Mikroporøs beluftning iltning Ydeevne

I spildevandsbehandlingssystemet tegner beluftningsprocessen sig for 45% til 75% af energiforbruget for hele spildevandsrensningsanlægget, for at forbedre iltoverførselseffektiviteten af ​​beluftningsprocessen, er det nuværende spildevandsrensningsanlæg almindeligvis brugt i mikroporøst beluftningssystemer.Sammenlignet med beluftningssystemet for store og mellemstore bobler kan det mikroporøse beluftningssystem spare omkring 50 % af energiforbruget. Ikke desto mindre er iltudnyttelsesgraden af ​​dens beluftningsproces også i området fra 20% til 30%. Derudover har der været flere områder i Kina til at bruge mikroporøs beluftningsteknologi til behandling af forurenede floder, men der er ingen forskning i, hvordan man med rimelighed kan vælge mikroporøse beluftere til forskellige vandforhold. Derfor er optimeringen af ​​ydeevneparametre for mikroporøs beluftningsiltning for den faktiske produktion og anvendelse af stor betydning.

Der er mange faktorer, der påvirker ydeevnen af ​​mikroporøs beluftning og iltning, hvoraf de vigtigste er beluftningsvolumen, porestørrelse og installation af vanddybde.

På nuværende tidspunkt er der færre undersøgelser af sammenhængen mellem iltningsydelsen af ​​mikroporøs belufter og porestørrelse og installationsdybde i ind- og udland. Forskningen fokuserer mere på forbedring af den samlede iltmasseoverførselskoefficient og iltningskapacitet og negligerer energiforbrugsproblemet i beluftningsprocessen. Vi tager den teoretiske effekteffektivitet som det vigtigste forskningsindeks, kombineret med iltningskapaciteten og tendensen for iltudnyttelse, optimerer i første omgang beluftningsvolumen, åbningsdiameter og installationsdybde, når beluftningseffektiviteten er den højeste, for at give en reference for applikationen af mikroporøs beluftningsteknologi i selve projektet.

1. Materialer og metoder

1.1 Test opsætning

Testopstillingen var lavet af plexiglas, og hoveddelen var en D {{0}},4 m × 2 m cylindrisk beluftningstank med en opløst oxygensonde placeret 0,5 m under vandoverfladen (vist i figur 1) ).

Figur 1 Opsætning af beluftning og iltningstest

1.2 Testmaterialer

Mikroporøs belufter, lavet af gummimembran, diameter 215 mm, porestørrelse 50, 100, 200, 500, 1 000 μm. sension378 benchtop opløst oxygen tester, HACH, USA. Gasrotor flowmåler, område 0~3 m3/h, nøjagtighed ±0,2%. HC-S blæser. Katalysator: CoCl2-6H2O, analytisk ren; Deoxidant: Na2SO3, analytisk ren.

1.3 Testmetode

Testen blev udført ved hjælp af den statiske ikke-stationære metode, dvs. Na2SO3 og CoCl2-6H2O blev først doseret til deoxygenering under testen, og beluftning blev startet, da den opløste oxygen i vandet blev reduceret til {{5} }. Ændringer i koncentrationen af ​​opløst ilt i vandet over tid blev registreret, og KLa-værdien blev beregnet. Iltningsydelsen blev testet under forskellige beluftningsvolumener (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 m3/h), forskellige porestørrelser (50, 100, 200, 500, 1,000 μm) og forskellige vanddybder (0,8, 1,1, 1,3, 1,5;

2.Resultater og diskussion

2.1 Prøvens princip

Testens grundlæggende princip er baseret på dobbeltmembranteorien foreslået af Whitman i 1923. Iltmasseoverførselsprocessen kan udtrykkes i ligning (1).

Hvor: dc/dt - masseoverførselshastighed, dvs. mængden af ​​overført oxygen pr. volumenenhed vand pr. tidsenhed, mg/(Ls).

KLa - total oxygenoverførselskoefficient for belufteren ved testbetingelserne, min-1 ;

C* - mættet opløst ilt i vand, mg/L.

Ct - opløst ilt i vandet i beluftningsøjeblikket t, mg/L.

Hvis testtemperaturen ikke er på 20 grader, kan ligning (2) bruges til at korrigere for KLa:

Iltningskapaciteten (OC, kg/h) er udtrykt ved ligning (3).

Hvor: V - beluftningsbassinvolumen, m3.

Iltudnyttelse (SOTE, %) er udtrykt ved ligning (4).

Hvor: q - beluftningsvolumen i standardtilstand, m3/h.

Den teoretiske effekteffektivitet [E, kg/(kW-h)] er udtrykt ved ligning (5).

Hvor: P - beluftningsudstyrs effekt, kW.

