《水污染控制原理》课程教学课件（案例PPT）第4案例 氧传质动力学的应用

G武汉理工大学研究生精品课程水污染控制原理环境工程学硕学位课主讲人：方继敏

武汉理工大学研究生精品课程 水污染控制原理 环境工程学硕学位课 主讲人：方继敏

水污染控制原理第4案例氧传质动力学的应用主讲人：方继敏E-mail: 196379@163.com

第4案例 氧传质动力学的应用 主讲人：方继敏 E-mail：196379@163.com 水污染控制原理

水污染控制原理主要内容：传质过程动力学，水中氧传质过程，实验得到总传质系数重点：传质过程动力学

水污染控制原理 ⚫ 主要内容： 传质过程动力学，水中氧传质过程，实验得到总传质系数 ⚫ 重点： 传质过程动力学

第一节Fick扩散定律水污染控制原理1、传质与扩散物质从一相传递到另一相的过程称为传质过程，曝气过程中空气或纯氧中的氧从气相传递到液相中，亦是个传质过程，传质过程主要借助于扩散过程完成。扩散过程的推动力是扩散面两侧物质存在着浓度差，使得物质分子由浓度较高一侧向着较低一侧扩散。2、Fick扩散定律dCVd =-D(4-1)dt式中：V.为物质的扩散速率；D为扩散系数

第一节 Fick扩散定律 水污染控制原理 1、传质与扩散 物质从一相传递到另一相的过程称为传质过程，曝气过程中空气或纯氧 中的氧从气相传递到液相中，亦是个传质过程，传质过程主要借助于扩散过 程完成。 扩散过程的推动力是扩散面两侧物质存在着浓度差，使得物质分子由浓 度较高一侧向着较低一侧扩散。 2、Fick扩散定律 (4-1) 式中：Vd为物质的扩散速率； D为扩散系数 dt dC vd = −D

第一节Fick扩散定律水污染控制原理dM/dt(4-2)将式4-1中V.写成：VaAdM/dtdc即：D(4-3)AdxdMdc所以：-DA(4-4)dXdt式中：M为时间t内通过界面扩散的物质数量；A为界面面积

第一节 Fick扩散定律 水污染控制原理 将式4-1中Vd写成： (4-2) A dM dt vd = 即： (4-3) X C D A M d d - d dt = 所以： (4-4) X C DA M d d - dt d = 式中：M为时间t内通过界面扩散的物质数量； A为界面面积

InterfaceTurbulant flowTurbulent flow-.第二节双膜理论Transterpeeogeaaooo双膜理论：AGasphaseLiquidphase(bulk)(bulk)81tgG曝气充氧过程中气体分子从气相转移cGasLiquid..到液相，必须经过气液两相界面，界面两:filmfiln(a)侧存在着气膜和液膜，氧通过这两层膜的ImerfaceTurbulemnowTurbulentflow...传递过程用双膜理论来解释。icTranster双膜理论由Lewis和Whitman在1924enGGas phaseLiquid phase年创立。(bulik)"g81(bulk)Pp*a***GasLiquidfilmfilmths图5-2双膜理论示意图

第二节 双膜理论 水污染控制原理 双膜理论： 曝气充氧过程中气体分子从气相转移 到液相，必须经过气液两相界面，界面两 侧存在着气膜和液膜，氧通过这两层膜的 传递过程用双膜理论来解释。 双膜理论由Lewis和Whitman在1924 年创立。 图5-2 双膜理论示意图

第三节氧传质过程水污染控制原理1、氧的传质系数KLa因为氧的溶解度较小，故传质阻力主要在于液膜，可以认为气相主体与界面之间的氧分压差值很小，同时因为液膜厚度很小，C与C之间可按直线变化考虑，即：dcCi - C(4-5)dtSL将式4-5代入式4-4中，可得：dMdcCi - C-DADA(4-6)dxdtoL设液相主体的体积为V，用式4-6除以V，并用Ka代表系数，得：dc=KLa(Ci-C)(4-7)dt

第三节 氧传质过程 水污染控制原理 因为氧的溶解度较小，故传质阻力主要在于液膜，可以认为气相主体与 界面之间的氧分压差值很小，同时因为液膜厚度很小，Ci与C之间可按直线变 化考虑，即： (4-5) 将式4-5代入式4-4中，可得： (4-6) 设液相主体的体积为V，用式4-6除以V，并用KLa代表系数，得： (4-7) L Ci C dt dC  − − = L Ci C d d - dt d  − = = DA X C DA M ( ) dt d K a C C C = L i − 1、氧的传质系数KLa

第三节氧传质过程水污染控制原理KLa= KI即总传质系数为(4-8)溶解氧浓度用p表示，饱和溶解氧浓度用ps.表示，式4-7可表示为dp。 = KLa(pso - P)(4-9)dt从上式可以看出，为了提高氧转移速率，有以下方式：1.提高Ka值：增加液体紊动、减小液膜厚度、更换气水界面、使气泡变小，增加气水接触面积：2.提高值pso：设法增加大气中的氧分压，如：纯氧曝气、富氧曝气、深水曝气

第三节 氧传质过程 水污染控制原理 即总传质系数为 (4-8) 溶解氧浓度用ρo表示，饱和溶解氧浓度用ρso表示，式4-7可表示为 (4-9) 从上式可以看出，为了提高氧转移速率，有以下方式： 1.提高KLa值：增加液体紊动、减小液膜厚度、更换气水界面、使气泡变 小，增加气水接触面积； 2.提高值ρso ：设法增加大气中的氧分压，如：纯氧曝气、富氧曝气、深 水曝气 ( ) dt d o o o    = K La s − V A K La = K L

第三节氧传质过程水污染控制原理2、清水中氧的K，的测定方法：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钻作为催化剂。然后测出复氧过程，计算总传质系数K，和氧的传递速率。步骤：一边曝气，一边加入Na2SO3（同时利用CoCl,作催化剂）进行还原反应，当溶解氧浓度逐渐趋近于零时，开始计时并测定水中溶解氧浓度

第三节 氧传质过程 水污染控制原理 2、清水中氧的KLa的测定 方法：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。 步骤：一边曝气，一边加入Na2SO3（同时利用CoCl2作催化剂）进行还 原反应，当溶解氧浓度逐渐趋近于零时，开始计时并测定水中溶解氧浓度

第三节氧传质过程水污染控制原理2、清水中氧的K的测定对P。= Kia(P- p。）积分可得dt(4-10)In(pso- p。) = ln pso - KLa · t以t，ln(pso-P。)为变量，利用测得的数据得到一直线，斜率即为KLa。也可用半对数线求Kla值

第三节 氧传质过程 水污染控制原理 2、清水中氧的Kla的测定 对 积分可得 (4-10) 以t，ln(ρso-ρo )为变量，利用测得的数据得到一直线，斜率即为KLa。也可 用半对数线求KLa值。 ( ) dt d o o o    = K La s − K t so o so La ln( −  ) = ln  − 