Örporous Aeration Súrefnisárangur

Í skólphreinsunarkerfinu er loftunarferlið 45% til 75% af orkunotkun alls skólphreinsistöðvarinnar, til þess að bæta súrefnisflutningsskilvirkni loftunarferlisins, er núverandi skólphreinsistöðin almennt notuð í örporous loftunarkerfi.Í samanburði við loftræstikerfi stórra og meðalstórra loftbóla getur örporous loftræstikerfið sparað um 50% af orkunotkuninni. Engu að síður er súrefnisnýtingarhlutfallið í loftunarferli þess einnig á bilinu 20% til 30%. Að auki hafa verið fleiri svæði í Kína til að nota örgjúpa loftunartækni til meðhöndlunar á menguðum ám, en engar rannsóknir eru til um hvernig á að velja á sanngjarnan hátt míkrópora loftræstitæki fyrir mismunandi vatnsaðstæður. Þess vegna er hagræðing á afköstum afköstum fyrir súrefnissúrefni fyrir súrefni fyrir raunverulega framleiðslu og notkun mjög mikilvæg.

Það eru margir þættir sem hafa áhrif á frammistöðu örgljúprar loftunar og súrefnisgjafar, þar sem mikilvægastir eru loftunarrúmmál, svitaholastærð og uppsetning vatnsdýptar.

Eins og er, eru færri rannsóknir á sambandi milli súrefnisgjafar frammistöðu örporous loftara og svitaholastærðar og uppsetningardýpt heima og erlendis. Rannsóknin beinist meira að því að bæta heildarsúrefnismassaflutningsstuðul og súrefnisgetu og vanrækja orkunotkunarvandann í loftunarferlinu. Við tökum fræðilega orkunýtni sem aðalrannsóknarvísitölu, ásamt súrefnisgetu og þróun súrefnisnýtingar, fínstillum upphaflega loftunarrúmmál, ljósopsþvermál og uppsetningardýpt þegar loftræstingin er sem mest, til að veita viðmiðun fyrir umsóknina. af microporous loftunartækni í raunverulegu verkefninu.

1.Efni og aðferðir

1.1 Prófuppsetning

Prófunaruppsetningin var gerð úr plexigleri og meginhlutinn var D {{0}},4 m × 2 m sívalur loftræstitankur með uppleyst súrefnisnema staðsettur 0,5 m fyrir neðan vatnsyfirborðið (sýnt á mynd 1) ).

Mynd 1 Uppsetning loftunar- og súrefnisprófunar

1.2 Prófunarefni

Örporus loftari, úr gúmmíhimnu, þvermál 215 mm, porastærð 50, 100, 200, 500, 1 000 μm. Sension378 prófunartæki fyrir uppleyst súrefni, HACH, Bandaríkjunum. Gas snúningsflæðismælir, svið 0~3 m3/klst., nákvæmni ±0,2%. HC-S blásari. Hvati: CoCl2-6H2O, greiningarhreint; Afoxunarefni: Na2SO3, greiningarhreint.

1.3 Prófunaraðferð

Prófið var framkvæmt með kyrrstöðulausri kyrrstöðuaðferð, þ.e. Na2SO3 og CoCl2-6H2O voru fyrst gefin til súrefnislosunar meðan á prófinu stóð, og loftun var hafin þegar uppleyst súrefni í vatninu var minnkað í {{5} }. Breytingar á styrk uppleystu súrefnis í vatninu með tímanum voru skráðar og KLa gildið reiknað út. Súrefnisvirkni var prófuð við mismunandi loftunarrúmmál (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 m3/klst.), mismunandi holastærðir (50, 100, 200, 500, 1,000 μm) og mismunandi vatnsdýpt (0,8, 1,1, 1,3, 1,5;

2.Niðurstöður og umræður

2.1 Meginregla prófsins

Grunnregla prófsins er byggð á kenningunni um tvöfalda himnu sem Whitman lagði fram árið 1923. Hægt er að tjá súrefnismassaflutningsferlið í jöfnu (1).

Hvar: dc/dt - massaflutningshraði, þ.e. magn súrefnis sem flutt er á rúmmálseiningu vatns á tímaeiningu, mg/(Ls).

KLa - heildar súrefnisflutningsstuðull loftara við prófunarskilyrði, mín-1 ;

C* - mettað uppleyst súrefni í vatni, mg/L.

Ct - uppleyst súrefni í vatni við loftun t, mg/L.

Ef prófunarhitastigið er ekki við 20 gráður er hægt að nota jöfnu (2) til að leiðrétta fyrir KLa:

Súrefnisgeta (OC, kg/klst) er gefin upp með jöfnu (3).

Hvar: V - rúmmál loftunarlaugar, m3.

Súrefnisnýting (SOTE, %) er gefin upp með jöfnu (4).

Hvar: q - loftunarrúmmál í stöðluðu ástandi, m3/klst.

Fræðileg aflnýting [E, kg/(kW-h)] er gefin upp með jöfnu (5).

Hvar: P - afl loftunarbúnaðar, kW.

