浓度s0气压降低,饱和溶解氧也随之下降,反之则提高。因此,在气气压降低,饱和溶解氧也随之下降,反之则提高。因此,在气气压降低,饱和溶解氧也随之下降,反之则提高。因此,在气气压降低,饱和溶解氧也随之下降,反之则提高。因此,在气压不是标准大气压的地区,压不是标准大气压的地区,压不是标准大气压的地
7、区,压不是标准大气压的地区,s0值应乘以压力修正系数值应乘以压力修正系数值应乘以压力修正系数值应乘以压力修正系数影响氧转移的主要因素影响氧转移的主要因素综合水质、水温以及分压因素的影响,氧转移速率的表综合水质、水温以及分压因素的影响,氧转移速率的表达式为:达式为:二、二、鼓风鼓风曝气系统的计算曝气系统的计算标标准准氧氧转转移移速速率率指指脱脱氧氧清清水水在在20 C和和标标准准大大气气压压条条件下测得的氧转移速率,一般以件下测得的氧转移速率,一般以R0表示(表示(kgO2/h););实实际际氧氧转转移移速速率率以以城城市市废废水水或或工工业业废废水水(实实际际水水质质)为为研研究究对对象象,按
8、按当当地地实实际际情情况况(指指水水温温、气气压压等等)进进行行测测定定,所所得得到到的的是是氧氧转转移移速速率率,以以R表表示示,单单位位为为kgO2/h。即:即:实际大气压与曝气头安装水深实际大气压与曝气头安装水深 实际水温实际水温 实际的废水水质实际的废水水质 氧的利用率(氧的利用率(EA):又称氧转移效率,是指通过):又称氧转移效率,是指通过鼓风曝气系鼓风曝气系统统转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比(转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比(%)。)。曝气的原理与过程曝气的原理与过程气泡气泡细胞活细胞活性污泥性污泥BODDOCO2/H2O空气空气O221%N279%压力、压力、气量气
9、量供氧:供氧:双膜理论双膜理论需氧需氧:曝气:曝气:供气供气(实际废水实际废水)O221%N2=79%DO=12mg/L曝气设备:曝气设备:标准状态下标准状态下供气量、阻力供气量、阻力1.鼓风曝气系统中平均饱和溶解氧(鼓风曝气系统中平均饱和溶解氧(sm)的计算)的计算由由于于鼓鼓风风曝曝气气装装置置安安装装在在池池底底,池池内内的的s0值值以以空空气气扩扩散散装装置置出出口口和和曝曝气气池池表表面面两两处处饱饱和和溶溶解解氧氧浓浓度度的的平平均均值值sm计计算算,即:即:式中:式中:Ot从曝气池逸出气体中含氧量的百分率,从曝气池逸出气体中含氧量的百分率,%;EA氧利用率,是指通过鼓风曝气系统转
10、移到混合液中的氧量占总供氧利用率,是指通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比(氧量的百分比(%),一般在),一般在6%12%之间;之间;P曝气池水面的大气压力,曝气池水面的大气压力,P1.013105 Pa;Pb安装曝气装置处的绝对压力;安装曝气装置处的绝对压力;H曝气装置距水面的距离,曝气装置距水面的距离,m。在在稳定条件稳定条件下,曝气池中下,曝气池中氧的实际转移速率氧的实际转移速率应等于应等于活活性污泥微生物的需氧速率性污泥微生物的需氧速率Rr()(),即,即2.氧转移速率和供气量的计算氧转移速率和供气量的计算结论:氧的实际转移量等于活性污泥需氧量结论:氧的实际转移量等于
11、活性污泥需氧量意义:如果已知活性污泥微生物需氧量意义:如果已知活性污泥微生物需氧量O2,也就知道了氧的实际需要的氧转移量。也就知道了氧的实际需要的氧转移量。2.1 2.1 氧转移速率的氧转移速率的计算计算2.1 2.1 氧转移速率的氧转移速率的计算计算标准条件下标准条件下,转移到,转移到脱氧清水脱氧清水的总氧量(的总氧量(R0):):实实际际条条件件下下,转转移移到到曝曝气气池池的的总总氧氧量量(R):(引引入入各各项项修修正系数:压力、温度、水质),即:正系数:压力、温度、水质),即:2 2、氧转移速率和供气量的计算:、氧转移速率和供气量的计算:2.1 2.1 氧转移速率氧转移速率的计算的计
