排水工程2-3.ppt

第三节曝气的原理、方法与设备,曝气的原理；曝气系统的计算方法；主要的曝气设备,有关曝气、供氧的基本概念,曝气的作用供氧、搅拌曝气的方式鼓风曝气、机械表面曝气曝气的原理与过程需氧、供氧、（供）曝气；标准供氧量与实际供氧量,鼓风曝气,机械表面曝气,,曝气的原理与过程,,,,DO,CO2/H2O,压力、气量,,,需氧,,,,曝气供气实际废水,曝气的原理与过程（1）,,,,DO,CO2/H2O,压力、气量,一、曝气的原理,1、氧转移的理论基础Fick定律双膜理论,Fick定律,氧的传递是一个扩散过程曝气过程中，空气中的氧从气相中被转移或传递到废水的液相中，是一个氧在气液两相之间的扩散过程，即气相中的氧通过气液界面扩散到液相主体中。扩散过程的基本定律Fick定律；Fick定律认为扩散过程的推动力是物质在界面两侧的浓度差，被扩散的物质分子会从浓度高的一侧向浓度低的一侧扩散、转移。,Fick定律,式中vd物质的扩散速率，即单位时间内单位断面上通过的物质的量；C物质浓度；y扩散过程的长度dC/dy浓度梯度，即单位长度上的浓度变化值。DL扩散系数，表示物质在某种介质中的扩散能力，主要取决于扩散物质和介质的特性及温度.物质的扩散速率与浓度梯度呈正比关系。,Fick定律,如果以M表示在时间t内通过界面扩散的物质数量，以A表示界面面积，则有,,,,,氧转移的“双膜理论”,,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气膜和液膜上；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,1923年，Lewis反之，则升高。,影响饱和DO浓度Cs,鼓风曝气系统Csm的计算,由于曝气装置安装在水面以下，其Cs值以扩散装置出口和混合液表面两处饱和溶解氧浓度的平均值Csm计算，即,式中Ot从曝气池逸出气体中含氧量的百分率，；,,EA氧利用率，，一般在625之间；Pb安装曝气装置处的绝对压力，可以按下式计算,P曝气池水面的大气压力，P＝1.013105Pa；H曝气装置距水面的距离，m。,,2、氧转移速率的计算,标准氧转移速率（R0）,,水温为T，压力为P条件下的废水中的实际氧转移速率（R），则需对上式加以修正，需引入各项修正系数，即,,一般，R0/R1.31.6,2、氧转移速率的计算,,式中Cl曝气池末端混合液中的溶解氧浓度，一般按2mg/L来考虑。,曝气的原理与过程（3）,,,,DO,CO2/H2O,压力、气量,,3、供气量的计算,氧转移效率,式中EA氧转移效率，一般以百分比表示；OC供氧量，kgO2/h；,,,21氧在空气中的百分比；1.33120C时氧的容重，kg/m3；Gs供气量，m3/h。,3、供气量的计算,供气量Gs,,对于鼓风曝气系统，各种曝气装置的EA值是制造厂家通过清水试验测出的，随产品向用户提供；对于机械曝气系统，按式（24）求出的R0值，又称为充氧能力，厂家也会向用户提供其设备的R0值。,4、曝气系统设计的一般程序,A．鼓风曝气系统求风量即供气量求得需氧速率O2,,,,,4、曝气系统设计的一般程序,求要求的风压（风机出口风压）根据管路系统的沿程阻力、局部阻力、静水压力再加上一定的余量，得到所要求的最小风压。根据风量与风压选择合适的风机。,B．机械曝气系统设计的一般程序,求得需氧量O2,[例题],一个城市污水处理厂，设计流量Q＝10000m3/d，一级处理出水BOD5＝150mg/l，采用活性污泥法处理，处理水BOD515mg/l。采用中微孔曝气盘作为曝气装置。曝气池容积V＝3000m3，Xr2000mg/l，EA10,曝气池出口处溶解氧Cl2mg/l，水温T250C，曝气盘安装在水下4.5m处。有关参数为a’0.5,b’0.1,0.85,0.95，1.0求1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R0kgO2/h,[解],A．