Perfformiad Ocsigeniad Awyru Microfandyllog

Yn y system trin dŵr gwastraff, mae'r broses awyru yn cyfrif am 45% i 75% o ddefnydd ynni'r gwaith trin dŵr gwastraff cyfan, er mwyn gwella effeithlonrwydd trosglwyddo ocsigen y broses awyru, mae'r gwaith trin dŵr gwastraff presennol yn cael ei ddefnyddio'n gyffredin mewn microporous systemau awyru. O'i gymharu â'r system awyru o swigod mawr a chanolig, gall y system awyru microporous arbed tua 50% o'r defnydd o ynni. Serch hynny, mae cyfradd defnyddio ocsigen ei broses awyru hefyd yn yr ystod o 20% i 30%. Yn ogystal, bu mwy o feysydd yn Tsieina i ddefnyddio technoleg awyru micromandyllog ar gyfer trin afonydd llygredig, ond nid oes unrhyw ymchwil ar sut i ddewis awyryddion micromandyllog yn rhesymol ar gyfer gwahanol amodau dŵr. Felly, mae optimeiddio paramedrau perfformiad ocsigeniad aerator microporous ar gyfer cynhyrchu a chymhwyso gwirioneddol o arwyddocâd mawr.

Mae yna lawer o ffactorau sy'n effeithio ar berfformiad awyru microporous ac ocsigeniad, a'r pwysicaf ohonynt yw cyfaint awyru, maint mandwll a gosod dyfnder dŵr.

Ar hyn o bryd, mae llai o astudiaethau ar y berthynas rhwng perfformiad ocsigeniad aerator microporous a maint mandwll a dyfnder gosod gartref a thramor. Mae'r ymchwil yn canolbwyntio mwy ar wella cyfernod trosglwyddo màs cyfanswm ocsigen a chynhwysedd ocsigeniad, ac yn esgeuluso'r broblem defnydd ynni yn y broses awyru. Rydym yn cymryd yr effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol fel y prif fynegai ymchwil, ynghyd â'r gallu ocsigeniad a'r duedd o ddefnyddio ocsigen, i ddechrau gwneud y gorau o'r cyfaint awyru, diamedr yr agorfa a dyfnder gosod pan fo'r effeithlonrwydd awyru yr uchaf, i ddarparu cyfeiriad ar gyfer y cais o dechnoleg awyru microporous yn y prosiect gwirioneddol.

1.Materials a dulliau

1.1 Gosodiad prawf

Gwnaed y gosodiad prawf o Plexiglas, a'r prif gorff oedd tanc awyru silindrog D {{{{}}}.4 m × 2 m gyda stiliwr ocsigen toddedig wedi'i leoli 0.5 m o dan wyneb y dŵr (a ddangosir yn Ffigur 1 ).

Ffigur 1 Gosod Prawf Awyru ac Ocsigeniad

1.2 Deunyddiau prawf

Awyrydd microfandyllog, wedi'i wneud o bilen rwber, diamedr 215 mm, maint mandwll 50, 100, 200, 500, 1 000 μm. profwr ocsigen toddedig sension378 benchtop, HACH, UDA. Mesurydd llif rotor nwy, ystod 0 ~ 3 m3/h, cywirdeb ±0.2%. Chwythwr HC-S. Catalydd: CoCl2-6H2O, yn ddadansoddol pur; Deoxidant: Na2SO3, yn ddadansoddol pur.

1.3 Dull prawf

Cynhaliwyd y prawf gan ddefnyddio'r dull ansefydlog statig, hy, cafodd Na2SO3 a CoCl2-6H2O eu dosio gyntaf ar gyfer dadocsigeniad yn ystod y prawf, a dechreuwyd awyru pan gafodd yr ocsigen toddedig yn y dŵr ei leihau i {{5} }. Cofnodwyd newidiadau yn y crynodiad ocsigen toddedig yn y dŵr dros amser, a chyfrifwyd y gwerth KLa. Profwyd perfformiad ocsigeniad o dan wahanol gyfeintiau awyru (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 m3/h), meintiau mandwll gwahanol (50, 100, 200, 500, 1,000 μm), a dyfnderoedd dŵr gwahanol (0.8, 1.1, 1.3, 1.5, 1.8, 2.0 m), a chyfeiriwyd hefyd at y CJ/T 3015.2 -1993 "Penderfyniad perfformiad ocsigeniad dŵr clir aerator" a safonau prawf ocsigeniad dŵr clir yr Unol Daleithiau.

