Fine Bubble Αερισμός Οξυγόνωση-Aquasust

Έκθεση δοκιμής

Στο σύστημα επεξεργασίας λυμάτων, η διαδικασία αερισμού αντιπροσωπεύει το 45% έως 75% της κατανάλωσης ενέργειας ολόκληρης της μονάδας επεξεργασίας λυμάτων, προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση μεταφοράς οξυγόνου της διαδικασίας αερισμού, η τρέχουσα μονάδα επεξεργασίας λυμάτων χρησιμοποιείται συνήθως σε μικροπορώδη συστήματα αερισμού. Σε σύγκριση με το σύστημα αερισμού μεγάλων και μεσαίου μεγέθους φυσαλίδων, το μικροπορώδες σύστημα αερισμού μπορεί να εξοικονομήσει περίπου 50% της κατανάλωσης ενέργειας. Ωστόσο, ο ρυθμός χρήσης οξυγόνου της διαδικασίας αερισμού του κυμαίνεται επίσης από 20% έως 30%. Επιπλέον, υπήρξαν περισσότερες περιοχές στην Κίνα που χρησιμοποιούν τεχνολογία μικροπορώδους αερισμού για την επεξεργασία μολυσμένων ποταμών, αλλά δεν υπάρχει έρευνα σχετικά με τον τρόπο επιλογής εύλογων μικροπορωδών αεριστηρίων για διαφορετικές συνθήκες νερού. Ως εκ τούτου, η βελτιστοποίηση των παραμέτρων απόδοσης οξυγόνωσης του μικροπορώδους αεριστή για την πραγματική παραγωγή και εφαρμογή είναι μεγάλης σημασίας.

Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση του μικροπορώδους αερισμού και οξυγόνωσης, οι σημαντικότεροι από τους οποίους είναι ο όγκος αερισμού, το μέγεθος των πόρων και η εγκατάσταση του βάθους του νερού.

Επί του παρόντος, υπάρχουν λιγότερες μελέτες σχετικά με τη σχέση μεταξύ της απόδοσης οξυγόνωσης του μικροπορώδους αεριστή και του μεγέθους των πόρων και του βάθους εγκατάστασης στο εσωτερικό και στο εξωτερικό. Η έρευνα εστιάζει περισσότερο στη βελτίωση του συντελεστή μεταφοράς ολικής μάζας οξυγόνου και της ικανότητας οξυγόνωσης και παραμελεί το πρόβλημα κατανάλωσης ενέργειας στη διαδικασία αερισμού. Λαμβάνουμε τη θεωρητική απόδοση ισχύος ως κύριο δείκτη έρευνας, σε συνδυασμό με την ικανότητα οξυγόνωσης και την τάση χρήσης οξυγόνου, βελτιστοποιούμε αρχικά τον όγκο αερισμού, τη διάμετρο του ανοίγματος και το βάθος εγκατάστασης όταν η απόδοση αερισμού είναι η υψηλότερη, για να παρέχουμε μια αναφορά για την εφαρμογή τεχνολογίας μικροπορώδους αερισμού στο πραγματικό έργο.

1.Υλικά και μέθοδοι

1.1 Ρύθμιση δοκιμής

Η διάταξη δοκιμής ήταν κατασκευασμένη από πλεξιγκλάς και το κύριο σώμα ήταν μια κυλινδρική δεξαμενή αερισμού D {{0}}.4 m × 2 m με έναν αισθητήρα διαλυμένου οξυγόνου που βρίσκεται 0,5 m κάτω από την επιφάνεια του νερού (που φαίνεται στο σχήμα 1 ).

Εικόνα 1 Ρύθμιση δοκιμής αερισμού και οξυγόνωσης

1.2 Υλικά δοκιμής

Μικροπορώδης αεριστής, κατασκευασμένος από ελαστική μεμβράνη, διάμετρος 215 mm, μέγεθος πόρων 50, 100, 200, 500, 1 000 μm. Sension378 πάγκος ελεγκτής διαλυμένου οξυγόνου, HACH, Η.Π.Α. Μετρητής ροής ρότορα αερίου, εύρος 0~3 m3/h, ακρίβεια ±0,2%. Ανεμιστήρας HC-S. Καταλύτης: CoCl2-6H2O, αναλυτικά καθαρό. Αποξειδωτικό: Na2SO3, αναλυτικά καθαρό.

