Upepo wa oksijeni wa mchanganyiko wa bubbleni mzuri - Aquasust

Ripoti ya Mtihani

Katika mfumo wa matibabu ya maji machafu, mchakato wa uingizaji hewa unachukua 45% hadi 75% ya matumizi ya nishati ya mtambo mzima wa kutibu maji machafu, ili kuboresha ufanisi wa uhamisho wa oksijeni wa mchakato wa uingizaji hewa, mtambo wa sasa wa matibabu ya maji machafu hutumiwa kwa kawaida katika microporous. mifumo ya uingizaji hewa.Ikilinganishwa na mfumo wa uingizaji hewa wa viputo vikubwa na vya kati, mfumo wa upenyezaji wa microporous unaweza kuokoa karibu 50% ya matumizi ya nishati. Walakini, kiwango cha utumiaji wa oksijeni katika mchakato wake wa uingizaji hewa pia ni kati ya 20% hadi 30%. Kwa kuongezea, kumekuwa na maeneo mengi zaidi nchini China ya kutumia teknolojia ya upenyezaji wa chembechembe kwa ajili ya matibabu ya mito iliyochafuliwa, lakini hakuna utafiti kuhusu jinsi ya kuchagua vipeperushi vidogo kwa hali tofauti za maji. Kwa hivyo, uboreshaji wa vigezo vya utendaji wa upitishaji oksijeni wa kipenyo kidogo kwa ajili ya uzalishaji na matumizi halisi ni wa umuhimu mkubwa.

Kuna mambo mengi yanayoathiri utendaji wa uingizaji hewa wa microporous na oksijeni, muhimu zaidi ambayo ni kiasi cha uingizaji hewa, ukubwa wa pore na ufungaji wa kina cha maji.

Kwa sasa, kuna tafiti chache kuhusu uhusiano kati ya utendaji wa oksijeni wa aerator microporous na ukubwa wa pore na kina cha usakinishaji nyumbani na nje ya nchi. Utafiti huo unazingatia zaidi uboreshaji wa mgawo wa uhamishaji wa wingi wa oksijeni na uwezo wa oksijeni, na hupuuza tatizo la matumizi ya nishati katika mchakato wa uingizaji hewa. Tunachukua ufanisi wa nguvu wa kinadharia kama kielezo kikuu cha utafiti, pamoja na uwezo wa oksijeni na mwelekeo wa utumiaji wa oksijeni, mwanzoni huongeza kiasi cha uingizaji hewa, kipenyo cha upenyo na kina cha usakinishaji wakati ufanisi wa uingizaji hewa ni wa juu zaidi, ili kutoa marejeleo ya programu. ya teknolojia ya uingizaji hewa wa microporous katika mradi halisi.

1.Nyenzo na mbinu

1.1 Mpangilio wa mtihani

Mpangilio wa jaribio ulifanywa na Plexiglas, na mwili mkuu ulikuwa D {0}}.4 m × 2 m tangi ya silinda ya uingizaji hewa na kichunguzi cha oksijeni kilichoyeyushwa kilichoko mita 0.5 chini ya uso wa maji (inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1. )

Kielelezo cha 1 Uwekaji Mtihani wa Uingizaji hewa na Uingizaji hewa

1.2 Nyenzo za mtihani

Kipenyo chenye microporous, kilichoundwa kwa utando wa mpira, kipenyo cha mm 215, ukubwa wa pore 50, 100, 200, 500, 1 000 μm. kipima oksijeni kilichoyeyushwa cha sensi378, HACH, USA. Mita ya mtiririko wa rotor ya gesi, safu ya 0 ~ 3 m3 / h, usahihi ± 0.2%. Kipepeo cha HC-S. Kichocheo: CoCl2-6H2O, safi kabisa; Deoxidant: Na2SO3, safi kiuchambuzi.

