五 曝气原理与设备讲义

扩散器
微孔曝气设备
鼓风曝气
空气净化器
鼓风机
空气输配 管系统 扩散器
扩散器的作用是将空气分散成空气泡,增 大空气和混合液之间的接触界面，把空气 中的氧溶解于水中。
扩散器的类型
微气泡扩散器 小气泡扩散器 中气泡扩散器 。。。。。。
a. 微气泡空气扩散装置
• 材料：
➢ 由多孔性透气材料（陶粒、粗瓷、氧化铝、氧化硅或尼龙等）制 成的扩散板、扩散盘和扩散管等；
➢ 管径2550mm的钢管或塑料管制成； ➢ 在管下部两侧呈45开孔，孔眼直径35mm，气泡直径为2~6mm，
间距50~100mm； ➢ 为了避免孔眼阻塞，穿孔管孔眼的流速应≥10m/s。
• 优点
➢ 不易堵塞，构造简单，阻力小； ➢ 氧利用率（EA）低，一般为6~8 % （46%排水） ； ➢ 动力效率（EP）亦低，可达12 kgO2/kw.h；
s(760)
P 1.013105
s(760)
•
综合水质、水温以及分压因素的影响，氧转移速率的表 达式为：
d0
dt
KLa20 ( s0 T 0)1.024T 20
二、鼓风曝气系统的计算
➢ 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（%）。
2.2 供气量的计算
EA
R0 S
S Gs 21% 1.43 0.3Gs
EA
R0 0.3 Gs
Gs
R0 0.3 EA
式中 ：
EA——氧利用率，通过鼓风曝气系统转移到混合液中的总氧量占供氧量的 百分比（%），各种空气扩散装置在标准状态下的EA值，由厂家提供；
S ——供氧量，kgO2/h；
21%——氧在空气中的百分比；
曝气设备
鼓风曝气
机械曝气 表面曝气机
鼓风机 空气输配管系统 扩散器
竖式曝气机 卧式曝气机
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） ；
实际大气压与曝气头安装水深
实际水温
实际的废水水质
d0
dt
KLa20 ( s0 T 0)1.024T 20
压力、 气量
空气 O221% N279%
曝气设备： 标准状态下 供气量、阻力
曝气的原理与过程
O2<21% N2=79%
需氧: O2 a'QS r b'VX v
DO=1~2mg/L
CO2/H2O
1.43 ——20C时氧的容积密度，kg/m3；
Gs ——供气量，m3/h。
2.2 供气量的计算
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，按求出的R0值，又称为充氧量，其与叶轮 直径及其线速度有关，厂家也会向用户提供其设备的R0值。
定义： ➢ 曝气系统，又称为空气扩散系统，是活性污泥处理系统
的重要设备，也是活性污泥法设计中的重要组成部分。 作用： ➢ 将鼓风机输送来的压缩空气，通过管道系统进入空气扩
散装置，利用空气扩散装置将空气粉碎成大小不一的气 泡，气泡在上升的过程中将部分氧气转移到水中。 曝气装置的分类： ➢ 按曝气方式可以将其分为鼓风曝气装置和表面（机械） 曝气装置两大类。
• 动力效率（Ep）：每消耗1度电转移到混合液 中的氧量（kgO2/kw.h）。
鼓风曝气装置组成及各组成作用
鼓风曝气
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。
空气净化器
鼓风机
空气输配 管系统
鼓风机 供应压 缩空气
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。
[例题]
➢ 某城镇污水处理厂，设计流量Q＝10000m3/d，原污水经 初次沉淀池处理后BOD5＝150mg/l，采用活性污泥法处理， 处理水BOD515mg/l。采用中微孔曝气盘作为曝气装置。 混合液活性污泥浓度Xv=2000mg/l，曝气池出口处溶解氧
ρ0 =2mg/l，计算水温T=250C。
标准供氧量与实际供氧量
一、曝气原理
——双膜理论
氧的分压梯度 氧的浓度梯度
双膜理论：污水生物处理领域中广泛应用的气 体传递理论。这一理论的基本点可归纳如下： 在曝气过程中，氧分子通过气、液界面由气相 转移到液相的过程中 （1）在气、液两相接触 的界面两侧存在着处于层流的气膜和液膜，在 其外侧分别是气相和液相的主体（紊流）。（2） 在气、液两相中，不存在传质阻力，气体分子 从气相主体传递到液相主体的阻力，主要存在 于气膜和液膜中。（3）在气膜中存在氧的分压 梯度，液膜中存在氧的浓度梯度，都是氧转移 的推动力。（4）气膜中氧分子的传递动力很小， 界面处的溶解氧浓度值是氧分压为p条件下的饱 和浓度值。（5）氧难溶于水，因此氧转移主要 阻力主要来自液膜，O2通过液膜的转移速率是 氧扩散转移全过程的控制速率。
