2008年環保工程師知識講座一講義精選(十八)
發布時間：2010-01-14 共1頁
2.1.7曝氣池的需氧量與供氧量
1、曝氣池的需氧量
需氧量是指廢水實際取得的氧量。吸氧與供氧之間存在著一個轉移效率問題。所供給的氧量僅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物的降解轉化作用，必須有足夠量的溶解氧的參與，其需氧量有兩種計算方法：
⑴將好氧微生物所需的氧量分為兩部分，即微生物對有機物質進行分解代謝和微生物本身的內源呼吸過程所需要的氧，這兩部分需氧量之和即為生物處理所需的氧量：
⑵從污水中的BOD5和每日排放的剩余污泥量來進行估算。假設所去除的BOD5最后都轉變成最終產物，總需氧量可由BODu來計算(BODu是總碳氧化需氧量)，由于部分BOD5轉變為剩余污泥中的新細胞，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：
當生物處理去除含碳有機物時，需氧量以上述兩種方法計算即可，而當生物處理既要求去除含碳有機物又要求除氮時，需氧量應加上除氮所需的氧量。
2、曝氣池的供氧量
單位時間內曝氣設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移到廢水中去，稱為吸氧量。在曝氣池中，氧是通過空氣在混合液中擴散轉移到水中，成為溶解氧后，才被微生物細胞利用。
⑴氧轉移的基本原理
根據氣體傳遞雙膜理論，可以計算出曝氣池內清水中氣泡內的氧轉移到水中的速率，通過曝氣，空氣中的氧從氣相傳遞到混合液的液相中，這既是一個傳質過程，又是一個物質擴散過程，擴散的推動力是氧在界面兩側的濃度差，即氧的不足量或飽和差，飽和差越大，氧轉移速率就越大。
⑵影響氧轉移的因素
在供氧量和吸氧量之間存在著轉移效率。廢水實際所吸收的氧量有多種影響因素：
①水溫
水溫不僅會影響飽和溶解氧的濃度，而且還影響流體的黏滯度，從而影響氧的總轉移系數 ，
式中 是溫度為T℃時氧的總轉移系數， 是溫度為20℃時氧的總轉移系數， 為溫度系數，其取值范圍為1.008～1.047，一般取值1.024。
②溶液的性質及其所含組分對氧的溶解度和氧的轉移都有直接的影響，如污水中的表面活性劑等有機組分及無機組分都會影響氧的飽和溶解度。
③分壓力對氧的飽和溶解度有一定的影響，當氧的分壓力降低時，氧的飽和溶解度也降低，在壓力不是標準大氣壓的地區，應使用修正系數 進行修正。
④曝氣裝置的攪拌混合強度對氧的總轉移系數 有影響，強的混合程度不但會使液膜的厚度減小從而使氧的總轉移系數增大而且還使氣泡直徑減小，增加了氣液交界的面積，有利于氧的轉移，所以攪拌混合強度越大， 越大。
⑤水深對溶解氧濃度的影響
在鼓風曝氣池內，增加擴散器的裝設濃度，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該是擴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。
⑶供氧量計算
實際曝氣池中的氧轉移量的計算法有以下幾種：
①氧轉移量法
供氧量的計算是為了讓我們更好地選擇和設計合適的曝氣系統，以滿足生化反應的需氧量，但為了產品的適應面，生產廠家提供的空氣擴散裝置的氧傳遞參數是在標準條件下測定的，所謂標準條件是指一個大氣壓和20℃的脫氧清水中測定試驗。在實際應用中，曝氣裝置在混合液中的氧的總轉移系數，均與在清水中不同，應該用公式將實際傳氧速率換算成標準傳氧速率。
供氧量S=0.28GS，
而供氣量 其中 是曝氣器的氧利用率，用公式 計算。
②經驗數據法
根據國內污水廠的運行經驗，當曝氣池水深為2.5～3.5m時，去除1kgBOD5所需的供氧量為：
穿孔管曝氣時：80～140m3(空氣)/kg(BOD5)
擴散板曝氣時：40～70m3(空氣)/kg(BOD5)
③空氣利用率計算法
1 m3空氣中含氧209.4L，在100kPa的壓力和溫度為0℃時及20℃時，1m3空氣質量分別為1294g和1221g，含氧量分別為300g和280g。按去除1kg的BOD5需氧1kg計算，需空氣量分別為3.33 m3和3.57 m3，氣泡曝氣時氧的利用率一般為5%～10%，(穿孔管取低值，擴散板取高值)，因此當氧的利用率為5%，去除1kg的BOD5需空氣72 m3(20℃)，當氧的利用率為10%時，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，污泥質量濃度為4000mg/L。處理廢水量為5000 m3/d，最大時變化系數為1.3。進水平均BOD5為250 mg/L，水溫為30℃，要求BOD5去除90%，求需氧量。
解：
根據教材136頁需氧量計算公式取 =0.6， =0.07，
