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1、环保设备原理与设计多 媒 体 教 案,第4章 生化法废水处理过程及设备,4.1 常规活性污泥法工艺与曝气池设计4.2 曝气原理与鼓风曝气设备4.3 氧化沟系列工艺及其曝气设备4.4 SBR系列工艺与专用滗水器4.5 生物膜法废水处理过程与设备4.6 厌氧法废水处理过程与设备4.7 组合式污水处理设备,NO.13a 讲 授 提 纲,4.2 曝气原理与鼓风曝气设备,20-Feb-23,曝气是将氧用强制方法溶解到废水与活性污泥混合液中的过程。曝气除了维持DO浓度在需要值之外，还起搅拌作用，使活性污泥处于悬浮状态，与污水密切接触、充分混合，以利于微生物对污水中有机物的吸附和降解。,一、概述,1.氧转移
2、原理 曝气过程中的氧转移实际上是一种建立在气液传质基础上的气体吸收(本书7.1)。可以采用“双膜理论”来解释气液传质的机理：在曝气过程中，氧分子通过气、液界面由气相转移到液相，在界面上存在着双层膜(气膜和液膜)，这两层薄膜使得转移过程产生了阻力。氧是难溶气体，其阻力主要来自液膜。,氧的总转移系数 KLa 与污水水质、污水温度、氧分压、曝气作用区的浸没深度等因素都有关。,2.曝气方式与技术性能指标 曝气设备的运行费用占整个污水生物处理厂运行费用的60%80%。曝气方式分为鼓风曝气、表面机械曝气、水下曝气、氧气曝气等四类。,鼓风曝气是将空气加压设备提供的压缩空气，通过管道系统送入曝气池中的空气扩散
3、装置上，以气泡形式扩散。,表面机械曝气通过曝气机在水体表面旋转时产生水跃，把大量水滴和片状水幕抛向空中，水与空气充分接触，使氧很快溶入水体。充氧的同时，在曝气机转动的推流作用下，将池底层含氧量少的水体提升向上环流，不断充氧。水下曝气在水体底层或中层充入空气，与水体充分均匀混合，完成氧从气相到液相的转移。,经常使用的反映曝气设备充氧性能好坏的技术指标如下：,二、鼓风曝气设备,鼓风曝气系统由空气加压设备、空气输配管路与空气扩散装置组成。,空气输配管路包括输气管、曝气池上的管网，管网包括干管和支管，干管常架设于相邻两廊道的公用墙上，向两侧廊道引出支管；,加压设备包括空气净化器、鼓风机或空气压缩机，其
4、风量要满足生化反应所需的氧量和能保持混合液中悬浮固体呈悬浮状态，风压则要满足克服管道系统和空气扩散装置的摩擦损耗及其上部的静水压。,空气加压设备一般选用鼓风机，城市污水处理厂使用的鼓风机经历了往复式风机、罗茨风机、离心风机、轴流式风机等过程。,离心式风机、回转式或透平式鼓风机,高压型三叶螺旋罗茨鼓风机,10.3,HV-Turbo涡轮压缩机,这里主要介绍空气扩散装置。空气扩散装置(diffuser)也称曝气器或曝气头，其作用是将空气形成不同尺寸的气泡，增大空气与混合液之间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。,根据气泡尺寸的大小，空气扩散装置可分为大气泡型、中气泡型、小气泡型、微气泡等几类。,根据
5、气泡的产生方式，空气扩散装置可分为空气升液型、水力剪切型、水力冲击型等几类；其中水力剪切型是利用装置本身能产生水力剪切作用的特征，在空气从装置吹出之前，将其切割成小气泡。,(1)大气泡型空气扩散装置 曝气竖管(空气升液型)(2)中气泡型空气扩散装置 穿孔管、网状膜空气扩散装置(空气升液型),(3)小气泡型空气扩散装置 扩散板、扩散盘、扩散管(空气升液型)倒盆式空气扩散装置、固定螺旋曝气器、动态曝气器、金山I型、动力散流型曝气器(水力剪切型)密集多喷管空气扩散装置、射流式空气扩散装置(水力冲击型)(4)微气泡型空气扩散装置,1.大气泡型空气扩散装置 主要采用曝气竖管，布置在曝气池的一侧以横管分支
