当代给水与废水处理原理（第二版）第4章b.pptVIP

第四章　　传质及曝气 　4－5 气泡的传质性能 1.气泡界面的氧气浓度 水与空气界面的浓度为氧气的分压Pb与亨利常数H相乘的结果。这个浓度也就是氧气在水中的饱和浓度，用ρ*表示。 饱和浓度是随着水温,水中溶解固体含量和氧气分压的变化而变化的。 一般书中所查到的氧在水中的饱和浓度是指纯水在0.1MPa大气压下，与含21%的干空气平衡时的数值，如表４－８所示： 当气泡淹没水中时，其界面浓度由于同时受到温度，水中溶质浓度和压力三个因素变化的影响，其数值与表4－8所列的必然不同。 其中压力的情况较复杂，这包括三个方面： (1)当地的大气压力不是0.1MPa (2)空气气泡中含有饱和蒸汽的分压 (3)淹没水深所产生的水柱压力 2.气泡在水中的上升速度 气泡在水中的上升速度大致可以分3个区： 当Re1时，可用stokes公式计算上升速度， 当Re=1～300左右，水对气泡上升的阻力随Re的增加而减小， 当Re=300～4000时，水的阻力随Re的增加而增加，因此计算公式应为不同的形式 Re在300～4000范围内，一般推荐用Ｍendelson公式计算： 　　　　　　　　　　 式中: vb为气泡上升速度，单位为cm/s； σ为水的表面张力，纯水在20℃时为72.75dyn/cm； db为空气泡直径，单位为cm； g为重力加速度，为981cm/s2; ρ1为水的密度，单位为g/cm3。 3.气泡的传质系数 气泡在水中的传质系数k1可以根据一些有关传质的相似准数的相关关系求出来。 在Re1时： Re=10～100时： Re=100～1000时： Re1000时： 4.氧气的利用效率 当含有n0mol氧气的气泡从水内上升到水面时，由于氧气传递进水中使气泡中的氧气减少nsmol，则氧气的利用效率定义为： 鼓泡曝气设备的氧气利用率一般都低于20%。 4－6 鼓风曝气 鼓风曝气是指藉用扩散板或扩散管在水中引入空气来产生曝气作用。 水中气泡的大小是不均匀的，并有由几个小气泡合并成一个大气泡的趋向。 下面以平均气泡来进行分析： 平均气泡的直径为db。db 与曝气中单位容积液体中所含气泡表面积a的关系可以推导如下： 如图所示： 曝气池容积为V(单位为cm3)，吹入空气的流量为Qs(单位为cm3),池底空气以直径db的气泡进入水中，并以速度为vbcm/s直线上升，水深为h cm,单个气泡的体积为 　　　　每秒 钟的进气量为Qg , 故每秒钟可在整个池子内产生　　　　　个气泡。 但气泡从进入池底到浮升至水面需要tc=h/vb秒时间，在tc秒时间内所进入池子中的全部气泡才能把整个水深h充满。 也就是说，池中共有个　　　　　　　气泡， 具有表面积　　　　　　　， 因此，得单位容积液体中的气泡面积为: 即式4－７５： 式中: 　　　　　　　　　　 这样的鼓风装置，在曝气池内没有机械搅拌设备，因此，称为非搅拌设备。以别于搅拌式鼓风系统。 未经搅拌的气泡，氧气传质系数KL 较低，一般在0.05cm/s以下。 经搅拌后的气泡，其KL值可达0.073～0.34cm/s。 由气泡所得到的比表面积乘以适当的传质系数值，即得到曝气的总传质系数KLa， 另外，再加上给定的气泡界面氧气浓度ρ*和池内应保持的氧气浓度ρb，即可按公式计算出单位时间内气泡在单位体积水中所传递的氧气量，这也就是生物氧化所需的氧气量。因（ρ* － ρb ）是传氧的推动力，因此，就它本身而言，其值越大越好。由于ρ*值已经被亨利定律固定，余下的只好要求ρb值小。 但是，若取ρb为2mg/L