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污水处理技术之活性污泥法，氧转移理论及供氧量计算

发布于：2022-09-08 13:12:08 来自：给排水工程/中水处理回用 [复制转发]

本节主要讲解曝气理论基础与曝气系统部分内容，主要包括氧转移理论、氧转移影响因素、氧转移速率与供气量的关系、曝气系统与空气扩散装置。

01 氧转移理论

活性污泥法曝气的氧转移理论，是基于双膜理论提出的，何为双膜？就是在气体和液体接触的表面，存在一层液膜和一层气膜，而氧的传递就是跨越气膜和液膜这两层膜之后到达液相主体中，双膜理论有三个假定条件分别如下所示。

1.气体与液体的界面上存在着两层假想的薄膜：液膜和气膜，这两层膜被认为是停滞不动的，并且对一切传质都具有阻力。不论气体和液体中的紊动大小如何，这两层薄膜都被认为是始终存在的，紊动只能减小薄膜的厚度。

2.气、液两相主体溶解氧浓度均匀，不存在浓度差，氧传递阻力只存在于气膜和液膜中。

3.液膜中起点Cs只能是氧在水中相应温度和压力条件下的饱和浓度。

所以，通过以上双膜理论可以得知，假如人工强化曝气，是能够增强氧传递效率的，因此在活性污泥法处理系统中，曝气或者搅动，就成了保证系统供氧充分的必备手段。

02 氧转移影响因素

氧转移速率分为实际氧转移速率和标准氧转移速率，实际氧转移速率是指曝气器在实际应用的气压和水温条件下，单位时间内向水中传递的氧量；标准氧转移速率是曝气器在标准状态下（也即水温20℃、大气压0.1Mpa），单位时间内向溶解氧浓度为零的水中传递的氧量，又称标准传氧速率，氧转移速率取决于下列因素：

1.气相中氧的分压梯度；

2.液相中氧的浓度梯度；

3.气液之间的接触面积和接触时间

4.水温

5.污水的性质

6.水流的紊流程度

如何提高氧传质措施呢？总结起来有以下四点：

1.增加气液接触面积，可以采用微孔曝气；

2.增加水的紊流程度，可以采用加强搅拌的方法；

3.提高氧的分压梯度，可以采用纯氧曝气的方法；

4.提高供氧压力，可以采用深水曝气的方式。

那在实际应用中，影响氧传质的因素有三类，分别是污水水质、污水水温和氧分压，其中污水中的盐分越大，水温越高，氧分压越低，氧传质越困难。

03 氧转移速率与供气量的关系

在这一部分内容中，需要注意需氧量和供氧量之间的等量关系，需氧量指的是去除每单位质量五日生化需氧量所需要的氧量，其计量单位以kgO2/kgBOD5表示；供氧量指的是去除没单位质量五日生化需氧量所需供应的氧量，其单位以kgO2/kgBOD5表示。在案例计算中，基本就遵循供氧量=需氧量即可。

对于生物反应池中好氧区的需氧量，《室外排水设计规范》6.8.2是这样规定的：生物反应池中好氧区的污水需氧量，根据去除的五日生化需氧量、氨氮硝化和除氮等要求，宜按下列公式计算：

▲秘五版教材公式12-15，参数意义见秘五P240

本公式一共分为4部分，每部分指代的含义如下所示。

1.第一部分指的是去除含碳污染物的需氧量；

2.第二部分指的是剩余污泥氧当量；

3.第三部分指的是氧化氨氮需氧量；

4.第四部分指的是反硝化脱氮回收的氧量。

所以，如果案例计算题目当中，问及仅去除碳源时，则是①+②；问及去除碳源和硝化时，则是①+②+③；问及去除碳源和反硝化时，则是①+②+③+④。

对于需氧量计算，除了上式这种精确算法之外，还有一种估算方法，就是根据《室外排水设计规范》6.6.7条规定：生物反应池中的好氧区（池），采用鼓风曝气器时，处理每立方米污水的供气量不应小于3m3.好氧区采用机械曝气器时，混合全池污水所需功率不宜小于25w/m3；氧化沟不宜小于15w/m3。缺氧区（池）、厌氧区（池）应采用机械搅拌，混合功率宜采用2~8w/m3。机械搅拌器布置的间距、位置，应根据试验资料确定。

对于生物反应池中好氧区的供氧量，分为实际供氧量和理论供氧量，对于上述计算需氧量对应的是好氧生物氧化法的实际供氧量，但是在实际进行风机选型时，风机的供氧量都是按照理论供氧量计算，详见《室外排水设计规范》6.8.3条。所以需要把实际供氧量转化为理论供氧量，两者之间的换算公式如下所示。