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曝气的原理、方法与设备 一、曝气的原理与理论基础 在活性污泥法中，曝气的作用主要有： ① 充氧：向活性污泥中的微生物提供溶解氧，满足其在生长和代谢过程中所需的氧量。 ② 搅动混合：使活性污泥在曝气池内处于悬浮状态，与废水充分接触。 1、Fick定律 通过曝气，空气中的氧，从气相传递到混合液的液相中，这实际上是一个物质扩散过程，即气相中的氧通过气液界面扩散到液相主体中。所以，它应该服从扩散过程的基本定律——Fick定律。 Fick定律认为：扩散过程的推动力是物质在界面两侧的浓度差，物质的分子会从浓度高的一侧向浓度低的一侧扩散、转移。 即 (1) 式中： ——物质的扩散速率，即在单位时间内单位断面上通过的物质数； ——扩散系数，表示物质在某种介质中的扩散能力，主要取决于扩散物质和介质的特性及温度； ——物质浓度； ——扩散过程的长度 ——浓度梯度，即单位长度内的浓度变化值。 式（1）表明，物质的扩散速率与浓度梯度呈正比关系。 如果以M表示在单位时间t内通过界面扩散的物质数量，以A表示界面面积，则有： (2) 代入（1）式，得： (3) 2、双膜理论： 对于气体分子通过气液界面的传递理论，在废水生物处理界被普遍接受的是Lewis Whitman于1923年建立的“双膜理论”。 双膜理论认为： 1) 当气、液面相接触并作相对运动时，接触界面的两侧，存在着气体与液体的边界层，即气膜和液膜； 2) 气膜和液膜内相对运动的速度属于层流，而在其外的两相体系中则均为紊流； 3) 氧的转移是通过气、液膜进行的分子扩散和在膜外的对流扩散完成； 4) 对于难溶于水的氧来说，分子扩散的阻力大于对流扩散，传质的阻力主要集中在液膜上； 5) 在气膜中存在着氧分压梯度，而液膜中同样也存在着氧的浓度梯度，由此形成了氧转移的推动力； 6) 实际上，在气膜中，氧分子的传递动力很小，即气相主体与界面之间的氧分压差值很低，一般可认为。这样，就可以认为界面处的溶解氧浓度等于在氧分压条件下的饱和溶解氧浓度值，因此氧转移过程中的传质推动力就可以认为主要是界面上的饱和溶解氧浓度值与液相主体中的溶解氧浓度值。 双膜理论模型的示意图：(或称氧转移模式图（双膜理论）) 设液膜厚度为（此值是极小的），因此在液膜内溶解氧浓度的梯度为： （4） 代入式（3），得： （5） 式中 ——氧传递速率，kgO2/h； ——氧分子在液膜中的扩散系数，m2/h； A ——气、液两相接触界面面积，m2； ——在液膜内溶解氧的浓度梯度，kgO2/m3.m； 设液相主体的容积为V(m3)，并用其除以上式，则得： （6’） （6） 式中 ——液相主体溶解氧浓度变化速率（或氧转移速率），kgO2/m3.h； KL——液膜中氧分子传质系数，m/h，。 由于气液界面面积难于计量，一般以氧总转移系数（）代替，则上式改写为 ： （7） 式中：——氧总转移系数，h-1， （8） 此值表示在曝气过程中氧的总传递性，当传递过程中阻力大，则值低，反之则值高。 的倒数1/KLa的单位为（h），它所表示的是曝气池中溶解氧浓度从提高到Cs所需要的时间。 为了提高dC/dt值，可以从两方面考虑：（式（8）） 1) 提高值——加强液相主体的紊流程度，降低液膜厚度，加速气、液界面的更新，增大气、液接触面积等。 2) 提高Cs值——提高气相中的氧分压，如采用纯氧曝气、深井曝气等。 3、氧总转移系数（）的求定 氧总转移系数（）是计算氧转移速率的基本参数，一般是通过试验求得。 将式（7）整理，得： （9） 积分后得： （10’） 换成的以10为底，则 (10) 式中：C0——当t=0时，液体主体中的溶解氧浓度(mg/l)； Ct——当t=t时，液体主体中的溶解浓度(mg/l)； Cs——是在实际水温、当地气压下溶解氧在液相主体中饱和浓度(mg/l)。 由式（10）可见与t之间存在着直线关系，直线的斜率即为KLa/2.3。 测定值的方法与步骤如下： 1)