气体传递原理和曝气设备

§12-4气体传递原理和曝气设备
• 二、氧转移的影响因素 • 2. 温度
• 温度上升, cs值下降, KLa上升, 对氧转移有两种相反的影
响, 二者不能完全抵消。但总的来看，温度降低利于氧 传递，活性污泥法温度多在10～30℃。
怎么理解KLa： 1. 传质阻力大时，其值小；传质阻力小时，其值大。 2. 1/KLa单位为小时，可以看作全池水溶液溶解氧从S0增加到 饱和的时间。 3. KLa可以看作是混合系数。 4. 废水中存在表面活性剂时，对KLa有很大影响。一方面由于表 面活性剂在界面上集中，增大了传质阻力，降低KLa另一方面， 由于表面张力降低，使形成的空气泡尺寸减小，增大了气泡的 比表面积，许多时候由于A／V的增大超过了KLa的降低，从而使 传质速率增加。 5. KLa一般随着废水杂质浓度的增大而减小。 6. KLa也与空气扩散设备的淹没深度有关 (KLa)１／(KLa)２＝(H1/H2)λ
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• 二、氧转移的影响因素 • 3. 氧分压 • 溶解氧饱和度与氧分压、含盐量及温度有关；分压增大
cs增加，不是标准大气压时，cs 应乘以修正系数ρ。
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• 二、氧转移的影响因素 • 3. 氧分压 • 鼓风曝气池池底扩散装置出口氧分压最大，cs最大；气泡上升至
• 一、气体传递原理 • 2.双膜理论
• 液相主体的体积为V，则：
• dc/dt-氧转移速率，kgO2/(m3h) • KL-液膜中氧分子的传质系数，m/h；
• 以KLa=KL(A/V )表示氧分子总传质系数(h-1), 则：
• 解决了界面面积无法测量的问题
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• 一、气体传递原理
• 2.双膜理论
• 积分： • 得：
• c1、c2-在t1、t2时气体在溶液中浓度,可求出KLa。
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• 一、气体传递原理 Baidu Nhomakorabea 3. 影响氧传递速率的主要参数： • 溶解氧的不饱和程度、气液接触面积和液膜厚度。 • 提高氧转移速率办法： • ①.提高KLa值：增加液体紊动、减小液膜厚度、更换气
浓度梯度的大小影响扩散速度。
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• 一、气体传递原理
• 1.Fick定律
• 扩散的基本定律，表明在静止或层流状态的介质中分子扩散规律。 • vd-扩散速率，单位时间内通过单位截面积的物质数量； • D-扩散系数，与扩散物质和介质特性及温度有关。 • Fick定律也可表示为：
测定dρ0/dt的直线方程
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• 二、氧转移的影响因素 • 2. 温度 • 温度影响KLa和cs值。温度上升，黏度下降，膜厚度减小，
KLa上升；温度不同，氧传递系数应修正为：
• KLa (T)—水温为T℃时总氧传递系数 • KLa (20)—水温为20℃时总氧传递系数 • T-设计计算温度； 1.024-温度系数
不存在浓度差，没有传质阻力，传质阻力仅存在于气液两层层流 膜。 • (3)气液两相界面上物质浓度相平衡，界面上无阻力。 • (4)气体分子从气相向液相传递时，若气体溶解度低，阻力主要 来自液膜。氧是难溶气体，溶解度小，传质阻力主要在于液膜。
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• 一、气体传递原理 • 2.双膜理论 • 氧在气膜中的传质阻力很小，气相主体分压pG与界面分压pi相差
很小，认为pG=pi。这样界面处溶解氧浓度 cs 是氧分压为pG下的 饱和浓度。 • 液膜厚度小，液膜内浓度可按直线变化考虑，即：
dM/dt——氧传递速率，kgO2/h. A——气液界面面积（气体扩散 通过的面积），m2； cs、c—饱和溶解氧浓度和溶解氧 浓度，kgO2／m3
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• 活性污泥法三要素： • ①引起吸附和氧化分解作用的微生物—活性污泥 • ②处理对象-废水中的有机物。 • ③溶解氧。 • 必须使微生物，有机物和氧充分接触，需进行混
合、搅拌。 • 充氧和混合是通过曝气设备来实现
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• 一、气体传递原理 • １．Fick定律 • 传质过程：物质从一相传递到另一相的过程。 • 曝气过程中氧从气相传递到液相，靠扩散完成。 • 扩散过程的推动力:扩散界面两侧物质间浓度差。 • 浓度梯度：扩散过程中单位路程长度上浓度变化值；
膜；另外, 混合液中含有大量活性污泥, 扩散阻力比清水大。 • 曝气设备在混合液中曝气时，
• 氧传递速率:
, 应修正为：
• α-因混合液含污泥颗粒而降低传递系数的修正值(＜1) • β-废水饱和溶解氧的修正值(＜1)
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• 二、氧转移的影响因素 • 1. 污水水质
• α、β可通过对污水和清水的曝气充氧试验测定, 鼓风曝气设备,机 械曝气设备，α取值有所不同 (参考教材)。
水界面、使气泡变小、增加气水接触面积。 • ②.提高cs值：增加大气中的氧分压(纯氧曝气、富氧曝
气、深井曝气)。
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• 二、氧转移的影响因素 • 1.污水水质 • 2.液体温度 • 3.氧分压 • 4.液体紊流程度
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• 二、氧转移的影响因素 • 1. 污水水质 • 与清水中的不同，废水含有污染物，在界面处会形成一层分子薄
水面，压力渐低至大气压，且部分氧已转移至水中，氧分压更低。 曝气池中cs为出口及水面出口处平均值：
Pd - 扩散装置出口处绝对压力 Φ0：气泡离开水面时，氧体积分数； 21-标准压力下，氧体积分数。
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• 二、氧转移的影响因素 • 3. 氧分压
• 单位时间内通过界面的物质数量为：
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• 一、气体传递原理 • 2.双膜理论 • 气体分子从气象转移到液相，经过气、液相界面。 • 双膜理论的基本论点： • (1)气液两相界面附近存在做层流运动的气膜和液膜，主体湍动
情况影响膜的厚度。 • (2)两膜以外的气、液相主体中流体充处于湍动，物质浓度均匀，