高原地区污水处理厂供气量计算探讨.doc

高 原地区 污水处理 厂 供气量 计 算探讨崔健（北京市市政工程设计研究总院，北京1 0 0 0 8 2 ）摘要 曲于高原地区大气压和空气中氧含最低，因此对污水处理厂的鼓风供气最影响较大，若 工程设计中计算不当，可能会影响污水处理厂的正常运转阐述了温度、压力等因索对清水中饱和 溶解氧浓度的彩响,对高原地区污水处理厂标准氧转移速率（OR）及供气量（s）计算公式进行了详 细推导，对现行《给水排水设计手册》及以往文献中计算公式在高原地区的应用提出了修正关键词污水处理厂高原地区饱和溶解氧浓度氧转移速率供气最鼓风曝气刖言我国西部地区大部位于青藏、黄土、云贵三大高 原之上，与东部地区相比，西部地区海拔高、气压低、 空气中含氧量低，特別是青海、西藏及四川、云南的 部分城市，平均海拔大多在2 0 0 0 m以上这些地 区空气中的含氧杲一般为平原地区的6 0 %〜8 0 % 高原地区大多气候寒冷，年低气温（W1 0 C）时间较 长上述因素对高原、寒冷地区污水处理厂设计和 建设提出了新的课题，尤其是污水处理厂设计中标 准氧转移速率（OR）及供气量（s）的计算将直接 影响污水处理效果、曝气装置的数量以及工程投资 和运行费用。

现行《给水排水设计于-册》心、设计规范3及文 献资料〔对污水处理厂标准氧转移速率及供气最计 算提出了常规计算方法和公式，对工程设计计算具 有指导性作用但在高原地区污水处理厂设计中， 采用原有公式的某些计算值与常规理论矛盾，有可 能导致在污水处理厂运行时出现曝气装置或供气设 备能力过大或供气不足的情况本文针对实际工程 设计中所遇到的问题，对高原地区污水处理厂标准氧 转移速率及供气量的计算方法做了详细分析和探讨 1氧转移速率的影响因素1 • 水质对氧总转移系数（，）的影响污水中的污染物将増大氧分子的转移阻力，使 K-值降低，故引入修正系数a （＜ I ）,对K-值进行 修正：a = K I ■糾 1即： Ktaw=a Kta 2 （）式中Kl“ 标准状态⑥f 0 c\个标准大气压），污（废）水中的实际氧总转移系 数，h-丨现行《给水排水设计手册》及文献资料记载，一般a = 0 . 8^0.,? 5 C,].但在买际工程应用中发现，值的确定需根据污水处理厂的进水水质、处理工艺及曝气方式而选择不同的数值当采用鼓风曝气 时，建议选用a = 0 . 6 5〜0 . 7 5：当采用表面曝气时, 建议选用a = 0 . 8〜0 . 8 5。

1 . 水质对饱和溶解氧浓度（s）的影响污水中含有的无机盐将使其饱和溶解氧浓度（S）降低，为此引入系数B （＜ 1 ）,对Cs加以修正：C s F （ ） = P C S （） （）C S F ＜ ） 4式中T 设计水温，C：CSF＜） 温度为T时污水中的饱和溶解氧浓度，m g / L ；Cs＜） 温度为T时清水中的饱和溶解氧浓度，m g / L oS】，工程设计中该值可取0 . 9I .3水温对氧舷转移系数（"）的影响在相同气压条件下，水温升高，"值将提高；水温降低则相反温度对K-值的影响以式（）表示豪： 6）式中KLa＜）. La2O） 分别为1标准大气压条件下，水温T和2 0 C时的氧总转移系数；1.02 4 温度系数1 • 水温对饱和溶解氧浓度（s）的影响相同气压条件下，水温升高，水中饱和溶解氧浓 度随之降低标准大气压条件下，不同温度时清水 中饱和溶解氧浓度可曲《给水排水设计乎册》及文献 资料中査出,也可釆用式（）阿算:对分子质最取29 8 k 71 k g / （ g・mo）；Zb、a 分别为当地及标准大气压力时的海拔高度，巾R 通用气体常数，収8 314 N・m /

