Fine Bubble Aeration Oxygenation-Aquasust

Testrapport

I avloppsvattenreningssystemet står luftningsprocessen för 45% till 75% av energiförbrukningen för hela avloppsreningsverket, för att förbättra syreöverföringseffektiviteten för luftningsprocessen används det nuvarande avloppsreningsverket vanligtvis i mikroporösa luftningssystem. Jämfört med luftningssystemet för stora och medelstora bubblor kan det mikroporösa luftningssystemet spara cirka 50 % av energiförbrukningen. Ändå är syreutnyttjandet av dess luftningsprocess också i intervallet 20% till 30%. Dessutom har det funnits fler områden i Kina för att använda mikroporös luftningsteknik för behandling av förorenade floder, men det finns ingen forskning om hur man rimligen kan välja mikroporösa luftare för olika vattenförhållanden. Därför är optimeringen av prestandaparametrar för syresättning av mikroporösa luftare för den faktiska produktionen och tillämpningen av stor betydelse.

Det finns många faktorer som påverkar prestandan för mikroporös luftning och syresättning, av vilka de viktigaste är luftningsvolymen, porstorleken och installationen av vattendjupet.

För närvarande finns det färre studier om sambandet mellan syresättningsprestanda hos mikroporös luftare och porstorlek och installationsdjup hemma och utomlands. Forskningen fokuserar mer på att förbättra den totala syremassaöverföringskoefficienten och syresättningskapaciteten, och försummar energiförbrukningsproblemet i luftningsprocessen. Vi tar den teoretiska effekteffektiviteten som det huvudsakliga forskningsindexet, kombinerat med syresättningskapaciteten och trenden för syreutnyttjande, optimerar initialt luftningsvolymen, öppningsdiametern och installationsdjupet när luftningseffektiviteten är som högst, för att ge en referens för applikationen av mikroporös luftningsteknik i själva projektet.

1. Material och metoder

1.1 Testuppställning

Testuppställningen var gjord av plexiglas och huvuddelen var en D {{0}},4 m × 2 m cylindrisk luftningstank med en sond för upplöst syre placerad 0,5 m under vattenytan (visas i figur 1) ).

Figur 1 Inställning av luftnings- och syretest

1.2 Testmaterial

Mikroporös luftare, tillverkad av gummimembran, diameter 215 mm, porstorlek 50, 100, 200, 500, 1 000 μm. sension378 bänktestare för löst syre, HACH, USA. Gasrotorflödesmätare, intervall 0~3 m3/h, noggrannhet ±0,2%. HC-S fläkt. Katalysator: CoCl2-6H2O, analytiskt ren; Deoxidant: Na2SO3, analytiskt ren.

1.3 Testmetod

Testet utfördes med den statiska icke-stationära metoden, dvs. Na2SO3 och CoCl2-6H2O doserades först för deoxygenering under testet, och luftning påbörjades när det lösta syret i vattnet reducerades till {{5} }. Förändringar i koncentrationen av löst syre i vattnet över tiden registrerades och KLa-värdet beräknades. Syrgasprestanda testades under olika luftningsvolymer (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 m3/h), olika porstorlekar (50, 100, 200, 500, 1,000 μm) och olika vattendjup (0,8, 1,1, 1,3, 1,5, 1,8, 2,0 m), och hänvisning gjordes även till CJ/T

3015.2 -1993 "Aerator clear water oxygenation performance determination" och USA:s teststandarder för klarvattensyresättning.

2.Resultat och diskussion

2.1 Testets princip

Grundprincipen för testet är baserad på dubbelmembranteorin som föreslogs av Whitman 1923. Syremassöverföringsprocessen kan uttryckas i ekvation (1).

Där: dc/dt - massöverföringshastighet, dvs. mängden syre som överförs per volymenhet vatten per tidsenhet, mg/(Ls).

KLa - total syreöverföringskoefficient för luftaren vid testförhållandena, min-1 ;

C* - mättat löst syre i vatten, mg/L.

Ct - löst syre i vattnet vid luftningsögonblicket t, mg/L.

Om testtemperaturen inte är 20 grader kan ekvation (2) användas för att korrigera för KLa:

Syresättningskapaciteten (OC, kg/h) uttrycks med ekvation (3).

Var: V - volym luftningsbassäng, m3.

Syreutnyttjande (SOTE, %) uttrycks med ekvation (4).

Där: q - luftningsvolym i standardskick, m3/h.

Den teoretiska effekteffektiviteten [E, kg/(kW-h)] uttrycks med ekvation (5).

Var: P - effekt för luftningsutrustning, kW.

