Smulkus burbulinis vėdinimas deguonimi-Aquasust

Bandymo ataskaita

Nuotekų valymo sistemoje aeracijos procesas sudaro nuo 45% iki 75% viso nuotekų valymo įrenginio energijos suvartojimo, siekiant pagerinti aeracijos proceso deguonies perdavimo efektyvumą, dabartinis nuotekų valymo įrenginys dažniausiai naudojamas mikroporose. aeracijos sistemos.Palyginti su didelių ir vidutinių burbulų aeravimo sistema, mikroporinė aeravimo sistema gali sutaupyti apie 50% energijos sąnaudų. Nepaisant to, deguonies panaudojimo greitis jo aeracijos procese taip pat svyruoja nuo 20% iki 30%. Be to, Kinijoje atsirado daugiau sričių, kuriose užterštoms upėms valyti naudojama mikroporinės aeracijos technologija, tačiau nėra tyrimų, kaip pagrįstai parinkti mikroporinius aeratorius skirtingoms vandens sąlygoms. Todėl labai svarbu optimizuoti mikroporinio aeratoriaus prisotinimo deguonimi parametrus faktinei gamybai ir taikymui.

Yra daug veiksnių, turinčių įtakos mikroporinės aeracijos ir deguonies našumui, iš kurių svarbiausi yra aeracijos tūris, porų dydis ir vandens gylio įrengimas.

Šiuo metu atlikta mažiau tyrimų apie ryšį tarp mikroporinio aeratoriaus prisotinimo deguonimi ir porų dydžio bei įrengimo gylio namuose ir užsienyje. Atliekant tyrimą daugiau dėmesio skiriama bendro deguonies masės perdavimo koeficiento ir deguonies prisotinimo pajėgumo gerinimui, neatsižvelgiama į energijos suvartojimo problemą aeracijos procese. Mes laikome teorinį galios efektyvumą kaip pagrindinį tyrimo indeksą, kartu su deguonies prisotinimo pajėgumu ir deguonies panaudojimo tendencija, iš pradžių optimizuojame aeracijos tūrį, angos skersmenį ir įrengimo gylį, kai aeracijos efektyvumas yra didžiausias, kad būtų pateikta nuoroda į taikymą. mikroporinės aeracijos technologija realiame projekte.

1.Medžiagos ir metodai

1.1 Bandymo sąranka

Bandymo įrenginys buvo pagamintas iš organinio stiklo, o pagrindinis korpusas buvo D {{0}},4 m × 2 m cilindrinis aeracijos bakas su ištirpusio deguonies zondu, esančiu 0,5 m žemiau vandens paviršiaus (parodyta 1 paveiksle). ).

1 pav. Aeracijos ir deguonies bandymo sąranka

1.2 Bandymo medžiagos

Mikroporuotas aeratorius, pagamintas iš guminės membranos, skersmuo 215 mm, porų dydis 50, 100, 200, 500, 1 000 μm. „sension378“ stalinis ištirpusio deguonies testeris, HACH, JAV. Dujų rotoriaus srauto matuoklis, diapazonas 0~3 m3/h, tikslumas ±0,2%. HC-S pūstuvas. Katalizatorius: CoCl2-6H2O, analitiškai grynas; Deoksidantas: Na2SO3, analitiškai grynas.

1.3 Bandymo metodas

Bandymas buvo atliktas naudojant statinį nestacionarų metodą, ty Na2SO3 ir CoCl2-6H2O bandymo metu pirmiausia buvo dozuojami deguonies pašalinimui, o aeracija buvo pradėta, kai ištirpusio deguonies kiekis vandenyje sumažėjo iki {{5} }. Buvo užfiksuoti ištirpusio deguonies koncentracijos vandenyje pokyčiai laikui bėgant, apskaičiuota KLa reikšmė. Deguonies efektyvumas buvo išbandytas esant skirtingiems aeracijos tūriams (0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3 m3/h), skirtingų porų dydžiams (50, 100, 200, 500, 1, 000 μm) ir skirtingus vandens gylius (0,8, 1,1, 1,3, 1,5, 1,8, 2,0 m), taip pat buvo nuoroda į CJ/T

3015.2 -1993 „Aeratoriaus skaidraus vandens prisotinimo deguonimi našumo nustatymas“ ir Jungtinių Valstijų skaidraus vandens prisotinimo deguonimi bandymo standartai.

