Microporous Aeration OxygenationPagganap

Sa sistema ng paggamot ng wastewater, ang proseso ng aeration ay nagkakahalaga ng 45% hanggang 75% ng pagkonsumo ng enerhiya ng buong planta ng paggamot ng wastewater, upang mapabuti ang kahusayan ng paglipat ng oxygen ng proseso ng aeration, ang kasalukuyang planta ng paggamot ng wastewater ay karaniwang ginagamit sa microporous mga sistema ng aeration. Kung ikukumpara sa sistema ng aeration ng malalaki at katamtamang laki ng mga bula, ang microporous aeration system ay makakapagtipid ng humigit-kumulang 50% ng pagkonsumo ng enerhiya. Gayunpaman, ang rate ng paggamit ng oxygen ng proseso ng aeration nito ay nasa hanay din na 20% hanggang 30%. Bilang karagdagan, nagkaroon ng mas maraming lugar sa China na gumamit ng microporous aeration na teknolohiya para sa paggamot ng mga maruming ilog, ngunit walang pananaliksik kung paano makatuwirang pumili ng mga microporous aerator para sa iba't ibang kondisyon ng tubig. Samakatuwid, ang pag-optimize ng microporous aerator oxygenation na mga parameter ng pagganap para sa aktwal na produksyon at aplikasyon ay may malaking kahalagahan.

Mayroong maraming mga kadahilanan na nakakaapekto sa pagganap ng microporous aeration at oxygenation, ang pinakamahalaga ay ang dami ng aeration, laki ng butas at pag-install ng lalim ng tubig.

Sa kasalukuyan, may mas kaunting mga pag-aaral sa kaugnayan sa pagitan ng pagganap ng oxygenation ng microporous aerator at laki ng butas at lalim ng pag-install sa tahanan at sa ibang bansa. Ang pananaliksik ay higit na nakatuon sa pagpapabuti ng kabuuang oxygen mass transfer coefficient at kapasidad ng oxygenation, at pinababayaan ang problema sa pagkonsumo ng enerhiya sa proseso ng aeration. Isinasaalang-alang namin ang theoretical power efficiency bilang pangunahing index ng pananaliksik, kasama ang kapasidad ng oxygenation at ang trend ng paggamit ng oxygen, sa simula ay ino-optimize ang volume ng aeration, diameter ng aperture at lalim ng pag-install kapag ang aeration efficiency ang pinakamataas, para magbigay ng reference para sa application ng microporous aeration technology sa aktwal na proyekto.

1.Mga materyales at pamamaraan

1.1 Pag-set up ng pagsubok

Ang test setup ay ginawa sa Plexiglas, at ang pangunahing katawan ay isang D {{0}}.4 m × 2 m cylindrical aeration tank na may dissolved oxygen probe na matatagpuan 0.5 m sa ibaba ng ibabaw ng tubig (ipinapakita sa Figure 1 ).

Figure 1 Aeration at Oxygenation Test Setup

1.2 Mga materyales sa pagsubok

Microporous aerator, gawa sa rubber membrane, diameter 215 mm, laki ng pore 50, 100, 200, 500, 1 000 μm. sension378 benchtop dissolved oxygen tester, HACH, USA. Gas rotor flow meter, saklaw 0~3 m3/h, katumpakan ±0.2%. HC-S blower. Catalyst: CoCl2-6H2O, analytically pure; Deoxidant: Na2SO3, analytically dalisay.

1.3 Paraan ng pagsubok

Isinagawa ang pagsubok gamit ang static na hindi nakatigil na pamamaraan, ibig sabihin, ang Na2SO3 at CoCl2-6H2O ay unang na-dose para sa deoxygenation sa panahon ng pagsubok, at sinimulan ang aeration kapag ang natunaw na oxygen sa tubig ay nabawasan sa {{5} }. Ang mga pagbabago sa dissolved oxygen na konsentrasyon sa tubig sa paglipas ng panahon ay naitala, at ang halaga ng KLa ay kinakalkula. Sinuri ang pagganap ng oxygen sa ilalim ng iba't ibang dami ng aeration (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 m3/h), iba't ibang laki ng butas (50, 100, 200, 500, 1,000 μm), at iba't ibang lalim ng tubig (0.8, 1.1, 1.3, 1.5, 1.8, 2.0 m), at ginawa rin ang sanggunian sa CJ/T 3015.2 -1993 "Pagpapasiya ng performance ng aerator clear water oxygenation" at mga pamantayan sa pagsusuri ng clear water oxygenation ng United States.

