水质工程学实报告

实验一 曝气充氧实验

一、实验目的 （1）掌握氧转移机理及影响因素。

（2）学会图解法求曝气设备氧总转移系数K La 方法。

（3）了解掌握曝气设备清水充氧性能的测定方法。 二、实验原理

活性污泥处理过程中氧气设备的作用是使氧气、活性污泥、营养物三者充分

混合，使污泥处于悬浮状态，促使氧气从气相转移到液相，从液相转移到活性污泥上，保证微生物有足够的氧进行物质代谢。由于氧的供给是保证生化处理过程正常进行的主要因素，因此工程设计人员通常通过实验来评价曝气设备的供氧能力。

根据氧转移基本方程)(c c K dt

dc

s La -=积分整理后，所得到的氧总转移系数表达式为

t

s s La c c c c t K --=

ln 303.2。 式中：

K La —— 总转移系数，h -1； t —— 曝气时间，h ； c s —— 饱和溶解氧浓度mg/L ；

c 0 —— 曝气筒内初始溶解氧浓度mg/L ，本实验中t=0时，c 0 =0 ； c t ——t 时刻曝气筒内溶解氧浓度mg/L ；

整理得t K

c c c c La t s s ∙=--303

.2ln

0，以t s s c c c c --0ln 为纵坐标，t 为横坐标绘制直线，通

过图解法求得直线斜率可以确定K La 值。

本实验采用间歇非稳态法，即实验过程中不进水也不出水的清水实验对充氧

性能进行测定。

三、实验设备与仪器

（1）溶解氧侧定仪。 （2）空气压缩机。

（3）曝气筒，内径18.5cm ，有效水深为2.2m 。 （4）搅拌器。 （5）秒表。 （6）分析天平。 四、实验用试剂

（1）脱氧剂：无水亚硫酸钠。 （2）催化剂：氧化钻(0.1mg/L)。 五、实验操作步骤

（1）向曝气筒中注入清水至2.2m ，取水样测得水中溶解氧值5.66mg/L ，并

根据溶解氧浓度公式确定水中溶解氧量： L m H d V 1.590591.02.2)100

5.18(44

322==⨯⨯=

⨯=

π

π

mg V C G 506.3341.5966.5=⨯=∙=

（2）计算脱氧剂无水硫酸钠用量其反应式为

由方程式得

8

1

252322422==SO Na O ，即亚硫酸钠的用量可以由下式计算

8)5.1~1.1(⨯=G g ，其中（1.1~1.5）为安全系数，通常取1.5，则

g mg G g 014.4072.40148506.3345.185.1==⨯⨯=⨯=

（3）计算催化剂用量。所用催化剂浓度为0.1mg/L ，则加入催化剂量为

mg 91.51.591.0=⨯。

（4）将所得的脱氧剂与催化剂加入曝气筒内充分混合后，反应10min 左右

测DO 值。

（5）当水样脱氧至零后，开始正常曝气，计时每隔1、2、3等分钟取样一

次，在现场测定DO 值，直至水中溶解氧值不再增长，饱和溶解氧为12.62mg/L 。

（6）记录数据。

六、实验数据及结果整理

根据公式计算不同时刻t s s c c c c --0ln

的值，并将计算数据填入下表，以t

s s c c c

c --0ln 为纵坐标，t 为横坐标绘制直线，通过图解计算斜率方法，求出K La 值。

曝气充氧实验计算数据

t/min c t (mg/L) t

s s c c c c --0

ln

1 0.43 0.035

2 9.36 1.354 2.5 11.56 2.477

3 12.22 3.452 3.5 12.43 4.196

4 12.49 4.576

5 12.54 5.061 6

12.48

4.501

曝气充氧实验所得关系图

则由图可以看出，676.0303

.2=La

K ，La K =1.57 h -1。 七、思考题

1.简述曝气在活性污泥生物处理法中的作用。 答：曝气的作用主要有：

1) 充氧。活性污泥法是利用好氧活性污泥处理污水的一种生物处理方法，其原

理就是利用微生物在好氧条件下的氧化分解和代谢去除水中有机污染物。所以，充氧很重要。

2) 搅拌混匀作用。曝气可以使活性污泥分布均匀，从而使去除率更高。 2.简述曝气充氧原理及影响氧转移因素。

答：曝气充氧是指人为通过一些设备，强制加速向水体中传递氧气，使空气中的氧气、活性污泥和污染物三者 充分混合，使活性污泥处于悬浮状态，促使氧气从水相移到液相，从液相转移到活性污泥上，保证微生物有足够的氧进行物质代谢。

影响因素有曝气水水质，曝气水水温，氧分压，气液间接触面积和时间，水的紊流程度等。

3.分析曝气的种类和各自特点。

答：曝气方法主要有三种，即鼓风曝气、机械曝气、鼓风机械曝气。

鼓风曝气是在鼓风机的作用下，经过空气扩散，在水中形成不同尺寸的气泡。气泡经上升和随水流动，最后在液面处破裂，在这一过程中产生氧向混合液中转移的作用。

机械曝气采用机械装置在驱动力作用下使混合液充分搅动，促进氧的转移。鼓风机械曝气是以上两者的结合。 4.氧总转移系数KLa 的意义是什么？

答：表征曝气池中溶解氧浓度从起始提高到饱和所需要的时间。氧总转移系数表达式为

t s s La c c c c t K --=

ln 303.2。

5.鼓风曝气设备与机械曝气设备充氧性能指标有何不同？

答：(1)动力效率Ep ：即每消耗1kw ·h 电能转移到混合液中的氧量，单位是kgO2／(kW ·h)。

(2)氧的利用率EA ：通过鼓风曝气转移到混合液中的氧量，占总供氧量的百分比(％)。

(3)氧的转移效率EL ：也称充氧能力，通过机械曝气装置，在单位时间内转移到混合液中的氧量，单位是kg ／h 。

通常用动力效率和氧的利用率两项指标评判鼓风曝气设备的性能，而用动力效率和氧的转移效率两项指标评判机械曝气设备的性能。 最基本的差异如下：

1) 鼓风曝气设备；布气均匀、氧转移率高、能耗低、搅拌效果略差些。 2) 机械曝气设备；布气不匀、氧转移率低、能耗大、搅拌效果好一些。