2008年環(huán)保工程師知識(shí)講座一講義精選(十八)

　　2.1.7曝氣池的需氧量與供氧量

　　1、曝氣池的需氧量

　　需氧量是指廢水實(shí)際取得的氧量。吸氧與供氧之間存在著一個(gè)轉(zhuǎn)移效率問(wèn)題。所供給的氧量?jī)H有一部分被混合液吸收。曝氣池中的好氧微生物為了完成有機(jī)物的降解轉(zhuǎn)化作用，必須有足夠量的溶解氧的參與，其需氧量有兩種計(jì)算方法：

　?、艑⒑醚跷⑸锼璧难趿糠譃閮刹糠郑次⑸飳?duì)有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行分解代謝和微生物本身的內(nèi)源呼吸過(guò)程所需要的氧，這兩部分需氧量之和即為生物處理所需的氧量：

　?、茝奈鬯械腂OD5和每日排放的剩余污泥量來(lái)進(jìn)行估算。假設(shè)所去除的BOD5最后都轉(zhuǎn)變成最終產(chǎn)物，總需氧量可由BODu來(lái)計(jì)算(BODu是總碳氧化需氧量)，由于部分BOD5轉(zhuǎn)變?yōu)槭Ｓ辔勰嘀械男录?xì)胞，所以剩余污泥中的BODu必須從總需氧量中扣除，需氧量公式為：

　　當(dāng)生物處理去除含碳有機(jī)物時(shí)，需氧量以上述兩種方法計(jì)算即可，而當(dāng)生物處理既要求去除含碳有機(jī)物又要求除氮時(shí)，需氧量應(yīng)加上除氮所需的氧量。

　　2、曝氣池的供氧量

　　單位時(shí)間內(nèi)曝氣設(shè)備供給曝氣池混合液的氧量稱為供氧量。供氧量只有一部分直接轉(zhuǎn)移到廢水中去，稱為吸氧量。在曝氣池中，氧是通過(guò)空氣在混合液中擴(kuò)散轉(zhuǎn)移到水中，成為溶解氧后，才被微生物細(xì)胞利用。

　　⑴氧轉(zhuǎn)移的基本原理

　　根據(jù)氣體傳遞雙膜理論，可以計(jì)算出曝氣池內(nèi)清水中氣泡內(nèi)的氧轉(zhuǎn)移到水中的速率，通過(guò)曝氣，空氣中的氧從氣相傳遞到混合液的液相中，這既是一個(gè)傳質(zhì)過(guò)程，又是一個(gè)物質(zhì)擴(kuò)散過(guò)程，擴(kuò)散的推動(dòng)力是氧在界面兩側(cè)的濃度差，即氧的不足量或飽和差，飽和差越大，氧轉(zhuǎn)移速率就越大。

　　⑵影響氧轉(zhuǎn)移的因素

　　在供氧量和吸氧量之間存在著轉(zhuǎn)移效率。廢水實(shí)際所吸收的氧量有多種影響因素：

　　①水溫

　　水溫不僅會(huì)影響飽和溶解氧的濃度，而且還影響流體的黏滯度，從而影響氧的總轉(zhuǎn)移系數(shù) ，

　　式中 是溫度為T℃時(shí)氧的總轉(zhuǎn)移系數(shù)， 是溫度為20℃時(shí)氧的總轉(zhuǎn)移系數(shù)， 為溫度系數(shù)，其取值范圍為1.008～1.047，一般取值1.024。

　?、谌芤旱男再|(zhì)及其所含組分對(duì)氧的溶解度和氧的轉(zhuǎn)移都有直接的影響，如污水中的表面活性劑等有機(jī)組分及無(wú)機(jī)組分都會(huì)影響氧的飽和溶解度。

　　③分壓力對(duì)氧的飽和溶解度有一定的影響，當(dāng)氧的分壓力降低時(shí)，氧的飽和溶解度也降低，在壓力不是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的地區(qū)，應(yīng)使用修正系數(shù) 進(jìn)行修正。