6、成梳形，竖管口径在15mm以上，离池底150mm。,2.中气泡型空气扩散装置,穿孔管常设于曝气池一侧高于池底0.10.2m处，也有按编织物的形式安装遍布池底。为避免孔眼堵塞，孔眼处空气出口流速不小于10m/s。,常常采用穿孔管(perforated tube)曝气，即为穿有小孔的钢管或塑料管(直径2550mm之间)，小孔直径为35mm，开设于管壁两侧向下45角处。,3.小气泡型空气扩散装置 从气泡的产生方式来看，该类中属于空气升液型的有扩散板、扩散盘、扩散管等。扩散盘英国采用较多，直径18mm，清洗时易拆除。,属于水力剪切型的有倒盆式空气扩散装置、固定螺旋曝气器、动态曝气器、金山I型、动力散流
7、型曝气器等；属于水力冲击型的有密集多喷嘴空气扩散装置、射流式空气扩散装置等。,(1)空气升液型 扩散板：是用多孔性材料制成的薄板，有陶土的，也有多孔塑料或其他材料(如尼龙)的。其形状可以做成方形，尺寸通常为300mm300mm(25-40)mm。,a,3.小气泡型空气扩散装置,扩散管 管径为60100mm，长度多为500600mm，常以组装形式安装。以812根管组成一组，扩散管的氧利用率为10%13%，动力效率为2 kgO2/(kWh)。,(2)水力剪切型空气扩散装置(hydraulic shearing diffuser)倒盆式空气扩散装置 固定螺旋曝气器(fixed screw aerat
8、or)动态曝气器 金山I型 动力散流型曝气器 旋混式曝气器 代表性讲述！,固定螺旋曝气器(fixed screw aerator)是国外20世纪70年代发展起来的一种曝气装置，一般每台由三节组成，如水深较浅(3m左右)，也可采用两节。,固定螺旋曝气器内部无旋转部件。目前的类型有固定单螺旋、固定双螺旋和固定三螺旋3种，双螺旋曝气器每节有两个圆柱形通道(简称两通道)，三螺旋曝气器则有三个圆柱形通道(简称三通道)。,固定双螺旋曝气器结构示意图,动态曝气器 通过高速气流紊流运动和多个小球体旋转碰撞切割，形成小气泡来实现高效充氧的目的。,1-筒体；2-环缝；3-空气分配盘；4-小球体；5-多孔板；6-止
9、回板；7-螺栓；8-垫圈；9-环形密封垫,动力散流型曝气器 由锯齿形布气头、齿形带孔散流罩、导流板、中心进气管及锁紧螺母组成；散流罩设计成倒伞型，伞型中圆处有曝气孔，周边布有向下微倾的锯齿。,气体由管道输送至曝气器，经内孔通过锯齿形布气头，作为水气第一次切割分散。散流罩将集中一束出来的气体扩散成圆柱状，周边锯齿再次将气泡破碎扩散；由于气泡带动周围静止水体上升，密度差强化了气泡破碎和混掺作用。,散流罩伞型中圆处有曝气孔，起到补气再度均匀整个散流罩的作用，可减少能耗并将水气混合均匀分流，减少对安装水平度的要求。,4.微气泡型空气扩散装置(Fine Air Aeration System)比大、中、
10、小气泡曝气充氧效率高，节能50%60%。(1)刚玉微孔曝气器 空气通过多孔刚玉曝气板(壳)在水中产生小气泡。按照形状可分为平板形、钟罩形、圆拱形、球形等四种，,刚玉微孔曝气器的缺点是：进入曝气器的空气需要经过较严格的除尘净化，曝气器的孔眼易被污泥堵塞等。,(2)覆盘形微孔空气扩散器 一般主要由聚乙烯曝气壳、底盘、橡胶垫圈、压紧圈、布联接座、布气管组成，大多采用钟罩型。所用高密度聚乙烯(壳)材质特性为：密度为0.93g/cm3，拉伸强度为29MPa，热变形温度为85。,HDD覆盘形微孔曝气器,(3)橡胶膜微孔曝气器 从外形上来看，橡胶膜微孔曝气器分为盘式橡胶膜微孔曝气器、球冠形橡胶膜微孔曝气器两