Almennt notaðir vísbendingar til að meta súrefnisvirkni loftara eru heildarsúrefnismassaflutningsstuðull KLa, súrefnisgeta OC, súrefnisnýtingarhlutfall SOTE og fræðileg aflnýting E [7]. Fyrirliggjandi rannsóknir hafa beinst meira að þróun heildarsúrefnismassaflutningsstuðuls, súrefnisgetu og súrefnisnýtingu, en minna að fræðilegri aflnýtingu [8, 9]. Fræðileg aflnýting, sem eina skilvirknivísitalan [10], getur endurspeglað orkunotkunarvandann í loftunarferlinu, sem er í brennidepli þessarar tilraunar.

2.2 Áhrif loftun á súrefnisvirkni

Súrefnisárangur á mismunandi loftunarstigum var metinn með loftun neðst á 2 m loftara með 200 μm holastærð og eru niðurstöðurnar sýndar á mynd 2.

Mynd 2 Breytileiki á K og súrefnisnýtingu með loftunarhraða

Eins og sést á mynd 2 eykst KLa smám saman með aukningu á loftrými. Þetta er aðallega vegna þess að því stærra sem loftunarrúmmálið er, því stærra er snertiflötur gass og vökva og því meiri súrefnisvirkni. Á hinn bóginn komust sumir vísindamenn að því að súrefnisnýtingarhraði minnkaði með aukningu á loftunarrúmmáli og svipað ástand fannst í þessari tilraun. Þetta er vegna þess að undir ákveðnu vatnsdýpi eykst dvalartími loftbóla í vatninu þegar loftunarrúmmálið er lítið og snertitími gass og vökva lengist; þegar loftunarrúmmálið er mikið er röskun vatnshlotsins mikil og mest af súrefninu er ekki nýtt á áhrifaríkan hátt og losnar að lokum af yfirborði vatnsins í formi loftbóla út í loftið. Súrefnisnýtingarhlutfallið sem fæst úr þessari tilraun var ekki hátt miðað við heimildir, líklega vegna þess að hæð kjarnaofnsins var ekki nógu mikil og mikið magn af súrefni slapp út án þess að komast í snertingu við vatnssúluna, sem dró úr súrefnisnýtingu.

Breytingin á fræðilegri aflnýtingu (E) með loftun er sýnd á mynd 3.

Mynd 3 Fræðileg aflnýting á móti loftunarrúmmáli

Eins og sést á mynd 3 minnkar fræðileg aflnýting smám saman með aukinni loftun. Þetta er vegna þess að staðlað súrefnisflutningshraði eykst með aukningu á loftunarrúmmáli við ákveðnar vatnsdýptaraðstæður, en aukningin á gagnlegri vinnu sem blásarinn notar er marktækari en aukningin á venjulegu súrefnisflutningshraða, þannig að fræðileg aflnýting minnkar með aukningu loftunarrúmmáls innan þess sviðs loftunarrúmmáls sem skoðað var í tilrauninni. Með því að sameina þróunina á myndum. 2 og 3, má komast að því að besta súrefnisgjöfin næst við loftunarrúmmál sem er 0,5 m3/klst.

2.3 Áhrif svitahola á afköst súrefnisgjafar

Stærð svitahola hefur mikil áhrif á myndun loftbóla, því stærri sem svitahola er, því stærri er bólan. Bólur á súrefnisvirkni höggsins koma aðallega fram í tveimur þáttum: Í fyrsta lagi, því minni sem einstakar loftbólur eru, því stærra heildarsértæka yfirborðsflatarmál kúla, því stærra snertiflötur gas-vökva massaflutnings, því meira stuðlar að flutningi á súrefni; Í öðru lagi, því stærri loftbólur, því sterkara hlutverk að hræra vatnið, gas-vökva blöndun á milli því hraðar, því betri áhrif súrefnis. Oft spilar fyrsti punkturinn í fjöldaflutningsferlinu stóru hlutverki. Prófið verður loftunarrúmmál stillt á 0,5 m3/klst., til að kanna áhrif svitaholastærðar á KLa og súrefnisnýtingu, sjá mynd 4.

Mynd 4 Tilbrigðisferlar KLa og súrefnisnýtingu með svitaholastærð

Eins og sést á mynd 4 minnkaði bæði KLa og súrefnisnýting með aukinni holastærð. Við sama vatnsdýpt og loftrúmmál er KLa af 50 μm ljósopi um það bil þrisvar sinnum meira en 1,000 μm ljósopsloftara. Þess vegna, þegar loftarinn er settur upp í ákveðnu dýpi vatns, því minna er opið á súrefnisgetu loftarans og súrefnisnýtingin meiri.

Breytileiki fræðilegrar aflnýtingar með svitaholastærð er sýndur á mynd 5.