　?、芷貧庋b置的攪拌混合強(qiáng)度對(duì)氧的總轉(zhuǎn)移系數(shù) 有影響，強(qiáng)的混合程度不但會(huì)使液膜的厚度減小從而使氧的總轉(zhuǎn)移系數(shù)增大而且還使氣泡直徑減小，增加了氣液交界的面積，有利于氧的轉(zhuǎn)移，所以攪拌混合強(qiáng)度越大， 越大。

　?、菟顚?duì)溶解氧濃度的影響

　　在鼓風(fēng)曝氣池內(nèi)，增加擴(kuò)散器的裝設(shè)濃度，形成的氣泡中氧的分壓力增大，所以氧的飽和溶解度亦增大，安裝在池底的空氣擴(kuò)散裝置出口處的氧分壓最大，因此氧的飽和溶解濃度也最大。曝氣池中的飽和溶解氧濃度應(yīng)該是擴(kuò)散裝置出口處和混合液表面兩處的飽和溶解氧濃度的平均值。

　?、枪┭趿坑?jì)算

　　實(shí)際曝氣池中的氧轉(zhuǎn)移量的計(jì)算法有以下幾種：

　?、傺蹀D(zhuǎn)移量法

　　供氧量的計(jì)算是為了讓我們更好地選擇和設(shè)計(jì)合適的曝氣系統(tǒng)，以滿足生化反應(yīng)的需氧量，但為了產(chǎn)品的適應(yīng)面，生產(chǎn)廠家提供的空氣擴(kuò)散裝置的氧傳遞參數(shù)是在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)定的，所謂標(biāo)準(zhǔn)條件是指一個(gè)大氣壓和20℃的脫氧清水中測(cè)定試驗(yàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，曝氣裝置在混合液中的氧的總轉(zhuǎn)移系數(shù)，均與在清水中不同，應(yīng)該用公式將實(shí)際傳氧速率換算成標(biāo)準(zhǔn)傳氧速率。

　　供氧量S=0.28GS，

　　而供氣量 其中 是曝氣器的氧利用率，用公式 計(jì)算。

　?、诮?jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法

　　根據(jù)國(guó)內(nèi)污水廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)曝氣池水深為2.5～3.5m時(shí)，去除1kgBOD5所需的供氧量為：

　　穿孔管曝氣時(shí)：80～140m3(空氣)/kg(BOD5)

　　擴(kuò)散板曝氣時(shí)：40～70m3(空氣)/kg(BOD5)

　?、劭諝饫寐视?jì)算法

　　1 m3空氣中含氧209.4L，在100kPa的壓力和溫度為0℃時(shí)及20℃時(shí)，1m3空氣質(zhì)量分別為1294g和1221g，含氧量分別為300g和280g。按去除1kg的BOD5需氧1kg計(jì)算，需空氣量分別為3.33 m3和3.57 m3，氣泡曝氣時(shí)氧的利用率一般為5%～10%，(穿孔管取低值，擴(kuò)散板取高值)，因此當(dāng)氧的利用率為5%，去除1kg的BOD5需空氣72 m3(20℃)，當(dāng)氧的利用率為10%時(shí)，供空氣量為36m3(20℃)。

　　例題2：某漂染廢水處理站，有兩座完全混合式曝氣池，每座容積為350 m3，污泥質(zhì)量濃度為4000mg/L。處理廢水量為5000 m3/d，最大時(shí)變化系數(shù)為1.3。進(jìn)水平均BOD5為250 mg/L，水溫為30℃，要求BOD5去除90%，求需氧量。

　　解：

　　根據(jù)教材136頁(yè)需氧量計(jì)算公式取 =0.6， =0.07，

　　根據(jù)題意，需要去除BOD5的量為：5000×0.25×90%=1125kg/d

　　則每座池子去除的BOD5量為562.5kg，

　　根據(jù)需氧量公式計(jì)算每座池子平均需氧量為：

　　(kg/h)

