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对微孔曝气充氧性能的研究

发布于:2017-12-28 9:45:54 点击量:16

杭州桂冠环保科技有限公司(www.hzvalve.net)专业出产水处理设备,过滤器的制造厂家。

污水处理体系中,曝气进程占整个污水处理厂能耗的45%~75%〔1〕。为了进步曝气进程中的氧搬运功率,现在污水处理厂遍及选用微孔曝气体系。与大中气泡的曝气体系比较,微孔曝气体系能节省50%左右的能耗。尽管如此,其曝气进程的氧使用率也在20%~30%。别的,我国已经有较多区域选用微孔曝气技能对受污染河道进行治理,但如何针对不同水域状况合理选用微孔曝气器,现在尚无这方面的研讨。因而,优化微孔曝气器的充氧功能参数对于实践出产和使用具有重要的指导意义。杭州桂冠环保科技有限公司(www.hzvalve.net)专业出产水处理设备,过滤器的制造厂家。

  影响微孔曝气充氧功能的要素许多,最首要的有曝气量、孔径和装置水深〔2〕。现在国内外对微孔曝气器充氧功能与孔径、装置水深的联系研讨较少。罢了有的研讨较多重视氧总传质系数和充氧才能的进步,较为忽视曝气进程中的 能耗问题〔3, 4〕。笔者以理论动力功率为首要研讨方针,结合充氧才能和氧使用率的改变趋势,初步优化出曝气功率最高时的曝气量、孔径和装置水深等参数,为微孔曝气技能在实践工程中的使用供给参阅。杭州桂冠环保科技有限公司(www.hzvalve.net)专业出产水处理设备,过滤器的制造厂家。

  1 资料和办法

  1.1 实验装置

  实验装置原料为有机玻璃,主体为1个D 0.4 m×2 m的圆柱形曝气池,溶解氧探头坐落水面下0.5 m处(如图 1所示)。

 图 1 曝气充氧实验装置

  1.2 实验资料

  微孔曝气器,橡胶膜原料,直径215 mm,孔径50、100、200、500、1 000 μm。sension378台式溶解氧测定仪,美国HACH公司。气体转子流量计,量程0~3 m3/h,精度±0.2%。HC-S鼓风机,江苏恒晟机泵设备制造厂。催化剂:CoCl2·6H2O,剖析纯;脱氧剂:Na2SO3,剖析纯。杭州桂冠环保科技有限公司(www.hzvalve.net)专业出产水处理设备,过滤器的制造厂家。

  1.3 实验办法

  实验选用静态非稳态法,即测验时先投加Na2SO3和CoCl2·6H2O进行脱氧,当水中溶解氧降至0后开端曝气,记录水中溶解氧浓度随时刻的改变,核算KLa值。分别对不同曝气量(0.5、1、1.5、2、2.5、3 m3/h)、不同孔径(50、100、200、500、1 000 μm)以及不同水深(0.8、1.1、1.3、1.5、1.8、2.0 m)条件下的充氧功能进行测验,一起参阅CJ/T 3015.2—1993《曝气器清水充氧功能测定》〔5〕和美国清水充氧测验规范〔6〕。

  2 成果和讨论 
2.1 实验原理

  实验基本原理根据1923年Whitman提出的双膜理论。氧的传质进程可用式(1)标明。


  式中:dc/dt——传质速率,即单位时刻内单位容积水中所传递的氧气量,mg/(L·s);

  KLa——测验条件下曝气器的氧总传质系数,min-1;

  C*——水中饱满溶解氧,mg/L;

  Ct——曝气t时刻水中的溶解氧,mg/L。

  若测验温度不在20 ℃,可选用式(2)对KLa进行批改:


  充氧才能(OC,kg/h)由式(3)标明。


  式中:V——曝气池体积,m3。

  氧使用率(SOTE,%)由式(4)标明。


  式中:q——规范状态下曝气量,m3/h。

  理论动力功率〔E,kg/(kW·h)〕由式(5)标明。


  式中:P——曝气设备功率,kW。

  常用的评价曝气器充氧功能的方针有氧总传质系数KLa、充氧才能OC、氧使用率SOTE和理论动力功率E〔7〕。已有的研讨较多重视于氧总传质系数、充氧才能和氧使用率的改变趋势,对理论动力功率的研讨较少〔8, 9〕。理论动力功率作为仅有的效能方针〔10〕,能够反映出曝气进程中的能耗问题,是本实验重视的要点。杭州桂冠环保科技有限公司(www.hzvalve.net)专业出产水处理设备,过滤器的制造厂家。

  2.2 曝气量对充氧功能的影响

  实验选用孔径200 μm曝气器底部2 m处曝气的方法对不同曝气量下的充氧功能进行评价,成果见图 2。

 图 2 KLa及氧使用率随曝气量的改变状况

  由图 2可知,KLa随曝气量的添加而逐步增大。首要是因为曝气量越大,气液触摸面积增大,充氧功率进步。另一方面,有研讨者发现氧使用率随曝气量的添加而减小,本实验也发现了相似状况。这是因为在必定水深下,曝气量较小时添加了气泡在水中的停留时刻,气液触摸时刻延伸;曝气量较大时对水体扰动较强,大部分氧气未有效使用,终究以气泡方法从水面释放到空气中。本实验得出的氧使用率与文献比较不高,可能是反应器高度不行,很多氧气未与水体触摸便逸出,下降了氧使用率。