11、种。前者主要由由上盖、合成橡胶膜、支撑架、底座、密封垫等组成，在合成橡胶膜上开有21002500个按一定规则排列的开闭式孔眼。,1-橡胶膜；2-卡箍；3-布气盘；4-调节阀；5-螺母；6-螺栓,1-橡胶膜；2-支承托盘；3-接头；4-进气管,空气由底座的通气孔经支撑架进入橡胶膜与支撑架之间，在压力作用下膜片微微鼓起，孔眼张开，空气从孔眼中扩散出去，形成细微气泡。停止供气时膜片在自身的弹性和负压作用下使孔眼闭合，膜片因水压作用而压实在布气盘上，混合液不会将孔眼堵塞。,ABS可调管支架,(4)管式微孔曝气器 空气通过表面布满微气孔的曝气橡胶管，在水中产生的气泡。一般将系统设计成可提升式。,1-进气
12、分管；2-三通；3-进气软支管；4-进气分支三通；5-进气活接弯头；6-横向固定管；7-活接三通；8-气流分布器；9-EPDM橡胶管；10-支撑管；11-304不锈钢卡箍；12-垂重件,北京多元电器集团的悬挂链移动曝气装置由漂浮在水面的通气管和吊在通气支管下的曝气器组成，曝气器利用自身配重下沉接近池底处，空气通过通气支管进入曝气器，再通过微孔橡胶膜以小气泡的形式进入污水中。,若干个这样的曝气装置在水面上由通气管互相连接，形成一条曝气链。一个曝气池有若干条曝气链，每条曝气链的长度大于池子的宽度。,曝气过程中，漂浮在水面的曝气链可在池中的一定区域蛇形运动，这种运动曝气方式提高了氧与水接触时间。因为
13、气泡向上运动的过程中，不断受到水流流动、浮链摆动等扰动，因此气泡斜向上运动，延长了在水中的停留时间，同时也提高了氧气的传递效率。,置于被曝气水体中层或底层，将空气送入水中与水体混合，完成空气中的氧由气相向液相的转移过程。按进气方式可分为压缩空气供气式与自吸空气式两类。压缩空气式一般采用鼓风机或空压机送气；自吸式靠叶轮离心力或射流技术产生负压区，外接进气管吸入空气。,三、水下曝气机,水下曝气机的突出优点是能够提高氧的转移速度；同时由于底边流速快，在较大范围内可以防止污泥沉淀；此外，无泡沫飞溅和噪声，避免了二次污染。发达国家还有深水曝气设备，深度大于10m，有的设计水深达30m。,1.射流曝气机
14、有自吸式与供气式两种形式，除具有曝气功能外，同时兼有推流及混合搅拌的作用。,(1)自吸式射流曝气机 空气常压、水高压 自吸式水下射流曝气机由潜水泵和射流器组成。当潜水泵工作时，高压喷出的水流通过射流器喷嘴产生射流，通过扩散管进口处的喉管时，在气水混合室内产生负压，自动将液面以上的空气由通向大气的导管吸入。经与水充分混合后，空气与水的混合液从射流器喷出，与池中的水体进行混合充氧，并在池内形成环流。,LNYB型液下射流曝气机,主要由射流器与潜水泵组成。潜水泵出水通过射流器的喷嘴，形成高速水流，射入射流器的喉管后产生负压。通过进气管自动吸入空气。,在射流器的喉管和扩散管与水流高速混合，形成气水混合液