鼓风曝气系统1计算需氧量,,,2计算20C和25C时曝气池内饱和DO的平均值①曝气装置出口处的压力Pb,②气泡逸出曝气池表面时，氧含量,,查表得20C和25C时的饱和溶解氧浓度分别为Cs209.17mg/L;Cs258.38mg/L;有,（3）标准供氧速率R0,,,（4）按式（27）计算供气量,,B.机械曝气器求充氧能力R0,,衡量曝气设备的技术性能指标,氧的利用率（EA）又称氧转移效率，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（）；充氧能力（R0）通过表面机械曝气装置在单位时间内转移到混合液中的氧量（kgO2/h）；动力效率（Ep）每消耗1度电转移到混合液中的氧量（kgO2/kw.h）。,三、曝气设备,鼓风曝气装置,鼓风曝气系统由鼓风机、空气输送管道以及曝气装置所组成。鼓风曝气装置可分为（微）小气泡型微孔曝气头中气泡型大气泡型水力剪切型水力冲击型,a.（微）小气泡型曝气装置,由微孔透气材料（陶土、氧化铝、氧化硅或尼龙等）制成的扩散板、扩散盘和扩散管等；气泡直径在2mm以下（在200m以下者，为微孔）；EA1525，EP2kgO2/kw.h以上；缺点易堵塞，空气需经过滤处理净化，扩散阻力大。,b.中气泡型曝气装置气泡直径为26mm。,①穿孔管钢管或塑料管，管径2550mm；在管下部两侧呈45开孔，孔眼直径35mm，间距50100mm；不易堵塞，构造简单，阻力小；氧利用率EA低，一般为46；动力效率EP可达12kgO2/kw.h；多用于浅层曝气法，动力效率可达2kgO2/kw.h,②新型中气泡型曝气装置气泡直径接近于小气泡；不易堵塞，布气均匀，空气不需过滤处理；氧利用率高（1215），动力效率也高（2.73.7kgO2/kw.h）；构造简单，维护管理方便；单个服务面积为0.5m2左右。,c.水力剪切型空气扩散装置,利用装置本身的构造特点，产生水力剪切作用，将大气泡切割成小气泡，增加气液接触面积，达到提高效率的目的。倒盆形曝气器空气由上部进入，由壳体和橡胶板之间的缝隙向四周喷出，由于水力剪切作用，气泡变小；停止曝气时，借助橡胶板的回弹力，缝隙自动封闭，可以防止污泥倒灌。EA69，Ep1.52.5kgO2/kw.h,,d.水力冲击型曝气器,射流曝气分为自吸式和供气式自吸式射流曝气器由压力管、喷嘴、吸气管、混合室和出水管等组成；EA20;,噪音小，无需鼓风机房；一般适用于小规模污水厂。,表面曝气装置的分类,竖轴式表面曝气装置横轴式表面曝气装置。,4．机械曝气装置又称表面曝气装置,竖轴式机械曝气装置,泵型叶轮曝气器K型叶轮曝气器倒伞型叶轮曝气器平板型叶轮曝气器,泵型叶轮曝气器,对于泵型叶轮曝气器，其充氧量和轴功率可按下列经验公式计算,N轴叶轮轴功率，kw；V叶轮周边线速度，m/s；D叶轮公称直径，m；K1池型结构对充氧量的修正系数；K2池型结构对轴功率的修正系数；,卧轴式机械曝气器,主要有曝气转刷和曝气转盘，也称曝气转碟；主要应用于氧化沟；调节方便、维护简易、动力效率较高。,,,作业,一个城市污水处理厂，设计流量Q＝1000000m3/d，一级处理出水BOD5＝180mg/L，采用活性污泥法处理，处理水BOD515mg/L。采用微孔曝气盘作为曝气装置。曝气池容积V＝300000m3，Xr2000mg/L，EA25，曝气池出口处溶解氧Cl2mg/L，曝气盘安装在水下4.5m处，冬季平均水温T1100C，夏季平均水温T2300C。有关参数为a’0.5,b’0.1,0.85,0.95，1.0请分别求出冬季和夏季两种条件下1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R0kgO2/h3如果在鼓风曝气中，改为以纯氧为气源，试计算所需纯氧的气量。在标准状态下，用直径30cm、水深200cm的圆筒，由底部扩散板供空气进行曝气充氧试验，试验数据见下表，其中的Q为空气流速，db为气泡直径。试验时的水温为20C，底部扩散板安装在水面下180cm处，其EA为15。试分别计算三种条件下的总传氧系数KLa值并进行比较。,平面图,剖面图,曝气头,曝气设备,隔墙,空气管沟,