1.3 Mbinu ya mtihani

Jaribio lilifanywa kwa kutumia mbinu tuli isiyosimama, yaani, Na2SO3 na CoCl2-6H2O ziliwekwa mara ya kwanza ili kutoa oksijeni wakati wa jaribio, na uingizaji hewa ulianzishwa wakati oksijeni iliyoyeyushwa kwenye maji ilipunguzwa hadi {{5} }. Mabadiliko katika mkusanyiko wa oksijeni iliyoyeyushwa katika maji kwa muda yalirekodiwa, na thamani ya KLa ilihesabiwa. Utendaji wa oksijeni ulijaribiwa chini ya viwango tofauti vya uingizaji hewa (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 m3/h), ukubwa tofauti wa vinyweleo (50, 100, 200, 500, 1,000 μm), na kina tofauti cha maji (0.8, 1.1, 1.3, 1.5, 1.8, 2.0 m), na marejeleo pia yalifanywa kwa CJ/T

3015.2 -1993 "Aerator clear water oxygenation performance determination" and the United States clear water oxygenation test standards.

2.Matokeo na majadiliano

2.1 Kanuni ya mtihani

Kanuni ya msingi ya mtihani inategemea nadharia ya membrane mbili iliyopendekezwa na Whitman mwaka wa 1923. Mchakato wa uhamisho wa molekuli ya oksijeni unaweza kuonyeshwa kwa equation (1).

Ambapo: dc/dt - kiwango cha uhamisho wa molekuli, yaani, kiasi cha oksijeni iliyohamishwa kwa kitengo cha kiasi cha maji kwa muda wa kitengo, mg/(Ls).

KLa - jumla ya mgawo wa uhamishaji oksijeni wa kipulizia katika hali za majaribio, min-1 ;

C* - oksijeni iliyojaa iliyoyeyushwa katika maji, mg/L.

Ct - oksijeni iliyoyeyushwa ndani ya maji wakati wa uingizaji hewa t, mg/L.

Ikiwa halijoto ya jaribio haiko katika digrii 20, mlinganyo (2) unaweza kutumika kusahihisha KLa:

Uwezo wa oksijeni (OC, kg / h) unaonyeshwa na equation (3).

Ambapo: V - kiasi cha bwawa la uingizaji hewa, m3.

Matumizi ya oksijeni (SOTE, %) yanaonyeshwa kwa equation (4).

Ambapo: q - kiasi cha aeration katika hali ya kawaida, m3 / h.

Ufanisi wa nguvu za kinadharia [E, kg/(kW-h)] unaonyeshwa kwa mlinganyo (5).

Ambapo: P - nguvu ya vifaa vya uingizaji hewa, kW.

Viashirio vinavyotumika kwa kawaida kutathmini utendakazi wa hewa ya oksijeni ni jumla ya mgawo wa uhamishaji wa molekuli ya oksijeni KLa, uwezo wa oksijeni OC, kiwango cha utumiaji wa oksijeni SOTE na ufanisi wa nguvu za kinadharia E [7]. Masomo yaliyopo yamezingatia zaidi mwelekeo wa mgawo wa uhamishaji wa molekuli ya oksijeni, uwezo wa oksijeni na utumiaji wa oksijeni, na kidogo juu ya ufanisi wa nguvu wa kinadharia [8, 9]. Ufanisi wa nguvu za kinadharia, kama kielezo pekee cha ufanisi [10], kinaweza kuakisi tatizo la matumizi ya nishati katika mchakato wa uingizaji hewa, ambao ndio lengo la jaribio hili.

2.2 Athari ya uingizaji hewa kwenye utendaji wa oksijeni

Utendaji wa oksijeni katika viwango tofauti vya uingizaji hewa ulitathminiwa na uingizaji hewa chini ya m 2 ya aerator yenye ukubwa wa pore wa 200 μm, na matokeo yanaonyeshwa kwenye Mchoro 2.