2.Canlyniadau a thrafodaeth

2.1 Egwyddor y prawf

Mae egwyddor sylfaenol y prawf yn seiliedig ar y ddamcaniaeth bilen dwbl a gynigiwyd gan Whitman ym 1923. Gellir mynegi'r broses trosglwyddo màs ocsigen yn hafaliad (1).

Lle: dc/dt - cyfradd trosglwyddo màs, hy, faint o ocsigen a drosglwyddir fesul uned cyfaint o ddŵr fesul uned amser, mg/(Ls).

KLa - cyfernod trosglwyddo cyfanswm ocsigen yr awyrydd ar yr amodau prawf, min-1 ;

C* - ocsigen toddedig dirlawn mewn dŵr, mg/L.

Ct - ocsigen toddedig yn y dŵr ar adeg yr awyru t, mg/L.

Os nad yw tymheredd y prawf ar 20 gradd, gellir defnyddio hafaliad (2) i gywiro ar gyfer KLa:

Mae'r cynhwysedd ocsigeniad (OC, kg/h) yn cael ei fynegi gan hafaliad (3).

Lle: V - cyfaint pwll awyru, m3.

Mynegir y defnydd o ocsigen (SOTE, %) gan hafaliad (4).

Lle: q - cyfaint awyru mewn cyflwr safonol, m3/h.

Mynegir yr effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol [E, kg/(kW-h)] gan hafaliad (5).

Lle: P - pŵer offer awyru, kW.

Y dangosyddion a ddefnyddir yn gyffredin ar gyfer gwerthuso perfformiad ocsigeniad aerator yw cyfernod trosglwyddo màs cyfanswm ocsigen KLa, gallu ocsigeniad OC, cyfradd defnyddio ocsigen SOTE ac effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol E [7]. Mae'r astudiaethau presennol wedi canolbwyntio mwy ar dueddiadau cyfanswm cyfernod trosglwyddo màs ocsigen, gallu ocsigeniad a defnydd ocsigen, a llai ar yr effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol [8, 9]. Gall effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol, fel yr unig fynegai effeithlonrwydd [10], adlewyrchu'r broblem defnydd ynni yn y broses awyru, sef ffocws yr arbrawf hwn.

2.2 Effaith awyru ar berfformiad ocsigeniad

Gwerthuswyd y perfformiad ocsigeniad ar wahanol lefelau awyru gan awyru ar waelod 2 m yr awyrydd gyda maint mandwll o 200 μm, a dangosir y canlyniadau yn Ffig. 2.

Ffig. 2 Amrywiad K a'r defnydd o ocsigen gyda chyfradd awyru

Fel y gwelir o Ffig. 2, mae KLa yn cynyddu'n raddol gyda chynnydd mewn cyfaint awyru. Mae hyn yn bennaf oherwydd po fwyaf yw'r cyfaint awyru, y mwyaf yw'r ardal gyswllt nwy-hylif a'r uchaf yw'r effeithlonrwydd ocsigeniad. Ar y llaw arall, canfu rhai ymchwilwyr fod y gyfradd defnyddio ocsigen wedi gostwng gyda'r cynnydd mewn cyfaint awyru, a darganfuwyd sefyllfa debyg yn yr arbrawf hwn. Mae hyn oherwydd o dan ddyfnder dŵr penodol, mae amser preswylio swigod yn y dŵr yn cynyddu pan fo'r cyfaint awyru yn fach, ac mae'r amser cyswllt nwy-hylif yn hir; pan fo'r cyfaint awyru yn fawr, mae aflonyddwch y corff dŵr yn gryf, ac nid yw'r rhan fwyaf o'r ocsigen yn cael ei ddefnyddio'n effeithiol, ac yn y pen draw caiff ei ryddhau o wyneb y dŵr ar ffurf swigod i'r aer. Nid oedd y gyfradd defnyddio ocsigen a ddeilliodd o'r arbrawf hwn yn uchel o'i gymharu â'r llenyddiaeth, yn ôl pob tebyg oherwydd nad oedd uchder yr adweithydd yn ddigon uchel, a dihangodd llawer iawn o ocsigen heb gysylltu â'r golofn ddŵr, gan leihau'r gyfradd defnyddio ocsigen.

Dangosir amrywiad effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol (E) ag awyru yn Ffig. 3.