Vanligt använda indikatorer för att utvärdera luftarens syresättningsprestanda är total syremassaöverföringskoefficient KLa, syresättningskapacitet OC, syreutnyttjandegrad SOTE och teoretisk effekteffektivitet E [7]. De befintliga studierna har fokuserat mer på trenderna för total syremassöverföringskoefficient, syresättningskapacitet och syreutnyttjande, och mindre på den teoretiska effekteffektiviteten [8, 9]. Teoretisk effekteffektivitet, som enda effektivitetsindex [10], kan återspegla energiförbrukningsproblemet i luftningsprocessen, som är fokus för detta experiment.

2.2 Effekt av luftning på syresättningsprestanda

Syresättningsprestandan vid olika luftningsnivåer utvärderades genom luftning vid de nedre 2 m av luftaren med en porstorlek på 200 μm, och resultaten visas i Fig. 2.

Fig. 2 Variation av K och syreutnyttjande med luftningshastighet

Som framgår av fig. 2 ökar KLa gradvis med ökningen av luftningsvolymen. Detta beror främst på att ju större luftningsvolymen är, desto större kontaktyta för gas och vätska och desto högre syresättningseffektivitet. Å andra sidan fann vissa forskare att syreutnyttjandet minskade med ökningen av luftningsvolymen, och en liknande situation hittades i detta experiment. Detta beror på att under ett visst vattendjup ökas uppehållstiden för bubblor i vattnet när luftningsvolymen är liten och kontakttiden mellan gas och vätska förlängs; när luftningsvolymen är stor är störningen av vattenkroppen stark och det mesta av syret utnyttjas inte effektivt och frigörs så småningom från vattenytan i form av bubblor till luften. Syreutnyttjandegraden som härleddes från detta experiment var inte hög jämfört med litteraturen, troligen för att reaktorhöjden inte var tillräckligt hög och en stor mängd syre strömmade ut utan att komma i kontakt med vattenpelaren, vilket minskade syreutnyttjandet.

Variationen av teoretisk effekteffektivitet (E) med luftning visas i fig. 3.

Fig. 3 Teoretisk effekteffektivitet kontra luftningsvolym

Som kan ses i fig. 3 minskar den teoretiska effekteffektiviteten gradvis med ökande luftning. Detta beror på att standardsyreöverföringshastigheten ökar med ökningen av luftningsvolymen under vissa vattendjupsförhållanden, men ökningen av det användbara arbetet som förbrukas av fläkten är mer signifikant än ökningen av standardsyreöverföringshastigheten, så den teoretiska effekteffektiviteten minskar med ökningen av luftningsvolymen inom intervallet för luftningsvolymen som undersöktes i experimentet. Genom att kombinera trenderna i Fig. 2 och 3, kan det konstateras att bästa syresättningsprestanda uppnås vid en luftningsvolym på 0,5 m3/h.

2.3 Effekt av porstorlek på syresättningsprestanda

Porstorleken har stor inverkan på bildandet av bubblor, ju större porstorleken är, desto större blir bubblan. Bubblor på effektens syresättningsprestanda manifesteras huvudsakligen i två aspekter: För det första, ju mindre de enskilda bubblorna är, desto större är den totala bubblanspecifika ytan, desto större kontaktyta för massöverföring av gas och vätska, desto mer gynnsam för överföring av syre; För det andra, ju större bubblorna är, desto starkare är det att röra om vattnet, gas-vätskeblandningen mellan desto snabbare, desto bättre blir effekten av syresättning. Ofta spelar den första punkten i massöverföringsprocessen en stor roll. Testet kommer att ställas in på luftningsvolymen till 0,5 m3/h, för att undersöka effekten av porstorlek på KLa och syreutnyttjandet, se figur 4.

Fig. 4 Variationskurvor för KLa och syreutnyttjande med porstorlek

Som framgår av fig. 4 minskade både KLa- och syreutnyttjandet med ökningen av porstorleken. Under villkoret med samma vattendjup och luftningsvolym är KLa på 50 μm öppningsluftare ungefär tre gånger den för 1,000 μm öppningsluftare. Därför, när luftaren är installerad på ett visst djup av vatten, desto mindre är öppningen för luftarens syresättningskapacitet och syreutnyttjandet större.

Variationen av teoretisk effekteffektivitet med porstorlek visas i fig. 5.

