第12章2第四节 气体传递原理和曝气设备.ppt
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1、第四节 气体传递原理和曝气设备,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,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。,难生物降解有机物不能用( )作为指标 A COD B BOD C TOC D TOD 华科2007年考研题,一、气 体 传 递 原 理,传质过程:物质从一相传递到另一相的过程。实质也是扩散过程,界面两侧物质的浓度差是扩散的推动力。,Fick定律: 扩散速率正比于单位长度上的浓度变化值。,一、气 体 传 递 原 理,双膜理论的基本论点: 1、气液界面存在着二层膜(即气膜和液膜);
2、2、气液相主体中的组分物质不存在浓度差,气体从气相传递到液相时,传质阻力仅存在于气液层流膜中; 3、气膜中的分压梯度和液膜中的浓度梯度是氧转移的推动力; 4、氧的溶解度很小,阻力主要来自液膜。,一、气 体 传 递 原 理,氧在气膜中的传递阻力很小,可认为pGpi,则cs是氧分压为pG时的DO饱和浓度。 由于液膜厚度很小,故膜内浓度呈直线变化,即液膜两侧的DO浓度梯度为:,一、气 体 传 递 原 理,提高氧转移速率 的途径: 提高KLa值:采用微孔曝气,增大气液接触面积; 提高cs值:采用纯氧曝气、深井曝气等提高氧分压。,二、氧转移的影响因素,1、污水水质,污水中的溶解性有机物降低KLa,污水中
3、的溶解盐降低DO饱和值,二、氧转移的影响因素,2、水 温,水温对氧的转移影响较大,T上升,KLa增高,水温也影响DO饱和浓度cs,T上升, cs降低 综合作用结果是水温降低有利于氧的转移。,二、氧转移的影响因素,3、氧 分 压,氧分压影响cs, cs随气压的降低而降低,在非1个标准大气压地区, cs值应乘以修正系数:,对于鼓风曝气池,扩散装置出口处氧分压最大,而混合液表面处最小,因此鼓风曝气池的 cs取二处DO饱和浓度的平均值:,EA:空气扩散装置的氧转移效率 小气泡扩散装置取612 微孔曝气取1525,三、氧转移速率与供气量的计算,1、氧转移速率的计算 稳定条件下,氧转移速率活性污泥的需氧速
4、率Rr:,F曝气扩散设备堵塞系数,0.650.9,三、氧转移速率与供气量的计算,2、供气量的计算 标准条件(20,1标准大气压,脱氧清水)下,转移到一定体积脱氧清水中总氧量Os为:,实际条件下,转移到等体积曝气池混合液中的总氧量O2为:,计算供气量; 选择曝气设备,三、氧转移速率与供气量的计算,2、供气量的计算,曝气的作用: 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) 曝气设备: 1.鼓风曝气系统(水下曝气) 2.机械曝气装置(表面曝气),四、曝 气 设 备,四、曝 气 设 备,曝 气 设 备,鼓风曝气,机械曝气,空气过滤器,鼓 风 机
5、,空气输配管系统,扩 散 器,表面曝气机,卧轴式曝气器,竖轴式曝气器,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。,鼓风曝气系统的组成,过滤器与进口消音器,过滤器压力损失监测,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,常用鼓风机形式,罗
6、茨鼓风机,三叶式罗茨鼓风机外型,单级高速离心鼓风机,丹麦HV-Turbo风机,英国Howden风机,常用鼓风机形式,多级离心风机,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,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。,空气输配管系统,小气泡扩散器,中气泡扩散器,大气泡扩散器,扩散器的类型,微气泡扩散器,100um,1.5mm,15mm,23mm,剪切
7、分散空气曝气器,微孔曝气设备,微孔曝气盘,微孔曝气管,微孔曝气管,微孔曝气设备安装,微孔曝气设备的清水检验,微孔曝气设备的运行状况,射流曝气器,双螺旋曝气器,伞形曝气器,机械曝气:表面曝气机,竖轴式曝气器充氧原理: (1)曝气设备的提水和输水作用,使曝气池内液体不断循环流动, 从而不断更新气液接触面, 不断吸氧; (2)曝气设备旋转时在周围形成水跃,并把液体抛向空中,剧烈搅动而卷进空气; (3)曝气设备高速旋转时,在后侧形成负压区而吸入空气。,卧轴式曝气器充氧原理: 转刷或转碟把大量液滴抛向空中,并使液面剧烈波动,促进氧溶解; 同时推动混合液在池内流动,促进曝气器附近的混合液更新,便于DO的扩
