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曝气氧传质理论概述
摘要:气泡曝气过程中氧传质对于好氧生物处理有着十分重要的意义。本文主要综述了曝气氧传质的基础理论及几种理论模型。
关键词:曝气氧传质;氧传质理论概念;理论模型
中图分类号: 文献标识码:A
前言
曝气是废水好氧生物处理工艺的基本过程,也是动力消耗的主要环节, 约占动力成本的45%~75%[1,2]。曝气的主要方式包括气泡曝气和表面曝气,传统的气泡曝气根据气泡尺寸可以分为大气泡曝气和小气泡曝气[3]。曝气的主要目的之一是为微生物去除污染物提供溶解氧,因此,提高曝气中的氧传质速率对于降低曝气动力消耗具有重要意义。
1 绪论
活性污泥法曝气基本物理化学模型就是三相流模型,它有三个基本要素,一是引起吸附和氧化分解作用的微生物,也就是活性污泥颗粒(固相);二是废水中的有机物和溶解氧(液相);三是溶解氧的主要来源,水中的微气泡(气相)。没有充足的溶解氧,好氧微生物就不能发挥好好氧性氧化分解作用
2曝气氧传质的原理

在一个含有两种或两种以上组分的体系中,如果存在浓度梯度,则每一种组分都有向低浓度方向转移的趋势。物质由高浓度方向向低浓度方向转移的过程称为质量传递(mass transfer)过程,简称为传质。
传质的本质是由于某种推动力所引起的物质分子或流体微元的运动。传质包括了分子扩散,也包括了由于对流现象、甚至更简单的混合作用所产生的物质迁移。但不同于物质的输送,如管道输送流体,则不能称为传质。
传质可分为四个方面的内容[4]在静止介质中的分子扩散,在层流流体中的分子扩散,在自由紊动液流中的旋涡扩散以及两相间的传质。在实际的应用中,越过相界面的相间传质现象有更重要的作用。
在废水的需氧生物处理方法中,曝气工艺应具有如下功制[5]:
(1)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,所供给的氧量足以保持水中的溶解氧保持不变;
(2)在曝气区内产生足够的混合作用和水的循环流型;
(3)维持液体的足够速度以使水中生物固体处于悬浮状态。

(1)单膜理论[6]
假定气体沿水表面流过,水气蒸发进气流内,在气液两相的交界处,流速应接近于零。这相当于两相界面是一个固定的表面,而在这个表面附近的厚度内,可以假定是一层静止的膜。界面处气体的浓度为Ci,膜边界处气体的浓度为Cb由于膜是静止的,膜内只能靠分子扩散来传递物质。。这就是Nemst提出的膜因为膜很薄,膜内部浓度变化可以视为线性的。膜内侧液体中气体的浓度Cb是不变的,称为主体浓度(bulk concentration)。主体浓度也就是实际能够量测出来度变化是假设存在的,同时也是无法量测的。膜的厚度也只能通过理论公式计算得出。动量及热量在两相界面间的传递理论也都建立了类似的膜的概念,计算这些膜厚度的公式形式虽然相似,但是计算所得的数值是不等的。
(2)双膜理论
双膜理论观点是认为在气液界面存在着二层膜(即气膜和液膜)的物理模型。这层薄膜使气体分子从一相进入另一相时形成了阻力[7]。不管搅拌混合有多大程度,气膜和液膜被认为总是存在的,但搅拌可以减小液膜的厚度。由扩散发生的转移慢