曝气池容积计算方法分析

曝气池容积计算方法分析曝气池是活性污泥处理系统中的核心构筑物，其容积的大小不仅关系到整个处理系统的净化效果，同时还关系到建造费用的问题。

因此，有必要对曝气池容积的计算方法进行分析，从而得到较佳的设计取值。

长期以来，曝气池容积的计算，采用较普遍的是按BOD—污泥负荷率法，但近来也有人建议采用污泥龄法。

那么，二者之间有何异同，是否有某种内在的联系、可否将二者有机地结合起来呢？本文就此进行如下的分析讨论。

1 BOD—污泥负荷率(Ns)曝气池容积计算法1.1 BOD—污泥负荷率(Ns)的物理概念曝气池内单位重量(千克)的活性污泥，在单位时间内能够接受并将其降解到某一规定额数的BOD5重量值，被称为BOD—污泥负荷率(Ns)。

即[1][2]：⑴式中 Ns——BOD—污泥负荷率,kg BOD5/kgMLSS·dQ——污水设计流量，m3/dSa——原污水的BOD5值，mg/lX——曝气池内混合液悬浮固体浓度(MLSS),mg/lV——曝气池容积，m31.2 曝气池物料平衡方程式如图1为完全混合活性污泥系统的物料平衡图[1][4]。

在稳定条件下，对于系统中的有机物进行物料平衡，则有：⑵整理得：⑶由莫诺(Monod)方程式的推论知[1][4] ：⑷代入式⑶，并整理得：⑸或⑹又⑺代入式⑹得：⑻或⑼式中 X V——曝气池混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS),mg/lS e——处理水出水有机物浓度，mg/l——有机物降解速度，K2——有机物降解常数。

1.3 曝气池容积计算由式⑴有：⑽将式⑼代入式⑽得：⑾式⑽即为按BOD—污泥负荷率法计算曝气池容积得计算公式，式⑾为经变换后得计算公式。

2 污泥龄(θc)曝气池容积计算法2.1 污泥龄(θc)的物理概念曝气池内活性污泥总量与每日排放污泥量之比，称为污泥龄(θc)。

也即劳伦斯—麦卡蒂(Lawrence—McCayty)的“生物固体平均停留时间” [1]。

即：⑿式中θc——污泥龄，dΔXv——曝气池内每日增加的挥发性污泥量(Vss)，kmg/l其它——同前2.2 生物增长基本方程式在曝气池内，活性污泥微生物的增殖是微生物的合成和内源代谢共同活动的结果。

即：⒀或⒁此式⒁经整理即可得劳伦斯—麦卡蒂(Lawrence—McCayty)方程式的推论—曝气池内活性污泥浓度与污泥龄之间的关系式[1]⒂该式即为资料[1][2]推荐的按污泥龄计算曝气池容积公式:⒃将式⑸与式⑿代入式⒁得:⒄式中Y——微生物产率系数,kgVss/kgBOD5Kd——微生物衰减系数，d-1其它——同前。