2.Mga resulta at talakayan

2.1 Prinsipyo ng pagsusulit

Ang pangunahing prinsipyo ng pagsubok ay batay sa teorya ng dobleng lamad na iminungkahi ni Whitman noong 1923. Ang proseso ng paglipat ng masa ng oxygen ay maaaring ipahayag sa equation (1).

Kung saan: dc/dt - mass transfer rate, ibig sabihin, ang dami ng oxygen na inilipat sa bawat unit volume ng tubig kada unit time, mg/(Ls).

KLa - kabuuang oxygen transfer coefficient ng aerator sa mga kondisyon ng pagsubok, min-1 ;

C* - saturated dissolved oxygen sa tubig, mg/L.

Ct - dissolved oxygen sa tubig sa sandali ng aeration t, mg/L.

Kung ang test temperature ay wala sa 20 degree , ang equation (2) ay maaaring gamitin para itama para sa KLa:

Ang kapasidad ng oxygenation (OC, kg/h) ay ipinahayag ng equation (3).

Kung saan: V - dami ng aeration pool, m3.

Ang paggamit ng oxygen (SOTE, %) ay ipinahayag ng equation (4).

Kung saan: q - dami ng aeration sa karaniwang kondisyon, m3/h.

Ang theoretical power efficiency [E, kg/(kW-h)] ay ipinahayag ng equation (5).

Saan: P - kapangyarihan ng kagamitan sa aeration, kW.

Ang karaniwang ginagamit na mga tagapagpahiwatig para sa pagsusuri ng pagganap ng aerator oxygenation ay ang kabuuang oxygen mass transfer coefficient KLa, kapasidad ng oxygenation OC, rate ng paggamit ng oxygen SOTE at theoretical power efficiency E [7]. Ang mga umiiral na pag-aaral ay higit na nakatuon sa mga uso ng kabuuang oxygen mass transfer coefficient, kapasidad ng oxygenation at paggamit ng oxygen, at mas mababa sa theoretical power efficiency [8, 9]. Ang teoretikal na kahusayan ng kapangyarihan, bilang ang tanging index ng kahusayan [10], ay maaaring magpakita ng problema sa pagkonsumo ng enerhiya sa proseso ng aeration, na siyang pokus ng eksperimentong ito.

2.2 Epekto ng aeration sa pagganap ng oxygenation

Ang pagganap ng oxygenation sa iba't ibang antas ng aeration ay nasuri sa pamamagitan ng aeration sa ilalim ng 2 m ng aerator na may laki ng butas na 200 μm, at ang mga resulta ay ipinapakita sa Fig. 2.

Fig. 2 Pagkakaiba-iba ng K at paggamit ng oxygen na may rate ng aeration

Tulad ng makikita mula sa Fig. 2, unti-unting tumataas ang KLa sa pagtaas ng volume ng aeration. Ito ay higit sa lahat dahil mas malaki ang volume ng aeration, mas malaki ang lugar ng kontak sa gas-liquid at mas mataas ang kahusayan ng oxygenation. Sa kabilang banda, natuklasan ng ilang mananaliksik na bumaba ang rate ng paggamit ng oxygen sa pagtaas ng volume ng aeration, at natagpuan ang isang katulad na sitwasyon sa eksperimentong ito. Ito ay dahil sa ilalim ng isang tiyak na lalim ng tubig, ang oras ng paninirahan ng mga bula sa tubig ay tumataas kapag ang dami ng aeration ay maliit, at ang oras ng pakikipag-ugnay sa gas-likido ay pinahaba; kapag ang dami ng aeration ay malaki, ang gulo ng katawan ng tubig ay malakas, at karamihan sa oxygen ay hindi epektibong nagagamit, at kalaunan ay inilabas mula sa ibabaw ng tubig sa anyo ng mga bula sa hangin. Ang rate ng paggamit ng oxygen na nakuha mula sa eksperimentong ito ay hindi mataas kumpara sa literatura, marahil dahil ang taas ng reaktor ay hindi sapat na mataas, at isang malaking halaga ng oxygen ang nakatakas nang hindi nakikipag-ugnayan sa column ng tubig, na binabawasan ang rate ng paggamit ng oxygen.

Ang pagkakaiba-iba ng theoretical power efficiency (E) na may aeration ay ipinapakita sa Fig. 3.