Mtini. 2 Tofauti ya K na matumizi ya oksijeni na kiwango cha uingizaji hewa

Kama inavyoonekana kutoka kwenye Mchoro 2, KLa huongezeka polepole na ongezeko la kiasi cha uingizaji hewa. Hii ni kwa sababu kadiri kiasi cha uingizaji hewa kinavyokuwa kikubwa, ndivyo eneo la mguso wa gesi-kioevu linavyoongezeka na ndivyo ufanisi wa oksijeni unavyoongezeka. Kwa upande mwingine, watafiti wengine waligundua kuwa kiwango cha utumiaji wa oksijeni kilipungua kwa kuongezeka kwa kiasi cha uingizaji hewa, na hali kama hiyo ilipatikana katika jaribio hili. Hii ni kwa sababu chini ya kina fulani cha maji, wakati wa makazi ya Bubbles ndani ya maji huongezeka wakati kiasi cha aeration ni ndogo, na wakati wa kuwasiliana na gesi-kioevu ni muda mrefu; wakati kiasi cha aeration ni kikubwa, usumbufu wa mwili wa maji ni nguvu, na oksijeni nyingi haitumiwi kwa ufanisi, na hatimaye hutolewa kutoka kwenye uso wa maji kwa namna ya Bubbles ndani ya hewa. Kiwango cha utumiaji wa oksijeni kilichotokana na jaribio hili hakikuwa cha juu ikilinganishwa na fasihi, labda kwa sababu urefu wa reactor haukuwa wa juu vya kutosha, na kiasi kikubwa cha oksijeni kilitoroka bila kuwasiliana na safu ya maji, na kupunguza kiwango cha matumizi ya oksijeni.

Tofauti ya ufanisi wa nguvu ya kinadharia (E) na uingizaji hewa unaonyeshwa kwenye Mchoro 3.

Mtini. 3 Ufanisi wa nguvu za kinadharia dhidi ya ujazo wa uingizaji hewa

Kama inavyoonekana katika Mchoro wa 3, ufanisi wa nguvu za kinadharia hupungua polepole kwa kuongezeka kwa uingizaji hewa. Hii ni kwa sababu kiwango cha kawaida cha uhamishaji wa oksijeni huongezeka kwa ongezeko la ujazo wa uingizaji hewa chini ya hali fulani za kina cha maji, lakini ongezeko la kazi muhimu inayotumiwa na kipepeo ni muhimu zaidi kuliko ongezeko la kiwango cha kawaida cha uhamishaji wa oksijeni, kwa hivyo ufanisi wa nguvu wa kinadharia. hupungua kwa ongezeko la ujazo wa uingizaji hewa ndani ya safu ya ujazo wa uingizaji hewa uliochunguzwa katika jaribio. Kuchanganya mwelekeo katika Mtini. 2 na 3, inaweza kupatikana kuwa utendakazi bora wa utoaji oksijeni hupatikana kwa kiwango cha uingizaji hewa cha 0.5 m3/h.

2.3 Athari ya ukubwa wa pore kwenye utendaji wa utoaji oksijeni

Ukubwa wa pore una ushawishi mkubwa juu ya malezi ya Bubbles, ukubwa mkubwa wa pore, ukubwa mkubwa wa Bubble. Viputo kwenye utendaji wa athari ya ugavi wa oksijeni huonyeshwa hasa katika vipengele viwili: Kwanza, jinsi viputo vya mtu binafsi vinavyopungua, ndivyo eneo la uso mahususi la kiputo kizima, kadiri eneo la mawasiliano ya uhamishaji wa umati wa gesi-kioevu, ndivyo inavyofaa zaidi uhamishaji. oksijeni; Pili, kadiri Bubble zinavyokuwa kubwa, ndivyo jukumu la kuchochea maji linapoongezeka, mchanganyiko wa gesi-kioevu kati ya kasi, ndivyo athari ya oksijeni inavyoongezeka. Mara nyingi hatua ya kwanza katika mchakato wa uhamisho wa wingi ina jukumu kubwa. Jaribio litakuwa kiasi cha uingizaji hewa kilichowekwa kuwa 0.5 m3/h, ili kuchunguza athari ya ukubwa wa tundu kwenye KLa na matumizi ya oksijeni, angalia Mchoro 4.

