曝气充氧实验指导书

曝气充氧实验曝气是活性污泥系统的一个重要环节。

它的作用是向池充氧，保证微生物生化作用所需之氧，同时保持池微生物、有机物、溶解氧，即泥、水、气三者的充分混合，为微生物降解创造有利条件。

因此了解掌握曝气设备充氧性能，不同污水充氧修正系数α、β值及其测定方法，不仅对工程设计人员、而且对污水处理厂运行和管理人员也至关重要。

此外，二级生物处理厂中，曝气充氧电耗占全厂动力消耗的60-70%，因此高效省能型曝气设备的研制是当前污水生物处理技术领域面临的一个重要课题。

因此本实验是水处理实验中的一个重要项目，一般列为必开实验。

一、目的1、加深理解曝气充氧的机理及影响因素2、了解掌握曝气设备清水充氧性能测定的方法。

3、测定几种不同形式的曝气设备氧的总转移系数K Las ，氧利用率η%,动力效率E 等，并进行比较 二、原理曝气是人为的通过一些设备加速向水中加氧的过程。

常用的曝气设备分为机械曝气与鼓风曝气两大类，无论是哪种曝气设备，其充氧传递过程均属传质过程，在现场用自来水实验时，先用Na 2SO 3（或N 2）进行脱氧，然后在溶解氧等于或接近零的条件下再曝气，使溶解氧升高趋于饱和水平。

假定整个液体是完全混合的，符合一级反应，此时水中溶解氧的变化可以用下式表示)(t s La C C K dtdc-=式中dtdc——氧转移速率， K La ——氧的总传递系数，C s ——实验室的温度和压力下，自来水的溶解氧饱和浓度， C t ——相应某一时刻的溶解氧浓度， 将上式积分，得 ()常数+-=-t K C C La t S ln测得C s 和相应于每一t 时刻的C t 后绘制ln(C s –C t )与t 的关系曲线，或dtdc与C 的关系曲线便可得到K La ，C=C s –C t . 三、实验设备及用具 （一）实验装置1、曝气充氧装置技术参数：（1）、穿孔曝气柱：φ150×1200㎜，有机玻璃制成，便于学生的观察，对曝气增加感性认识。

（2）、平板叶轮曝气池：φ600mm ，有机玻璃制成。

配有钢制叶轮、轴。

（3）、串激电机及减速器：功率为90W ，减速比为1：5。

（4）、空气压缩机，功率为105W 、最大压力：0.04Mpa 、最大排气量：85L/min （5）、输送泵：1WZB －35A 型自吸泵，额定流量1m3/h 、额定扬程15m 、额定功率370W 。

（6）、液体流量计：LZB-10型，流量：16-160L/h 。

（7）、气体流量计：LZB-4型，流量：60-600L/h 。

（8）、外形尺寸：1500×750×1800mm 。

2、溶解氧测定仪 3、电磁搅拌器4、无水亚硫酸钠5、氯化钴四、实验流程图：五、实验步骤（一）穿孔曝气装置1、先向曝气筒注入自来水，约为曝气柱一半还多的位置，测定水样的体积V和水温。

2、由水温查出实验条件水样溶解氧饱和值C s和V求投药量，然后投药脱氧。

3、打开空压机，开始曝气，并记录时间，同时每隔一定时间（1分钟）取一次样，测定溶解氧值，连续取样10个左右的数据；而后拉长间隔，直至水中溶解氧量不再增长（达到饱和）；关闭进气阀门。

（二）平板叶轮表面曝气清水充氧实验步骤（用自来水或二次沉淀池出水进行实验）1以布置在三等分池子半径的中点和终点布置在离池面和池底0.3m 处，个测定点（或9个测定点）。

2、测定曝气池的容积3、向池注满自来水4、计算CoCl 2和Na 2SO 3的需要量5、将Na 2SO 3和CoCl 2用热水溶解后直接投加在曝气叶轮处，或者用泵抽送到曝气池，使其迅速扩散。

6、当溶解氧测定仪的指针达到0后，开始启动电机进行曝气，同时定期测定各测定点的溶解氧浓度，并作记录，直至溶解氧达到饱和值时结束实验（0.5－1min 读数一次）。

（三）CoCl 2和Na 2SO 3的需要量的计算方法：2Na 2SO 3＋O 2————→2Na 2SO 4从上面反应式可以知道，每去除1mg 溶解氧需要投加8.0mg Na 2SO 3。

根据池子的容积和自来水（或污水）的溶解氧浓度可以算出Na 2SO 3的理论需要量。

实际投加量应为理论值的110－150％。

计算方法如下：W ＝V ×Cs ×8×（110－150％）式中：W ——Na 2SO 3的实际投加量（kg/g ）V ——曝气池体积（m 3或L ）催化剂氯化钴的投加量，按维持池子中的钴离子浓度为0.05－0.5mg/L 左右计算。

