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發布時間︰2019/05/22 點擊量︰
一、曝氣的原理與理論基礎
 
在活性污泥法中,曝氣的作用主要有︰ヾ 充氧︰向活性污泥中的微生物提供溶解氧,滿足其在生長和代謝過程中所需的氧量。ゝ 攪動混合︰使活性污泥在曝氣池內處于懸浮狀態,與廢水充分接觸。
 
1、Fick定律
 
    通過曝氣,空氣中的氧,從氣相傳遞到混合液的液相中,這實際上是一個物質擴散過程,即氣相中的氧通過氣液界面擴散到液相主體中。
 
所以,它應該服從擴散過程的基本定律——Fick定律。
 
    Fick定律認為︰擴散過程的推動力是物質在界面兩側的濃度差,物質的分子會從濃度高的一側向濃度低的一側擴散、轉移。
 
即                               (1)
 
式中︰   ——物質的擴散速率,即在單位時間內單位斷面上通過的物質數;
 
        ——擴散系數,表示物質在某種介質中的擴散能力,主要取決于擴散物質和介質的特性及溫度;
 
         ——物質濃度;
 
         ——擴散過程的長度
 
        ——濃度梯度,即單位長度內的濃度變化值。
 
式(1)表明,物質的擴散速率與濃度梯度呈正比關系。
 
    如果以M表示在單位時間t內通過界面擴散的物質數量,以A表示界面面積,則有︰
 
                      (2)
 
代入(1)式,得︰
 
                     (3)
 
2、雙膜理論︰
 
    對于氣體分子通過氣液界面的傳遞理論,在廢水生物處理界被普遍接受的是Lewis & Whitman于1923年建立的“雙膜理論”。
 
    雙膜理論認為︰
 
    1) 當氣、液面相接觸並作相對運動時,接觸界面的兩側,存在著氣體與液體的邊界層,即氣膜和液膜;
 
    2) 氣膜和液膜內相對運動的速度屬于層流,而在其外的兩相體系中則均為紊流;
 
    3) 氧的轉移是通過氣、液膜進行的分子擴散和在膜外的對流擴散完成;
 
    4) 對于難溶于水的氧來說,分子擴散的阻力大于對流擴散,傳質的阻力主要集中在液膜上;
 
    5) 在氣膜中存在著氧分壓梯度,而液膜中同樣也存在著氧的濃度梯度,由此形成了氧轉移的推動力;
 
    6) 實際上,在氣膜中,氧分子的傳遞動力很。 氣相主體與界面之間的氧分壓差值 很低,一般可認為 。這樣,就可以認為界面處的溶解氧濃度 等于在氧分壓條件下的飽和溶解氧濃度值,因此氧轉移過程中的 傳質推動力就可以認為主要是界面上的飽和溶解氧濃度值 與液相主體中的溶解氧濃度值 。
 
    雙膜理論模型的示意圖︰(或稱氧轉移模式圖(雙膜理論))
 
    設液膜厚度為 (此值是極小的),因此在液膜內溶解氧濃度的梯度為︰
 
                 (4)
 
代入式(3),得︰
 
                  (5)
 
式中    ——氧傳遞速率,kgO2/h;
 
       ——氧分子在液膜中的擴散系數,m2/h;
 
      A ——氣、液兩相接觸界面面積,m2;
 
       ——在液膜內溶解氧的濃度梯度,kgO2/m3.m;
 
設液相主體的容積為V(m3),並用其除以上式,則得︰
 
                (6’)
 
                    (6)
 
式中   ——液相主體溶解氧濃度變化速率(或氧轉移速率),kgO2/m3.h;
 
      KL——液膜中氧分子傳質系數,m/h, 。
 
由于氣液界面面積難于計量,一般以氧總轉移系數( )代替 ,則上式改寫為 ︰
 
                                        (7)
 
 式中︰ ——氧總轉移系數,h-1,               (8)
 
    此值表示在曝氣過程中氧的總傳遞性,當傳遞過程中阻力大,則 值低,反之則 值高。
 
 的倒數1/KLa的單位為(h),它所表示的是曝氣池中溶解氧濃度從 提高到Cs所需要的時間。
 
    為了提高dC/dt值,可以從兩方面考慮︰(式(8))
 
1) 提高 值——加強液相主體的紊流程度,降低液膜厚度,加速氣、液界面的更新,增大氣、液接觸面積等。
 
2) 提高Cs值——提高氣相中的氧分壓,如采用純氧曝氣、深井曝氣等。
 
3、氧總轉移系數( )的求定
 
氧總轉移系數( )是計算氧轉移速率的基本參數,一般是通過試驗求得。
 
將式(7)整理,得︰           (9)
 
積分後得︰                (10’)
 
換成的以10為底,則            (10)
 
式中︰C0——當t=0時,液體主體中的溶解氧濃度(mg/l);
 
      Ct——當t=t時,液體主體中的溶解濃度(mg/l);
 
      Cs——是在實際水溫、當地氣壓下溶解氧在液相主體中飽和濃度(mg/l)。
 
由式(10)可見 與t之間存在著直線關系,直線的斜率即為KLa/2.3。
 
測定 值的方法與步驟如下︰
 
1) 向受試清水中投加Na2SO3和CoCl2,以脫除水中的氧;每脫除1mg/L的氧,在理論上需7.9mg/L Na2SO3,但實際投藥量要高出理論值10~20%;CoCl2的投量則以保持Co2+離子濃度不低于1.5mg/L為準,Co2+是催化劑。
 
2) 當水中溶解氧完全脫除後,開始曝氣充氧,一般每隔10分鐘取樣一次,(開始時可以更密集一些),取6~10次,測定水樣的溶解氧;
 
3) 計算 值,繪制 與t之間的關系曲線,直線的斜率即為KLa/2.3。
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