Fig. 3 Theoretical power efficiency versus aeration volume

Tulad ng makikita sa Fig. 3, ang teoretikal na kahusayan ng kapangyarihan ay unti-unting bumababa sa pagtaas ng aeration. Ito ay dahil ang karaniwang rate ng paglipat ng oxygen ay tumataas sa pagtaas ng volume ng aeration sa ilalim ng ilang partikular na kondisyon ng lalim ng tubig, ngunit ang pagtaas sa kapaki-pakinabang na gawaing natupok ng blower ay mas makabuluhan kaysa sa pagtaas sa karaniwang rate ng paglipat ng oxygen, kaya ang kahusayan ng teoretikal na kapangyarihan bumababa kasabay ng pagtaas ng volume ng aeration sa loob ng hanay ng volume ng aeration na sinuri sa eksperimento. Pinagsasama-sama ang mga uso sa Fig. 2 at 3, makikita na ang pinakamahusay na pagganap ng oxygenation ay nakakamit sa dami ng aeration na 0.5 m3/h.

2.3 Epekto ng laki ng butas sa pagganap ng oxygenation

Ang laki ng butas ay may malaking impluwensya sa pagbuo ng mga bula, mas malaki ang laki ng butas, mas malaki ang laki ng bula. Ang mga bula sa pagganap ng oxygenation ng epekto ay pangunahing ipinapakita sa dalawang aspeto: Una, mas maliit ang mga indibidwal na mga bula, mas malaki ang pangkalahatang lugar ng ibabaw na tiyak na bubble, mas malaki ang lugar ng contact ng gas-liquid mass transfer, mas kaaya-aya sa paglipat ng oxygen; Pangalawa, mas malaki ang mga bula, mas malakas ang papel na ginagampanan ng pagpapakilos ng tubig, ang paghahalo ng gas-likido sa pagitan ng mas mabilis, mas mahusay ang epekto ng oxygenation. Kadalasan ang unang punto sa proseso ng paglipat ng masa ay may malaking papel. Ang pagsubok ay magiging aeration volume na nakatakda sa 0.5 m3/h, upang suriin ang epekto ng laki ng butas sa KLa at paggamit ng oxygen, tingnan ang Figure 4.

Fig. 4 Variation curves ng KLa at paggamit ng oxygen na may laki ng butas

Tulad ng makikita mula sa Fig. 4, parehong nabawasan ang paggamit ng KLa at oxygen sa pagtaas ng laki ng butas. Sa ilalim ng kundisyon ng parehong lalim ng tubig at dami ng aeration, ang KLa na 50 μm aperture aerator ay halos tatlong beses kaysa sa 1,000 μm na aperture aerator. Samakatuwid, kapag ang aerator ay naka-install sa isang tiyak na lalim ng tubig, mas maliit ang aperture ng aerator oxygenation capacity at oxygen utilization ay mas malaki.

Ang pagkakaiba-iba ng theoretical power efficiency na may sukat ng butas ay ipinapakita sa Fig. 5.

Fig. 5 Theoretical power efficiency kumpara sa laki ng butas

Tulad ng makikita mula sa Fig. 5, ang theoretical power efficiency ay nagpapakita ng trend ng pagtaas at pagkatapos ay bumababa sa pagtaas ng laki ng siwang. Ito ay dahil sa isang banda, ang maliit na aperture aerator ay may mas malaking KLa at kapasidad ng oxygenation, na nakakatulong sa oxygenation. Sa kabilang banda, ang pagkawala ng resistensya sa ilalim ng isang tiyak na lalim ng tubig ay tumataas sa pagbaba ng diameter ng aperture. Kapag ang pagbabawas ng laki ng butas sa pagkawala ng paglaban ng epekto ng promosyon ay mas malaki kaysa sa papel ng paglipat ng mass ng oxygen, ang teoretikal na kahusayan ng kapangyarihan ay mababawasan sa pagbawas ng laki ng butas. Samakatuwid, kapag ang diameter ng aperture ay maliit, ang teoretikal na kahusayan ng kapangyarihan ay tataas sa pagtaas ng diameter ng aperture, at ang diameter ng aperture na 200 μm upang maabot ang maximum na halaga na 1.91 kg/(kW-h); kapag ang diameter ng aperture > 200 μm, ang pagkawala ng resistensya sa proseso ng aeration ay hindi na gumaganap ng isang nangingibabaw na papel sa proseso ng aeration, ang KLa at ang kapasidad ng oxygenation na may pagtaas sa diameter ng aperture ng aerator ay mababawasan, at samakatuwid, ang teoretikal ang kahusayan ng kuryente ay nagpapakita ng makabuluhang pababang takbo.

