气体传递原理和曝气设备
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曝气原理
(一）曝气及其作用
活性污泥曝气是采用相应的设备和技术措施，使空气中的氧转移到混合液中而被微生物利用的过程。曝气的主要作用为充氧、搅动和混合。充氧的目的是向活性污泥微生物提供所需的溶解氧，以保障微生物代谢过程的需氧量，通常曝气池出口的溶解氧浓度应控制在2mg/L以上；混合和搅动的目的是使曝气池中的污泥处于悬浮状态，从而增加废水与混合液的充分接触，提高传质效率，保证曝气池的处理效果。
(二）曝气氧转移的基本理论
空气中的氧通过曝气传递到混合液中，氧由气相向液相进行传质转移，最后为微生物所利用。气液传质过程通常遵循一定的传质扩散理论，气液传质理论目前有双膜理论、浅层理论、表面更新理论等。目前工程和理论应用较多的为双膜理论。
1.双膜理论
双膜理论认为，在气-水界面上存在着气膜和液膜，气膜外和液膜外有空气和液体流动，属紊流状态；气膜和液膜间属层流状态，不存在对流。在一定条件下会出现气压梯度和浓度梯度。如果液膜中氧的浓度低于水中氧的饱和浓度，在其界面存在的浓度梯度将向液膜传递，空气中的氧继续向内扩散透过液膜进入水体，因而液膜和气膜将成为氧传递的障碍，这就是双膜理论。显然，克服液膜障碍的最有效方法是快速变换气-水界面，曝气搅拌正是如此。曝气时推动氧分子通过液膜的动力是水中氧的饱和浓度（Cs）和实际浓度（C）的差。Cs决定于空气中氧的分压，所以最终起决定作用的推动力是氧分压，而C值由微生物的耗氧速率确定。
认为在气液界面存在着二层做层流流动的膜：气膜和液膜。
传质阻力仅存于这两层膜。气液界面达到平衡态，无阻力。
传质推动力
气膜：氧分压差
液膜：氧浓度差
氧的传质阻力主要在液膜上，故液膜内的氧的传质是控制步骤。
2.浅渗理论
浅渗理论的基本观点是气相与液相都是按重复的短暂接触进行的，由于接触的时间很短，因此不可能达到稳定状态。其基本假设为，当气泡上升一个气泡直径的距离后，以前所接触的那部分水就被新接触的水替换掉了。故而允许气体传递进入它所接触的那部分水中的时间极短，扩散进入水的深度也很浅；另外传递的过程是随时间变化的。浅渗理论还认为阻力主要在水膜内。
3.表面更新理论
表面更新理论是对浅层理论的发展。该理论认为，由于水膜中的水处在紊动混合状态，传递物质的表面不可能是固定不变的，应是由无数的接触时间不同的面积微元组成的，这些面积微元在接触时间内所传递的质量总和，才是真正的传质量。通常应该按此来计算。
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曝气类型
曝气类型大体分为两类，一类是鼓风曝气，另一类为机械曝气。此外还有两类相结合的曝气方式及其他（富氧曝气、纯氧曝气）方式，但实际应用较少。
1.鼓风曝气
鼓风曝气是指采用曝气器一扩散板或扩散管在水中引入气泡的曝气方式。鼓风曝气通常由鼓风机、曝气器、空气输送管道等组成。
2.机械曝气
机械曝气是指利用叶轮等器械引入气泡的曝气方式。机械曝气器可以分为两种类型，一类是表面曝气器，另一类是淹没的叶轮曝气器。表面曝气器直接从空气中吸入氧气。叶轮曝气器主要是从曝气池底部的空气分布系统引入空气中吸取氧气。表面曝气器设备比较简单，较为常用。
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曝气设备
所有的曝气设备，都应该满足下列三种功能：
(1）产生并维持有效的气水接触，并且在生物氧化作用不断消耗氧气的情况下保持水中一定的溶解氧浓度；
(2）在曝气区内产生足够的混合作用和水的循环流动；
(3)维持液体的足够速度，以使水中的生物固体处于悬浮状态。
曝气设备的主要技术性能指标如下：
(1）动力效率（Ep）每消耗1Kw电能转移到混合液中的氧量，以kg/(kW.h)计；
(2)氧的利用效率（Ea）通过鼓风曝气转移到混合液的氧量，占总供氧量的百分比（%）；
(3)氧的转移效率（EL）也称为充氧能力，通过机械曝气装置，在单位时间内转移到混合液中的氧量，以kg/h计。
鼓风曝气设备的性能按（1）、（2）两项指标评定，机械曝气装置则按（1）、（3）两项指标评定。
(一）鼓风曝气设备
(二）机械曝气设备
表面曝气机充氧原理：
(1)曝气设备的提水和输水作用，使曝气池内液体不断循环流动,从而不断更新气液接触面,不断吸氧；
(2)曝气设备旋转时在周围形成水跃，并把液体抛向空中，剧烈搅动而卷进空气；
(3)曝气设备高速旋转时，在后侧形成负压区而吸入空气。
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图
说
话
说：微孔爆气设备
说：泵型叶轮曝气器
说：倒伞型叶轮曝气器
说：转刷曝气器
（未完待续）
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