  理论动力功率(E)随曝气量的改变状况见图 3。

 图 3 理论动力功率与曝气量的联系

  由图 3可知,理论动力功率随曝气量的添加逐步下降。这是因为在必定水深条件下,跟着曝气量的添加,规范氧搬运速率添加,但鼓风机耗费的有用功添加量比规范氧搬运速率的添加量更显着,因而在实验调查的曝气量范围内,理论动力功率随曝气量的添加而减小。结合图 2和图 3的改变趋势,能够发现曝气量为0.5 m3/h时的充氧功能最佳。杭州桂冠环保科技有限公司(www.hzvalve.net)专业出产水处理设备,过滤器的制造厂家。

  2.3 孔径对充氧功能的影响

  孔径对气泡的构成有很大影响,孔径越大,气泡的尺度越大〔11〕。气泡对充氧功能的影响首要表现在两个方面:一是单个气泡越小,全体气泡的比表面积越大,气液间传质触摸面积越大,越有利于氧气的搬运;二是气泡越大,对水体的搅动作用越强,气液之间混合越快,充氧作用越好。往往榜首点在传质进程中起首要作用。实验将曝气量设定为0.5 m3/h,调查孔径对KLa和氧使用率的影响,见图 4。

 图 4 KLa和氧使用率随孔径的改变曲线

  由图 4可知,KLa和氧使用率均随孔径的添加而减小。相同的水深和曝气量条件下,50 μm孔径曝气器的KLa约是1 000 μm孔径曝气器的3倍。因而当曝气器装置水深必守时,孔径越小的曝气器充氧才能和氧使用率越大。杭州桂冠环保科技有限公司(www.hzvalve.net)专业出产水处理设备,过滤器的制造厂家。

  理论动力功率随孔径的改变状况见图 5。

 图 5 理论动力功率与孔径的联系

  由图 5可知,理论动力功率随孔径的添加呈先增大后减小的趋势。这是因为一方面小孔径曝气器具有较大的KLa和充氧才能,有利于充氧的进行。另一方面,必定水深下阻力丢失随孔径的减小而增大〔12〕。当孔径减小对阻力丢失的促进作用大于氧传质作用时,理论动力功率就会随孔径的减小而下降。因而孔径较小时理论动力功率会随孔径增大而增大,并于孔径200 μm处到达最大值1.91 kg/(kW·h);当孔径>200 μm时,阻力丢失在曝气进程中不复兴主导作用,KLa和充氧才能会跟着曝气器孔径的添加而减小,因而理论动力功率呈显着下降趋势。杭州桂冠环保科技有限公司(www.hzvalve.net)专业出产水处理设备,过滤器的制造厂家。

  2.4 装置水深对充氧功能的影响

  曝气器的装置水深对曝气充氧作用有非常显着的影响。实验研讨方针是2 m以下的浅水河道。已有的研讨首要重视曝气器的浸没水深(即曝气器装置于池底部,经过添加水量的方法来添加水深),实验首要针对曝气器的装置水深(即水池的水量坚持不变,经过调节曝气器的装置高度找到曝气作用最佳的水深),KLa和氧使用率随水深的改变状况见图 6。

 图 6 KLa和氧使用率随水深的改变曲线

  图 6标明,跟着水深的添加,KLa和氧使用率均呈显着的增大趋势,KLa在水深0.8 m处和水深2 m处相差4倍多。这是因为水深越大,气泡在水体中的停留时刻越长,气液触摸时刻就越长,氧传质作用越好。因而,曝气器装置越深越有利于充氧才能和氧使用率的进步。但装置水深添加的一起阻力丢失也会添加,为了战胜阻力丢失,就必须添加曝气量,这势必会导致能耗和运行本钱的添加。因而,为了得到最佳装置水深,有必要对理论动力功率与水深的联系进行评价,见表 1。

  表 1显现,装置水深为0.8 m时理论动力功率极低,只要0.5 kg/(kW·h),因而不宜选用浅水曝气。装置水深为1.1~1.5 m范围内,因为充氧才能显着添加,而曝气器所受到的阻力作用作用不显着,因而理论动力功率快速添加。跟着水深进一步添加到1.8 m,阻力丢失对充氧功能的影响越来越大,导致理论动力功率的添加趋于平缓,但依旧出现添加趋势,且于装置水深为2 m时,理论动力功率到达最大1.97 kg/(kW·h)。因而,对于 < 2 m的河道,为使充氧功能最佳,宜选用底部曝气的方法。杭州桂冠环保科技有限公司(www.hzvalve.net)专业出产水处理设备,过滤器的制造厂家。

  3 定论

  使用静态非稳态法进行微孔曝气清水充氧实验,在实验水深(< 2 m)和孔径(50~1 000 μm)条件下,氧总传质系数KLa和氧使用率随装置水深的增大而增大;随孔径的增大而减小。在曝气量从0.5 m3/h添加到3 m3/h的进程中,氧总传质系数和充氧才能逐步增大,氧使用率减小。

  理论动力功率是仅有的效能方针。在实验条件下,理论动力功率随曝气量和装置水深的添加而增大,随孔径的添加先增大后减小。装置水深和孔径要合理组合才能使充氧功能到达最佳,一般状况下,水深越大选用的曝气器孔径越大。杭州桂冠环保科技有限公司(www.hzvalve.net)专业出产水处理设备,过滤器的制造厂家。

  实验成果标明不宜选用浅水曝气。在装置水深为2 m处,选用0.5 m3/h的曝气量和200 μm孔径的曝气器能够使理论动力功率到达最大值1.97 kg/(kW·h)。

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