2.Rezultatai ir diskusija

2.1 Testo principas

Pagrindinis bandymo principas pagrįstas dvigubos membranos teorija, kurią 1923 m. pasiūlė Whitman. Deguonies masės perdavimo procesas gali būti išreikštas (1) lygtimi.

Čia: dc/dt - masės perdavimo greitis, ty perduoto deguonies kiekis vandens tūrio vienetui per laiko vienetą, mg/(Ls).

KLa - suminis aeratoriaus deguonies perdavimo koeficientas bandymo sąlygomis, min-1 ;

C* – vandenyje ištirpęs prisotintas deguonis, mg/L.

Ct – vandenyje ištirpusio deguonies kiekis aeracijos momentu t, mg/L.

Jei bandymo temperatūra nėra 20 laipsnių, KLa koreguoti galima naudoti (2) lygtį:

Deguonies talpa (OC, kg/h) išreiškiama (3) lygtimi.

Kur: V - aeracinio baseino tūris, m3.

Deguonies panaudojimas (SOTE, %) išreiškiamas (4) lygtimi.

Kur: q - aeracijos tūris standartinės būklės, m3/val.

Teorinis galios naudingumas [E, kg/(kW-h)] išreiškiamas (5) lygtimi.

Kur: P - vėdinimo įrangos galia, kW.

Aeratoriaus deguonies efektyvumui įvertinti dažniausiai naudojami rodikliai yra suminis deguonies masės perdavimo koeficientas KLa, deguonies talpa OC, deguonies panaudojimo koeficientas SOTE ir teorinis galios efektyvumas E [7]. Esamuose tyrimuose daugiau dėmesio buvo skirta bendro deguonies masės perdavimo koeficiento, deguonies prisotinimo pajėgumo ir deguonies panaudojimo tendencijoms, o mažiau – teoriniam galios efektyvumui [8, 9]. Teorinis energijos vartojimo efektyvumas, kaip vienintelis efektyvumo rodiklis [10], gali atspindėti energijos suvartojimo problemą aeracijos procese, kuri yra šio eksperimento akcentas.

2.2 Aeracijos įtaka deguonies našumui

Deguonies prisotinimo efektyvumas esant skirtingiems aeracijos lygiams buvo įvertintas aeruojant 2 m aeratoriaus apačioje, kurio porų dydis 200 μm, o rezultatai pateikti 2 pav.

2 pav. K ir deguonies panaudojimo kitimas priklausomai nuo aeracijos greičio

Kaip matyti iš 2 pav., KLa palaipsniui didėja didėjant aeracijos tūriui. Taip yra daugiausia todėl, kad kuo didesnis aeracijos tūris, tuo didesnis dujų ir skysčio sąlyčio plotas ir didesnis deguonies prisotinimo efektyvumas. Kita vertus, kai kurie mokslininkai nustatė, kad deguonies panaudojimo lygis mažėjo didėjant aeracijos tūriui, ir šiame eksperimente buvo nustatyta panaši situacija. Taip yra todėl, kad esant tam tikram vandens gyliui, burbuliukų buvimo vandenyje laikas pailgėja, kai aeracijos tūris yra mažas, o dujų ir skysčio sąlyčio laikas pailgėja; esant dideliam aeracijos tūriui, vandens telkinio trikdymas yra stiprus, o didžioji dalis deguonies nėra efektyviai panaudojama, o ilgainiui burbuliukų pavidalu išsiskiria iš vandens paviršiaus į orą. Iš šio eksperimento gautas deguonies panaudojimo greitis, lyginant su literatūroje, nebuvo didelis, tikriausiai dėl to, kad reaktoriaus aukštis buvo nepakankamai aukštas, o didelis kiekis deguonies išbėgo nepatekęs į vandens stulpelį, sumažindamas deguonies panaudojimo greitį.

Teorinio galios naudingumo (E) kitimas aeruojant parodytas 3 pav.