1.3 Μέθοδος δοκιμής

Η δοκιμή διεξήχθη χρησιμοποιώντας τη στατική μη στάσιμη μέθοδο, δηλαδή, δοσολογήθηκαν πρώτα Na2SO3 και CoCl2-6H2O για αποοξυγόνωση κατά τη διάρκεια της δοκιμής και ο αερισμός ξεκίνησε όταν το διαλυμένο οξυγόνο στο νερό μειώθηκε σε {{5} }. Καταγράφηκαν αλλαγές στη συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου στο νερό με την πάροδο του χρόνου και υπολογίστηκε η τιμή KLa. Η απόδοση οξυγόνωσης δοκιμάστηκε σε διαφορετικούς όγκους αερισμού (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 m3/h), διαφορετικά μεγέθη πόρων (50, 100, 200, 500, 1,000 μm) και διαφορετικά βάθη νερού (0,8, 1,1, 1,3, 1,5, 1,8, 2,0 m) και έγινε επίσης αναφορά στο CJ/T

3015.2 -1993 "Προσδιορισμός απόδοσης οξυγόνωσης καθαρού νερού αερισμού" και τα πρότυπα δοκιμής οξυγόνωσης καθαρού νερού των Ηνωμένων Πολιτειών.

2.Αποτελέσματα και συζήτηση

2.1 Αρχή της δοκιμής

Η βασική αρχή της δοκιμής βασίζεται στη θεωρία της διπλής μεμβράνης που προτάθηκε από τον Whitman το 1923. Η διαδικασία μεταφοράς μάζας οξυγόνου μπορεί να εκφραστεί στην εξίσωση (1).

Όπου: dc/dt - ρυθμός μεταφοράς μάζας, δηλαδή η ποσότητα οξυγόνου που μεταφέρεται ανά μονάδα όγκου νερού ανά μονάδα χρόνου, mg/(Ls).

KLa - συνολικός συντελεστής μεταφοράς οξυγόνου του αεριστή στις συνθήκες δοκιμής, min-1 ;

C* - κορεσμένο διαλυμένο οξυγόνο σε νερό, mg/L.

Ct - διαλυμένο οξυγόνο στο νερό τη στιγμή του αερισμού t, mg/L.

Εάν η θερμοκρασία δοκιμής δεν είναι στους 20 βαθμούς, η εξίσωση (2) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διόρθωση του KLa:

Η ικανότητα οξυγόνωσης (OC, kg/h) εκφράζεται με την εξίσωση (3).

Όπου: V - όγκος πισίνας αερισμού, m3.

Η χρησιμοποίηση οξυγόνου (SOTE, %) εκφράζεται με την εξίσωση (4).

Όπου: q - όγκος αερισμού σε τυπική κατάσταση, m3/h.

Η θεωρητική απόδοση ισχύος [E, kg/(kW-h)] εκφράζεται με την εξίσωση (5).

Πού: P - ισχύς εξοπλισμού αερισμού, kW.

Οι κοινώς χρησιμοποιούμενοι δείκτες για την αξιολόγηση της απόδοσης οξυγόνωσης του αεριστή είναι ο συνολικός συντελεστής μεταφοράς μάζας οξυγόνου KLa, η ικανότητα οξυγόνωσης OC, ο ρυθμός χρήσης οξυγόνου SOTE και η θεωρητική απόδοση ισχύος E [7]. Οι υπάρχουσες μελέτες έχουν επικεντρωθεί περισσότερο στις τάσεις του συντελεστή μεταφοράς ολικής μάζας οξυγόνου, της ικανότητας οξυγόνωσης και της χρήσης οξυγόνου και λιγότερο στη θεωρητική απόδοση ισχύος [8, 9]. Η θεωρητική απόδοση ισχύος, ως ο μόνος δείκτης απόδοσης [10], μπορεί να αντανακλά το πρόβλημα κατανάλωσης ενέργειας στη διαδικασία αερισμού, η οποία είναι το επίκεντρο αυτού του πειράματος.

2.2 Επίδραση του αερισμού στην απόδοση οξυγόνωσης

Η απόδοση οξυγόνωσης σε διαφορετικά επίπεδα αερισμού αξιολογήθηκε με αερισμό στο κάτω μέρος των 2 m του αεριστή με μέγεθος πόρων 200 μm και τα αποτελέσματα φαίνονται στην Εικ. 2.