2.4 Epekto ng lalim ng pag-install ng tubig sa pagganap ng oxygenation

Ang lalim ng tubig kung saan naka-install ang aerator ay may napakalaking epekto sa aeration at oxygenation effect. Ang target ng eksperimentong pag-aaral ay isang mababaw na channel ng tubig na mas mababa sa 2 m. Ang lalim ng aeration ng aerator ay tinutukoy ng lalim ng tubig ng pool. Ang mga kasalukuyang pag-aaral ay pangunahing nakatuon sa nakalubog na lalim ng aerator (ibig sabihin, ang aerator ay naka-install sa ilalim ng pool, at ang lalim ng tubig ay tumataas sa pamamagitan ng pagtaas ng dami ng tubig), at ang pagsubok ay pangunahing nakatuon sa lalim ng pag-install ng aerator (ibig sabihin, ang dami ng tubig sa pool ay pinananatiling pare-pareho, at ang taas ng pag-install ng aerator ay inaayos upang mahanap ang pinakamagandang lalim ng tubig para sa aeration effect), at ang mga pagbabago ng KLa at oxygen ang paggamit na may lalim ng tubig ay ipinapakita sa Fig. 6.

Fig. 6 Variation curves ng K at paggamit ng oxygen na may lalim ng tubig

Ipinapakita ng Figure 6 na sa pagtaas ng lalim ng tubig, ang paggamit ng KLa at oxygen ay nagpapakita ng malinaw na pagtaas ng trend, kung saan ang KLa ay nag-iiba ng higit sa apat na beses sa 0.8 m na lalim ng tubig at 2 m na lalim ng tubig. Ito ay dahil sa mas malalim na tubig, mas mahaba ang oras ng paninirahan ng mga bula sa haligi ng tubig, mas mahaba ang oras ng pakikipag-ugnay sa gas-likido, mas mahusay ang epekto ng paglipat ng oxygen. Samakatuwid, ang mas malalim na aerator ay naka-install, mas nakakatulong sa kapasidad ng oxygenation at paggamit ng oxygen. Ngunit ang pag-install ng lalim ng tubig ay tumataas sa parehong oras na pagkawala ng paglaban ay tataas din, upang mapagtagumpayan ang pagkawala ng paglaban, kinakailangan upang madagdagan ang dami ng aeration, na kung saan ay hindi maaaring hindi humantong sa isang pagtaas sa pagkonsumo ng enerhiya at mga gastos sa pagpapatakbo. Samakatuwid, upang makuha ang pinakamainam na lalim ng pag-install, kinakailangan upang suriin ang kaugnayan sa pagitan ng teoretikal na kahusayan ng kapangyarihan at lalim ng tubig, tingnan ang Talahanayan 1.

Ipinapakita ng talahanayan 1 na ang theoretical power efficiency ay napakababa sa lalim ng pag-install na 0.8 m, na may lamang 0.5 kg/(kW-h), na ginagawang hindi naaangkop ang aeration ng mababaw na tubig. Pag-install ng lalim ng tubig na 1.1 ~ 1.5 m saklaw, dahil sa makabuluhang pagtaas sa kapasidad ng oxygenation, habang ang aerator sa pamamagitan ng epekto ng paglaban ay hindi halata, kaya ang teoretikal na kahusayan ng kapangyarihan ay mabilis na tumataas. Habang ang lalim ng tubig ay tumataas pa hanggang 1.8 m, ang epekto ng pagkawala ng resistensya sa pagganap ng oxygenation ay nagiging mas at mas makabuluhan, na nagreresulta sa paglago ng theoretical power efficiency ay may posibilidad na maging level off, ngunit nagpapakita pa rin ng pagtaas ng trend, at sa pag-install. ng lalim ng tubig na 2 m, ang theoretical power efficiency ay umabot sa maximum na 1.97 kg/(kW-h). Samakatuwid, para sa mga channel na <2 m, mas gusto ang pang-ilalim na aeration para sa pinakamainam na oxygenation.

Konklusyon

Gamit ang static na non-stationary na pamamaraan para sa microporous aeration malinaw na tubig oxygenation test, sa pagsubok na lalim ng tubig (< 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.

Ang teoretikal na kahusayan ng kapangyarihan ay ang tanging tagapagpahiwatig ng pagiging epektibo. Sa mga kondisyon ng pagsubok, ang teoretikal na kahusayan ng kapangyarihan sa aeration at pag-install ng lalim ng tubig ay tumataas, na may pagtaas sa siwang unang tumaas at pagkatapos ay bumaba. Ang pag-install ng lalim ng tubig at aperture ay dapat na isang makatwirang kumbinasyon upang gawin ang pagganap ng oxygenation upang makamit ang pinakamahusay, sa pangkalahatan, mas malaki ang lalim ng pagpili ng tubig ng aerator aperture.

Ang mga resulta ng pagsubok ay nagpapahiwatig na ang mababaw na tubig ay hindi dapat gamitin. Sa lalim ng pag-install na 2 m, ang volume ng aeration na 0.5 m3/h at isang aerator na may laki ng pore na 200 μm ay nagresulta sa maximum na theoretical power efficiency na 1.97 kg/(kW-h).