2025年曝氣設(shè)備氧氣溶解效率測(cè)試研究報(bào)告

(1)掌握測(cè)定曝氣設(shè)備的KLa和充氧能力α、β的試驗(yàn)措施及計(jì)算Qs;(2)評(píng)價(jià)充氧設(shè)備充氧能力的好壞；(3)掌握曝氣設(shè)備充氧性能的測(cè)定措施?；钚晕勰嗵幚磉^程中曝氣設(shè)備的作用是使氧氣、活性污泥、營(yíng)養(yǎng)物三者充足混使污泥處在懸浮狀態(tài)，促使氧氣從氣相轉(zhuǎn)移到液相，從液相轉(zhuǎn)移到活性污泥上，保證微的狀態(tài)下再曝氣，使溶解氧升高趨于飽和水平。假定整個(gè)液體是完全混合的，符合一級(jí)由于溶解氧飽和濃度、溫度、污水性質(zhì)和混亂程度等充氧能力為3.1試驗(yàn)設(shè)備與試劑(1)溶解氧測(cè)定儀(2)空壓機(jī)。(3)曝氣筒。(4)攪拌器。(5)秒表。(6)分析天平(7)燒杯。(8)亞硫酸鈉(Na?SO?)(9)氯化鈷(CoCl?·6H?0)。3.2試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置如圖3-1所示。3.3試驗(yàn)環(huán)節(jié)(1)向曝氣筒內(nèi)注入20L自來水，測(cè)定水樣體積V(L)和水溫t(℃);(2)由試驗(yàn)測(cè)出水樣溶解氧飽和值Cs,并根據(jù)Cs和V求投藥量，然后投藥脫氧；a)脫氧劑亞硫酸鈉(Na?SO?)的用量計(jì)算。在自來水中加入Na?SO?還原劑來還原水中的溶解氧。相對(duì)分子質(zhì)量之比為：故Na?SO?理論用量為水中溶解氧的8倍。而水中有部分雜質(zhì)會(huì)消耗亞硫酸鈉，故實(shí)際用量為理論用量的1.5倍。因此試驗(yàn)投加的Na?SO?投加量為Cs——試驗(yàn)時(shí)水溫條件下水中飽和溶解氧值，mg/L;V——水樣體積，m3;b)根據(jù)水樣體積V確定催化劑(鈷鹽)的投加量。經(jīng)驗(yàn)證明，清水中有效鈷離子濃度約0.4mg/L為好，一般使用氯化鈷并開動(dòng)循環(huán)水泵，小流量輕微攪動(dòng)使其混合(開始計(jì)時(shí)),進(jìn)行脫氧。攪拌均勻后(時(shí)間to),測(cè)定脫氧水中溶解氧量Co,持續(xù)曝氣t后，溶解氧升高至C。每隔溶解氧濃度升高0.01,記錄一次所用時(shí)間(直到溶解氧值到達(dá)飽和為止)。(3)當(dāng)清水脫氧至零時(shí)，提高葉輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行曝氣，并計(jì)時(shí)。每隔0.5min測(cè)定一次溶解氧值(用碘量法每隔1min測(cè)定一次),懂得溶解氧值到達(dá)飽和為止。水溫：28℃1023456785數(shù)據(jù)處理與分析5.1公式法求解KLa值KLa——氧的總傳遞系數(shù)，L/min;Cs——試驗(yàn)室的溫度和壓力下，自來水的溶解氧飽和度，mg/L;C——對(duì)應(yīng)某一時(shí)刻t的溶解氧濃度，mg/L;t——開循環(huán)水泵后的時(shí)間，min。試驗(yàn)中，t-to的值對(duì)應(yīng)表4-1中的t值，Co對(duì)應(yīng)時(shí)間t=0時(shí)的C=0.53mg/已知值代入公式中求出KLa,計(jì)算成果如表5-1所示。1/23456789無(wú)論采用取平均值或者中間值等措施確定KLa值都會(huì)存在較大誤差，都無(wú)法很好表征曝5.2線性回歸法求解KLa值由公式dn(Cs-C)=-KLat+常數(shù)”可知，作InC?-C)和t的關(guān)系曲線，其斜率即為KLa值。于是，對(duì)In(Cs-C?)進(jìn)行計(jì)算，成果如表5-2所示。根據(jù)計(jì)算成果以t為橫坐標(biāo)、In(Cs-C?)為縱坐標(biāo)，繪制In(Cs-C?)和t的關(guān)系曲線如圖5-1所示。123456789由上圖可以觀測(cè)到，在曝氣充氧的整個(gè)過程中，伴隨時(shí)間的增長(zhǎng)，In(Cs-Ct)總體呈下降趨勢(shì)。