15、，气水混合液从射流器中喷出，在池中形成强烈的涡流。强力搅拌的同时，大量的溶解氧溶解到水中。,长沙清之源环保科技有限公司QY型潜水射流曝气机,南京南蓝环保设备制造有限公司,(2)供气式射流曝气机 空气高压、水高压 供气式射流曝气机(器)一般设置在曝气池或氧化沟底部，外接加压水管、压缩空气管。送入的压缩空气与加压水充分混合后向水平方向喷射，形成射流和混合搅拌区，对水体充氧曝气。工程实际中常用的供气式射流曝气机(器)为密集多喷嘴空气扩散装置。,喷嘴作用区的放大示意图,密集多喷嘴空气扩散装置由钢板焊接而成，呈长方形，主要由进水管、喷嘴、曝气筒和反射板等部件组成，喷嘴安装设在曝气筒的中、下部，空气由喷嘴
16、向上喷出，使曝气筒内的混合液上、下循环流动。喷嘴的直径一般为510mm，数目达百个，出口流速为80100m/s。,2.鼓风式潜水曝气搅拌机 鼓风式潜水曝气机(Blast submerged aerator)是由潜水电机、减速箱、散气叶轮、螺旋叶轮、壳体等部分构成的兼有曝气和搅拌功能的搅拌曝气装置。,由于叶轮的吸水、喷水、旋转的作用，水流呈放射状做上下循环运动，调动水量大、搅拌能力强，形成了一个周而复始的总体流动，使得气、固液三者充分混合。既达到了高效充氧，又防止了活性污泥的沉淀。,该机通过散气叶轮与螺旋桨叶轮同轴旋转，在散气叶轮工作区将鼓风机供给的空气破碎成许多微细气泡，再与上升的水流一起被螺
17、旋桨叶轮吸入导流筒内进行气液完全混合。充分混合后的气液混合流从导流筒吐出，呈放射状强有力地向外喷出。含有大量微细气泡的气液混合流呈放射状流到池子的上部，然后流到池子的周边，再沿着池壁到池底。重新汇集于池底中央的混合液又被吸到散气叶轮的气源处再重复上述过程。,根据中华人民共和国环境保护行业标准环境保护产品技术要求鼓风式潜水曝气机(HJ/T 260-2006)中的相关规定，,3.潜水离心式曝气机 潜水离心式曝气机也称自吸式潜水曝气机，是活性污泥法工艺中普遍采用的一种曝气设备，也是SBR反应器中最常用的一种配套设备。,叶轮与潜水电机直连，叶轮转动时产生的离心力使叶轮进水区产生负压，空气通过进气导管从
18、水面上吸入，与进入叶轮的水混合形成气水混合液由导流孔口增压排出，水流中的小气泡平行沿着池底高速流动，在池内形成对流和循环。,QXB潜水离心式曝气机半成品,4.自吸式螺旋曝气机 是一种小型曝气设备，驱动轴上部有孔洞，螺旋桨在水下高速旋转，中空的螺旋桨驱动轴顶端连接着电机轴，其底端与螺旋桨和扩散器连在一起。形成负压并产生液体流，在压力差的作用下，空气通过空心驱动轴进入水中。,螺旋桨形成的水平流将空气转化成细微、均匀的气泡，其平均直径2mm。由于螺旋桨的作用，该曝气机同时具有混合推流的功能，使得气泡扩散得较远，从而与水接触时间很长，氧利用率非常高。,工作时曝气机的入水角度可以在3090之间调节，通常
19、以45放置，但有些时候为达到最好的效果，必须根据具体情况调节安装角度；曝气机可以提出水面直接维修。一般用于小型曝气系统，或者作为大中型氧化沟增强推流与曝气效果而增添的附加设施。,四、鼓风曝气系统的设计,曝气系统的任务是将空气中的氧有效地转移到混合液中去，其设计内容包括曝气方法的选择、充氧量和供氧量的计算、曝气设备的设计等。P235,1.充氧量和供氧量的计算 2.鼓风曝气设备的设计 扩散装置的选择及其布置、空气管的布置与管径计算、鼓风机的选择,3.曝气设备的性能测试 性能测试可在曝气池竣工后用清水进行，也可在投产运行后进行，旨在验证设备是否符合设计要求。,清水中测试的最通用方法是用还原剂亚硫酸钠消氧，为了加快消氧过程可用氯化钴作为催化剂。当DO0后，曝气设备充氧而使得DO逐渐上升，按一定的时间间隔用DO仪测定DO浓度，得到一系列DO浓度随时间变化的数据。最后根据这些数据计算总传质系数和氧的传递速率。,