Εικ. 2 Παραλλαγή του Κ και της χρήσης οξυγόνου με ρυθμό αερισμού

Όπως φαίνεται από το Σχ. 2, το KLa αυξάνεται σταδιακά με την αύξηση του όγκου αερισμού. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι όσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος αερισμού, τόσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή επαφής αερίου-υγρού και τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση οξυγόνωσης. Από την άλλη πλευρά, ορισμένοι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο ρυθμός χρήσης οξυγόνου μειώθηκε με την αύξηση του όγκου αερισμού, και μια παρόμοια κατάσταση βρέθηκε σε αυτό το πείραμα. Αυτό συμβαίνει επειδή κάτω από ένα συγκεκριμένο βάθος νερού, ο χρόνος παραμονής των φυσαλίδων στο νερό αυξάνεται όταν ο όγκος αερισμού είναι μικρός και ο χρόνος επαφής αερίου-υγρού παρατείνεται. όταν ο όγκος αερισμού είναι μεγάλος, η διαταραχή του υδατικού συστήματος είναι έντονη και το μεγαλύτερο μέρος του οξυγόνου δεν χρησιμοποιείται αποτελεσματικά και τελικά απελευθερώνεται από την επιφάνεια του νερού με τη μορφή φυσαλίδων στον αέρα. Ο ρυθμός χρήσης οξυγόνου που προέκυψε από αυτό το πείραμα δεν ήταν υψηλός σε σύγκριση με τη βιβλιογραφία, πιθανώς επειδή το ύψος του αντιδραστήρα δεν ήταν αρκετά υψηλό και μια μεγάλη ποσότητα οξυγόνου διέφυγε χωρίς να έρθει σε επαφή με τη στήλη του νερού, μειώνοντας τον ρυθμό χρήσης οξυγόνου.

Η διακύμανση της θεωρητικής απόδοσης ισχύος (Ε) με τον αερισμό φαίνεται στο Σχ. 3.

Εικ. 3 Θεωρητική απόδοση ισχύος έναντι όγκου αερισμού

Όπως φαίνεται στο Σχ. 3, η θεωρητική απόδοση ισχύος μειώνεται σταδιακά με την αύξηση του αερισμού. Αυτό συμβαίνει επειδή ο τυπικός ρυθμός μεταφοράς οξυγόνου αυξάνεται με την αύξηση του όγκου αερισμού υπό ορισμένες συνθήκες βάθους νερού, αλλά η αύξηση της χρήσιμης εργασίας που καταναλώνεται από τον φυσητήρα είναι πιο σημαντική από την αύξηση του τυπικού ρυθμού μεταφοράς οξυγόνου, επομένως η θεωρητική απόδοση ισχύος μειώνεται με την αύξηση του όγκου αερισμού εντός του εύρους του όγκου αερισμού που εξετάστηκε στο πείραμα. Συνδυάζοντας τις τάσεις στο Σχ. 2 και 3, μπορεί να βρεθεί ότι η καλύτερη απόδοση οξυγόνωσης επιτυγχάνεται σε όγκο αερισμού 0,5 m3/h.

2.3 Επίδραση του μεγέθους των πόρων στην απόδοση οξυγόνωσης

Το μέγεθος των πόρων έχει μεγάλη επίδραση στο σχηματισμό φυσαλίδων, όσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος των πόρων, τόσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος της φυσαλίδας. Οι φυσαλίδες στην απόδοση οξυγόνωσης της κρούσης εκδηλώνονται κυρίως σε δύο πτυχές: Πρώτον, όσο μικρότερες είναι οι μεμονωμένες φυσαλίδες, τόσο μεγαλύτερη είναι η συνολική ειδική επιφάνεια της φυσαλίδας, όσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή επαφής μεταφοράς μάζας αερίου-υγρού, τόσο πιο ευνοϊκό για τη μεταφορά οξυγόνο; Δεύτερον, όσο μεγαλύτερες είναι οι φυσαλίδες, τόσο ισχυρότερος είναι ο ρόλος της ανάδευσης του νερού, η ανάμειξη αερίου-υγρού μεταξύ τόσο πιο γρήγορη, τόσο καλύτερη είναι η επίδραση της οξυγόνωσης. Συχνά το πρώτο σημείο στη διαδικασία μεταφοράς μάζας παίζει σημαντικό ρόλο. Η δοκιμή θα οριστεί σε όγκο αερισμού σε 0,5 m3/h, για να εξεταστεί η επίδραση του μεγέθους των πόρων στη χρήση του KLa και του οξυγόνου, βλέπε Εικόνα 4.