①在曝氣充氧的初始階段，循環(huán)水泵處在啟動(dòng)初期，液體水還沒有完全處在湍流狀態(tài)，充氧系統(tǒng)未到達(dá)穩(wěn)定，故出現(xiàn)In(Cs-C)值短暫的上下波動(dòng)狀況，但波動(dòng)幅度不大；同步，此階段的曲線斜率較小，水中溶解氧量沒有明顯增長(zhǎng)，這是由于曝氣前加入水樣中的脫氧劑是過量的，剩余的脫氧劑會(huì)與曝氣時(shí)溶解到水樣中的氧氣反應(yīng)，不停地消耗溶解氧。②伴隨曝氣充氧的進(jìn)行，剩余的脫氧劑逐漸被反應(yīng)完，水中的溶解氧不再被消耗，溶解氧量穩(wěn)定增大。③當(dāng)曝氣充氧進(jìn)入到最終階段，由于水中溶解氧量趨近飽和，增長(zhǎng)速率逐漸減慢，即曲線斜率越來越小。綜上所述，曝氣充氧系統(tǒng)穩(wěn)定階段的斜率才真正對(duì)應(yīng)本次試驗(yàn)的KLa值。5.2.2In(Cs-C)-t線性擬合由上一部分對(duì)In(Cs-Cr)-t關(guān)系曲線的分析可知，為求得較為精確的KLa值，應(yīng)將試驗(yàn)前半段數(shù)據(jù)及結(jié)束前一段時(shí)間內(nèi)較平緩變化點(diǎn)清除，以免影響線性擬合成果。剔除無(wú)效數(shù)據(jù)后，對(duì)In(Cs-Cr)-t數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行線性擬合，擬合圖像如圖5-2所示，有關(guān)擬合數(shù)據(jù)如表5-3所示。由上表可知，對(duì)In(Cs-C)-t進(jìn)行線性擬合，線性有關(guān)系數(shù)達(dá)0.99944,極其靠近1,擬合效果極好，與理想條件下溶解氧的傳遞符合一級(jí)反應(yīng)相符合，成果可用于理論分析。由上表數(shù)據(jù)可得擬合方程為：其中，氧的總傳遞系數(shù)KLa=0.46206≈0.462換算為20℃時(shí)氧的總傳遞系數(shù)5.3非線性回歸法求解KLa值由于使用線性回歸法計(jì)算氧傳遞系數(shù)KLa受Cs取值的影響較大，因此Cs值取值是計(jì)算成果合理與否的關(guān)鍵。有研究表明，假如代入的Cs值比真實(shí)值每減少1%,計(jì)算的KLa將增大3%;只有測(cè)得的Cs值不小于或等于真實(shí)值的99.7%時(shí)，才能精確的計(jì)算出KLa值，而這在我們的試驗(yàn)中一般是比較難到達(dá)的，因此，使用該種措施計(jì)算KLa存在一定的弊端。計(jì)算KLa值的另一種措施是非線性回歸法。非線性回歸法把Cs當(dāng)作未知量，在一定程度上減輕了采用線性回歸法計(jì)算氧傳遞系數(shù)KLa受Cs取值的影響。使用這種處理措施只需測(cè)得的Cs不小于或等于真實(shí)值的98%便可精確的計(jì)算KLa值，因此，在實(shí)際測(cè)試中愈加以便控制且計(jì)算成果精確性較高。如下將采用非線性回歸法對(duì)KLa值進(jìn)行求解。已知曝氣試驗(yàn)溶解氧轉(zhuǎn)移速率滿足下列一級(jí)反應(yīng)：同線性回歸法，剔除無(wú)效數(shù)據(jù)后，以t為橫坐標(biāo)、C為縱坐標(biāo)繪制C-t散點(diǎn)圖，用函數(shù)y=yo-a.exp(-b.t)對(duì)C-t散點(diǎn)圖進(jìn)行擬合，擬合圖像如圖5-3所示，擬合方程數(shù)據(jù)如表5-4所示。BBaBb由上表可知，對(duì)C-t進(jìn)行非線性擬合，有關(guān)系數(shù)R2達(dá)0.99953,極其靠近1,擬合效果極好，擬合成果可用于理論分析。由上表數(shù)據(jù)可得擬合方程為：C=8.01703-10.21085·exp溶解氧飽和濃度氧的總傳遞系數(shù)換算為20℃時(shí)氧的總傳遞系數(shù)5.4線性擬合與非線性擬合成果的比較有關(guān)系數(shù)R2非線性擬合由上表數(shù)據(jù)可知，①對(duì)于同一組數(shù)據(jù)，線性擬合與非線性擬合的擬合程度都極好。