Almindeligt anvendte indikatorer til evaluering af belufterens iltningsydelse er total iltmasseoverførselskoefficient KLa, iltningskapacitet OC, iltudnyttelsesgrad SOTE og teoretisk effekteffektivitet E [7]. De eksisterende undersøgelser har fokuseret mere på tendenserne for total iltmasseoverførselskoefficient, iltningskapacitet og iltudnyttelse og mindre på den teoretiske effekteffektivitet [8, 9]. Teoretisk effekteffektivitet, som det eneste effektivitetsindeks [10], kan afspejle energiforbrugsproblemet i beluftningsprocessen, som er fokus for dette eksperiment.

2.2 Effekt af beluftning på iltningsydelse

Iltningsydelsen ved forskellige beluftningsniveauer blev evalueret ved beluftning i de nederste 2 m af belufteren med en porestørrelse på 200 μm, og resultaterne er vist i fig. 2.

Fig. 2 Variation af K og iltudnyttelse med beluftningshastighed

Som det kan ses af fig. 2, øges KLa gradvist med forøgelsen af ​​beluftningsvolumenet. Dette skyldes hovedsageligt, at jo større beluftningsvolumen, jo større er gas-væske-kontaktarealet og jo højere iltningseffektivitet. På den anden side fandt nogle forskere, at iltudnyttelseshastigheden faldt med stigningen i beluftningsvolumen, og en lignende situation blev fundet i dette eksperiment. Dette skyldes, at under en vis vanddybde øges opholdstiden for bobler i vandet, når beluftningsvolumenet er lille, og gas-væske-kontakttiden forlænges; når beluftningsvolumenet er stort, er forstyrrelsen af ​​vandmassen kraftig, og det meste af ilten udnyttes ikke effektivt og frigives til sidst fra vandoverfladen i form af bobler til luften. Iltudnyttelseshastigheden afledt af dette eksperiment var ikke høj sammenlignet med litteraturen, sandsynligvis fordi reaktorhøjden ikke var høj nok, og en stor mængde oxygen slap ud uden at komme i kontakt med vandsøjlen, hvilket reducerede oxygenudnyttelseshastigheden.

Variationen af ​​teoretisk effekteffektivitet (E) med beluftning er vist i fig. 3.

Fig. 3 Teoretisk effekteffektivitet versus beluftningsvolumen

Som det kan ses i fig. 3, falder den teoretiske effekteffektivitet gradvist med stigende beluftning. Dette skyldes, at standard iltoverførselshastigheden stiger med stigningen i beluftningsvolumen under visse vanddybdeforhold, men stigningen i det nyttige arbejde, der forbruges af blæseren, er mere signifikant end stigningen i standard iltoverførselshastigheden, så den teoretiske effekteffektivitet falder med stigningen af ​​beluftningsvolumen inden for det område af beluftningsvolumen, der blev undersøgt i eksperimentet. Ved at kombinere tendenserne i fig. 2 og 3, kan det konstateres, at den bedste iltningsydelse opnås ved et beluftningsvolumen på 0,5 m3/h.

2.3 Effekt af porestørrelse på iltningsydelse

Porestørrelse har stor indflydelse på dannelsen af ​​bobler, jo større porestørrelse, jo større er boblens størrelse. Bobler på iltningsydelsen af ​​påvirkningen kommer hovedsageligt til udtryk i to aspekter: For det første, jo mindre de individuelle bobler er, jo større er det samlede boblespecifikke overfladeareal, jo større gas-væske masseoverførselskontaktareal, jo mere befordrende for overførsel af ilt; For det andet, jo større boblerne er, jo stærkere er det at omrøre vandet, gas-væske-blandingen mellem jo hurtigere, jo bedre effekt af iltningen. Ofte spiller det første punkt i masseoverførselsprocessen en stor rolle. Testen vil være beluftningsvolumen sat til 0,5 m3/h, for at undersøge effekten af ​​porestørrelse på KLa og iltudnyttelsen, se figur 4.

Fig. 4 Variationskurver for KLa og iltudnyttelse med porestørrelse

Som det kan ses af fig. 4, faldt både KLa- og oxygenudnyttelsen med forøgelsen af ​​porestørrelsen. Under betingelserne for samme vanddybde og beluftningsvolumen er KLa på 50 μm åbningsbelufter omkring tre gange den for 1,000 μm åbningsbelufter. Derfor, når belufteren er installeret i en vis vanddybde, er iltningskapaciteten og iltudnyttelsen større, jo mindre åbningen af ​​belufteren er.

Variationen af ​​teoretisk effekteffektivitet med porestørrelse er vist i fig. 5.