采用鼓风曝气的污水处理厂，曝气装置安装在水面以下,其饱和溶解氧浓度（s）以曝气装置出口M （TQ、个标准大气压条件下空气的相浓度平均值（”）大于其表面饱和溶解氧浓度值Cs〃o, ） = 475-2.65 T 6丫 3 式中Csww.） 标准大气压条件下，温度为T时的 C$ 值,mg / L o由式Q科（）可知，水温是影响氧转移速率的 主要因素工程计算时，为保证各季节污水中供氧 量的充足，最终确定的标准供氧量（0农），应以不同 进水水温下实际计算最大值为准1 . 压力对水中饱和溶解氧浓度（S）的影响曝气池中的饱和溶解氧浓度（S）随生化反应 的进行、曝气强度及曝气时间的延续，一燉情况下山 进水至出水呈逐渐提高梯度分布，压力升高有利于 空气中的氧向水中转移，压力降低则相反Cs值与 压力P之间的关系可用式（）?表示：C S W （ . } = C S 7 G 0 1 ・ P a 71・ 0 13=Cs{7GO・T}P （）即： P = 1 ・ 0 13式中Csw<,） 脱氧清水在大气压力P,温度T条件下的Cs值m g / L；P 所在地区的大气压力，Q 5p a ：P 压力修正系数d实际工程计算时，应收集当地大气压实测资料， 特别是在高原地区，当地大气压与平原地区大气压 相差较大。

污水处理厂所在地大气压值是计算标准 供氧杲（QR）的基础数据，在缺乏当地大气压实测 资料时，可山《给水排水设计手册》及文献资料中査 出,也可用式（9店计算得出:Pa Z— 9式中Pa、B 分别为当地及标准大气压力，0 P a ： 和混合液表面饱和溶解氧浓度平均值（sm）计算，现行《给水排水设计手册》及以往文献所记录的表达 式为[三勺:丄2h )i"rt可.=“80t .1q o )式中——一温度为T、实际计算压力条件下.曝气装箧在水下深度处至水面的清水平均溶解氧浓度na g / L；C SW ——清水表面处饱和溶解氧浓度m g / [J:0 1 —从曝气池逸出气体中含氧量百分率，%2 1————空气中含氧杲体积百分率，％;1 ・ 0 3 4- 2 0 C时标准大气压北值，g c1m o7 9 + 21 (-E a)1(1)式中Ea——一曝气装置的氧利用率，根据曝气装置性能.采用的处理工艺、曝气装置安装位置等选取，一般为8 %〜3 5%：Pb 安装曝气装置处的绝对压力，gk/ cm2oP b = P a + H / 1 0 ] （ 2 ）式中Pa 当地大气压力，l^g / cm2：H 曝气池中曝气装置位置处距水面的距离，设计中可取曝气池有效水深，。