8、散。,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,这类曝气机的传动轴与水面平行,主要用于氧化沟 。,竖轴式曝气器,卧轴式曝气器,泵 形,倒伞形,平板形,倒伞形机械曝气器,曝气转刷,测试中的曝气转碟,曝 气 设 备 性 能 指 标,氧转移速率:单位为mg(O2)/(Lh)。,充氧能力(或动力效率):即每消耗1kWh动力能传递到水中的氧量(或氧传递速率),单位为kg(O2)/(kWh)。,氧利用率:通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧的比例,单位为。,曝 气 设 备 性 能 指 标,满足要求的混合强度 满铺的小气泡扩散器: 2.2m3/(m2 h) 旋流的中气泡扩
9、散器: 1.2m3/(m2 h) 机械曝气: 25W/m3,氧化沟的曝气方式属于( )曝气法,常用的曝气设备为( )。 南京大学2006 氧化沟的主要曝气方式是( ) A 穿孔曝气 B 鼓风曝气 C 竖管曝气 D 转刷曝气 南京大学2004,第五节 去除有机污染物的活性污泥法过程设计,活性污泥系统工艺设计,应把整个系统作为整体来考虑,包括曝气池、二沉池、曝气设备、回流设备等,甚至包括剩余污泥的处理处置。,主要设计内容: (1) 工艺流程选择; (2) 曝气池容积和构筑物尺寸的确定; (3) 二沉池澄清区、污泥区的工艺设计; (4) 供氧系统设计; (5) 污泥回流设备设计。,主要依据:水质水量
10、资料 生活污水或生活污水为主的城市污水:成熟设计经验 工业废水:试验研究设计参数,一、曝气池容积设计计算,有机物 负荷法,污泥 泥龄法,有机物负荷的两种表示方法,活性污泥负荷LS(简称污泥负荷),曝气池容积负荷LV(简称容积负荷),1、有机物负荷法,污泥负荷是指单位质量活性污泥在单位时间内所能承受的BOD5量,即:,式中:Ls污泥负荷,kg BOD5/(kgMLSSd)或 kgBOD5/(kgMLVSSd) Q与曝气时间相当的平均进水流量,m3/d; S0曝气池进水的平均BOD5值,mg/L; X曝气池中的污泥浓度,MLSS或MLVSSmg/L。,污泥负荷,容积负荷是指单位容积曝气区在单位时间
11、内所能承受的BOD5量,即:,式中:Lv容积负荷,kg (BOD5)/(m3d)。,容积负荷,2、污泥泥龄法,根据劳麦导出的活性污泥法数学模型之二可求得V:,式中:X以MLVSS计算,二、剩余污泥量计算,按污泥 泥龄计算,根据Y或Yobs计算,1、按污泥泥龄计算,2、根据Y或Yobs计算,三、需氧量设计计算,1、根据有机物降解需氧率和内源代谢需氧率计算,用于降解 有机物,用于内源 代谢,在高污泥负荷下运行时,污泥泥龄短,一部分被吸附而未被代谢的有机物随剩余污泥排出;同时污泥内源代谢弱,因此需氧量低。,污泥负荷高,污泥泥龄较短时,单位质量活性污泥的需氧量较大。,三、需氧量设计计算,2、微生物对有
12、机物的氧化分解需氧量,污水中的可生物降解COD(bCOD),被氧化分解供给能量耗氧,用于合成微生物不耗氧,若bCOD=BODL=BOD5/0.68,则上式可写为:,C5H7NO25O2,第六节 脱N除P工艺,一、生物脱N工艺,1、三段生物脱N工艺,有机物氧化段,硝化段,反硝化段,一、生物脱N工艺,1、三段生物脱N工艺,反硝化菌化能异养,靠内源呼吸碳源进行反硝化,效率较低,需额外添加碳源。 除碳和硝化作用在一个反应器进行时,污泥负荷要低,水力停留时间和泥龄要长。,一、生物脱N工艺,2、前置缺氧好氧生物脱N工艺(广泛应用),反硝化产生碱度补偿硝化反应所消耗的50碱度; 无需外加碳源; 利用NO3-
13、作为电子受体处理有机物,不仅节省后续曝气量,而且反硝化菌对碳源利用更广泛,甚至能降解难降解有机物; 缺氧池可有效控制系统的污泥膨胀。,一、生物脱N工艺,3、后置缺氧好氧生物脱N工艺,若不补充碳源,反硝化速率效率较低仅为前置的1/31/8; 补充碳源时,应注意: 投加的反应器:缺氧区 种类:原污水,含碳的工业废水(注意投加适量); 甲醇(最理想,反硝化速率快且无副产物)或乙酸等。,一、生物脱N工艺,4、Bardenpho生物脱N工艺,第一段,第二段,一、生物脱N工艺,5、同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification and Denitrification ,SNdN)过程
14、,SNdN过程:在没有明显独立设置缺氧区的活性污泥法处理系统内TN被大量去除的过程。,SNdN过程机理:,(1)反应器DO分布不均理论:充氧不均衡,混合不均匀 (2)缺氧微环境理论: 由于氧传递的限制,活性污泥絮体外层氧的浓度高而 内层低,形成外层好氧硝化,内层反硝化。 (3)微生物学解释:存在好氧反硝化菌和异养硝化菌,二、生物除P工艺,1、Ap/O工艺,DO2mg/L,pH78 BOD5:P10:1时出水P1mg/L 曝气时间过长及污泥在沉淀池中长时间停留可能造成磷的释放。,二、生物除P工艺,2、Phostrip除磷工艺,生物除P和化学除P的结合,在回流污泥过程中增设厌氧释磷池和上清液的化学
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- 第12章2第四节 气体传递原理和曝气设备 12 第四 气体 传递 原理 设备
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