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1、第7章 活性污泥法,第五节 曝气原理和曝气池构造,1、气体传递原理,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：双膜理论 穿透模式 表面更新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,3,2、双膜理论要点,1)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；2)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；3)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；4)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；5)在气膜中存在着氧分压梯度，而液膜中同样也存在着
2、氧的浓度梯度，由此形成了氧转移的推动力。,双膜理论示意图,气相主体,界面,Ci,层流,液相主体,C,pg,pi,Pg表示气相中氧的分压,Pi表示界面处氧的分压,Ci表示界面处水中氧的浓度,C表示水中氧的浓度,3、氧的转移理论分析,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。,KLa表示在曝气过程中氧的总传递性，当传递过程中阻力大，则KLa值低，反之则KLa值高。KLa的倒数1/KLa的单位为（h），它所表示的是曝气池中溶解氧浓度C从提高到Cs所需要的时间。,4、氧总转移系数（KLa）的求定,氧总转移系数（KLa）是计算氧转移速率的基本参数，一般是通
3、过试验求得。,与t之间存在着直线关系，直线的斜率即为KLa/2.3。,二、曝气池的构造,曝气池是生物化学反应器。从混合液流型可分为推流式和完全混合式；从平面形状可分为长方廊道形、圆形或方形、环形跑道形三种；从采用的曝气方法可分为鼓风曝气式、机械曝气式以及两者联合使用的联合式三种；从曝气池与二次沉淀池的关系可分为分建式和合建式两种。,1、推流式曝气池,平面：推流式曝气池为长方廊道形池子，曝气池池长可达100m，长宽比为5-10，常采用鼓风曝气。横面：宽深比为1-2，水深为3-9m，有平移推流（扩散器铺满池底）和旋转推流两种（扩散装置排放在池子的一侧）。曝气池出水设备可用溢流堰或出水孔。曝气池结构
4、上可以分成若干单元，每个单元包括几个池子，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,完全混合式曝气池多以圆形、方形或矩形池子作单元，采用表曝机，放置于池的表层中心，污水从池底中心进入。完全混合式曝气池有分建式和合建式两种。分建式：采用泵型叶轮时，池的直径和叶轮直径比为，水深和叶轮直径比为；采用倒伞型和平板型时，池的直径和叶轮直径比为3-5。合建式：称曝气沉淀池，圆形或矩形，难于调节和控制，国外已趋淘汰。,分建式完全混合系统,合建式圆形曝气沉淀池,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：,良好的曝气设备除应当具有较高的动力效率和氧
5、转移效率外，还应尽可能满足下列要求：（a）搅拌均匀；（b）构造简单；（c）能耗少；（d）价格低；（e）性能稳定，故障少；（f）不产生噪音及其它公害；（g）对某些工业废水耐腐蚀性强。,三、曝气设备,鼓风曝气机械曝气,鼓风曝气是采用空气作氧源，以气泡形式鼓入废水中。鼓风曝气是传统的曝气方法，它由加压设备（空气过滤器和鼓风机）、扩散器和空气输送管系统三部分组成。鼓风机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，还常在进气管前设空气预热器。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）
6、,扩散装置的分类,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1.5mm；中气泡扩散器：穿孔管、莎纶管，气泡直径2-3mm；大气泡扩散器：竖管，气泡直径15mm；微气泡扩散器：射流扩散器、网状膜扩散器，气泡直径100m；,1）小气泡扩散器：扩散板、扩散管、扩散盘,扩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，其形状可做成方形或长方形，方形扩散板尺寸通常为300300（2540)mm，扩散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。扩散板的通气率一般为l1.5m3/m2min，氧利用率约10，充氧动力效率约为2kgO2/kWh。
7、缺点是板的孔隙小、空气通过时压力损失大、容易堵塞。,扩散板及其安装方式,扩散管示意图,扩散管是由陶质多孔管组成，其内径4475mm，壁厚614mm，长60Omm，每l0根为一组，通气率为1215m3/根h。目前用软管代替陶质多孔管,圆帽盖型扩散盘,2）中气泡扩散器穿孔管曝气器,3）大气泡扩散器竖管扩散器,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l5mm以上，离池底150mm左右。,竖管扩散器及其布置的示意图,4）微气泡扩散器网状膜扩散器,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，滤水透气效果均优于微孔板材，不易发生堵塞。网膜采用聚醋酸纤维制成
8、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，然后通过特制网膜微孔的第二次切割形成微小气泡(直径23mm)匀地分布扩散到水中。,膜片微孔曝气器,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150200m的同心圆布置的5000个自闭式孔眼。,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，在空气的压力作用下，使膜片微微鼓起，孔眼张开，达到布气扩散的目的。,2、机械曝气（表面曝气）,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。样式很多，大致可归纳为竖式叶轮和卧式转刷两
9、大类。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“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，氧吸收率高的优点，故应用较多。常用的表面曝气叶轮有泵型，倒伞型和平板型。,几种叶轮曝气器,不同形式的转刷曝气器,不同的转刷曝气器,氧转移率、充氧能力、动力效率、氧利用率。氧转移率是指叶轮或转刷在单位时间内转移到液体中的氧速率，mgO2/L.h。充氧能力:单位时间内充氧量，kgO2/h；动力效率是指消耗1kWh电能所转移到液体中去的氧量，单位为kgO2/kW.h。氧利用率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%。,3、衡量曝气设备性能的指标,4、
10、曝气器的选择和计算,对于较小的曝气池，采用机械曝气器能减少动力费用，并省去鼓风曝气所需的管道系统和鼓风机等设备，维护管理也比较方便。机械曝气器的缺点是，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，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。鼓风曝气供应空气的伸缩性较大，曝气效果也较好，一般用于较大的曝气池。鼓风曝气的缺点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,各类曝气设备的性能,标准状态是指用清水作曝气实验，水温20，标准大气压，初始水中溶解氧为0,实际数据是指用废水作实验，水温15，海拔150m，水中溶解氧保持2mg/L,（2）曝气设备比较,（3）曝气设备的计算（后叙）,需氧量的计算供氧量的计算实际氧转移量的计算管路的布置和计算（或叶轮的选择计算）,
