2025年曝氣設(shè)備氧氣溶解效率測試研究報告

(1)掌握測定曝氣設(shè)備的KLa和充氧能力α、β的試驗措施及計算Qs;(2)評價充氧設(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。假定整個液體是完全混合的，符合一級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試驗設(shè)備與試劑(1)溶解氧測定儀(2)空壓機。(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試驗裝置試驗裝置如圖3-1所示。3.3試驗環(huán)節(jié)(1)向曝氣筒內(nèi)注入20L自來水，測定水樣體積V(L)和水溫t(℃);(2)由試驗測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?)的用量計算。在自來水中加入Na?SO?還原劑來還原水中的溶解氧。相對分子質(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)會消耗亞硫酸鈉，故實際用量為理論用量的1.5倍。因此試驗投加的Na?SO?投加量為Cs——試驗時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循環(huán)水泵，小流量輕微攪動使其混合(開始計時),進行脫氧。攪拌均勻后(時間to),測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,記錄一次所用時間(直到溶解氧值到達飽和為止)。(3)當(dāng)清水脫氧至零時，提高葉輪轉(zhuǎn)速進行曝氣，并計時。每隔0.5min測定一次溶解氧值(用碘量法每隔1min測定一次),懂得溶解氧值到達飽和為止。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——試驗室的溫度和壓力下，自來水的溶解氧飽和度，mg/L;C——對應(yīng)某一時刻t的溶解氧濃度，mg/L;t——開循環(huán)水泵后的時間，min。試驗中，t-to的值對應(yīng)表4-1中的t值，Co對應(yīng)時間t=0時的C=0.53mg/已知值代入公式中求出KLa,計算成果如表5-1所示。1/23456789無論采用取平均值或者中間值等措施確定KLa值都會存在較大誤差，都無法很好表征曝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In(Cs-C?)進行計算，成果如表5-2所示。根據(jù)計算成果以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由上圖可以觀測到，在曝氣充氧的整個過程中，伴隨時間的增長，In(Cs-Ct)總體呈下降趨勢。①在曝氣充氧的初始階段，循環(huán)水泵處在啟動初期，液體水還沒有完全處在湍流狀態(tài)，充氧系統(tǒng)未到達穩(wěn)定，故出現(xiàn)In(Cs-C)值短暫的上下波動狀況，但波動幅度不大；同步，此階段的曲線斜率較小，水中溶解氧量沒有明顯增長，這是由于曝氣前加入水樣中的脫氧劑是過量的，剩余的脫氧劑會與曝氣時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)曝氣充氧進入到最終階段，由于水中溶解氧量趨近飽和，增長速率逐漸減慢，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應(yīng)本次試驗的KLa值。5.2.2In(Cs-C)-t線性擬合由上一部分對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)將試驗前半段數(shù)據(jù)及結(jié)束前一段時間內(nèi)較平緩變化點清除，以免影響線性擬合成果。剔除無效數(shù)據(jù)后，對In(Cs-Cr)-t數(shù)據(jù)點進行線性擬合，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In(Cs-C)-t進行線性擬合，線性有關(guān)系數(shù)達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值比真實值每減少1%,計算的KLa將增大3%;只有測得的Cs值不小于或等于真實值的99.7%時，才能精確的計算出KLa值，而這在我們的試驗中一般是比較難到達的，因此，使用該種措施計算KLa存在一定的弊端。計算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得的Cs不小于或等于真實值的98%便可精確的計算KLa值，因此，在實際測試中愈加以便控制且計算成果精確性較高。如下將采用非線性回歸法對KLa值進行求解。已知曝氣試驗溶解氧轉(zhuǎn)移速率滿足下列一級反應(yīng)：同線性回歸法，剔除無效數(shù)據(jù)后，以t為橫坐標(biāo)、C為縱坐標(biāo)繪制C-t散點圖，用函數(shù)y=yo-a.exp(-b.t)對C-t散點圖進行擬合，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C-t進行非線性擬合，有關(guān)系數(shù)R2達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，相對誤差為：③線性擬合成果Cs值比非線性擬合偏小，相對誤差為：本次試驗中，線性擬合成果的KLa值和Cs值相對誤差都很小，闡明試驗最開始測得的Cs值具有很高的精確性度，試驗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，得即計算所得鼓風(fēng)機的充氧能力Qs為3.239×103kg/h。