第七讲曝气原理和曝气设备
李春杰
曝气原理
曝气系统的计算方法
曝气设备
曝气池
双膜理论
浅层理论
表面更新理论
目前工程和理论上应用较多的为双膜理论。
对流扩散分子扩散对流扩散
CL
气膜液膜
氧转移的双膜理论
P
g
yg
Pi
yl
Ci=Cs
层流
紊流
边界层
Pi
层流
P≈
气相主体
液相主体
紊流
g
在气液界面存在着处于层流状态的气膜和液膜，在其外侧则分别为处于紊流状态的气相主体和液相主体。气体分子以分子扩散方式从气相主体通过气膜和液膜传递到液相主体。
由于气液两相主体均处于紊流状态，其中物质浓度基本上是均匀的，不存在浓度差，也不存在传质阻力，气体分子从气相主体传递到液相主体，阻力仅存在于气、液层流膜中。
在气膜中存在氧的分压梯度，在液膜中存在氧的浓度梯度，它们是氧转移的推动力。
氧难溶于水，因此氧转移的决定性阻力又集中在液膜
上，因此氧分子通过液膜是氧转移过程的控制步骤。
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(Cs)与液相主体中的溶
解氧浓度值(CL)之差。
Cs：与气相主体中氧分压相当的饱和溶解氧浓
度；
CL：液相主体中所要求的溶解氧浓度
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。
式中：Vd——物质的扩散速率，单位时间、单位断面上通过的物质数量
DL——扩散系数
为浓度梯度，即单位长度内浓度的变化值。
Fick定律
设液膜厚度为Xf（该值极低），则在液膜溶解氧浓度梯度为
代入得
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
dM
因此-
进一步可得
KL为液膜中氧分子传质系数，m/h
则前式可改写成
由于A值难测，通常项用KLa总的传质系数（h-1）
因此
（1）提高KLa：加强液相主体紊流，加速气液界面更新，增大气液接触面积、降低液膜厚度；
e（2）提高Cs：提高气相中氧分压，如纯氧曝气、深井曝气。
最通用的方法是用还原剂亚硫酸钠消氧。为了加快消氧过程可用氯化钴作为催化剂。然后测出复氧过程，计算总传质系数KLa和氧的传递速率。
还原1mg氧需7.9mg的亚硫酸钠。当水温为20℃时，氧的饱和浓度约为9mg／L，消氧的亚硫酸钠用量约为71mg/L，但根据经验，实用量为100mg／L，过量约50％。催化剂氯化钴的用量按Co2＋浓度0.5mg／L计算。
当溶解氧浓度逐渐趋近于零后，由于曝气设备的充氧，水中的溶解氧会逐渐上升，按一定的时间间隔测定溶解氧浓度，可以取得一系列的溶解氧浓度随时间变化的数据。
或根据下式，可求得总的传质系数：
ln(Cs-C)=lnCs-KLa.t
作dC/dt~C直线斜率为KLa
标准氧转移速率与实际氧转移速率
标准氧转移速率：指脱氧清水在20°C和1标准大
气压条件下测得的氧转移速率，一般以R0表示
（kgO2/h）；
实际氧转移速率：以城市废水或工业废水为对象，按当地实际情况（指水温、气压等）进行测定，所得到的为实际氧转移速率，以R表示，单位为kgO2/h。
影响饱和溶解氧浓度Cs水温升高，Cs值会下降;
影响饱和DO浓度 鼓风曝气系统中Csm的计算
影响氧总转移系数KLaKLaw=α.KLa
影响饱和溶解氧浓度CsCsw=β.Cs影响氧总转移系数KLaKLa(T)=KLa(20)
水质
l水温
l气压
α=0.8~0.85β=0.9~0.97
×1.024(T-20)
影响氧转移速率的主要因素
反之，则升高。
O从曝气池逸出气体中含氧量的百分率，%；
Pb——安装曝气装置处的绝对压力，可以按下式计算：
Pb=