2.3 曝气池容积计算由式⑿有⒅将式⒄、式⒀、代入式⒅，并整理得：⒆式⒃或式⒅即为污泥龄法计算曝气池容积计算公式。

式⒆为经变换后的计算公式。

3 两种计算方法的讨论3.1 两种计算方法的相同之处虽然两种计算方法的原始概念不同，但经过分析可知，两种计算方法的计算公式式⑾与式⒆是完全相同的。

也就是说，在遵循莫诺(monod)反应动力学方程式的推论下，两种计算方法并无本质上的任何区别，完全可以用同一公式来表达:式⒆。

3.2 两种计算方法的不同之处尽管两种计算方法在理论是统一的式⒆，但在实际设计过程中，采用的均是其原始概念下的公式式⑽和式⒃或式⒅。

从表面上看显然是有区别的，而且在应用中，由于引入的概念不同，也是各有侧重。

对于负荷率法，考虑的主要是处理水质、种类及要求(η、Se)与污泥的凝聚沉淀性能(SVI)。

而污泥龄法考虑的则主要是处理水质下的微生物世代时间的长短。

同时，人们一般认为污泥负荷率作为活性污泥处理系统的设计与管理的指标是合理的，而污泥龄作为活性污泥处理系统运行管理最重要的指标则要较污泥负荷率更为稳妥[3]。

由此说，污泥负荷侧重于设计，而污泥龄则侧重于运行管理。

4 结论虽然引入的概念不同，考虑的角度不同、侧重不同，但作为设计计算公式来说，二者在本质上是完全统一的。

因此，在设计计算过程中，应将二者有机结合，综合考虑。

在原始概念计算公式的条件下，相互校核，共同优化，从而使曝气池的设计与运行管理更趋合理。

曝气扩散机理曝气扩散是污水处理工艺中的核心技术，本文就曝气扩散机理在应用中出现的新问题提出一些初步的看法。

1 按照流体运动性质分析曝气扩散的区别曝气扩散的实质就是使气相中的氧向液相中转移。

气相中的氧转移为液相中的溶解氧，是通过流体运动形成气液接触界面而完成的。

因此，按照流体运动性质来分析则可以看出曝气扩散技术的区别。

如果采用流体运动的性质来区分，曝气扩散技术则有下列两种基本形式。

1.1 液相流体主动运动型叶轮与转刷（盘）表面曝气是采用制造液相流体的水跃而形成气液接触界面；射流曝气是依靠射流液相流体吸入气相流体而形成气液接触界面，这些均是属于液相流体主动运动型，其技术特征是：动能作用于重质液相流体运动；轻质气相流体是被动接触；在叶轮或转刷（盘）搅动处、射流口附近产生局部连续的气液接触界面。

1.2 气相流体主动运动型鼓风曝气是由风机输送气相流体，经曝气器的扩散作用以升泡运动的方式形成气液接触界面，这就是属于气相流体主动运动型，其技术特征是：动能作用于轻质气相流体运动；重质液相流体是被动接触；由升泡的上升运动，可产生立体连续的气液接触界面。

2 “氧利用率”不能确定曝气器实际运行的功效曝气器的作用就是促进氧的传质，“氧利用率”似乎理所当然的应是反映曝气器技术性能的指标，因此长期以来就存在着一种采用“氧利用率”来判定曝气器技术性能的习惯观点。

但是，如果对“氧利用率”作深入的分析，就会发现该指标不能真实确定曝气器实际运行的功效。

2.1 “氧利用率”实质是不受变量影响的定值2.1.1 氧利用率公式氧利用率=[q c／(0.28×q)]×100% （CJ/T3015.2-93）q c —标准状态下，测试条件，曝气器充氧能力（kg/h）；0.28 —标准状态下，1 M3空气所含氧的重量（㎏/ M3）；q —标准状态下，曝气器通气量（M3/h）。

由上式可知，氧利用率取决于充氧能力（q c）与通气量（q）两个因素。

2.1.2 在曝气器充氧能力（q c）与通气量（q）两者之间存在一个正比关系，即充氧能力（q c）的大小取决于通气量（q）的多少。

通气量为0，充氧能力也等于0。

在一定的通气量范围之内，随着通气量的加大充氧能力也随之加大。

所有曝气器所标明的充氧能力（q c），都是在清水试验条件下依据一定的通气量（q）而测定获取的。

2.1.3 氧利用率公式也可以写成下式：(1/0.28)×100%×(q c/q)= 0.0357×(q c/q)因为充氧能力（q c）与通气量（q）之间存在正比关系，q c /q结果为常数值，所以“氧利用率”实质上是一个不受变量影响的定值。

不受变量影响的定值参数，所表述的仅仅只是一种物理现象，而决不表明功效的技术性能。

响的定值参数，所表述的仅仅只是一种物理现象，而决不表明曝气器实际运行功效。

2.2 “氧利用率“不反映氧传质的效率2.2.1 一个大泡，如果被分割成小泡的数量愈多，则所形成的“泡表膜”面积愈多，“泡表膜”是进行氧传质的功能膜，如果只站在“氧利用率”这一角度片面的看问题，当然是气泡被分割得愈小愈好。

