活性污泥25-动力学与曝气.ppt
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1、水污染控制工程水污染控制工程唐玉朝唐玉朝唐玉朝唐玉朝 安徽建筑工业学院环境科学与工程系安徽建筑工业学院环境科学与工程系安徽建筑工业学院环境科学与工程系安徽建筑工业学院环境科学与工程系E-mail:E-mail:Department of Environmental Science and Department of Environmental Science and Engineering,AnhuiAnhui University of University of Architecture第四节第四节曝气原理与设备曝气原理与设备1曝气原理曝气原理 1.曝气原理 1.1 气体气体传递原理传递原
2、理 Fick定律:定律:vd=D ,.(1)vd 表表示示物物质质的的扩扩散散速速度度,单单位位时时间间内内单单位位断断面面面面积积上上通通过过物物质的质量质的质量,kg/m2h;D 表示物质扩散系数表示物质扩散系数,某物质在介质中的扩散能力某物质在介质中的扩散能力,m2/h;表示浓度梯度表示浓度梯度,kg/m3m.Water Pollution Control Engineering曝气原理vd=,.(2)单单位位时时间间内内单单位位断断面面面面积积上上通通过过物物质质的的质质量量,M表表示示质量质量.dM/dt=D A .(3)Water Pollution Control Enginee
3、ring曝气原理 根根据据双双膜膜理理论论,由由于于氧氧气气的的溶溶解解度度低低,所所以以其其阻阻力力主主要要在在于于液液膜膜,对对于于浓浓度度梯梯度度在在液液膜膜处处为为(CSC)/L,L表表示示液液膜膜厚厚度度,CSC表表示示颗颗粒粒内内外外的的浓浓度度差差,CS液液膜膜外外溶溶解解氧氧的的饱饱和和浓度浓度,C表示膜内的实际浓度表示膜内的实际浓度.dM/dt=D A(CSC)/L,.(4)同除以同除以V:dC/dt=(CSC)DL A/V .(5)Water Pollution Control Engineering 曝气原理 由由于于A值值无无法法测测,将将D LA/V以以KLa代代替替
4、,KLa相相当当于于氧氧气气的总传质系数。的总传质系数。n =KLa(CSC).(6)dC/dt表示液相氧浓度变化速率,表示液相氧浓度变化速率,kg/m3h KLa氧氧总总传传递递速速率率,单单位位1/h,表表示示氧氧的的传传递递性性能能,KLa大大,说说明明传传递递快快,传传递递阻阻力力小小,KLa小小反反之之。KLa倒倒数数是是时时间间h,表表示示氧氧浓浓度度从从C提提高高到到CS需需要要的的时时间间,需需要要时时间间长长,说说明明阻阻力力大大,即即KLa小小,反之亦然。反之亦然。Water Pollution Control Engineering 曝气原理根据气体传递原理根据气体传递原
5、理,曝气效率曝气效率:(dC/dt=(CSC)D A/V L)增增大大比比表表面面积积(A/V),增增加加气气液液的的接接触触面面,曝曝气气需需要要用用小小气气泡泡,但不宜过小但不宜过小(从气浮原理从气浮原理);增增加加紊紊流流程程度度,以以减减小小液液膜膜厚厚度度L,剧剧烈烈紊紊流流,过过分分剧剧烈烈曝曝气是否合适气是否合适?增增加加气气相相氧氧分分压压,可可以以提提高高水水中中氧氧饱饱和和浓浓度度CS,纯纯氧氧曝曝气气,在较高的气压下在较高的气压下,如深井曝气。如深井曝气。Water Pollution Control Engineering 曝气原理1.2.氧扩散速率氧扩散速率(曝气效率
6、曝气效率)的影响因素的影响因素:与与分分子子O2在在水水中中的的扩扩散散系系数数D,气气体体液液体体界界面面面面积积A,液液膜膜的氧饱和浓度差的氧饱和浓度差CSC成正比成正比,与液膜厚度与液膜厚度L 成反比成反比;污水水质污水水质,关于系数关于系数和和:=污水污水KLa/清水清水Kla,比比1小小,污水中氧传递性能比清水要差污水中氧传递性能比清水要差.=污污水水CS/清清水水CS,污污水水中中氧氧饱饱和和浓浓度度与与清清水水中中的的比比值值,小小于于1.Water Pollution Control Engineering曝气原理温温度度:温温度度增增加加,扩扩散散系系数数D 提提高高,液液膜