Fig. 5 Teoretisk effekteffektivitet kontra porstorlek

Såsom kan ses från fig. 5 visar den teoretiska effekteffektiviteten en trend att öka och sedan minska med ökningen av bländarstorleken. Detta beror å ena sidan på att luftaren med liten öppning har en större KLa och syresättningskapacitet, vilket bidrar till syresättning. Å andra sidan ökar motståndsförlusten under ett visst vattendjup med minskningen av öppningsdiametern. När minskningen av porstorleken på motståndsförlusten av den främjande effekten är större än rollen för överföring av syremassa, kommer den teoretiska effekteffektiviteten att minska med minskningen av porstorleken. Därför, när bländardiametern är liten, kommer den teoretiska effekteffektiviteten att öka med ökningen av bländardiametern och bländardiametern på 200 μm för att nå det maximala värdet på 1,91 kg/(kW-h); när öppningsdiametern > 200 μm spelar motståndsförlusten i luftningsprocessen inte längre en dominerande roll i luftningsprocessen, KLa och syresättningskapaciteten med ökningen av öppningsdiametern hos luftaren kommer att minska, och därför kommer den teoretiska energieffektivitet visar en betydande nedåtgående trend.

2.4 Effekt av installationsvattendjup på syresättningsprestanda

Vattendjupet där luftaren är installerad har en mycket betydande effekt på luftnings- och syresättningseffekten. Målet för den experimentella studien var en grundvattenkanal på mindre än 2 m. Luftningsdjupet för luftaren bestämdes av poolens vattendjup. Befintliga studier fokuserar huvudsakligen på luftarens nedsänkta djup (dvs. luftaren är installerad på botten av poolen och vattendjupet ökas genom att öka mängden vatten), och testet fokuserar huvudsakligen på installationsdjupet för luftare (dvs. mängden vatten i poolen hålls konstant, och luftarens installationshöjd justeras för att hitta det bästa vattendjupet för luftningseffekt), och förändringarna av KLa och syre utnyttjande med vattendjupet visas i fig. 6.

Fig. 6 Variationskurvor för K och syreutnyttjande med vattendjup

Figur 6 visar att med ökningen av vattendjupet visar både KLa och syreutnyttjandet en tydligt ökande trend, där KLa skiljer sig mer än fyra gånger vid 0,8 m vattendjup och 2 m vattendjup. Detta beror på att ju djupare vattnet är, desto längre uppehållstid för bubblorna i vattenpelaren, desto längre kontakttiden mellan gas och vätska, desto bättre syreöverföringseffekt. Därför, ju djupare luftaren är installerad, desto mer gynnsam för syresättningskapaciteten och syreutnyttjandet. Men installationen av vattendjupet ökar samtidigt som motståndsförlusten också kommer att öka, för att övervinna motståndsförlusten är det nödvändigt att öka mängden luftning, vilket oundvikligen kommer att leda till en ökning av energiförbrukningen och driftskostnaderna. För att erhålla det optimala installationsdjupet är det därför nödvändigt att utvärdera sambandet mellan teoretisk effekteffektivitet och vattendjup, se tabell 1.

Tabell 1 visar att den teoretiska effekteffektiviteten är extremt låg vid ett installationsdjup av 0,8 m, med endast 0,5 kg/(kW-h), vilket gör luftning på grunt vatten olämplig. Installation av vattendjup på 1,1 ~ 1,5 m intervall, på grund av den betydande ökningen av syresättningskapacitet, medan luftaren av motståndseffekten inte är uppenbar, så den teoretiska effekteffektiviteten ökar snabbt. När vattendjupet ökar ytterligare till 1,8 m blir effekten av motståndsförlust på syresättningsprestandan mer och mer betydande, vilket resulterar i att den teoretiska effekteffektiviteten tenderar att plana ut, men visar fortfarande en ökande trend, och i installationen av vattendjupet på 2 m når den teoretiska effekteffektiviteten maximalt 1,97 kg/(kW-h). För kanaler < 2 m är därför bottenluftning att föredra för optimal syresättning.

Slutsats

Med hjälp av den statiska icke-stationära metoden för mikroporös luftning test av syresättning av klart vatten, i testets vattendjup (< 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.

Teoretisk effekteffektivitet är den enda indikatorn på effektivitet. Under testförhållandena ökar den teoretiska effekteffektiviteten med luftning och installation av vattendjup, med ökningen av bländare först och sedan minska. Installation av vattendjup och öppning bör vara en rimlig kombination för att göra syresättningsprestanda för att uppnå det bästa, i allmänhet, ju större djupval av vatten i luftarens öppning desto större.

Testresultaten indikerar att grundvattenluftning inte bör användas. Vid ett installationsdjup på 2 m gav en luftningsvolym på 0,5 m3/h och en luftare med en porstorlek på 200 μm en maximal teoretisk effekteffektivitet på 1,97 kg/(kW-h).