根據題意，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，
根據需氧量公式計算每座池子平均需氧量為：
(kg/h)
例題3：某城鎮污水量Q為10000 m3/d，進水BOD5 為150 mg/L，要求去除率為90%，有關設計參數為： =2000 mg/L，C=2 mg/L，設計水溫T為25℃, =0.5， =0.1， EA=10%，曝氣池容積V為3000 m3，擴散設備的安裝水深為4.5m，計算鼓風曝氣時供氣量。
解：⑴求需氧量
計算方法同例題2，將各參數代入公式可得需氧量為： ⑵計算鼓風曝氣池中平均溶解氧值
①先求空氣釋放點處的絕對空氣壓力 將參數值代入教材140頁(2-2-60)公式得：
= ②據公式(2-2-61)求空氣逸出池面時氣體中氧的百分數 ③查出20℃及25℃時氧的飽和度分別為9.2 mg/L和8.4 mg/L，將各值代入公式(2-2-59)得 =9.88 mg/L
⑶根據公式(2-2-64)換算成20℃時脫氧清水的需氣量 則 = 供氣量 按公式(2-2-67)計算：
3、曝氣方法及曝氣設備的選擇與計算
⑴曝氣方法與曝氣設備
曝氣設備是活性污泥法污水處理工藝系統中的重要組成部分，通過曝氣設備向曝氣池供氧，同時曝氣設備還有混合攪拌的功能，以增強污染物在水處理系統中的傳質條件，提高處理效果。曝氣方法主要有以下幾種：
①鼓風曝氣
鼓風曝氣就是利用風機或空壓機向曝氣池充入一定壓力的空氣，一方面供應生化反應所需要的氧量，同時保持混合液懸浮固體均勻混合。擴散器是鼓風曝氣的關鍵部件，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、氣液接觸時間和氣泡的壓力等因素。
目前常用的空氣擴散器主要有：
a.微孔擴散器;b.中氣泡擴散器;c.大氣泡擴散器;d.射流擴散器;E.固定螺旋擴散器。
鼓風曝氣系統中常用的鼓風機為羅茨鼓風機和離心式風機。羅茨鼓風機在中小型污水廠較為常用，單機風量在80 m3/min以下，缺點是噪聲大，必須采取消音、隔音措施。當單機風量大于80 m3/min時，一般采用離心式鼓風機，噪聲較小，效率較高，適用于大中型污水廠。
②機械曝氣
機械曝氣也稱為表面曝氣，機械曝氣器大多以裝在曝氣池水面的葉輪快速轉動，進行表層充氧。按轉軸方向不同，可分為立式和臥式兩類。常用的立式表面曝氣機有平板葉輪、倒傘型葉輪和泵型葉輪等，臥式表面曝氣機有轉刷曝氣機和轉盤曝氣機等。曝氣葉輪的充氧能力和提升能力同葉輪浸沒深度、葉輪的轉速等因素有關，在適宜的浸深和轉速下，葉輪的充氧能力最大，并可保證池內污泥濃度和溶解氧濃度均勻。
一般而言，機械曝氣常用于曝氣池較小的場合，可減少動力消耗，維護管理也較方便。鼓風曝氣供應空氣的伸縮性較大，曝氣效果也較好，一般用于較大的曝氣池。
⑵鼓風曝氣設備的選擇和計算
鼓風曝氣設備的設計內容包括：空氣擴散器的選擇和布置，空氣管路布置及其計算，選擇鼓風機并計算所需的臺數。其中擴散器按需氧量要求的氧轉移量選擇，鼓風機臺數及管路計算是根據供氣量確定的。
管路計算包括：布置管道系統，確定每段最大輸氣量，根據流量和經濟流速計算管徑，計算壓力損失。從鼓風機房到曝氣池上的空氣干管，可按經濟流速為10～15m/s計算管徑。通向擴散設備的支管，可按空氣流速為4～5m/s計算管徑。空氣管道的壓力損失包括摩擦損失和局部損失兩部分。摩擦損失根據直管長度及流速按摩擦損失計算圖進行計算，計算時必須按管內溫度和該段管內的壓力進行修正。局部損失應根據各配件特征，換算成相應的折算長度，再按摩擦損失計算圖進行計算，不同管材有不同的壓力損失修正系數。
各配件的折算長度 ，式中D為配件的直徑，K為折算系數，見下表：
配件名稱等徑直流三通異徑直流三通轉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，鼓風機房至曝氣池干管總長44m，管段上有彎頭5個，閘閥2個，計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 =5040m3/h以及經濟流速 =15m/s，在空氣管管徑計算簡圖上，兩點作一條直線，交管徑線于一點，得管徑為350mm。根據折算公式得配件折長度為
=194×0.284=55.2m
所以得到干管的計算長度為44+55.2=99.2m，計算水溫為30℃,管內空氣壓力為60kPa，查摩擦損失計算圖，可得到摩擦損失h=5.3kPa/1000m，則管道的壓力損失為
一般希望管道及擴散設備的總壓力損失不大于15kPa,其中管道損失控制在5kPa以內。
選擇風機的依據是風量和風壓，并考慮必需的儲備量。鼓風機臺數不少于2臺，其中一臺備用，以適應負荷的變化。