7、膜厚厚度度L 减减小小,使使氧氧传传递递速速率率KLa大大,但但由由于于氧氧饱饱和和浓浓度度CS减减小小,所所以以反反而而可可能能导导致致氧氧扩扩散散速速率率降降低低了了,温温度度对对扩扩散散速速率率的的影影响响取取决于对决于对KLa和和CS的影响哪个更显著的影响哪个更显著.KLa(T)=KLa(20)1.024(T-20)30比比20增加增加27,1.02-1.06根根据据克克劳劳修修斯斯-克克拉拉帕帕龙龙方方程程,从从20增增加加到到30,约约CS降降20Water Pollution Control Engineering曝气原理氧氧分分压压,根根据据Henry定定律律,气气体体在在液液
8、体体中中的的溶溶解解度度与与气气体体压压力力成成正正比比,所所以以在在池池底底的的曝曝气气出出口口处处氧氧分分压压最最大大,氧氧饱和浓度饱和浓度CS也最大也最大,随气泡上升随气泡上升,分压减小分压减小.曝曝气气池池DO浓浓度度,越越低低效效率率越越高高,要要远远远远低低于于饱饱和和浓浓度度Cs,常温下,常温下Cs在在8-9左右左右.Water Pollution Control Engineering曝气原理 1.3.氧转移率和供气量计算氧转移率和供气量计算n标准状态下,转移到无氧清水中总氧量:标准状态下,转移到无氧清水中总氧量:OsKLa(20)CS(20)Vn实际情况下转移量:实际情况下转
9、移量:O2KLa(20)1.024(T-20)(Cs(T)C)VF F是堵塞系数。是堵塞系数。n将实际生化反应需氧量将实际生化反应需氧量O2转换为标准转换为标准Os:Water Pollution Control Engineeringn实际需要供氧量实际需要供氧量 S 考虑到氧利用效率考虑到氧利用效率EA:n标准状态需要空气量标准状态需要空气量 Gs:n最终计算实际非标准状态的需要空气量。最终计算实际非标准状态的需要空气量。曝气原理Water Pollution Control Engineering2曝气设备曝气设备2.曝气设备曝气装置曝气装置 曝气装置作用:曝气装置作用:1供氧;供氧;2
10、搅拌与混合搅拌与混合曝气装置类型:曝气装置类型:1鼓风曝气;鼓风曝气;2机械曝气机械曝气 Water Pollution Control Engineering曝气设备2.1 鼓风曝气鼓风曝气 组组成成:空空气气净净化化器器、鼓鼓风风机机、空空气气输输配配管管、空空气气扩扩散散装装置置,根据空气扩散装置分散空气大小分:根据空气扩散装置分散空气大小分:n小小气气泡泡:多多孔孔性性材材料料制制的的微微孔孔扩扩散散板板,扩扩散散管管,扩扩散散罩罩等等,气泡直径气泡直径1.5mm;n中气泡中气泡:穿孔管穿孔管;n大气泡大气泡:竖管竖管,气泡直径气泡直径15mm左右左右;气气泡泡微微小小则则氧氧利利用用
11、率率高高,但但气气压压损损失失大大,容容易易堵堵塞塞,空空气气需需要要过过滤滤处处理理.反反之之气气泡泡大大,氧氧利利用用率率低低,不不堵堵塞塞,空空气气可可不不净化。净化。Water Pollution Control Engineering曝气设备n微孔曝气盘的清水曝气Water Pollution Control Engineering曝气设备 微孔曝气设备Water Pollution Control Engineering曝气设备微气泡曝气微气泡曝气:水力剪切水力剪切,冲击和空气剪切冲击和空气剪切 射流曝气射流曝气,高速叶轮剪切压缩空气等。高速叶轮剪切压缩空气等。射射流流曝曝气气:气
12、气泡泡直直径径可可达达到到0.1mm,高高速速的的水水流流使使得得气气泡泡和和水水被被粉粉碎碎成成雾雾样样,混混合合液液可可以以充充分分接接触触,氧氧传传递递效效率率高高,氧氧转转移移率率可可达达20%,动动力力效效率率一一般般.如如果果用用自自吸吸空空气气,则则无无需需鼓风机鼓风机.曝气设备的空气扩散装置曝气设备的空气扩散装置,一般在水下一般在水下,也可以在水表面也可以在水表面.Water Pollution Control Engineering曝气设备 曝曝气气链链在在水水中中做做蛇蛇形形摆摆动动,无无曝曝气死区气死区属属于于浅浅层层曝曝气气,曝曝 气气 头头的的维维护护简简单单,方方便
