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1、第五节 曝气原理与曝气池构造,一是引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥；,二是废水中的有机物，又称底物，它是处理对象，也是微生物的食料；,三是溶解氧，没有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存，也不能发挥氧化分解作用。,曝气的作用与曝气方式,曝气作用: 1.好氧微生物的需氧代谢 2.兼性微生物酶的好氧合成 3.混合液的搅拌作用（厌氧、缺氧池另加搅拌器） 曝气方式： 1.鼓风曝气系统 2.机械曝气装置：纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器 3.鼓风+机械曝气系统 4.其他：富氧曝气、纯氧曝气,一、氧 的 传 递 原 理,1、在气、液面相接触的界面两侧存在处于层流状态的气膜和液膜，在其外侧的气相主
2、体和液相主体处于紊流状态 2、由于气、液两相主体均处于紊流状态，其中物质浓度基本上是均匀的，不存在浓度差，也不存在传质阻力，气体分子从气相主体传递到液相主体，阻力仅存在于气、液两层层流膜中。,3、在气膜中存在着氧的分压梯度，在液膜中存在着氧的浓度梯度，它们是氧转移的推动力。 4、氧难溶于水，所以氧转移的阻力主要在液膜上。因此，氧分子通过液膜是氧转移过程的控制步骤。,液相主体中溶解氧浓度变化速度，即氧转移速度的数学表达式为,式中：dc/dt氧转移速度，kgO2/m3.h； KLa氧转移系数，与阻力大小成反比； Cs 液相中氧的饱和浓度，mg/L； C 液相中氧的实际浓度，mg/L。,提高KLa的
3、方法： 加强液相的紊流强度，降低液膜厚度，加速气液界面的更新，增大气液接触面积； 提高Cs的方法： 提高气相中氧的动力(氧分压)，如采用纯氧曝气或深井曝气,1.受污水水质的影响，把在清水中测出的KLa值用于污水时，需乘以修正系数，同样清水的Cs值用于污水时，需乘以系数，因而上式变为：,=0.8-0.85, =0.9-0.97,2.水温对KLa及Cs的影响,水温高，水的黏滞性降低，扩散系数增大，液膜变薄，KLa增高；反之，水温低， KLa降低。 温度高，Cs值降低，反之，水温低，则Cs值升高。 总体来讲，低温水有利于氧转移。,水中氧的饱和溶解度随气压的升高而升高。故Cs值应修正如下： 对于鼓风曝
4、气池的Cs值应以扩散装置出口和曝气池混合液表面处的溶解氧饱和浓度的平均值计算：,3.气压或氧分压对KLa及Cs的影响,氧转移速度的数学表达式为,综上所述，氧的转移速率取决于：气相中氧的分压 梯度；液相中氧的浓度梯度，气液之间的接触面积和 接触时间；水温；污水的性质以及水流的紊流程度。 当混合液中氧的浓度为零时，氧的转移率最大。,二、鼓风曝气供气量计算,标准状态下，转移到曝气池混合液的总氧量为： 实际条件下，转移到曝气池的总氧量为： 一般情况下，R0 /R=1.331.61，说明实际状态下的需氧量较标准状态下多33%61%。,鼓风曝气中各种设备的利用效率EA为：,供氧量与供气量的关系为：,故采用
5、空气曝气时鼓风机的供气量为： GS=R0/0.3EA（m3/h）,某城市污水量Q=10000m3/d，原污水经初次沉淀池处理后BOD5值Sa=150mg/L，要求处理水BOD5值Se=15mg/L，去除率90%，污水中氧的实际浓度为2mg/L,其需氧量为1275kgO2/d，求定鼓风曝气时的供气量。 有关设计参数为：=0.85，=0.95，=1，EA=10%，水温25度，经计算曝气池容积为3000m3，空气扩散装置安装在水下4.5m处。,例,空气扩散装置出口处绝对压力Pb 气泡离开池面时，氧的百分比为 20和25 氧的饱和溶解度为Cs(20)=9.17mg/L; Cs(25)=8.4mg/L，
6、代入各值，求得平均溶解氧饱和度为：,解,1.计算曝气池内平均溶解氧饱和度,Pb=1.013*105+9.8*4.5*103=1.454*105Pa,2.计算20时脱氧清水的需氧量,GS=R0/0.3EA（m3/h）,三、曝 气 设 备,鼓风曝气,机械曝气,空气净化器,鼓 风 机,空气输配管系统,扩 散 器,竖式曝气机,表面曝气机,卧式曝气机,曝 气 装置 性 能 指 标,氧转移效率EL：机械曝气时单位时间内转移到液体中的氧量，单位为KgO2/h。,动力效率EP（充氧能力）：即每消耗一度电能传递到液体中的氧量，单位为kgO2/kWh。,氧利用效率EA：通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧
