工業(yè)水處理原理及應(yīng)用-曝氣和曝氣池課件

1、第7章 活性污泥法第五節(jié) 曝氣原理和曝氣池構(gòu)造1、氣體傳遞原理氣液傳質(zhì)過(guò)程通常遵循一定的傳質(zhì)擴(kuò)散理論，氣液傳質(zhì)理論目前有：雙膜理論 穿透模式 表面更新理論目前工程和理論上應(yīng)用較多的為雙膜理論。一、氧的轉(zhuǎn)移理論2、雙膜理論要點(diǎn)1) 當(dāng)氣、液面相接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸界面的兩側(cè)，存在著氣體與液體的邊界層，即氣膜和液膜；2) 氣膜和液膜內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度屬于層流，而在其外的兩相體系中則均為紊流；3) 氧的轉(zhuǎn)移是通過(guò)氣、液膜進(jìn)行的分子擴(kuò)散和在膜外的對(duì)流擴(kuò)散完成；4) 對(duì)于難溶于水的氧來(lái)說(shuō)，分子擴(kuò)散的阻力大于對(duì)流擴(kuò)散，傳質(zhì)的阻力主要集中在液膜上；5) 在氣膜中存在著氧分壓梯度，而液膜中同樣也存在著氧的濃

2、度梯度，由此形成了氧轉(zhuǎn)移的推動(dòng)力。 3雙膜理論示意圖 氣相主體界面氣膜液膜Ci層流液相主體CpgpiPg表示氣相中氧的分壓Pi表示界面處氧的分壓Ci表示界面處水中氧的濃度C表示水中氧的濃度4、氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（ KLa ）的求定 氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（ KLa）是計(jì)算氧轉(zhuǎn)移速率的基本參數(shù)，一般是通過(guò)試驗(yàn)求得。 與t之間存在著直線(xiàn)關(guān)系，直線(xiàn)的斜率即為KLa/2.3。 二、曝氣池的構(gòu)造曝氣池是生物化學(xué)反應(yīng)器。從混合液流型可分為推流式和完全混合式；從平面形狀可分為長(zhǎng)方廊道形、圓形或方形、環(huán)形跑道形三種；從采用的曝氣方法可分為鼓風(fēng)曝氣式、機(jī)械曝氣式以及兩者聯(lián)合使用的聯(lián)合式三種；從曝氣池與二次沉淀池的關(guān)系可分為分建

3、式和合建式兩種。推流式曝氣池結(jié)構(gòu)示意圖2、完全混合式曝氣池完全混合式曝氣池多以圓形、方形或矩形池子作單元，采用表曝機(jī)，放置于池的表層中心 ，污水從池底中心進(jìn)入。完全混合式曝氣池有分建式和合建式兩種。分建式：采用泵型葉輪時(shí)，池的直徑和葉輪直徑比為4.5-7.5，水深和葉輪直徑比為2.5-4.5；采用倒傘型和平板型時(shí)，池的直徑和葉輪直徑比為3-5。合建式：稱(chēng)曝氣沉淀池，圓形或矩形，難于調(diào)節(jié)和控制，國(guó)外已趨淘汰。分建式完全混合系統(tǒng)合建式圓形曝氣沉淀池合建式長(zhǎng)方形曝氣沉淀池對(duì)曝氣設(shè)備的要求：良好的曝氣設(shè)備除應(yīng)當(dāng)具有較高的動(dòng)力效率和氧轉(zhuǎn)移效率外，還應(yīng)盡可能滿(mǎn)足下列要求：（a）攪拌均勻；（b）構(gòu)造簡(jiǎn)單；（

4、c）能耗少；（d）價(jià)格低；（e）性能穩(wěn)定，故障少；（f）不產(chǎn)生噪音及其它公害；（g）對(duì)某些工業(yè)廢水耐腐蝕性強(qiáng)。三、曝氣設(shè)備鼓風(fēng)曝氣機(jī)械曝氣擴(kuò)散裝置的分類(lèi)小氣泡擴(kuò)散器：微孔材料制成的擴(kuò)散板、擴(kuò)散管或擴(kuò)散盤(pán)等，氣泡直徑1.5mm；中氣泡擴(kuò)散器：穿孔管、莎綸管，氣泡直徑2-3mm；大氣泡擴(kuò)散器：豎管，氣泡直徑15mm； 微氣泡擴(kuò)散器：射流擴(kuò)散器、網(wǎng)狀膜擴(kuò)散器，氣泡直徑100m；1）小氣泡擴(kuò)散器：擴(kuò)散板、擴(kuò)散管、擴(kuò)散盤(pán)擴(kuò)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，其形狀可做成方形或長(zhǎng)方形，方形擴(kuò)散板尺寸通常為300300（2540)mm，擴(kuò)散板安裝在池底一側(cè)的預(yù)留槽上，空氣由豎管進(jìn)