②線性擬合成果KLa值比非線性擬合偏小，相對(duì)誤差為：③線性擬合成果Cs值比非線性擬合偏小，相對(duì)誤差為：本次試驗(yàn)中，線性擬合成果的KLa值和Cs值相對(duì)誤差都很小，闡明試驗(yàn)最開始測(cè)得的Cs值具有很高的精確性度，試驗(yàn)KLa值的求解可使用線性回歸法也可以使用精確性更高的非線性擬合法。5.5鼓風(fēng)充氧能力Q的計(jì)算公式式中Cs——飽和溶解氧，mg/LV——水樣的體積，m3。式中KLa值和Cs值的選用采用精確性更高的非線性擬合法。將V=0.018m3,KLa(20℃)=0.374L/min,C?=8.02mg/L代入上式，得即計(jì)算所得鼓風(fēng)機(jī)的充氧能力Qs為3.239×103kg/h。6思索與討論6.1檢測(cè)曝氣設(shè)備充氧性能有哪些措施?(1)化學(xué)消氧法水處理曝氣設(shè)備性能檢測(cè)措施在曝氣充氧測(cè)定中，將一定量的脫氧劑亞硫酸鈉投入清水中，并以氯化鈷作催化劑，消除清水中的溶解氧，化學(xué)反應(yīng)式如下：由上式可知，1kg的氧氣可以與8kg的亞硫酸鈉相結(jié)合，從而導(dǎo)致水中溶解氧濃度的下降甚至消除。曝氣充氧測(cè)定過程中，在啟動(dòng)曝氣系統(tǒng)之前，水中的溶解氧必須清除潔凈。啟動(dòng)曝氣系統(tǒng)后，水溶液通過吸取空氣中的氧分子，氧的濃度會(huì)迅速的上升到飽和狀態(tài)。在此過程中，一般采用CoCl?·6H2O作為催化劑，以加速亞硫酸鈉的氧化，其催化劑投加量以Co2+濃度0.3～0.5mg/L計(jì)。由于化學(xué)消氧法試驗(yàn)措施比較簡(jiǎn)樸，故其成為曝氣設(shè)備充氧能力測(cè)試的重要措施得到廣泛應(yīng)用。但測(cè)試過程中要保證測(cè)試水溶液中鹽濃度(TDS)≤mg/L電導(dǎo)率(CND)≤3000本試驗(yàn)采用該措施檢測(cè)曝氣設(shè)備充氧性能。(2)氮?dú)獯得摲ㄋ幚砥貧庠O(shè)備性能檢測(cè)措施氣體溶解于液體的過程稱為吸附，而溶解氣體從液體中解析出來的過程稱為解吸附。若物質(zhì)的吸附速率與解吸附速率相等，即到達(dá)吸附與解吸附現(xiàn)象的動(dòng)平衡臨界狀態(tài)。在此狀態(tài)下，液體中的氣體分子濃度保持不變，但氣相或液相中任一氣體分子濃度發(fā)生變化時(shí)，其將打破原平衡進(jìn)而產(chǎn)生氣-液相間的傳質(zhì)現(xiàn)象。氮?dú)獯得摲ň褪窍蛩型ㄈ隢?,人為地減少氣相氧分子濃度，使氧分子穿過氣液相界面向氣相轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)溶解氧在水中發(fā)生逆向傳質(zhì)現(xiàn)象而脫除水中溶解氧，到達(dá)曝氣充氧測(cè)試反應(yīng)初始的零溶解氧狀態(tài)條件。在啟動(dòng)曝氣系統(tǒng)之前，水中的溶解氧必須清除潔凈。啟動(dòng)曝氣系統(tǒng)后，水溶液通過吸取空氣中的氧分子，氧的濃度會(huì)迅速的上升(3)純氧曝氣法水處理曝氣設(shè)備性能檢測(cè)措施相對(duì)于吸附法，純氧曝氣充氧法一般通過向水溶液中鼓入純度。純氧曝氣充氧法與前兩種措施原理不一樣。在曝氣充氧測(cè)試中，化學(xué)消氧法與氮?dú)獯得摲ㄊ紫韧ㄟ^消氧劑或吹脫劑減少水中的溶解氧濃度，然后通過向水中通入空氣使得水中溶解氧濃度增長(zhǎng)的；純氧曝氣充氧法不需先減少水中溶解氧的濃度，而是直接向水中通入純氧使其溶解氧濃度到達(dá)過飽和狀態(tài)，然后停止通入純氧，水中溶解氧濃度逐漸從過飽和濃度下降至飽和濃度。從過飽和濃度Cs'下降至飽和濃度Cs這段試驗(yàn)有效數(shù)6.2曝氣設(shè)備充氧性能的指標(biāo)為何是清水?這是由于清水的水質(zhì)比較一致，進(jìn)行充氧試驗(yàn)時(shí)，開動(dòng)空段，即可認(rèn)為水中的水質(zhì)均勻布置，此時(shí)，測(cè)定水中任一點(diǎn)的溶解氧值，即可認(rèn)為是整個(gè)水池的溶解氧值。