五、实验数据记录处理（一）穿孔曝气1、记录实验设备及操作条件的基本参数模型曝气筒：径D＝______m 高度H＝______m 体积V＝______m3水温______℃室温______℃气压__________（KPa）实验条件下自来水的Cs__________mg/LCoCl2投加量_________（kg或g） Na2SO3投加量_________（kg或g）2、数据记录：稳定状态下充氧实验记录（取样点______）3、以溶解氧浓度Ct为纵坐标，时间t为横坐标，用上表数据描点作Ct与t关系曲线4、计算K La、充氧能力和动力效率。

（二）平板叶轮表面曝气1、记录实验设备及操作条件的基本参数模型曝气池：径D＝______m 高度H＝______m 体积V＝______m3水温______℃室温______℃气压__________（KPa）实验条件下自来水的Cs__________mg/LCoCl2投加量_________（kg或g） Na2SO3投加量_________（kg或g）2、数据记录：稳定状态下充氧实验记录（取样点______）3、以溶解氧浓度Ct为纵坐标，时间t为横坐标，用上表数据描点作Ct与t关系曲线4、计算K La、充氧能力和动力效率。

六、成果整理1、参数选用因清水充氧实验给出的是标准状态下氧总转移系数K La（20），即清水（本次实验用的是自来水）在一个大气压，20℃下的充氧性能，而实验过程中曝气充氧的条件并非是一个大气压，20℃，但这些条件都对充氧性能有影响，故引入了压力、温度修正系数。

（1）温度修正系数K=1.02420-T修正后的氧总转移系数为K La（20）=K·K La（T）=1.02420-T×K La（T）此为经验式，它考虑了水温对水的粘滞性和饱和溶解氧值的影响，国外大多采用此式，本次实验也以此进行温度修正。

（2）水中饱和溶解氧值的修正由于水中饱和溶解氧值受其中压力和所含无机盐种类及数量的影响，所以CtCs C Cs t t K La ---•=0lg 3032中的饱和溶解氧值最好用实测值，即曝气池的溶解氧达到稳定时的数值。

另外也可以用理论公式[Cs （校正）＝Cs （实验）×标准大气压/试验时的大气压]对饱和溶解氧标准值进行修正。

有实测饱和溶解氧值用实测值，无实测值可采用理论修正值。

瞬时大气压的查询：/publish/forecast/AHN/chang-sha.html 2、氧的总转移系数 K La （20）氧的总转移系数 K La （20）是指在单位传质推动力作用下，在单位时间、向单位曝气液体中所充入的氧量。

它的倒数1/ K La （20）单位是时间，表示将满池水从溶解氧为零充到饱和值时所用时间，因此 K La （20）是反映氧传递速率的一个重要指标。

K La （20）的计算首先是根据实验记录，或溶解氧测定记录仪的记录和式Ln (C s -C t )=-K la *t+常数，按下表计算，或者是在半对数坐标纸上，以ln （Cs —Ct ）为纵坐标，以时间t 为横坐标绘图求K La （T ）值。

氧 总 转 移 系 数 K La （T ） 计 算 表求得K La （T ）值后，利用式K La （20）=K ·K La （T ）=1.02420-T ×K La （T ）求得K La （20）值。

3、充氧能力C Q 。

充氧能力是反映曝气设备在单位时间向单位液体中充入的氧量。

C Q =K La （20）·Cs ·V kg(O 2)/h式中：K La （20）—氧总转移系数（标准状态），1/h 或1/min ； Cs —一个大气压，20℃时氧饱和值，Cs=9.17mg/L 4、动力效率ENQ E Ckg(O 2)/kW ·h 式中：C Q ——标准条件下的充氧能力（kg(O 2)/h ）N ——采用叶轮曝气时，N 为轴功率（kW ）七、注意事项1、每个实验所用设备、仪器较多，事前必须熟悉设备、仪器的使用方法及注意事项。

2、加药时，将脱氧剂与催化剂用温水化开后，从柱或池顶，均匀加入。

3、无溶解氧测定仪的设备，在曝气初期，取样时间间隔宜短。

4、实测饱和溶解氧值时，一定要在溶解氧值稳定后进行。

5、水温、风温（送风管空气温度）宜取开始、中间、结束时实测值的平均值。

八、思考题1、论述曝气在生物处理中的作用。

2、曝气充氧原理及其影响因素是什么？3、温度修正、压力修正系数的意义如何？如何进行公式推导？4、曝气设备类型、动力效率的优缺点是什么？5、氧的总转移系数K La的意义是什么？怎样计算？6、曝气设备充氧性能指标为何均是清水？标准状态下的值是多少？7、鼓风曝气设备与机械曝气设备充氧性能指标有何不同？。