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1、水污染控制工程唐玉朝安徽建筑工业学院环境科学与工程系E-mail:tangyc@aiai.edu.cnDepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering,AnhuiUniversityofArchitecture第四节曝气原理与设备1曝气原理1.曝气原理1.1气体传递原理Fick定律：vd=－D·,……..（1）vd表示物质的扩散速度,单位时间内单位断面面积上通过物质的质量,kg/m2·h；D表示物质扩散系数,某物质在介质中的扩散能力,m2/h；表示浓度梯度,kg/m3·m.WaterPollutionControlEngineering曝气原理vd=
2、,……..（2）单位时间内单位断面面积上通过物质的质量,M表示质量.dM/dt=－D·A·……..（3）WaterPollutionControlEngineering曝气原理根据双膜理论,由于氧气的溶解度低,所以其阻力主要在于液膜,对于浓度梯度在液膜处为－(CS－C)/δL，δL表示液膜厚度，CS－C表示颗粒内外的浓度差,CS液膜外溶解氧的饱和浓度,C表示膜内的实际浓度.dM/dt=D·A·(CS－C)/δL,……..（4）同除以V：dC/dt=(CS－C)·D·δL·A/V……..（5）WaterPollutionControlEngineering曝气原理由于A值无法测，将D·δL·A/
3、V以KLa代替，KLa相当于氧气的总传质系数。=KLa(CS－C)……..（6）dC/dt表示液相氧浓度变化速率，kg/m3·hKLa氧总传递速率,单位1/h,表示氧的传递性能,KLa大,说明传递快,传递阻力小,KLa小反之。KLa倒数是时间h,表示氧浓度从C提高到CS需要的时间，需要时间长,说明阻力大,即KLa小,反之亦然。WaterPollutionControlEngineering曝气原理根据气体传递原理,曝气效率：(dC/dt=(CS－C)·D·A/V·δL)①增大比表面积(A/V),增加气液的接触面,曝气需要用小气泡,但不宜过小(从气浮原理)；②增加紊流程度,以减小液膜厚度δL,剧
4、烈紊流,过分剧烈曝气是否合适?③增加气相氧分压,可以提高水中氧饱和浓度CS，纯氧曝气,在较高的气压下,如深井曝气。WaterPollutionControlEngineering曝气原理1.2.氧扩散速率(曝气效率)的影响因素：①与分子O2在水中的扩散系数D,气体液体界面面积A，液膜的氧饱和浓度差CS－C成正比,与液膜厚度δL成反比;②污水水质,关于系数α和β：α=污水KLa/清水Kla,比1小,污水中氧传递性能比清水要差.β=污水CS/清水CS,污水中氧饱和浓度与清水中的比值，小于1.WaterPollutionControlEngineering曝气原理③温度：温度增加,扩散系数D提高,液
5、膜厚度δL减小，使氧传递速率KLa大,但由于氧饱和浓度CS减小,所以反而可能导致氧扩散速率降低了,温度对扩散速率的影响取决于对KLa和CS的影响哪个更显著.KLa(T)=KLa(20)·1.024(T-20)30比20增加27％,1.02-1.06根据克劳修斯-克拉帕龙方程，从20增加到30，约CS降20％WaterPollutionControlEngineering曝气原理④氧分压，根据Henry定律,气体在液体中的溶解度与气体压力成正比,所以在池底的曝气出口处氧分压最大,氧饱和浓度CS也最大,随气泡上升,分压减小.⑤曝气池DO浓度，越低效率越高，要远远低于饱和浓度Cs，常温下Cs在8-9
6、左右.WaterPollutionControlEngineering曝气原理1.3.氧转移率和供气量计算标准状态下，转移到无氧清水中总氧量：Os＝KLa(20)·CS(20)·V实际情况下转移量：O2＝αKLa(20)·1.024(T-20)·(β·ρ·Cs(T)－C)·V·FF是堵塞系数。将实际生化反应需氧量O2转换为标准Os：WaterPollutionControlEngineering实际需要供氧量S考虑到氧利用效率EA：标准状态需要空气量Gs：最终计算实际非标准状态的需要空气量。曝气原理WaterPollutionControlEngineering2曝气设备2.曝气设备曝气装置曝
7、气装置作用：1供氧；2搅拌与混合曝气装置类型：1鼓风曝气；2机械曝气WaterPollutionControlEngineering曝气设备2.1鼓风曝气组成:空气净化器、鼓风机、空气输配管、空气扩散装置,根据空气扩散装置分散空气大小分：①小气泡：多孔性材料制的微孔扩散板,扩散管,扩散罩等,气泡直径1.5mm;②中气泡:穿孔管;③大气泡:竖管,气泡直径15mm左右;气泡微小则氧利用率高,但气压损失