Fig. 5 Teoretisk effekteffektivitet vs. porestørrelse

Som det kan ses af fig. 5, viser den teoretiske effekteffektivitet en tendens til at stige og derefter falde med stigningen i blændestørrelsen. Det skyldes på den ene side, at den lille blændelufter har en større KLa og iltningskapacitet, hvilket er befordrende for iltningen. På den anden side stiger modstandstabet under en vis vanddybde med faldet i blændediameteren. Når porestørrelsesreduktionen på modstandstabet af fremmeeffekten er større end rollen af ​​oxygenmasseoverførsel, vil den teoretiske effekteffektivitet blive reduceret med reduktionen af ​​porestørrelsen. Derfor, når åbningsdiameteren er lille, vil den teoretiske effekteffektivitet stige med stigningen i åbningsdiameteren og åbningsdiameteren på 200 μm for at nå den maksimale værdi på 1,91 kg/(kW-h); når åbningsdiameteren > 200 μm, spiller modstandstabet i beluftningsprocessen ikke længere en dominerende rolle i beluftningsprocessen, KLa og iltningskapaciteten med stigningen i åbningsdiameteren af ​​belufteren vil blive reduceret, og derfor vil den teoretiske strømeffektivitet viser en betydelig nedadgående tendens.

2.4 Effekt af installationsvanddybde på iltningsydelse

Vanddybden, som belufteren er installeret i, har en meget væsentlig effekt på beluftnings- og iltningseffekten. Målet for den eksperimentelle undersøgelse var en lavvandskanal på mindre end 2 m. Beluftningsdybden af ​​belufteren blev bestemt af bassinets vanddybde. Eksisterende undersøgelser fokuserer hovedsageligt på den neddykkede dybde af belufteren (dvs. belufteren er installeret i bunden af ​​poolen, og vanddybden øges ved at øge mængden af ​​vand), og testen fokuserer hovedsageligt på installationsdybden af ​​ventilen. belufter (dvs. mængden af ​​vand i bassinet holdes konstant, og belufterens installationshøjde justeres for at finde den bedste vanddybde for beluftningseffekt), og ændringerne af KLa og ilt udnyttelse med vanddybden er vist i fig. 6.

Fig. 6 Variationskurver for K og iltudnyttelse med vanddybde

Figur 6 viser, at med stigningen af ​​vanddybden viser både KLa og iltudnyttelsen en klar stigende tendens, hvor KLa adskiller sig mere end fire gange ved 0,8 m vanddybde og 2 m vanddybde. Dette skyldes, at jo dybere vandet er, jo længere opholdstid boblerne har i vandsøjlen, jo længere gas-væske kontakttiden er, desto bedre er iltoverførselseffekten. Derfor, jo dybere belufteren er installeret, jo mere befordrende for iltningskapaciteten og iltudnyttelsen. Men installationen af ​​vanddybden stiger, samtidig med at modstandstabet også vil stige, for at overvinde modstandstabet er det nødvendigt at øge mængden af ​​beluftning, hvilket uundgåeligt vil føre til en stigning i energiforbruget og driftsomkostningerne. For at opnå den optimale installationsdybde er det derfor nødvendigt at evaluere sammenhængen mellem teoretisk effekteffektivitet og vanddybde, se tabel 1.

Tabel 1 viser, at den teoretiske effekteffektivitet er ekstremt lav ved en installationsdybde på 0,8 m, med kun 0,5 kg/(kW-h), hvilket gør lavvandsluftning uhensigtsmæssig. Installation af vanddybde på 1,1 ~ 1,5 m rækkevidde, på grund af den betydelige stigning i iltningskapacitet, mens belufteren af ​​modstandseffekten ikke er indlysende, så den teoretiske effekteffektivitet stiger hurtigt. Efterhånden som vanddybden stiger yderligere til 1,8 m, bliver effekten af ​​modstandstab på iltningsydelsen mere og mere signifikant, hvilket resulterer i, at væksten i den teoretiske effekteffektivitet har tendens til at udjævne sig, men stadig viser en stigende tendens, og i installationen af vanddybden på 2 m, når den teoretiske effekteffektivitet maksimalt 1,97 kg/(kW-h). For kanaler < 2 m foretrækkes derfor bundluftning for optimal iltning.

Konklusion

Anvendelse af den statiske ikke-stationære metode til mikroporøs beluftning test af iltning af klart vand, i testens vanddybde (< 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 er den eneste indikator for effektivitet. I testforholdene øges den teoretiske effekteffektivitet med beluftning og installation af vanddybde, hvor stigningen i blænde først øges og derefter falder. Installation af vanddybde og blænde bør være en rimelig kombination for at gøre iltningsydelsen for at opnå den bedste, generelt, jo større vanddybdeudvælgelsen af ​​beluftningsåbningen er, jo større.

Testresultaterne indikerer, at lavvandsluftning ikke bør anvendes. Ved en installationsdybde på 2 m resulterede et beluftningsvolumen på 0,5 m3/h og en belufter med en porestørrelse på 200 μm i en maksimal teoretisk effekteffektivitet på 1,97 kg/(kW-h).