Ffig. 3 Effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol yn erbyn cyfaint awyru

Fel y gwelir yn Ffig. 3, mae'r effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol yn gostwng yn raddol wrth i awyru cynyddol. Mae hyn oherwydd bod y gyfradd trosglwyddo ocsigen safonol yn cynyddu gyda chynnydd cyfaint awyru o dan amodau dyfnder dŵr penodol, ond mae'r cynnydd yn y gwaith defnyddiol a ddefnyddir gan y chwythwr yn fwy arwyddocaol na'r cynnydd yn y gyfradd trosglwyddo ocsigen safonol, felly mae'r effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol yn lleihau gyda chynnydd mewn cyfaint awyru o fewn ystod y cyfaint awyru a archwiliwyd yn yr arbrawf. Cyfuno'r tueddiadau yn Ffigys. 2 a 3, gellir canfod bod y perfformiad ocsigeniad gorau yn cael ei gyflawni ar gyfaint awyru o 0.5 m3/h.

2.3 Effaith maint mandwll ar berfformiad ocsigeniad

Mae maint mandwll yn dylanwadu'n fawr ar ffurfio swigod, po fwyaf yw maint y mandwll, y mwyaf yw maint y swigen. Mae swigod ar berfformiad ocsigeniad yr effaith yn cael ei amlygu'n bennaf mewn dwy agwedd: Yn gyntaf, y lleiaf yw'r swigod unigol, y mwyaf yw'r arwynebedd cyffredinol swigen penodol, y mwyaf yw'r ardal gyswllt trosglwyddo màs nwy-hylif, y mwyaf ffafriol i drosglwyddo ocsigen; Yn ail, po fwyaf yw'r swigod, y cryfaf yw rôl troi'r dŵr, y cymysgu nwy-hylif rhwng y cyflymach, y gorau yw effaith ocsigeniad. Yn aml, mae'r pwynt cyntaf yn y broses drosglwyddo màs yn chwarae rhan fawr. Y prawf fydd cyfaint awyru wedi'i osod i 0.5 m3/h, i archwilio effaith maint mandwll ar KLa a'r defnydd o ocsigen, gweler Ffigur 4.

Ffig. 4 Cromliniau amrywiad KLa a'r defnydd o ocsigen gyda maint mandwll

Fel y gwelir o Ffig. 4, gostyngodd KLa a'r defnydd o ocsigen gyda chynnydd maint mandwll. O dan gyflwr yr un dyfnder dŵr a chyfaint awyru, mae'r KLa o awyrydd agorfa 50 μm tua thair gwaith o awyrydd agorfa 1,000 μm. Felly, pan osodir yr awyrydd mewn dyfnder penodol o ddŵr, y lleiaf yw agoriad cynhwysedd ocsigeniad yr awyrydd a'r defnydd o ocsigen yn fwy.

Dangosir amrywiad effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol gyda maint mandwll yn Ffig. 5.

Ffig. 5 Effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol yn erbyn maint mandwll

Fel y gwelir o Ffig. 5, mae'r effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol yn dangos tuedd o gynyddu ac yna lleihau gyda chynnydd maint yr agorfa. Mae hyn oherwydd ar y naill law, mae gan yr awyrydd agorfa fach KLa mwy a chynhwysedd ocsigeniad, sy'n ffafriol i ocsigeniad. Ar y llaw arall, mae'r golled gwrthiant o dan ddyfnder dŵr penodol yn cynyddu gyda gostyngiad mewn diamedr agorfa. Pan fydd y gostyngiad maint mandwll ar golled ymwrthedd yr effaith hyrwyddo yn fwy na rôl trosglwyddo màs ocsigen, bydd yr effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol yn cael ei leihau gyda gostyngiad maint mandwll. Felly, pan fo diamedr yr agorfa yn fach, bydd yr effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol yn cynyddu gyda chynnydd diamedr yr agorfa, a diamedr yr agorfa o 200 μm i gyrraedd y gwerth uchaf o 1.91 kg / (kW-h); pan fydd diamedr yr agorfa > 200 μm, nid yw'r golled gwrthiant yn y broses awyru bellach yn chwarae rhan flaenllaw yn y broses awyru, bydd y KLa a'r gallu ocsigeniad gyda'r cynnydd mewn diamedr agorfa yr awyrydd yn cael ei leihau, ac felly, y damcaniaethol effeithlonrwydd pŵer yn dangos tuedd ar i lawr sylweddol.