2.2.2 要获取较高的“氧利用率”，就必须尽可能产生较多的“泡表膜”。

一个大泡（一个单位的空气）被扩散形成的小泡数量愈多，“泡表膜”也就愈多，“氧利用率”也就愈高。

由此可见，“氧利用率”仅仅只是与气泡扩散程度有关，而与动能作用气泡扩散的过程无关。

也就是说“氧利用率”只表明一个单位的大泡被分割成小泡的多少，而与扩散分割过程如何，动能消耗多少完全无关。

因此，“氧利用率”并不等于氧传质的效率。

2.2.3 按照孔隙扩散原则，多大的孔则产生多大的泡。

如果空气通过直径为1 μm的孔眼是被分割形成1 μm的气泡，则此类微孔曝气器在运行中，无论阻力损耗多大，也无论孔眼堵塞了多少，只要还有孔眼在通气，就一定是产生1 μm的小气泡，显然此时“氧利用率”也没有变化，但真实的运行功效却是有了很大的变化。

2.2.4 由于“氧利用率”只与气泡分割扩散的程度有关，一个单位量的空气，只要排气孔眼的直径是1 μm，无论是短时间内经过众多孔眼排出，或是长时间内经过少量孔眼排出，因为扩散结果始终是分割成直径为1μm的小泡，所以，其“氧利用率”是会始终保持不变的。

由此可见，只用“氧利用率”来说明曝气器的氧传质效率，显然会产生误导作用。

2.2.5 如果曝气器的设计参数是：通气量=2 M3/h、氧利用率=25%，由于要确保实现较高的氧利用率，排气孔眼设计为采用微小孔。

但在实际运行中，大部分通气孔眼被堵塞，单个曝气器的通气量只能达到0.2 M3/h，也就是说工作效率已降低了90%，由于“细孔产生细泡”原理与孔眼堵塞程度无关，此时所谓的“氧利用率=25%”并无变化，但其真实的氧传质效率已经是变得很低了。

2.2.6 “氧利用率”所表明的是：单位空气中的氧，经气泡分割所形成的“泡表膜”产生氧传质作用的利用率。

氧传质效率应说明的是：单位空气中的氧，在单位时间内通过“泡表膜”产生氧传质作用的量。

显然，“氧利用率”并非就是氧传质效率。

2.3 鼓风曝气器氧利用率比较大孔排气类：喷射曝气器≈5%螺旋曝气器≈5%散流曝气器≈7%旋混曝气器≈21%小孔排气类：软管微孔曝气器≈13%（受孔变影响）软膜微孔曝气器≈25%（受孔变影响）微孔曝气器≈25%由以上各种鼓风曝气器（旋混曝气器除外）的“氧利用率”可以看出，通气孔眼的大小决定氧利用率的多少（孔隙扩散原则）。

如果采用“氧利用率”来评价曝气器的技术性能，当然会得出曝气器孔眼愈细愈好的观点。

“微孔”必然是阻力大、易堵塞，因此“氧利用率”高，并非就是曝气器的实际氧传质效率高。

实际上决定氧传质效率的先决条件是排气结构的可靠性，曝气器“氧利用率”再好，如果排气结构不可靠，其真实的氧传质效率与技术性能同样也是不可靠的。

HS旋混曝气器由于是采用大孔排气，经多种结构作用扩散产生细泡，因而也就实现了其它类型曝气器无法实现的，既具有较高的“氧利用率”又具有真实可靠的氧传质效率这样一种优良的技术性能。

气结构的可靠性，曝气器“氧利用率”再好，如果排气结构不可靠，其真实的氧传质效率与技术性能同样也是不可靠的。

旋混曝气器由于是采用大孔排气，利用气泡上浮动力经旋流、导流、紊动、碰撞、阻挡等作用扩散产生细泡，因而也就实现了其它类型曝气器无法实现的，既具有较高的“氧利用率”又具有真实可靠的氧传质功效的优良技术性能。

3 关于微孔曝气器孔隙问题的探讨微孔曝气器是依赖于微小孔隙对气流进行扩散，在微孔曝气器表面所具有的有效通气孔隙，是微孔曝气器的技术核心问题。