Mtini. 4 Mikondo tofauti ya KLa na matumizi ya oksijeni yenye ukubwa wa pore

Kama inavyoonekana kutoka kwenye Mchoro wa 4, KLa na matumizi ya oksijeni yalipungua kwa ongezeko la ukubwa wa pore. Chini ya hali ya kina sawa cha maji na ujazo wa uingizaji hewa, KLa ya kipenyo cha 50 μm ni takriban mara tatu ya ile ya 1,000 μm kipenyo cha hewa. Kwa hiyo, wakati kipenyo kimewekwa kwenye kina fulani cha maji, ndivyo kipenyo kidogo cha uwezo wa oksijeni wa aerator na utumiaji wa oksijeni ni mkubwa zaidi.

Tofauti ya ufanisi wa nguvu ya kinadharia na saizi ya pore inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 5.

Mtini. 5 Ufanisi wa nguvu wa kinadharia dhidi ya ukubwa wa pore

Kama inavyoonekana kutoka kwenye Mchoro wa 5, ufanisi wa nguvu wa kinadharia unaonyesha mwelekeo wa kuongezeka na kisha kupungua kwa ongezeko la ukubwa wa aperture. Hii ni kwa sababu kwa upande mmoja, kipenyo kidogo cha aperture kina KLa kubwa na uwezo wa oksijeni, ambao unafaa kwa oksijeni. Kwa upande mwingine, hasara ya upinzani chini ya kina fulani cha maji huongezeka kwa kupungua kwa kipenyo cha kufungua. Wakati upunguzaji wa saizi ya pore kwenye hasara ya ukinzani wa athari ya ukuzaji ni kubwa kuliko jukumu la uhamishaji wa wingi wa oksijeni, ufanisi wa nguvu wa kinadharia utapunguzwa kwa kupunguzwa kwa ukubwa wa pore. Kwa hiyo, wakati kipenyo cha aperture ni kidogo, ufanisi wa nguvu za kinadharia utaongezeka kwa ongezeko la kipenyo cha aperture, na kipenyo cha kufungua cha 200 μm kufikia thamani ya juu ya 1.91 kg / (kW-h); wakati kipenyo cha aperture> 200 μm, hasara ya upinzani katika mchakato wa uingizaji hewa haina tena jukumu kubwa katika mchakato wa uingizaji hewa, KLa na uwezo wa oksijeni na ongezeko la kipenyo cha aperture ya aerator itapunguzwa, na kwa hiyo, kinadharia. ufanisi wa nguvu unaonyesha mwelekeo mkubwa wa kushuka.

2.4 Athari ya kina cha maji ya usakinishaji kwenye utendaji wa utoaji oksijeni

Kina cha maji ambayo aerator imewekwa ina athari kubwa sana juu ya athari ya uingizaji hewa na oksijeni. Lengo la utafiti wa majaribio lilikuwa njia ya maji ya chini ya chini ya 2 m. Kina cha uingizaji hewa wa aerator kiliamuliwa na kina cha maji ya bwawa. Masomo yaliyopo yanazingatia hasa kina kilichozama cha aerator (yaani, aerator imewekwa chini ya bwawa, na kina cha maji kinaongezeka kwa kuongeza kiasi cha maji), na mtihani unazingatia hasa kina cha usakinishaji. aerator (yaani, kiasi cha maji katika bwawa huwekwa sawa, na urefu wa ufungaji wa aerator hurekebishwa ili kupata kina bora cha maji kwa athari ya uingizaji hewa), na mabadiliko ya KLa na utumiaji wa oksijeni. kina cha maji kinaonyeshwa kwenye Mchoro 6.

