实验六-曝气充氧实验.doc

实验六曝气充氧实验
一、实验目的
活性污泥法处理过程中曝气设备的作用是使空气、活性污泥和污染物三者充分混合,使活性污泥处于悬浮状态，促使氧气从气相转移到液相，从液相转移到活性污泥上，保证微生物有足够的氧对有机污染物进行氧化降解。由于氧的供给是保证生化处理过程正常进行的主要因素之一,因而需通过实验测定氧的总传递系数KLa，评价曝气设备的供氧能力和动力效率,为合理的选择曝气设备提供理论依据．通过本实验希望达到以下目的:
1、加深理解曝气充氧机理及影响因素；
2、掌握测定曝气设备的氧总传递系数和充氧能力的方法;
3、了解各种测试方法和数据整理的方法。
二、实验原理
所谓曝气就是人为的通过一些设备,加速向水中传递氧的一种过程。现行通过曝气方法主要有三种,即鼓风曝气、机械曝气、鼓风机械曝气。鼓风曝气是将由鼓风机送出的压缩空气通过管道系统送到安装在曝气池池底的空气扩散装置(曝气器),然后以微小气泡的形式逸出,在上升的过程中与混合液接触、扩散，使气泡中氧转移到混合液中支。机械曝气则是利用安装在水面的叶轮的高速转动,剧烈搅动水面,产生水跃,使液面与空气接触的表面不断更新,使空气中的氧转移到混合液中去.曝气的机理可用若干传质理论来加以解释,但水处理界比较公认的是刘易斯(Lewis)于怀特曼(Whitｍaｎ)创建的双膜理论。双膜理论是基于在气液两相界面存在着两层膜（气膜和液膜）的物理模型。它的内容是:在气液两相接触界面两侧存在着气膜和液膜，它们处于层流状态,气体分子从气相主体以分子扩散的方式经过气膜和液膜进入液相主题,氧转移的动力为气膜中的氧分压梯度和液膜中的氧的浓度梯度,传递的阻力存在于气膜和液膜中,而且主要存在于液膜中。如图所示:

双膜理论模型
影响氧转移的因素主要有温度、污水性质、氧分压、水的紊流成都、气液之间接触时间和面积等。
氧转移的基本方程式为

式中-—液相主体中氧转移速度[mｇ/(ｌ·mｉn)]
Cｓ——液膜处报和溶解氧浓度（mg／Ｌ)
C——液相主体中溶解氧浓度(mg/L）
KLa--为氧总转移系数
DL-－氧分子在液膜中的扩散系数
A——气液两相接触界面面积(m２)
Xf-—液膜厚度（m）
V——曝气液体容积（Ｌ）
由于液膜厚度Xｆ及两相接触界面面积很难确定，因而用氧总转移系数KLa值代替。KLａ值与温度、水紊动性、气液接触面面积等有关.它指的是在单位传质动力下,单位时间内向单位曝气液体中充氧量，它是反映氧转移速度的重要指标。

式中:ＫLa—氧总转移系数，l/miｎ;
ｔ、ｔ0—曝气时间,min;
ρ0—曝气开始时烧杯内溶解氧浓度（ｔ0=0时，C0=?ｍｇ/Ｌ),mｇ/L；
ρs—烧杯内溶液饱和溶解氧值,mｇ/L;
ρt—曝气某时刻ｔ时，烧杯内溶液溶解氧浓度,mg／L
评价曝气设备充氧能力的方法有两种:⑴不稳定状态下的曝气试验,即试验过程中溶解氧浓度是变化的,由零增加到饱和浓度;⑵稳定状态下的试验，即试验过程中溶解氧浓度保持不变。本实验仅进行在实验室条件下进行的清水和污水在不稳定状态下的曝气试验.
三、实验设备及仪器
1、实验装置如图

2、卷尺
3、溶解氧测定仪
4、烧杯(10０ｍL)配玻棒
５、计时表
６、无水亚硫酸钠
7、催化剂:氯化钴
８、电子天平
四、实验步骤
1、向模型曝气池注入自来水至曝气叶轮表面稍高处,用卷尺测出模型曝气池内水的高度H(m）和模型曝气池的直径D(m),进而计算出模型曝气池的容积（Ｖ，ｍ３或L）。
注意:注水时水的流速不能过大，应避免模型曝气池中注入的原水含有气泡。
2、认真预习溶氧仪的使用方法,用胶带将极化校正过的溶氧仪探头捆绑在大玻棒上，并将探头伸入水下1/2处。
注意：在实验过程中,探头伸入水下的深度应尽量保持一致，并要避免溶氧仪探头与曝气头相接触。
3、启动曝气叶轮，使其缓慢转动(注意:仅使水流流动,不能产生气泡)，用溶氧仪测定自来水水温和水中溶解氧值,当溶氧仪数值稳定时记录其为初始溶解氧浓度ρ０。
４、根据ρ0计算实验所需要的消氧剂Na２SＯ3和催化剂CoCl2的量，并称取。
Ｎａ２SO3+1/2O2=Na2ＳO4
1)脱氧剂(无水亚硫酸钠)用量:
从上面的反应式可以知道,每去除1mg溶解氧,需要7.９mgNa2SO3.根据池子的容积和自来水的溶解氧浓度,可以算出Na2SO3的理论需要量.实际投加量应为理论值的１50%—２00％.
计算方法如下：W1=V×ρ0×７。９×（150%-2０0%)
式中W１为Na2ＳO３的实际投加量，mｇ。
2)催化剂(氯化钴)用量：
催化剂氯化钴的投加量按维持池子中的钴离子浓度为0。0５—0。5mg/L左右计算。
计算方法如下：W2=V×0。5×12９.9/58．9
式中W2为ＣoCl２的实际投加量,ｍg。
5、将Na2SO3和CoＣl2用蒸馏水