Εικ. 4 Καμπύλες μεταβολής του KLa και της χρήσης οξυγόνου με μέγεθος πόρων

Όπως μπορεί να φανεί από το Σχ. 4, τόσο η χρήση KLa όσο και η χρήση οξυγόνου μειώθηκαν με την αύξηση του μεγέθους των πόρων. Υπό την προϋπόθεση του ίδιου βάθους νερού και του ίδιου όγκου αερισμού, το KLa των 50 μm αεριστή διαφράγματος είναι περίπου τριπλάσιο από αυτό του αεριστή διαφράγματος 1,000 μm. Επομένως, όταν ο αεριστής είναι εγκατεστημένος σε ένα συγκεκριμένο βάθος νερού, τόσο μικρότερο είναι το άνοιγμα της ικανότητας οξυγόνωσης του αεριστή και η χρήση οξυγόνου είναι μεγαλύτερη.

Η διακύμανση της θεωρητικής απόδοσης ισχύος με το μέγεθος των πόρων φαίνεται στο Σχ. 5.

Εικ. 5 Θεωρητική απόδοση ισχύος έναντι μεγέθους πόρων

Όπως μπορεί να φανεί από το Σχ. 5, η θεωρητική απόδοση ισχύος δείχνει μια τάση αύξησης και στη συνέχεια μείωσης με την αύξηση του μεγέθους του διαφράγματος. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι αφενός, ο αεριστής μικρού ανοίγματος έχει μεγαλύτερη ικανότητα KLa και οξυγόνωση, η οποία ευνοεί την οξυγόνωση. Από την άλλη πλευρά, η απώλεια αντίστασης κάτω από ένα ορισμένο βάθος νερού αυξάνεται με τη μείωση της διαμέτρου του ανοίγματος. Όταν η μείωση του μεγέθους των πόρων στην απώλεια αντίστασης του φαινομένου προώθησης είναι μεγαλύτερη από τον ρόλο της μεταφοράς μάζας οξυγόνου, η θεωρητική απόδοση ισχύος θα μειωθεί με τη μείωση του μεγέθους των πόρων. Επομένως, όταν η διάμετρος του ανοίγματος είναι μικρή, η θεωρητική απόδοση ισχύος θα αυξηθεί με την αύξηση της διαμέτρου του ανοίγματος και η διάμετρος του ανοίγματος των 200 μm θα φτάσει τη μέγιστη τιμή των 1,91 kg/(kW-h). όταν η διάμετρος του ανοίγματος > 200 μm, η απώλεια αντίστασης στη διαδικασία αερισμού δεν παίζει πλέον κυρίαρχο ρόλο στη διαδικασία αερισμού, το KLa και η ικανότητα οξυγόνωσης με την αύξηση της διαμέτρου του ανοίγματος του αεριστή θα μειωθούν, και επομένως, η θεωρητική Η ενεργειακή απόδοση παρουσιάζει σημαντική πτωτική τάση.

2.4 Επίδραση του βάθους νερού εγκατάστασης στην απόδοση οξυγόνωσης

Το βάθος του νερού στο οποίο είναι εγκατεστημένος ο αεριστής έχει πολύ σημαντική επίδραση στο φαινόμενο αερισμού και οξυγόνωσης. Ο στόχος της πειραματικής μελέτης ήταν ένα κανάλι ρηχού νερού μικρότερο από 2 m. Το βάθος αερισμού του αεριστή προσδιορίστηκε από το βάθος νερού της πισίνας. Οι υπάρχουσες μελέτες επικεντρώνονται κυρίως στο βυθισμένο βάθος του αεριστή (δηλαδή, ο αεριστής εγκαθίσταται στο κάτω μέρος της πισίνας και το βάθος του νερού αυξάνεται αυξάνοντας την ποσότητα του νερού) και η δοκιμή επικεντρώνεται κυρίως στο βάθος εγκατάστασης του αεριστήρα (δηλαδή, η ποσότητα του νερού στην πισίνα διατηρείται σταθερή και το ύψος εγκατάστασης του αεριστή ρυθμίζεται για να βρεθεί το καλύτερο βάθος νερού για εφέ αερισμού) και οι αλλαγές του Το KLa και η χρήση οξυγόνου με το βάθος του νερού φαίνονται στο Σχ. 6.