　　例題3：某城鎮(zhèn)污水量Q為10000 m3/d，進(jìn)水BOD5 為150 mg/L，要求去除率為90%，有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)為： =2000 mg/L，C=2 mg/L，設(shè)計(jì)水溫T為25℃, =0.5， =0.1， EA=10%，曝氣池容積V為3000 m3，擴(kuò)散設(shè)備的安裝水深為4.5m，計(jì)算鼓風(fēng)曝氣時(shí)供氣量。

　　解：⑴求需氧量

　　計(jì)算方法同例題2，將各參數(shù)代入公式可得需氧量為： ⑵計(jì)算鼓風(fēng)曝氣池中平均溶解氧值

　?、傧惹罂諝忉尫劈c(diǎn)處的絕對(duì)空氣壓力 將參數(shù)值代入教材140頁(yè)(2-2-60)公式得：

　　= ②據(jù)公式(2-2-61)求空氣逸出池面時(shí)氣體中氧的百分?jǐn)?shù) ③查出20℃及25℃時(shí)氧的飽和度分別為9.2 mg/L和8.4 mg/L，將各值代入公式(2-2-59)得 =9.88 mg/L

　?、歉鶕?jù)公式(2-2-64)換算成20℃時(shí)脫氧清水的需氣量 則 = 供氣量 按公式(2-2-67)計(jì)算：

　　3、曝氣方法及曝氣設(shè)備的選擇與計(jì)算

　?、牌貧夥椒ㄅc曝氣設(shè)備

　　曝氣設(shè)備是活性污泥法污水處理工藝系統(tǒng)中的重要組成部分，通過(guò)曝氣設(shè)備向曝氣池供氧，同時(shí)曝氣設(shè)備還有混合攪拌的功能，以增強(qiáng)污染物在水處理系統(tǒng)中的傳質(zhì)條件，提高處理效果。曝氣方法主要有以下幾種：

　?、俟娘L(fēng)曝氣

　　鼓風(fēng)曝氣就是利用風(fēng)機(jī)或空壓機(jī)向曝氣池充入一定壓力的空氣，一方面供應(yīng)生化反應(yīng)所需要的氧量，同時(shí)保持混合液懸浮固體均勻混合。擴(kuò)散器是鼓風(fēng)曝氣的關(guān)鍵部件，其作用是將空氣分散成空氣泡，增大氣液接觸界面，將空氣中的氧溶解于水中。曝氣效率取決于氣泡大小、水的虧氧量、氣液接觸時(shí)間和氣泡的壓力等因素。

　　目前常用的空氣擴(kuò)散器主要有：

　　a.微孔擴(kuò)散器;b.中氣泡擴(kuò)散器;c.大氣泡擴(kuò)散器;d.射流擴(kuò)散器;E.固定螺旋擴(kuò)散器。

　　鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)中常用的鼓風(fēng)機(jī)為羅茨鼓風(fēng)機(jī)和離心式風(fēng)機(jī)。羅茨鼓風(fēng)機(jī)在中小型污水廠較為常用，單機(jī)風(fēng)量在80 m3/min以下，缺點(diǎn)是噪聲大，必須采取消音、隔音措施。當(dāng)單機(jī)風(fēng)量大于80 m3/min時(shí)，一般采用離心式鼓風(fēng)機(jī)，噪聲較小，效率較高，適用于大中型污水廠。

　　②機(jī)械曝氣

　　機(jī)械曝氣也稱為表面曝氣，機(jī)械曝氣器大多以裝在曝氣池水面的葉輪快速轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行表層充氧。按轉(zhuǎn)軸方向不同，可分為立式和臥式兩類。常用的立式表面曝氣機(jī)有平板葉輪、倒傘型葉輪和泵型葉輪等，臥式表面曝氣機(jī)有轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)和轉(zhuǎn)盤曝氣機(jī)等。曝氣葉輪的充氧能力和提升能力同葉輪浸沒深度、葉輪的轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)，在適宜的浸深和轉(zhuǎn)速下，葉輪的充氧能力最大，并可保證池內(nèi)污泥濃度和溶解氧濃度均勻。