Mtini. 6 Mikondo tofauti ya K na matumizi ya oksijeni yenye kina cha maji

Mchoro wa 6 unaonyesha kuwa pamoja na ongezeko la kina cha maji, matumizi ya KLa na oksijeni yanaonyesha mwelekeo wazi unaoongezeka, huku KLa ikitofautiana kwa zaidi ya mara nne katika 0kina cha maji cha mita 8 na kina cha maji cha mita 2. Hii ni kwa sababu kadiri maji yanavyoingia ndani zaidi, ndivyo muda wa kukaa kwa viputo kwenye safu wima ya maji unavyoongezeka, ndivyo muda wa mawasiliano wa gesi-kioevu unavyoongezeka, ndivyo athari ya uhamishaji oksijeni inavyokuwa bora zaidi. Kwa hiyo, kina kirefu cha aerator kinawekwa, ndivyo inavyofaa zaidi kwa uwezo wa oksijeni na matumizi ya oksijeni. Lakini ufungaji wa kina cha maji huongezeka wakati huo huo hasara ya upinzani pia itaongezeka, ili kuondokana na hasara ya upinzani, ni muhimu kuongeza kiasi cha aeration, ambayo itakuwa inevitably kusababisha ongezeko la matumizi ya nishati na gharama za uendeshaji. Kwa hivyo, ili kupata kina kamili cha usakinishaji, ni muhimu kutathmini uhusiano kati ya ufanisi wa nguvu ya kinadharia na kina cha maji, angalia Jedwali 1.

Jedwali la 1 linaonyesha kuwa ufanisi wa nguvu wa kinadharia ni wa chini sana katika kina cha usakinishaji cha 0.8 m, na 0}.5 kg/(kW-h) pekee, na hivyo kufanya upenyezaji wa maji kwa kina kirefu kuwa usiofaa. Ufungaji wa kina cha maji cha 1.1 ~ 1.5 m mbalimbali, kutokana na ongezeko kubwa la uwezo wa oksijeni, wakati aerator kwa athari ya upinzani si dhahiri, hivyo ufanisi wa nguvu ya kinadharia huongezeka kwa kasi. Kadiri kina cha maji kinavyoongezeka hadi mita 1.8, athari ya kupoteza upinzani kwenye utendaji wa oksijeni inakuwa muhimu zaidi na zaidi, na kusababisha ukuaji wa ufanisi wa nguvu wa kinadharia huelekea kushuka, lakini bado unaonyesha mwelekeo unaoongezeka, na katika usakinishaji. ya kina cha maji ya m 2, ufanisi wa nguvu za kinadharia hufikia kiwango cha juu cha 1.97 kg / (kW-h). Kwa hiyo, kwa njia chini ya m 2, aeration ya chini inapendekezwa kwa oksijeni bora.

Hitimisho

Kwa kutumia njia tuli isiyo ya kusimama kwa mtihani wa upitishaji hewa wa microporous maji safi ya oksijeni, katika kina cha maji ya majaribio (< 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.

Ufanisi wa nguvu ya kinadharia ni kiashiria pekee cha ufanisi. Katika hali ya mtihani, ufanisi wa nguvu ya kinadharia na uingizaji hewa na ufungaji wa kina cha maji huongezeka, na ongezeko la aperture huongezeka kwanza na kisha kupungua. Ufungaji wa kina cha maji na upenyo unapaswa kuwa mchanganyiko unaofaa ili kufanya utendaji wa oksijeni kufikia bora zaidi, kwa ujumla, jinsi kina cha uteuzi wa maji cha kipenyo cha aerator kuwa kikubwa zaidi.

Matokeo ya mtihani yanaonyesha kuwa uingizaji hewa wa maji duni haupaswi kutumiwa. Katika kina cha usakinishaji cha mita 2, ujazo wa uingizaji hewa wa 0.5 m3/h na kipulizia chenye ukubwa wa tundu la 200 μm kilisababisha ufanisi wa juu zaidi wa nguvu wa kinadharia wa 1.97 kg/(kW-h).