3 pav. Teorinis galios efektyvumas, palyginti su aeracijos tūriu

Kaip matyti 3 pav., teorinis galios efektyvumas palaipsniui mažėja didėjant aeracijai. Taip yra todėl, kad standartinis deguonies perdavimo greitis didėja didėjant aeracijos tūriui tam tikromis vandens gylio sąlygomis, tačiau orapūtės sunaudojamo naudingo darbo padidėjimas yra reikšmingesnis nei standartinio deguonies perdavimo greičio padidėjimas, todėl teorinis galios efektyvumas. mažėja didėjant aeracijos tūriui eksperimente tirto aeracijos tūrio diapazone. Derinant tendencijas Fig. 2 ir 3, galima nustatyti, kad geriausias deguonies prisotinimas pasiekiamas esant 0,5 m3/h aeracijos tūriui.

2.3 Porų dydžio įtaka deguonies našumui

Porų dydis turi didelę įtaką burbuliukų susidarymui, kuo didesnis porų dydis, tuo didesnis burbulo dydis. Smūgio deguonies prisotinimo burbuliukai daugiausia pasireiškia dviem aspektais: pirma, kuo mažesni atskiri burbuliukai, tuo didesnis bendras burbulo specifinis paviršiaus plotas, kuo didesnis dujų ir skysčių masės perdavimo kontaktinis plotas, tuo palankesnis pernešimui deguonies; Antra, kuo didesni burbuliukai, tuo stipresnis vandens maišymo vaidmuo, kuo greitesnis dujų ir skysčių maišymasis, tuo geresnis deguonies prisotinimo efektas. Dažnai pirmasis taškas masės perdavimo procese atlieka svarbų vaidmenį. Bandymas bus aeracijos tūris, nustatytas į 0,5 m3/h, norint ištirti porų dydžio įtaką KLa ir deguonies panaudojimui, žr. 4 pav.

4 pav. KLa ir deguonies panaudojimo kitimo kreivės atsižvelgiant į porų dydį

Kaip matyti iš 4 pav., tiek KLa, tiek deguonies panaudojimas mažėjo didėjant porų dydžiui. Esant tokiam pačiam vandens gyliui ir aeracijos tūriui, 50 μm diafragmos aeratoriaus KLa yra maždaug tris kartus didesnis už 1,000 μm aeratoriaus angą. Todėl, kai aeratorius įrengiamas tam tikrame vandens gylyje, tuo mažesnė aeratoriaus deguonies talpos anga ir didesnis deguonies panaudojimas.

Teorinio galios efektyvumo kitimas su porų dydžiu parodytas 5 pav.

5 pav. Teorinis galios efektyvumas ir porų dydis

Kaip matyti iš 5 pav., teorinis galios efektyvumas rodo didėjimo ir mažėjimo tendenciją didėjant diafragmos dydžiui. Taip yra todėl, kad, viena vertus, mažos angos aeratorius turi didesnę KLa ir deguonies tiekimo talpą, o tai yra palanki deguonies tiekimui. Kita vertus, atsparumo praradimas esant tam tikram vandens gyliui didėja mažėjant apertūros skersmeniui. Kai porų dydžio sumažinimas dėl skatinimo efekto atsparumo praradimo yra didesnis nei deguonies masės perdavimo vaidmuo, sumažėjus porų dydžiui, sumažės teorinis galios efektyvumas. Todėl, kai diafragmos skersmuo yra mažas, teorinis galios efektyvumas padidės didėjant diafragmos skersmeniui, o diafragmos skersmuo 200 μm, kad būtų pasiekta maksimali 1,91 kg/(kW-h) vertė; kai angos skersmuo > 200 μm, pasipriešinimo nuostoliai aeravimo procese nebevaidina dominuojančio vaidmens aeracijos procese, KLa ir deguonies talpa padidėjus aeratoriaus angos skersmeniui sumažės, todėl teorinis energijos vartojimo efektyvumas rodo reikšmingą mažėjimo tendenciją.