　　一般而言，機(jī)械曝氣常用于曝氣池較小的場(chǎng)合，可減少動(dòng)力消耗，維護(hù)管理也較方便。鼓風(fēng)曝氣供應(yīng)空氣的伸縮性較大，曝氣效果也較好，一般用于較大的曝氣池。

　?、乒娘L(fēng)曝氣設(shè)備的選擇和計(jì)算

　　鼓風(fēng)曝氣設(shè)備的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：空氣擴(kuò)散器的選擇和布置，空氣管路布置及其計(jì)算，選擇鼓風(fēng)機(jī)并計(jì)算所需的臺(tái)數(shù)。其中擴(kuò)散器按需氧量要求的氧轉(zhuǎn)移量選擇，鼓風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)及管路計(jì)算是根據(jù)供氣量確定的。

　　管路計(jì)算包括：布置管道系統(tǒng)，確定每段最大輸氣量，根據(jù)流量和經(jīng)濟(jì)流速計(jì)算管徑，計(jì)算壓力損失。從鼓風(fēng)機(jī)房到曝氣池上的空氣干管，可按經(jīng)濟(jì)流速為10～15m/s計(jì)算管徑。通向擴(kuò)散設(shè)備的支管，可按空氣流速為4～5m/s計(jì)算管徑?？諝夤艿赖膲毫p失包括摩擦損失和局部損失兩部分。摩擦損失根據(jù)直管長(zhǎng)度及流速按摩擦損失計(jì)算圖進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)必須按管內(nèi)溫度和該段管內(nèi)的壓力進(jìn)行修正。局部損失應(yīng)根據(jù)各配件特征，換算成相應(yīng)的折算長(zhǎng)度，再按摩擦損失計(jì)算圖進(jìn)行計(jì)算，不同管材有不同的壓力損失修正系數(shù)。

　　各配件的折算長(zhǎng)度 ，式中D為配件的直徑，K為折算系數(shù)，見下表：

　　配件名稱等徑直流三通異徑直流三通轉(zhuǎn)彎三通彎頭大小頭球閥角閥閘閥

　　K值0.330.42～0.671.330.4～0.70.1～0.22.00.90.25

　　例題4：已知曝氣池的供氣量 =5040m3/h，鼓風(fēng)機(jī)房至曝氣池干管總長(zhǎng)44m，管段上有彎頭5個(gè)，閘閥2個(gè)，計(jì)算輸氣干管的直徑和壓力損失。

　　解：由于干管上沒有支管，可采用同一管徑，根據(jù) =5040m3/h以及經(jīng)濟(jì)流速 =15m/s，在空氣管管徑計(jì)算簡(jiǎn)圖上，兩點(diǎn)作一條直線，交管徑線于一點(diǎn)，得管徑為350mm。根據(jù)折算公式得配件折長(zhǎng)度為

　　=194×0.284=55.2m

　　所以得到干管的計(jì)算長(zhǎng)度為44+55.2=99.2m，計(jì)算水溫為30℃,管內(nèi)空氣壓力為60kPa，查摩擦損失計(jì)算圖，可得到摩擦損失h=5.3kPa/1000m，則管道的壓力損失為

　　一般希望管道及擴(kuò)散設(shè)備的總壓力損失不大于15kPa,其中管道損失控制在5kPa以內(nèi)。

　　選擇風(fēng)機(jī)的依據(jù)是風(fēng)量和風(fēng)壓，并考慮必需的儲(chǔ)備量。鼓風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)不少于2臺(tái)，其中一臺(tái)備用，以適應(yīng)負(fù)荷的變化。

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