5、入槽內(nèi)，然后通過(guò)擴(kuò)散板進(jìn)入混合液。擴(kuò)散板的通氣率一般為l1.5m3/m2min，氧利用率約10，充氧動(dòng)力效率約為2kgO2/kWh。缺點(diǎn)是板的孔隙小、空氣通過(guò)時(shí)壓力損失大、容易堵塞。擴(kuò)散板及其安裝方式擴(kuò)散管示意圖擴(kuò)散管是由陶質(zhì)多孔管組成，其內(nèi)徑4475mm，壁厚614mm，長(zhǎng)60Omm，每l0根為一組，通氣率為1215m3/根h。目前用軟管代替陶質(zhì)多孔管圓帽蓋型擴(kuò)散盤(pán)3）大氣泡擴(kuò)散器豎管擴(kuò)散器豎管曝氣是在曝氣池的一側(cè)布置以橫管分支成梳形的豎管，豎管直徑在l5mm以上，離池底150mm左右。豎管擴(kuò)散器及其布置的示意圖該曝氣器采用網(wǎng)狀膜代替曝氣盤(pán)用的各種曝氣板材，其網(wǎng)很薄，網(wǎng)上的孔徑筆直，濾水透氣

6、效果均優(yōu)于微孔板材，不易發(fā)生堵塞。網(wǎng)膜采用聚醋酸纖維制成的。網(wǎng)狀膜曝氣器采用底部供氣，空氣經(jīng)分配器第一次切割后均勻分布到氣室內(nèi)，高速氣流經(jīng)切割分配到網(wǎng)狀膜的各個(gè)部位受到阻擋，然后通過(guò)特制網(wǎng)膜微孔的第二次切割形成微小氣泡(直徑23mm)勻地分布擴(kuò)散到水中。膜片微孔曝氣器曝氣器的氣體擴(kuò)散裝置采用微孔合成橡膠膜片，膜片上開(kāi)有150200m的同心圓布置的5000個(gè)自閉式孔眼。當(dāng)充氣時(shí)空氣通過(guò)布?xì)夤艿?，并通過(guò)底座上的孔眼進(jìn)入膜片和底座之間，在空氣的壓力作用下，使膜片微微鼓起，孔眼張開(kāi)，達(dá)到布?xì)鈹U(kuò)散的目的。2、機(jī)械曝氣（表面曝氣）機(jī)械曝氣是用專(zhuān)門(mén)的設(shè)備（表曝機(jī)），劇烈地在水中攪動(dòng)水面，是空氣中的氧溶解于水

7、中。樣式很多，大致可歸納為豎式葉輪和臥式轉(zhuǎn)刷兩大類(lèi)。曝氣葉輪有安裝在池中與鼓風(fēng)曝氣聯(lián)合使用的，也有安裝在池面的，后者稱(chēng)“表面曝氣”。表面曝氣具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，動(dòng)力消耗小，運(yùn)行管理方便，氧吸收率高的優(yōu)點(diǎn)，故應(yīng)用較多。常用的表面曝氣葉輪有泵型，倒傘型和平板型。幾種葉輪曝氣器不同形式的轉(zhuǎn)刷曝氣器不同的轉(zhuǎn)刷曝氣器氧轉(zhuǎn)移率、充氧能力、動(dòng)力效率、氧利用率。氧轉(zhuǎn)移率是指葉輪或轉(zhuǎn)刷在單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移到液體中的氧速率，mgO2/L.h。充氧能力:單位時(shí)間內(nèi)充氧量，kgO2/h；動(dòng)力效率是指消耗1kWh電能所轉(zhuǎn)移到液體中去的氧量，單位為kgO2/kW.h。氧利用率是指鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到液體中的氧占供給氧的百分?jǐn)?shù)，單位為

8、%。3、衡量曝氣設(shè)備性能的指標(biāo)4、曝氣器的選擇和計(jì)算對(duì)于較小的曝氣池，采用機(jī)械曝氣器能減少動(dòng)力費(fèi)用，并省去鼓風(fēng)曝氣所需的管道系統(tǒng)和鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備，維護(hù)管理也比較方便。機(jī)械曝氣器的缺點(diǎn)是，轉(zhuǎn)速高，其動(dòng)力消耗隨曝氣池的增大而迅速增大，所以曝氣池不能太大；而且需要較大的表面積，因此曝氣池的深度也受到限制。還有，如果曝氣池中產(chǎn)生泡沫，將嚴(yán)重降低充氧能力。鼓風(fēng)曝氣供應(yīng)空氣的伸縮性較大，曝氣效果也較好，一般用于較大的曝氣池。鼓風(fēng)曝氣的缺點(diǎn)是需要鼓風(fēng)機(jī)和管道系統(tǒng)。曝氣頭易堵塞。（1）曝氣器的選擇原則設(shè)備類(lèi)型 氧利用率/ 動(dòng)力效率/kg O2/kWh 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際小氣泡擴(kuò)散器 1030 1.2 2.00.7 1.4中氣泡擴(kuò)散器 6 151.0 1.60.6 1.0大氣泡擴(kuò)散器 480.6 1.20.3 0.9射流曝氣器 1025 1.5 2.40.7 1.4低速表面曝氣器 1.2 2.70.7 1.3高速表面曝氣器 1.2 2.40.7 1.3轉(zhuǎn)刷式曝氣器 1.2 2.4各類(lèi)曝氣設(shè)備的性能標(biāo)