2.4 Įrenginio vandens gylio įtaka deguonies našumui

Vandens gylis, kuriame sumontuotas aeratorius, turi labai didelę įtaką aeracijos ir deguonies prisotinimo efektui. Eksperimentinio tyrimo tikslas buvo negilus vandens kanalas, mažesnis nei 2 m. Aeratoriaus aeracijos gylį lėmė baseino vandens gylis. Esamuose tyrimuose daugiausia dėmesio skiriama panardinamajam aeratoriaus gyliui (ty aeratorius sumontuotas baseino dugne, o vandens gylis padidinamas didinant vandens kiekį), o bandyme daugiausia dėmesio skiriama aeratoriaus įrengimo gyliui. aeratorius (ty vandens kiekis baseine išlaikomas pastovus, o aeratoriaus montavimo aukštis reguliuojamas taip, kad būtų rastas geriausias vandens gylis aeracijos efektui pasiekti), o KLa ir deguonies panaudojimo pokyčiai atsižvelgiant į vandens gylį parodyta 6 pav.

6 pav. K ir deguonies panaudojimo kitimo kreivės atsižvelgiant į vandens gylį

6 paveiksle parodyta, kad didėjant vandens gyliui, tiek KLa, tiek deguonies panaudojimas rodo aiškią didėjimo tendenciją – KLa skiriasi daugiau nei keturis kartus esant 0,8 m vandens gyliui ir 2 m vandens gyliui. Taip yra todėl, kad kuo gilesnis vanduo, tuo ilgesnis burbuliukų buvimo vandens stulpelyje laikas, kuo ilgesnis dujų ir skysčio kontakto laikas, tuo geresnis deguonies perdavimo efektas. Todėl kuo giliau įrengiamas aeratorius, tuo palankesnis deguonies tiekimo pajėgumas ir deguonies panaudojimas. Bet įrengiant vandens gylį didėja ir atsparumo nuostoliai, norint įveikti pasipriešinimo nuostolius, būtina didinti aeracijos kiekį, o tai neišvengiamai lems energijos sąnaudų ir eksploatacinių sąnaudų padidėjimą. Todėl, norint gauti optimalų įrengimo gylį, būtina įvertinti ryšį tarp teorinio galios naudingumo ir vandens gylio, žr. 1 lentelę.

1 lentelėje parodyta, kad teorinis galios efektyvumas yra labai mažas, kai įrengimo gylis yra 0,8 m, tik 0,5 kg/(kW-h), todėl sekliame vandenyje aeruoti netinkama. Įrengiamas 1,1 ~ 1,5 m gylio vandens gylis dėl ženkliai padidėjusio deguonies prisotinimo pajėgumo, o aeratoriaus pasipriešinimo efektas nėra akivaizdus, ​​todėl teorinis galios efektyvumas sparčiai didėja. Vandens gyliui didėjant iki 1,8 m, atsparumo praradimo įtaka deguonies našumui tampa vis reikšmingesnė, todėl teorinio galios efektyvumo augimas linkęs išsilyginti, tačiau vis dar rodo didėjimo tendenciją, o 2 m vandens gylio teorinis galios naudingumas siekia 1,97 kg/(kW-h). Todėl kanalams < 2 m, siekiant optimalaus deguonies prisotinimo, pirmenybė teikiama dugno aeracijai.

Išvada

Naudojant statinį nestacionarų metodą mikroporinės aeracijos skaidraus vandens deguonies bandymui, bandomajame vandens gylyje (< 2 m) and pore size (50 ~ 1 000 μm) conditions, the total oxygen mass transfer coefficient KLa and oxygen utilisation increased with the installation of the water depth; with the increase in pore size and decreased. In the process of increasing the aeration volume from 0.5 m3/h to 3 m3/h, the total oxygen mass transfer coefficient and oxygenation capacity gradually increased, and the oxygen utilisation rate decreased.

Teorinis galios efektyvumas yra vienintelis efektyvumo rodiklis. Bandymo sąlygomis teorinis galios efektyvumas aeruojant ir įrengiant vandens gylį didėja, padidėjus apertūrai pirmiausia didėja, o paskui mažėja. Vandens gylio ir angos įrengimas turėtų būti pagrįstas derinys, kad būtų pasiektas geriausias deguonies tiekimo efektyvumas, apskritai kuo didesnis aeratoriaus angos vandens pasirinkimo gylis, tuo didesnis.

Bandymo rezultatai rodo, kad nereikėtų naudoti sekliojo vandens aeravimo. Įrengus 2 m gylį, aeracijos tūris 0,5 m3/h ir aeratorius, kurio porų dydis 200 μm, leido pasiekti maksimalų teorinį 1,97 kg/(kW-h) efektyvumą.