Εικ. 6 Καμπύλες μεταβολής του Κ και της χρήσης οξυγόνου με βάθος νερού

Το Σχήμα 6 δείχνει ότι με την αύξηση του βάθους του νερού, τόσο το KLa όσο και η χρησιμοποίηση του οξυγόνου παρουσιάζουν μια σαφή αυξητική τάση, με το KLa να διαφέρει περισσότερο από τέσσερις φορές σε 0,8 m βάθος νερού και 2 m βάθος νερού. Αυτό συμβαίνει επειδή όσο πιο βαθιά είναι το νερό, όσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος παραμονής των φυσαλίδων στη στήλη του νερού, όσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος επαφής αερίου-υγρού, τόσο καλύτερο είναι το αποτέλεσμα μεταφοράς οξυγόνου. Επομένως, όσο πιο βαθιά είναι εγκατεστημένος ο αεριστής, τόσο πιο ευνοϊκό για την ικανότητα οξυγόνωσης και τη χρήση οξυγόνου. Αλλά η εγκατάσταση του βάθους του νερού αυξάνεται, ταυτόχρονα θα αυξηθεί και η απώλεια αντίστασης, για να ξεπεραστεί η απώλεια αντίστασης, είναι απαραίτητο να αυξηθεί η ποσότητα αερισμού, η οποία αναπόφευκτα θα οδηγήσει σε αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας και του λειτουργικού κόστους. Επομένως, για να επιτευχθεί το βέλτιστο βάθος εγκατάστασης, είναι απαραίτητο να αξιολογηθεί η σχέση μεταξύ της θεωρητικής απόδοσης ισχύος και του βάθους νερού, βλέπε Πίνακα 1.

Ο Πίνακας 1 δείχνει ότι η θεωρητική απόδοση ισχύος είναι εξαιρετικά χαμηλή σε βάθος εγκατάστασης 0,8 m, με μόνο 0,5 kg/(kW-h), καθιστώντας τον αερισμό με ρηχά νερά ακατάλληλο. Εγκατάσταση βάθους νερού εμβέλειας 1,1 ~ 1,5 m, λόγω της σημαντικής αύξησης της ικανότητας οξυγόνωσης, ενώ ο αεριστής από το αποτέλεσμα αντίστασης δεν είναι εμφανής, επομένως η θεωρητική απόδοση ισχύος αυξάνεται γρήγορα. Καθώς το βάθος του νερού αυξάνεται περαιτέρω στα 1,8 m, η επίδραση της απώλειας αντίστασης στην απόδοση οξυγόνωσης γίνεται όλο και πιο σημαντική, με αποτέλεσμα η αύξηση της θεωρητικής απόδοσης ισχύος να τείνει να εξισορροπηθεί, αλλά εξακολουθεί να παρουσιάζει αυξητική τάση και στην εγκατάσταση του βάθους νερού 2 m, η θεωρητική απόδοση ισχύος φτάνει το μέγιστο 1,97 kg/(kW-h). Επομένως, για κανάλια < 2 m, προτιμάται ο αερισμός του πυθμένα για βέλτιστη οξυγόνωση.

Σύναψη

Χρησιμοποιώντας τη στατική μη σταθερή μέθοδο για τη δοκιμή οξυγόνωσης καθαρού νερού μικροπορώδους αερισμού, στο βάθος του νερού δοκιμής (< 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.

Η θεωρητική απόδοση ισχύος είναι ο μόνος δείκτης αποτελεσματικότητας. Στις συνθήκες δοκιμής, η θεωρητική απόδοση ισχύος με τον αερισμό και την εγκατάσταση του βάθους νερού αυξάνεται, με την αύξηση του ανοίγματος πρώτα να αυξάνεται και μετά να μειώνεται. Η εγκατάσταση του βάθους νερού και του ανοίγματος θα πρέπει να είναι ένας λογικός συνδυασμός προκειμένου να επιτυγχάνεται η καλύτερη απόδοση οξυγόνωσης, γενικά, όσο μεγαλύτερο είναι το βάθος επιλογής νερού του ανοίγματος του αεριστή τόσο μεγαλύτερο.

Τα αποτελέσματα των δοκιμών δείχνουν ότι δεν πρέπει να χρησιμοποιείται αερισμός με ρηχά νερά. Σε βάθος εγκατάστασης 2 m, ένας όγκος αερισμού 0,5 m3/h και ένας αεριστής με μέγεθος πόρων 200 μm οδήγησαν σε μέγιστη θεωρητική απόδοση ισχύος 1,97 kg/(kW-h).