《水污染控制原理》课程教学资源（实验指导）第4章 传质及曝气

第四章传质及曝气对实验的指导4.1曦气设备充氧能力理论基础曝气设备是为了充氧。应具有下列三种功能：(a)产生并维持有效的气水接触作用，并且在水中由于生物氧化作用不断消耗氧气的情况下，所供给的氧气量足以保持水中的溶解氧浓度不变：(b)在曝气区内产生足够的混合作用和水的循环流动：(c)维持液体的足够速度毗使水中生物固体处于悬浮状态。由4-8可得M。=Noa=K,a(o-p.)(4-1)式中，Mo为传氧速率，即在单位时间内，单位容积水中所传递的氧气量，单位为摩尔／体积·时间；p*为氧在水中的饱和浓度，P,为水中氧的残余浓度。假定在时刻t，水中的氧气浓度为p，每秒传递进水中的氧气为Mo，则在dt时间内，由于传质所增加的氧量为Modt，这个扩散的氧量使水中的溶解氧浓度增加了dp，因此得dp= K,a(p- p)dtL令P及p,分别代表t-0 及时水中溶解氧的浓度，由上式得[。=I'K,ad积分整Jp.p-p2理后得：gp-Po-K,a(4-1)2,303p"-pr由4-1可绘制图4-1的直线，由直线的斜率求出KLa，此值应为一个平均值，反应了试验下的水中不同点的KLa变化。a191eKra斜率=302.303图4-12Ka的计算但是，同一曝气设备的KLa值和饱和的溶解氧浓度p随水质和温度变化，故一般规定在0.11

1 第四章 传质及曝气对实验的指导 4.1 曝气设备充氧能力理论基础 曝气设备是为了充氧。应具有下列三种功能： (a)产生并维持有效的气水接触作用，并且在水中由于生物氧化作用不断消耗氧气的情况下， 所供给的氧气量足以保持水中的溶解氧浓度不变； (b)在曝气区内产生足够的混合作用和水的循环流动； (c)维持液体的足够速度眦使水中生物固体处于悬浮状态。 由 4-8 可得 ( ) MO = NO = KL a  −  b  a （4-1） 式中，M0 为传氧速率，即在单位时间内，单位容积水中所传递的氧气量，单位为摩尔／体积·时 间；   为氧在水中的饱和浓度，  b 为水中氧的残余浓度。 假定在时刻 t，水中的氧气浓度为  ，每秒传递进水中的氧气为 M0，则在 dt 时间内，由于传 质 所 增加 的氧 量为 Modt ，这 个 扩散 的氧 量使 水中 的溶 解 氧浓 度增 加了 d ，因此得 d K a( )dt  = L  −   令  0 及  t 分别代表 t=0 及 t=t 时水中溶解氧的浓度，由上式得 K adt d t L i o   = −  0      积分整 理后得： t KL a t 2,303 lg 0 = − −       （4-1） 由 4-1 可绘制图 4-1 的直线，由直线的斜率求出 KLa，此值应为一个平均值，反应了试验下的 水中不同点的 KLa 变化。 但是，同一曝气设备的 KLa 值和饱和的溶解氧浓度   随水质和温度变化，故一般规定在 0.1

MPa大气压下，用溶解氧浓度为0的自来水，并在20℃温度下进行试验，所求得的KLa值称为标准传氧速率，此种试验的条件为标准状态。故同一曝气设备用于实际废水时造成的差异用经验系数表示如下：(K,a) = (K,a)20 ~1.02t-20(4-2)(K,a),=α(K,a),(4-3)(p ),= β(p ),(4-4)式中，t代表摄氏温度；下标w及t分别表示废水及自来水：a表示KLa的水质修正系数；β表示溶解氧浓度o*的修正系数。式（4-60）为Ecken-felder的公式。(dp)=(K,a)标P"(4-5)在标准状态时，4-58可简化为：Mo标(dt)标dp=α(K,a)标(βp*-Pb)(4-6)在实际状态下4-58可写成：Mo实(dt）实α(βp- p,)(dp)=Mo标Mo实(4-7)由式4-63和4-64得：0.(dt）实4.2对实验的指导4.2.1试验测试曦气设备性能对不同型号曝气器的充氧性能进行比较研究，实验组织为清水条件下对曝气器的氧总转移系数、充氧能力、氧的利用率、理论动力效率进行测试，并从实验中得出各种曝气器充氧性能从优到劣排列顺序。4.2.2理论对实验指导①氧总转移系数KI.mdc=Ki(C.-C,).mg/(L·h)di经积分得：(1)InC.-C)=lnC.-K.a在实验中测得K。即为清水中的氧总转移系数，如果水温不同，按下式进行K，的温度变换计算：K1ar=K/a20×1.024r-20(2)K1a20一水温为20℃时氧总转移系数：K..一水温为TC时氧总转移系数：T一实验时水温，℃。实验时的换算结果详见表2内容。②充氧能力N2

2 MPa 大气压下，用溶解氧浓度为 0 的自来水，并在 20℃温度下进行试验，所求得的 KLa 值称为标 准传氧速率，此种试验的条件为标准状态。故同一曝气设备用于实际废水时造成的差异用经验系 数表示如下： ( ) ( ) t 20 20 a 1.02 − = • L KL K a t （4-2） ( ) ( ) L w L t K a =  K a （4-3） ( ) ( ) w t    =   （4-4） 式中，t 代表摄氏温度；下标 w 及 t 分别表示废水及自来水；a 表示 KLa 的水质修正系数；  表示溶解氧浓度   的修正系数。式（4-60）为 Ecken-felder 的公式。 在标准状态时，4-58 可简化为： ( )   =      =   标 标 标 a d O KL dt M （4-5） 在实际状态下 4-58 可写成： ( ) ( ) b a d       = −      =  标 实 O实 KL dt M （4-6） 由式 4-63 和 4-64 得： ( )   −  =      =  d     b 标 实 O实 MO dt M （4-7） 4.2 对实验的指导 4.2.1 试验测试曝气设备性能 对不同型号曝气器的充氧性能进行比较研究，实验组织为清水条件下对曝气器的氧总转移系 数、充氧能力、氧的利用率、理论动力效率进行测试，并从实验中得出各种曝气器充氧性能从优 到劣排列顺序。 4.2.2 理论对实验指导

充氧能力是指某曝气装置在实验体积内单位时间的充氧量（kg/h）：(3)N=0.55K1aV,kg/h③氧的利用率EⅢ氧的利用率是充氧能力占供氧量的百分比。充氧能力N100%,kg/h(4)E供氧量100%=供氧量④动力效率Ep，即每度电的充氧能力II(5)Ep=N/W,kg/(kWh)3

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