假如用污水的話，由于水質(zhì)組分無(wú)法一致，測(cè)得的性能無(wú)法比較，無(wú)法以一點(diǎn)的測(cè)量值代表整個(gè)池中液體的性能；在曝氣設(shè)備的實(shí)際使用過程中需要用目的水樣進(jìn)行充氧性能測(cè)定，實(shí)測(cè)的KLa才能闡明實(shí)際的充氧效率。6.3鼓風(fēng)曝氣設(shè)備與機(jī)械曝氣設(shè)備充氧性能指標(biāo)有何不一樣?答：鼓風(fēng)曝氣設(shè)備充氧性能指標(biāo)一般用動(dòng)力效率、氧的運(yùn)用這重要是鼓風(fēng)曝氣與機(jī)械曝氣的特點(diǎn)所決定的。鼓風(fēng)曝氣已知的，因此可用單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧量的比例，即氧的運(yùn)用率來表達(dá)充氧性能；而機(jī)械曝氣屬于水面曝氣，其單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移至液相中的曝氣量是不可求的，因此只能用單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移至混合液中氧量，即氧此外，動(dòng)力效率是指每消耗1KWh電能轉(zhuǎn)移至混合液中的氧量，這對(duì)于鼓風(fēng)曝氣設(shè)備與6.4影響氧傳遞的原因有哪些?美國(guó)環(huán)境保護(hù)局對(duì)17個(gè)廢水處理廠數(shù)百組試驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，制定了微孔曝氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)，闡明了對(duì)氧傳遞影響的原因，如表7-1所示。影響原因?qū)ρ鮽鬟f的影響設(shè)備原因擴(kuò)散器類型格網(wǎng)形布置較單側(cè)布置水流螺旋式前進(jìn)的及十曝氣池類型短寬的曝氣池較長(zhǎng)寬的曝氣池氧傳遞速率沿程變化小性水質(zhì)水溫升高，氧傳遞速率增大，但溶解度減少6.5氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLa的意義是什么?怎樣計(jì)算?答：根據(jù)行業(yè)原則《曝氣器清水充氧性能測(cè)定》的定義，氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)指的是曝氣器在原則狀態(tài)、測(cè)試條件下，在單位傳質(zhì)推進(jìn)力作用時(shí)，單位時(shí)間向單位體積水中傳遞氧的數(shù)量，表達(dá)的是曝氣器將氧從氣相轉(zhuǎn)移至液相中的能力。計(jì)算措施重要有3種：①公式法直接運(yùn)用公式進(jìn)行計(jì)算：KLa——氧的總傳遞系數(shù)，L/min;Cs——試驗(yàn)室的溫度和壓力下，自來水的溶解氧飽和度，mg/L;C——對(duì)應(yīng)某一時(shí)刻t的溶解氧濃度，mg/L;t——開循環(huán)水泵后的時(shí)間，min。②線性擬合將一級(jí)反應(yīng)方程dc/dt=KLa(Cs-C)積分后得到1n(Cs-C)=-KLat+常數(shù)，測(cè)得Cs和對(duì)應(yīng)每一時(shí)刻t的C后繪制In(Cs-C)與t的關(guān)系曲線，或dc/dt與c的關(guān)系曲線，然后進(jìn)行線性擬合，擬合直線斜率的絕對(duì)值便是KLao③非線性擬合用origin等數(shù)據(jù)處理軟件自定義該積分函數(shù)，然后調(diào)用對(duì)試驗(yàn)C-t數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行非線性擬合，即可得到參數(shù)KLa的取值。6.6怎樣確定Cs值?確定對(duì)的的Cs值對(duì)于計(jì)算對(duì)的的K加值是非常重要的。用于計(jì)算KLa值的Cs目前國(guó)內(nèi)外有三種措施：①采用理論飽和值。其值在有關(guān)的書中均可查到。對(duì)于鼓風(fēng)曝氣和射流曝氣，需根據(jù)沉沒深度，對(duì)查到的Cs值進(jìn)