13、便,不不需需停停 产产 放放 空空,不影响生产不影响生产.Water Pollution Control Engineering曝气设备2.2 机械曝气机械曝气n表表面面曝曝气气,机机械械搅搅拌拌水水被被抛抛向向空空中中,或或者者空空气气被被搅搅拌拌进进入入水中。水中。n竖竖式式:转转动动轴轴与与水水面面垂垂直直,通通过过叶叶轮轮旋旋转转使使水水产产生生飞飞跃跃,水水在在空气中获得氧空气中获得氧.n卧卧式式:转转动动轴轴与与水水面面平平行行,液液流流单单向向,所所以以多多用用氧氧化化沟沟.分分转转刷和转碟刷和转碟.Water Pollution Control Engineering曝气设备
14、曝气转盘曝气转盘,“转碟转碟”,盘片上盘片上有许多突有许多突出的槽出的槽,提高曝气提高曝气效率效率,推推动水流动水流.Water Pollution Control Engineering 工作中的曝气工作中的曝气转盘转盘曝气设备Water Pollution Control Engineering曝气设备 TNO Cage转刷刷 几种水平转刷曝气机示意图几种水平转刷曝气机示意图 1 Mamnoth转刷转刷 Kessener转刷刷 长度不定 1 Water Pollution Control Engineering 曝气转刷曝气转刷,转刷转动转刷转动,将空气带将空气带入水入水,同时同时推动水流
15、推动水流,对微生物对微生物絮体有破絮体有破坏作用坏作用.Water Pollution Control Engineering曝气设备曝气设备Water Pollution Control Engineering曝气设备n工作工作中的中的曝气曝气转刷转刷Water Pollution Control Engineering立式低速表曝机立式低速表曝机曝气设备Water Pollution Control Engineering 扩散管扩散管 扩散板扩散板 微孔合成橡胶膜片微孔合成橡胶膜片 垫圈垫圈安装接头安装接头不锈钢丝箍不锈钢丝箍 底座底座 微孔合成橡胶微孔合成橡胶膜片膜片通气孔通气孔微气泡
16、空气扩散装置微气泡空气扩散装置曝气设备Water Pollution Control Engineering曝气设备2.3 曝气装置的性能曝气装置的性能n动动力力效效率率:kgO2/kWh,每每消消耗耗1 kWh电电能能转转移移到到水水中中的的氧量氧量,根本的指标;根本的指标;n氧转移率:单位时间内转移到水中的氧量,氧转移率:单位时间内转移到水中的氧量,mgO2/Lh;n氧利用率:鼓风曝气进入水中的氧量与供氧量的比,氧利用率:鼓风曝气进入水中的氧量与供氧量的比,%。Water Pollution Control Engineering第三节第三节活性污泥数学模型基础活性污泥数学模型基础活性污泥
17、数学模型基础活性污泥数学模型基础n1.生化反应动力学生化反应动力学 n2劳麦模型劳麦模型n3.数学模型的发展数学模型的发展 Water Pollution Control Engineeringn水污染控制工程水污染控制工程1.生化反应动力学生化反应动力学 n(1)米氏方程米氏方程:(酶反应速率方程酶反应速率方程)V=VmaxS/(Km+S)V:酶反应速度酶反应速度,t1Vmax:最大反应速度,:最大反应速度,t1Km:饱和常数:饱和常数(米氏常数米氏常数,半速度常数半速度常数),当反应速率是最大,当反应速率是最大速率速率1/2时的底物浓度,时的底物浓度,mg/L,质量,质量/容积。容积。S:
18、底物浓度,:底物浓度,mg/L,质量,质量/容积。容积。米氏方程在低浓度和高浓度时的结论。米氏方程在低浓度和高浓度时的结论。Pseudo-一级动力学。一级动力学。Water Pollution Control Engineering1.生化反应动力学生化反应动力学 n关于米氏常数关于米氏常数Km的意义。的意义。A.是酶的特性常数,与酶的性质有关、与底物浓度无关;是酶的特性常数,与酶的性质有关、与底物浓度无关;B.受受pH及温度等影响,对不同的底物有不同常数;及温度等影响,对不同的底物有不同常数;Km最小的底物是最适底物或天然底物;最小的底物是最适底物或天然底物;C.Km反映了酶对反映了酶对底物
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- 活性污泥 25 动力学
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