6思索與討論6.1檢測曝氣設(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)備性能檢測措施在曝氣充氧測定中，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。曝氣充氧測定過程中，在啟動曝氣系統(tǒng)之前，水中的溶解氧必須清除潔凈。啟動曝氣系統(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。由于化學(xué)消氧法試驗措施比較簡樸，故其成為曝氣設(shè)備充氧能力測試的重要措施得到廣泛應(yīng)用。但測試過程中要保證測試水溶液中鹽濃度(TDS)≤mg/L電導(dǎo)率(CND)≤3000本試驗采用該措施檢測曝氣設(shè)備充氧性能。(2)氮氣吹脫法水處理曝氣設(shè)備性能檢測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，即到達吸附與解吸附現(xiàn)象的動平衡臨界狀態(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，其將打破原平衡進而產(chǎn)生氣-液相間的傳質(zhì)現(xiàn)象。氮氣吹脫法就是向水中通入N?,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，到達曝氣充氧測試反應(yīng)初始的零溶解氧狀態(tài)條件。在啟動曝氣系統(tǒng)之前，水中的溶解氧必須清除潔凈。啟動曝氣系統(tǒng)后，水溶液通過吸取空氣中的氧分子，氧的濃度會迅速的上升(3)純氧曝氣法水處理曝氣設(shè)備性能檢測措施相對于吸附法，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。在曝氣充氧測試中，化學(xué)消氧法與氮氣吹脫法首先通過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，進行充氧試驗時，開動空段，即可認為水中的水質(zhì)均勻布置，此時，測定水中任一點的溶解氧值，即可認為是整個水池的溶解氧值。假如用污水的話，由于水質(zhì)組分無法一致，測得的性能無法比較，無法以一點的測量值代表整個池中液體的性能；在曝氣設(shè)備的實際使用過程中需要用目的水樣進行充氧性能測定，實測的KLa才能闡明實際的充氧效率。6.3鼓風(fēng)曝氣設(shè)備與機械曝氣設(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)一般用動力效率、氧的運用這重要是鼓風(fēng)曝氣與機械曝氣的特點所決定的。鼓風(fēng)曝氣已知的，因此可用單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧量的比例，即氧的運用率來表達充氧性能；而機械曝氣屬于水面曝氣，其單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)移至液相中的曝氣量是不可求的，因此只能用單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)移至混合液中氧量，即氧此外，動力效率是指每消耗1KWh電能轉(zhuǎn)移至混合液中的氧量，這對于鼓風(fēng)曝氣設(shè)備與6.4影響氧傳遞的原因有哪些?美國環(huán)境保護局對17個廢水處理廠數(shù)百組試驗進行總結(jié)，制定了微孔曝氣系統(tǒng)設(shè)計手冊，闡明了對氧傳遞影響的原因，如表7-1所示。影響原因?qū)ρ鮽鬟f的影響設(shè)備原因擴散器類型格網(wǎng)形布置較單側(cè)布置水流螺旋式前進的及十曝氣池類型短寬的曝氣池較長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?怎樣計算?答：根據(jù)行業(yè)原則《曝氣器清水充氧性能測定》的定義，氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)指的是曝氣器在原則狀態(tài)、測試條件下，在單位傳質(zhì)推進力作用時，單位時間向單位體積水中傳遞氧的數(shù)量，表達的是曝氣器將氧從氣相轉(zhuǎn)移至液相中的能力。計算措施重要有3種：①公式法直接運用公式進行計算：KLa——氧的總傳遞系數(shù)，L/min;Cs——試驗室的溫度和壓力下，自來水的溶解氧飽和度，mg/L;C——對應(yīng)某一時刻t的溶解氧濃度，mg/L;t——開循環(huán)水泵后的時間，min。②線性擬合將一級反應(yīng)方程dc/dt=KLa(Cs-C)積分后得到1n(Cs-C)=-KLat+常數(shù)，測得Cs和對應(yīng)每一時刻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，然后進行線性擬合，擬合直線斜率的絕對值便是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)用對試驗C-t數(shù)據(jù)點進行非線性擬合，即可得到參數(shù)KLa的取值。6.6怎樣確定Cs值?確定對的的Cs值對于計算對的的K加值是非常重要的。用于計算KLa值的Cs目前國內(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。對于鼓風(fēng)曝氣和射流曝氣，需根據(jù)沉沒深度，對查到的Cs值進