m2 高原地区C山计算修正在采用鼓风曝气的污水处理厂设计中，清水饱和溶解氧浓度平均值（…）是彩响生物池需气量计算的重要参数高原地区实际工程计算值时，采用式（卩）的计算值与常规理论有矛盾之处常规 理论认为，在任何地区、同一温度条件下，山于清水 内部的压力大于其表面处的压力，使水中的溶解氧（…）在高原地区，如按式（0 ）计算，将可能岀现 清水饱和溶解氧浓度平均值（5）小于其表面饱和 溶解氧浓度值（SW）的矛盾结果以下举例证明例:某污水处理厂生物池采用鼓风曝气、微孔曝气 器，曝气器安装洗度H=4・m,其氧利用率为Ea = 2 3 %,当地海拔高度3 0 0 0 m,设计水温T= I 5 C, 计算：（）清水表面饱和溶解氧浓度值（“）：O清水饱和溶解氧浓度平均值（解：K）计算清水表面饱和溶解氧浓度C“1 根据文献资料 「查出T= 1 5 C,标准大气压 时清水的饱和溶解氧浓度值Cs= 1 0 . 1 5m g / L.%1 计算卩及C “值根据文献资料 u查出海拔 高度3 0 0 0 m时，大气乐力Pa=0 . 73X10 P a = 0. 7 4 5 k g / cm2,故狡送（）、式（）计算清水表面处饱 和溶解氧浓度CmPa 0. 745P = 1.0 13=1. 013 = 0. 735C“=Co = l 0. 1 5（X 0. 7 3 5 = 7. 4 6 mg / L） ①计算曝气池中清水饱和溶解氧浓度平均 值 C s m o%1 按式（11）计算从曝气池逸出气体中含氧量 百分率o I： 1 "7 V 1] 2）=0. 175=17. 5%%1 按式（12 ）计算安装曝气装置处的绝对压 力Pt：Pb= 0. 745 + 4. 5 / 1 0 = 1，k 1 95 （ g / cm2）%1 按式（卩）计算曝气池中清水饱和溶解氧浓 度平均值C山：C sm= 7 . 4 k 弭 了 . | 亦 + 2 . 0 6 8）=7 . 4 （2 m g7/ L ） < C s w （. 4 6 m g / L ） 山以上计算分析，在高原地区，同等条件下，引 用式（1。

计算清水饱和溶解氧浓度平均值Csm小于 清水表面处饱和溶解氧浓度C小，与常规理论的结 果是矛盾的产生这一矛盾的原因在于：式（0 ）]中引入了标 准大气压常数（=20 C） . 0 3 4 k g / cm2,而消水表 面饱和溶解氧浓度C小值则是按当地大气圧计算的修 正值不同海拔地区，大气压力不同，而式（0〕中，曝 气装置处的绝对压力Ph = Pa + H / 1 0 ,已按当地大气 压Pa计算，山于高原地区当地大气压与标准大气压 相差较大，故用Ph除以标准大气压常数不尽合理, 山此产生上例计算中的矛盾结果笔者在实际工程设计计算中，将式（0）1修正为：切=叫艰代c6 —）（13）式（13 ）中各项1意义同式（0 ）按式（13 ）计算I：例曝气池中清水饱和溶解氧浓度平均值Csm：C5=C“ 1 7 i 1 * 42 + 2P I 1=^7. 4 6 4 2 + 1 I 2X0. 745=9 . 0（9 m g7/ L）>Cs*（. 4 6 m g / L ）山上结果分析，按式（31）的计算值与常规理论分析结果是一致的在高原地区，采用《给水排水设计手册洱]推荐式（10）所计算出的Csm值有可能小于C“值，此矛盾结果将进一步影响计算标准供氧量（0 Rg值和供气量值的准确性，并影响污水处理厂鼓风机设备运行 参数的确定和曝气装置数戢，山此诃造成鼓风机长 期低效运行、能耗浪费、建设投资和运行费增加。

山式（13 ）所计算得1\\的Csm值与常规理论一致，更符 合工程设计需要：对此将在下文的工程实例计算中详细比较3标准氧转移速率（0爭）与供气昴计算污水处理厂工程曝气系统计算时，需将实际氧转移速率（值）转换为标准氧转移速率（ 实际氧转移速率即为曝气系统的实际需氧最，可根 据污水处理厂所采用的处理工艺参数计算得出3.]氧转移速率的计算曝气装置在脱氧清水中标准氧转移速率（0 R）s1 []t^Kba ( S~Co) =Kl8Cs ( 4 )式中Cs 脱氧清水在标准状态下（1个标准大气压,2 0C）的饱和溶解氧浓度，9・1 7如g L ；C 0 水中含有的溶解氧浓度值，脱氧清水C 0= 0 o对式（）进行修正，以计算温度T、当地大气压[]值Gs确定丿G即可根据设备数最计算曝气设备运行对于表面曝气装置，实际氧转移速率AOR）N 值的计算公式为：参数,并计算确定曝气装置数最3.2.2高原地区供气最计算要点八• $ w — C o） （16 ）式（14 ）除以式（5 ）得出汲风曝气装置N与N 关系式为：。