R0
1.024(T
R sm(20) 20) sm(T
)
0
R O2
R0
1.024(T
O2 20)
sm(20) • sm(T
)
0
制造商提供的曝气设备的性能参数是在标准条件下测得的，因 此以上算得的需氧量O2必须换算成标准条件下（水温20℃，标 准大气压的脱氧清水）的需氧量，以进行设备的选定。
1 t1
lg
S0 S0
2 1
影响氧转移的主要因素
do
dt
KLa(so
o)
• 水质
影响氧总转移系数KLa KLaw KLa = 0.8 0.9
影响饱和溶解氧浓度ρs0
sw
s0
0.90.97
修正系数、 值，可通过对清水、特定污水的曝气充 氧试验予以测定。
水温
影响氧总转移系数KLa KLa(T ) KLa(20) 1.024T20
➢ 标准氧转移速率——指脱氧清水在20C和标准大气压条
件下测得的氧转移速率，一般以R0表示（kgO2/h）；
do
dt
KLa(20)so
➢ 实际氧转移速率——以城市废水或工业废水（实际水质）
为研究对象，按当地实际情况（指水温、气压等）进行
测定，所得到的是氧转移速率，以R表示，单位为
kgO2/h。即：
V
实际条件下，转移到曝气池的总氧量（R）： （引入各项修 正系数：压力、温度、水质），即：
R KLa(20) sm(T ) 0 1.024T 20 V
R0
R
Csm(20)
1.024(T 20) sm(T )
0
2.1 氧转移速率的计算
R0
R
sm(20) 1.024(T 20) sm(T ) 0
有关参数为：a’=0.5, b’= 0.1, =0.85, =0.95，=1.0，
EA=10%
经计算曝气池有效容积V＝3000m3，（空气扩散装置）曝
气盘安装在水下4.5m处。
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R0 (kgO2/h)
三、曝气设备
计算要求的风压（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鼓风机。
B．机械曝气系统设计的一般程序
充氧能力R0的计算： 求得需氧量O2
R=O2
R0
R Cs(20)
1.024(T 20) Cs(T )
Cl
根据R0值选配合适的机械曝气设备。
ρs0 ——氧在界面上的饱和溶解氧浓度； ρ0 ——氧在溶液中的实际溶解氧浓度。 dm=Vdρ0（V：液相主体的容积），则上式可改写成：
do
dt
Kg
A V
(
so
o)
式中：dρ0/dt——液相主体中溶解氧浓度变化速度，氧转移 速度kgO2/m3 h；
通常KgA/V项用KLa（总转移系数）来代替，由此上式变为：
第四节 曝气的原理、方法与设备
曝气的原理； 曝气系统的设计计算； 主要的曝气设备
有关曝气、供氧的基本概念
• 曝气作用：供氧、搅拌 • 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 • 曝气的原理与过程：需氧、供氧、曝气（供气） ；
氧转移过程中的传递速率认为主要是界面上的饱和溶解氧浓度值(ρs0 ) 与液相主体中的溶解氧浓度值(ρ0 )之差。
在废水生物处理系统中，氧的传递速率可用下式表示：
dm dt
Kg
A(so
o
)
式中：dm/dt——氧传递速率，kgO2/h； Kg ——氧分子在液膜中的扩散系数； A ——气、液两相接触界面面积；
扩散板
2. 扩散管：
➢ 扩散管管径一般为60~100mm，长度为 500~600mm。
➢ 以组装形式安装，以8~12根管组装成一 个管组，便于安装维修，布置形式如同 扩散板。
➢ 氧利用率约10~13%，动力效率为2
kgO2/kw.h。
扩散管
微孔曝气设备
b.中气泡型空气扩散装置
1. 穿孔管
• 组成
• 主要性能特点：
➢ 能产生微小气泡，形成的气泡直径在0.2mm以下（在200m以下 者，为微孔） ，气、液接触面大，氧利用率高：EA ≥10%， EP = 2 kgO2/kw.h以上；
• 缺点：
➢ 易堵塞，扩散阻力大，空气需经空气净化器处理净化。
微气泡空气扩散装置结构：