武理工水污染控制原理案例課件第4案例 氧傳質(zhì)動力學的應用

案例4氧傳質(zhì)動力學的應用水污染控制原理水污染控制原理主要內(nèi)容：傳質(zhì)過程動力學，水中氧傳質(zhì)過程，實驗得到總傳質(zhì)系數(shù)重點：傳質(zhì)過程動力學水污染控制原理第一節(jié)Fick擴散定律1、傳質(zhì)與擴散物質(zhì)從一相傳遞到另一相的過程稱為傳質(zhì)過程，曝氣過程中空氣或純氧中的氧從氣相傳遞到液相中，亦是個傳質(zhì)過程，傳質(zhì)過程主要借助于擴散過程完成。擴散過程的推動力是擴散面兩側(cè)物質(zhì)存在著濃度差，使得物質(zhì)分子由濃度較高一側(cè)向著較低一側(cè)擴散。2、Fick擴散定律

(4-1)式中：Vd為物質(zhì)的擴散速率；D為擴散系數(shù)水污染控制原理第一節(jié)Fick擴散定律將式4-1中Vd寫成：(4-2)即：(4-3)

所以：(4-4)式中：M為時間t內(nèi)通過界面擴散的物質(zhì)數(shù)量；A為界面面積水污染控制原理第二節(jié)雙膜理論雙膜理論：曝氣充氧過程中氣體分子從氣相轉(zhuǎn)移到液相，必須經(jīng)過氣液兩相界面，界面兩側(cè)存在著氣膜和液膜，氧通過這兩層膜的傳遞過程用雙膜理論來解釋。雙膜理論由Lewis和Whitman在1924年創(chuàng)立。圖5-2

雙膜理論示意圖水污染控制原理第三節(jié)氧傳質(zhì)過程因為氧的溶解度較小，故傳質(zhì)阻力主要在于液膜，可以認為氣相主體與界面之間的氧分壓差值很小，同時因為液膜厚度很小，Ci與C之間可按直線變化考慮，即：(4-5)將式4-5代入式4-4中，可得：(4-6)設液相主體的體積為V，用式4-6除以V，并用KLa代表系數(shù)，得：(4-7)1、氧的傳質(zhì)系數(shù)KLa水污染控制原理第三節(jié)氧傳質(zhì)過程即總傳質(zhì)系數(shù)為(4-8)溶解氧濃度用ρo表示，飽和溶解氧濃度用ρso表示，式4-7可表示為(4-9)從上式可以看出，為了提高氧轉(zhuǎn)移速率，有以下方式：1.提高KLa值：增加液體紊動、減小液膜厚度、更換氣水界面、使氣泡變小，增加氣水接觸面積；2.提高值ρso

：設法增加大氣中的氧分壓，如：純氧曝氣、富氧曝氣、深水曝氣水污染控制原理第三節(jié)氧傳質(zhì)過程2、清水中氧的KLa的測定方法：最通用的方法是用還原劑亞硫酸鈉消氧。為了加快消氧過程可用氯化鈷作為催化劑。然后測出復氧過程，計算總傳質(zhì)系數(shù)KLa和氧的傳遞速率。步驟：一邊曝氣，一邊加入Na2SO3（同時利用CoCl2作催化劑）進行還原反應，當溶解氧濃度逐漸趨近于零時，開始計時并測定水中溶解氧濃度。水污染控制原理第三節(jié)氧傳質(zhì)過程2、清水中氧的Kla的測定對積分可得(4-10)以t，ln(ρso-ρo)為變量，利用測得的數(shù)據(jù)得到一直線，斜率即為KLa。也可用半對數(shù)線求KLa值。水污染控制原理第三節(jié)氧傳質(zhì)過程3、廢水中氧的KLa的測定由于廢水中的存在各種雜質(zhì)，對氧的傳遞有一定的影響，用α表示：(4-11)廢水中含有的雜質(zhì)等影響溶解氧飽和值，影響系數(shù)用β表示：(4-12)即：(4