2.4 Effaith dyfnder dŵr gosod ar berfformiad ocsigeniad

Mae dyfnder y dŵr y gosodir yr awyrydd ynddo yn cael effaith sylweddol iawn ar yr effaith awyru ac ocsigeniad. Targed yr astudiaeth arbrofol oedd sianel ddŵr bas o lai na 2 m. Pennwyd dyfnder awyru'r awyrydd gan ddyfnder dŵr y pwll. Mae astudiaethau presennol yn canolbwyntio'n bennaf ar ddyfnder tanddwr yr awyrydd (hy, mae'r awyrydd wedi'i osod ar waelod y pwll, a chynyddir dyfnder y dŵr trwy gynyddu faint o ddŵr), ac mae'r prawf yn canolbwyntio'n bennaf ar ddyfnder gosod y awyrydd (hy, mae faint o ddŵr yn y pwll yn cael ei gadw'n gyson, ac mae uchder gosod yr awyrydd yn cael ei addasu i ddod o hyd i'r dyfnder dŵr gorau ar gyfer effaith awyru), ac mae newidiadau KLa a defnydd ocsigen gyda dyfnder y dŵr yn cael eu dangosir yn Ffig. 6.

Ffig. 6 Cromliniau amrywiad K a defnydd ocsigen gyda dyfnder dŵr

Dengys Ffigur 6, gyda chynnydd mewn dyfnder dŵr, fod KLa a defnydd ocsigen yn dangos tuedd gynyddol amlwg, gyda KLa yn amrywio fwy na phedair gwaith ar 0.8 m dyfnder dŵr a dyfnder dŵr 2 m. Mae hyn oherwydd po ddyfnach yw'r dŵr, po hiraf yw amser preswylio'r swigod yn y golofn ddŵr, po hiraf yw'r amser cyswllt nwy-hylif, y gorau yw'r effaith trosglwyddo ocsigen. Felly, po ddyfnaf y gosodir yr awyrydd, y mwyaf ffafriol i'r gallu ocsigeniad a'r defnydd o ocsigen. Ond mae gosod dyfnder dŵr yn cynyddu ar yr un pryd bydd colled gwrthiant hefyd yn cynyddu, er mwyn goresgyn y golled gwrthiant, mae angen cynyddu faint o awyru, a fydd yn anochel yn arwain at gynnydd yn y defnydd o ynni a chostau gweithredu. Felly, er mwyn cael y dyfnder gosod gorau posibl, mae angen gwerthuso'r berthynas rhwng effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol a dyfnder dŵr, gweler Tabl 1.

Mae Tabl 1 yn dangos bod yr effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol yn hynod o isel ar ddyfnder gosod o 0.8 m, gyda dim ond 0.5 kg/(kW-h), gan wneud awyru dŵr bas yn amhriodol. Gosod dyfnder dŵr o ystod 1.1 ~ 1.5 m, oherwydd y cynnydd sylweddol mewn gallu ocsigeniad, tra nad yw'r awyrydd gan yr effaith gwrthiant yn amlwg, felly mae'r effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol yn cynyddu'n gyflym. Wrth i'r dyfnder dŵr gynyddu ymhellach i 1.8 m, mae effaith colli gwrthiant ar y perfformiad ocsigeniad yn dod yn fwy a mwy arwyddocaol, gan arwain at dwf yr effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol yn tueddu i lefelu, ond mae'n dal i ddangos tuedd gynyddol, ac yn y gosodiad o ddyfnder y dŵr o 2 m, mae'r effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol yn cyrraedd uchafswm o 1.97 kg / (kW-h). Felly, ar gyfer sianeli <2 m, mae awyru gwaelod yn cael ei ffafrio ar gyfer yr ocsigeniad gorau posibl.

Casgliad

Gan ddefnyddio'r dull ansefydlog statig ar gyfer prawf ocsigeniad dŵr clir awyru micromandyllog, yn y dyfnder dŵr prawf (< 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.

Effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol yw'r unig ddangosydd o effeithiolrwydd. Yn yr amodau prawf, mae'r effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol gydag awyru a gosod dyfnder dŵr yn cynyddu, gyda'r cynnydd yn yr agorfa yn cynyddu yn gyntaf ac yna'n gostwng. Dylai gosod dyfnder dŵr ac agorfa fod yn gyfuniad rhesymol er mwyn gwneud y perfformiad ocsigeniad i gyflawni'r gorau, yn gyffredinol, y mwyaf yw dyfnder detholiad dŵr yr agorfa awyrydd, y mwyaf.

Mae canlyniadau'r profion yn nodi na ddylid defnyddio awyru dŵr bas. Ar ddyfnder gosod o 2 m, arweiniodd cyfaint awyru o 0.5 m3/h ac awyrydd gyda maint mandwll o 200 μm at uchafswm effeithlonrwydd pŵer damcaniaethol o 1.97 kg/(kW-h).