Mynd 5 Fræðileg aflnýting á móti holastærð

Eins og sést á mynd 5 sýnir fræðileg aflnýting þróun að aukast og minnka síðan með aukinni ljósopstærð. Þetta er vegna þess að annars vegar hefur lítill ljósop loftari meiri KLa og súrefnisgetu, sem stuðlar að súrefnisgjöf. Á hinn bóginn eykst viðnámstapið undir ákveðinni vatnsdýpt með minnkandi þvermál ljósops. Þegar svitaholastærðarminnkun á viðnámstapi kynningaráhrifa er meiri en hlutverk súrefnismassaflutnings, mun fræðileg aflnýting minnka með minnkun svitaholastærðar. Þess vegna, þegar þvermál ljósopsins er lítið, mun fræðileg aflnýting aukast með aukningu á þvermál ljósopsins og þvermál ljósopsins 200 μm til að ná hámarksgildinu 1,91 kg/(kW-h); þegar þvermál ljósops > 200 μm, mun viðnámstapið í loftunarferlinu ekki lengur gegna ríkjandi hlutverki í loftunarferlinu, KLa og súrefnisgeta með aukningu í þvermál ljósops á loftara minnkar og því fræðilega orkunýting sýnir verulega lækkun.

2.4 Áhrif uppsetningarvatnsdýptar á afköst súrefnisgjafar

Vatnsdýpt sem loftarinn er settur í hefur mjög veruleg áhrif á loftun og súrefnisáhrif. Markmið tilraunarannsóknarinnar var grunnvatnsrás innan við 2 m. Loftunardýpt loftara var ákvörðuð af vatnsdýpt laugarinnar. Núverandi rannsóknir einblína aðallega á dýpt loftara á kafi (þ.e. loftara er sett upp neðst í lauginni og vatnsdýptin eykst með því að auka vatnsmagnið), og prófið beinist aðallega að uppsetningardýpt laugarinnar. loftara (þ.e. vatnsmagninu í lauginni er haldið stöðugu og uppsetningarhæð loftarans er stillt til að finna besta dýpt vatnsins fyrir loftunaráhrif), og breytingar á KLa og súrefni nýting með vatnsdýpt er sýnd á mynd 6.

Mynd 6 Tilbrigðisferlar K og súrefnisnýtingar með vatnsdýpi

Mynd 6 sýnir að með aukningu vatnsdýptar sýnir bæði KLa og súrefnisnýting skýra aukningu, þar sem KLa munar meira en fjórfalt á 0,8 m vatnsdýpi og 2 m vatnsdýpi. Þetta er vegna þess að því dýpra sem vatnið er, því lengri dvalartími loftbólnanna í vatnssúlunni, því lengri snertitími gass og vökva, því betri eru súrefnisflutningsáhrifin. Því dýpra sem loftarinn er settur upp, því meira stuðlar að súrefnisgetu og súrefnisnýtingu. En uppsetning vatnsdýptar eykst á sama tíma viðnámstap mun einnig aukast, til þess að sigrast á viðnámstapi er nauðsynlegt að auka magn af loftun, sem mun óhjákvæmilega leiða til aukningar á orkunotkun og rekstrarkostnaði. Þess vegna er nauðsynlegt, til þess að fá sem besta uppsetningardýpt, að meta sambandið milli fræðilegrar aflnýtingar og vatnsdýptar, sjá töflu 1.

Tafla 1 sýnir að fræðileg aflnýting er afar lág við uppsetningardýpt sem er 0,8 m, með aðeins 0,5 kg/(kW-h), sem gerir grunnvatnsloftun óviðeigandi. Uppsetning vatnsdýptar á 1,1 ~ 1,5 m svið, vegna verulegrar aukningar á súrefnisgetu, en loftandinn með viðnámsáhrifum er ekki augljós, þannig að fræðileg aflnýting eykst hratt. Eftir því sem vatnsdýptin eykst enn frekar í 1,8 m verða áhrif mótstöðutaps á afköst súrefnisgjafar sífellt marktækari, sem leiðir til þess að fræðilega orkunýtingin eykst jafnast, en sýnir samt vaxandi tilhneigingu, og í uppsetningunni. af 2 m vatnsdýpi nær fræðileg aflnýting að hámarki 1,97 kg/(kW-klst). Þess vegna, fyrir rásir < 2 m, er botnloftun ákjósanleg fyrir hámarks súrefnisgjöf.

Niðurstaða

Með því að nota kyrrstöðulausa aðferðina fyrir örgjúpa loftun súrefnisprófun á tæru vatni, í prófunarvatnsdýpi (< 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.

Fræðileg aflnýting er eina vísbendingin um skilvirkni. Við prófunaraðstæður eykst fræðileg aflnýting við loftun og uppsetningu vatnsdýptar, með aukningu á ljósopi fyrst eykst og síðan minnkar. Uppsetning vatnsdýptar og ljósops ætti að vera hæfileg samsetning til að súrefnisgjöfin nái sem bestum árangri, almennt, því meiri dýpt vatnsvals á loftopinu því stærri.

Prófunarniðurstöðurnar gefa til kynna að ekki ætti að nota grunnvatnsloftun. Á 2 m uppsetningardýpi leiddi loftunarrúmmál upp á 0,5 m3/klst. og loftara með 200 μm holastærð í fræðilegri hámarksaflnýtingu upp á 1,97 kg/(kW-klst).