7、的百分数，单位为。,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,空气输配管系统,扩 散 器,空气净化器的目的是改善整个曝气系统的运行状态和防止扩散器阻塞。,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,空气输配管系统,扩 散 器,鼓风机供应压缩空气,风量要满足生化反应所需的氧量和能保持混合液悬浮固体呈悬浮状态。,风压要满足克服管道系统和扩散器的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压。,罗茨鼓风机：适用于中小型污水厂，噪声大，必须采取消音、隔音措施,离心式鼓风机：噪声小，效率高，适用于大中型污水厂,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,扩 散 器,空气输配管系统,负责将空气输送到空气扩散器。要求沿程阻力损失小,曝气设备各点压力均
8、衡,空气干管和支管流速符合设计要求，配备必要的手动阀和电动调节阀门。,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,扩 散 器,作用：将空气分散成空气泡,增大空气和混合液之间的接触界面，将空气中的氧溶解于水中。 要求：构造简单，运行稳定，效率高，便于维护管理，不易堵塞，空气阻力小。,空气输配管系统,扩散器的类型,微孔空气扩散装置,扩散板：多为正方形，沿曝气廊道的一侧或两侧安装，每个板匣有独立的进气管，便于维护管理、清洗和更换。 氧的利用效率：7-14%； 动力效率：1.8-2.5kgO2/kW.h,钟罩型微孔空气扩散器：平均孔径100-200微米，服务面积0.3-0.75m2/个，易堵塞，空气管路系统需设
9、空气净化装置。 氧利用效率：20-25%；动力效率：4-6kgO2/kW.h,扩散管：管径60-100mm，长500-600mm，多为组装形式，便于安装、维修。 氧利用效率：10-13%；动力效率；2kgO2/kW.h,微孔曝气管,微孔曝气盘,微孔曝气管,微孔曝气设备安装,微孔曝气设备的运行状况,中气泡空气扩散装置,穿孔管：穿有孔眼的钢管或塑料管，孔眼直径一般为3-5mm，孔眼开于下侧与垂直面成45度角，间距50-100mm。 构造简单，不易堵塞，但氧的利用率低，仅为4-6%；动力效率也仅为1kgO2/kW.h,网状膜空气扩散装置：由主体、螺盖、网状膜、分配器和密封圈组成。不易堵塞，布气均匀，
10、构造简单，便于维护管理。 氧利用率：12-15%；动力效率：2.7-3.7kgO2/kW.h,穿孔曝气管,机械曝气：表面曝气机,表面曝气机充氧原理： (1)曝气设备转动，具有提升流体的作用，使曝气池内液体连续地上、下循环流动, 从而不断更新气液接触面, 不断地使空气中的氧转移到液体内； (2)曝气设备旋转时，水面上的污水不断地以水幕状由曝气器周边抛向四周，形成水跃，液面呈剧烈的搅动状而卷进空气； (3)曝气设备高速旋转时，在后侧形成负压区而吸入空气。,机械曝气：表面曝气机,曝气的效率取决于： 曝气机的性能 曝气池的池形,这类曝气机的转动轴与水面平行,主要用于氧化沟 。,竖式曝气机-叶轮曝气装置
11、,卧式曝气机-曝气转刷,泵 形,倒伞形,平板形,转刷曝气机,倒伞形机械曝气器,曝气转刷,测试中的曝气转碟,曝气池的三种池型,推流式曝气池,完全混合式曝气池,循环混合式曝气池,推流式曝气池,钢筋混凝土结构，长方形，多采用鼓风曝气。长宽比一般大于10，以避免短流现象；曝气池多与二沉池分建，场地受限时，可分多组廊道。进水方式不限，最好淹没水下，出水用溢流堰。,池宽：4-6m，深：3-5m，池宽和有效水深之比一般为11.5，若池宽过大，则在曝气池廊道两侧安装空气扩散装置。,若采用鼓风曝气时，一般将空气扩散管道安装在廊道底部的一侧，使混合液在池中呈螺旋状前进，增加气泡与污水的接触时间，曝气效果好。,在曝
12、气池半深处或距池底1/3处及池底处设放水管。,根据横断面上的水流情况 ，可分为,扩散器装于横断面的一侧，由于气泡形成的密度差， 池水产生旋流，即除沿池长方向流动外，还有侧向流动。,推流式曝气池,推流式曝气池,完全混合曝气池,池 形,根据和沉淀池的关系,圆 形,方 形,多边 形,分建式,合建式,曝气方式机械曝气,2、完全混合曝气池,(1)分建式 曝气池和沉淀池分别设置。当采用泵型叶轮且线速在45m/s时，曝气池直径与叶轮的直径之比宜为4.57.5，水深与叶轮直径比宜为2.54.5。当采用倒伞型和平板型叶轮时，曝气池直径与叶轮直径之比宜为35。分建式虽不如合建式紧凑，且需专设污泥回流设备，但调节控
13、制方便，曝气池与二次沉淀池互不干扰，回流比明确，应用较多。,(2)合建式 曝气和沉淀在一个池子不同部位完成，我国称为曝气沉淀池，国外称为加速曝气池。由曝气区、导流区、回流区、沉淀区几部分组成。曝气区相当于分建式系统的曝气池，它是微生物吸附和氧化有机物的场所。,混合液经曝气后由导流区流入沉淀区进行泥水分离。导流区既可使曝气区出流中挟带的小气泡分离，又可使细小的活性污泥凝聚成较大的颗粒。,3、两种池型的结合,在推流曝气池中，也可用多个表曝机充氧和搅拌。对于每一个表曝机所影响的范围内，流态为完全混合，而就全池而言，又近似推流。此时相邻的表曝机旋转方向应相反，否则两机间的水流会互相冲突，也可用横挡板将表曝机隔开，避免相互干扰。,