12、算制造商提供的曝气设备的性能参数制造商提供的曝气设备的性能参数是在是在标准条件下标准条件下测得的,因测得的,因此以上算得的需氧量此以上算得的需氧量O2必须换算成标准条件下必须换算成标准条件下(水温(水温20,标,标准大气压的脱氧清水)准大气压的脱氧清水)的需氧量,以进行设备的选定。的需氧量,以进行设备的选定。2.2 供气量供气量的计算的计算式中式中:EA氧利用率,通过氧利用率,通过鼓风曝气系统鼓风曝气系统转移到转移到混合液中的总氧量混合液中的总氧量占占供氧量供氧量的的百分比(百分比(%),),各种空气扩散装置在标准状态下的各种空气扩散装置在标准状态下的EA值,由厂家提供值,由厂家提供;S 供氧
13、量,供氧量,kgO2/h;21%氧在空气中的百分比;氧在空气中的百分比;1.43 20 C时氧的容积密度,时氧的容积密度,kg/m3;Gs 供气量供气量,m3/h。2.2 供气量的计算供气量的计算对对于于鼓鼓风风曝曝气气系系统统,各各种种曝曝气气装装置置的的EA值值是是制制造造厂厂家家通通过过清清水水试验测出的,随产品向用户提供;试验测出的,随产品向用户提供;对对于于机机械械曝曝气气系系统统,按按求求出出的的R0值值,又又称称为为充充氧氧量量,其其与与叶叶轮轮直径及其线速度有关,厂家也会向用户提供其设备的直径及其线速度有关,厂家也会向用户提供其设备的R0值。值。2.3 曝气系统设计计算一般步骤
14、曝气系统设计计算一般步骤A鼓风曝气系统鼓风曝气系统设计的一般步骤:设计的一般步骤:计算计算风量风量即即供气量供气量:求得需氧量求得需氧量O2根据氧转移速率根据氧转移速率=需氧速率,则有需氧速率,则有 R=O2 求取标准氧转移速率求取标准氧转移速率R0:确定鼓风机的风量确定鼓风机的风量2.3 曝气系统设计的一般步骤曝气系统设计的一般步骤计算要求的计算要求的风压风压(风机出口风压):(风机出口风压):根根据据管管路路系系统统的的沿沿程程阻阻力力、局局部部阻阻力力、静静水水压压力力再加上一定的余量,得到所要求的最小风压。再加上一定的余量,得到所要求的最小风压。根据根据风量风量与与风压风压选择合适的鼓
15、风机。选择合适的鼓风机。B机械曝气系统机械曝气系统设计的一般程序设计的一般程序充氧能力充氧能力R0的计算:的计算:求得需氧量求得需氧量O2R=O2根据根据R0值选配合适的机械曝气设备。值选配合适的机械曝气设备。例题例题 某某城城镇镇污污水水处处理理厂厂,设设计计流流量量Q10000m3/d,原原污污水水经经初初次次沉沉淀淀池池处处理理后后BOD5150mg/l,采采用用活活性性污污泥泥法法处处理理,处处理理水水BOD5 15mg/l。采采用用中中微微孔孔曝曝气气盘盘作作为为曝曝气气装装置置。混混合合液液活活性性污污泥泥浓浓度度Xv=2000mg/l,曝曝气气池池出出口口处处溶溶解解氧氧0=2m
16、g/l,计算水温,计算水温T=250C。有有关关参参数数为为:a=0.5,b=0.1,=0.85,=0.95,=1.0,EA=10%经经计计算算曝曝气气池池有有效效容容积积V3000m3,(空空气气扩扩散散装装置置)曝曝气盘安装在水下气盘安装在水下4.5m处。处。求:求:(1)采用鼓风曝气时,所需的供气量采用鼓风曝气时,所需的供气量Gs(m3/min)(2)采用表面机械曝气器时的充氧量采用表面机械曝气器时的充氧量R0 (kgO2/h)三、曝气设备三、曝气设备定义:定义:曝曝气气系系统统,又又称称为为空空气气扩扩散散系系统统,是是活活性性污污泥泥处处理理系系统统的重要设备,也是活性污泥法设计中的
17、重要组成部分。的重要设备,也是活性污泥法设计中的重要组成部分。作用:作用:将将鼓鼓风风机机输输送送来来的的压压缩缩空空气气,通通过过管管道道系系统统进进入入空空气气扩扩散散装装置置,利利用用空空气气扩扩散散装装置置将将空空气气粉粉碎碎成成大大小小不不一一的的气气泡,气泡在上升的过程中将部分氧气转移到水中。泡,气泡在上升的过程中将部分氧气转移到水中。曝气装置的分类:曝气装置的分类:按按曝曝气气方方式式可可以以将将其其分分为为鼓鼓风风曝曝气气装装置置和和表表面面(机机械械)曝气装置曝气装置两大类。两大类。曝 气 设 备 鼓风曝气机械曝气 鼓 风 机 空气输配管系统 扩 散 器 竖式曝气机表面曝气机
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