Microporous Aeration OxygenationPerformance

Sa sistema sa pagtambal sa wastewater, ang proseso sa aeration nagkantidad sa 45% hangtod 75% sa konsumo sa enerhiya sa tibuuk nga tanum nga pagtambal sa basura, aron mapauswag ang kahusayan sa pagbalhin sa oxygen sa proseso sa aeration, ang karon nga tanum nga pagtambal sa basura sagad gigamit sa microporous. mga sistema sa aeration.Kon itandi sa sistema sa aeration sa dagko ug medium-kadako nga mga bula, ang microporous nga aeration system makadaginot ug mga 50% sa konsumo sa enerhiya. Bisan pa, ang rate sa paggamit sa oxygen sa proseso sa aeration niini anaa usab sa hanay nga 20% hangtod 30%. Dugang pa, adunay daghang mga lugar sa China nga mogamit sa microporous aeration nga teknolohiya alang sa pagtambal sa mga hugaw nga suba, apan wala’y panukiduki kung giunsa ang makatarunganon nga pagpili sa mga microporous aerator alang sa lainlaing mga kahimtang sa tubig. Busa, ang pag-optimize sa microporous aerator oxygenation performance parameters alang sa aktuwal nga produksyon ug aplikasyon mao ang dako nga kahulogan.

Adunay daghang mga hinungdan nga nakaapekto sa paghimo sa microporous aeration ug oxygenation, ang labing hinungdanon mao ang gidaghanon sa aeration, gidak-on sa pore ug pag-instalar sa giladmon sa tubig.

Sa pagkakaron, adunay gamay nga mga pagtuon sa relasyon tali sa oxygenation performance sa microporous aerator ug pore size ug instalar nga giladmon sa balay ug sa gawas sa nasud. Ang panukiduki mas nakapunting sa pagpaayo sa kinatibuk-ang oxygen mass transfer coefficient ug kapasidad sa oxygenation, ug gipasagdan ang problema sa konsumo sa enerhiya sa proseso sa aeration. Gikuha namon ang teoretikal nga kahusayan sa gahum ingon ang panguna nga indeks sa panukiduki, inubanan sa kapasidad sa oxygenation ug ang uso sa paggamit sa oxygen, sa sinugdan gi-optimize ang gidaghanon sa aeration, diametro sa aperture ug giladmon sa pag-install kung ang kahusayan sa aeration mao ang labing kataas, aron mahatagan usa ka pakisayran alang sa aplikasyon. sa microporous aeration technology sa aktuwal nga proyekto.

1.Mga materyales ug pamaagi

1.1 Pag-set up sa pagsulay

Ang setup sa pagsulay gihimo sa Plexiglas, ug ang nag-unang lawas usa ka D {{0}}.4 m × 2 m cylindrical aeration tank nga adunay dissolved oxygen probe nga nahimutang 0.5 m ubos sa tubig (gipakita sa Figure 1). ).

Figure 1 Aeration ug Oxygenation Test Setup

1.2 Mga materyales sa pagsulay

Microporous aerator, hinimo sa rubber membrane, diametro 215 mm, pore size 50, 100, 200, 500, 1 000 μm. sension378 benchtop dissolved oxygen tester, HACH, USA. Gas rotor flow meter, range 0 ~ 3 m3 / h, katukma ± 0.2%. HC-S blower. Catalyst: CoCl2-6H2O, analytical pure; Deoxidant: Na2SO3, analytically puro.

1.3 Pamaagi sa pagsulay

Ang pagsulay gihimo gamit ang static non-stationary nga pamaagi, ie, Na2SO3 ug CoCl{3}}H2O ang unang gi-dosis para sa deoxygenation atol sa pagsulay, ug ang aeration gisugdan sa dihang ang dissolved oxygen sa tubig gikunhoran ngadto sa {{5} }. Ang mga pagbag-o sa dissolved oxygen nga konsentrasyon sa tubig sa paglabay sa panahon girekord, ug ang KLa nga kantidad gikalkulo. Ang performance sa oxygen gisulayan ubos sa lain-laing mga volume sa aeration (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 m3/h), lain-laing gidak-on sa pore (50, 100, 200, 500, 1,000 μm), ug lainlain nga giladmon sa tubig (0.8, 1.1, 1.3, 1.5, 1.8, 2.0 m), ug gihimo usab ang pakisayran sa CJ/T 3015.2 -1993 "Pagdeterminar sa performance sa aerator clear water oxygenation" ug sa United States clear water oxygenation test standards.

2. Resulta ug panaghisgot

2.1 Prinsipyo sa pagsulay

Ang sukaranan nga prinsipyo sa pagsulay gibase sa teoriya sa dobleng lamad nga gisugyot ni Whitman niadtong 1923. Ang proseso sa pagbalhin sa masa sa oxygen mahimong ipahayag sa equation (1).

Diin: dc/dt - mass transfer rate, ie, ang gidaghanon sa oxygen nga gibalhin kada unit volume sa tubig kada unit time, mg/(Ls).

KLa - total oxygen transfer coefficient sa aerator sa mga kondisyon sa pagsulay, min-1 ;

C* - saturated dissolved oxygen sa tubig, mg/L.

Ct - dissolved oxygen sa tubig sa panahon sa aeration t, mg/L.

Kung ang temperatura sa pagsulay wala sa 20 degree, ang equation (2) mahimong magamit aron matul-id ang KLa:

Ang kapasidad sa oxygenation (OC, kg / h) gipahayag sa equation (3).

Diin: V - gidaghanon sa aeration pool, m3.

Ang paggamit sa oxygen (SOTE, %) gipahayag sa equation (4).

Diin: q - gidaghanon sa aeration sa standard nga kondisyon, m3/h.

Ang theoretical power efficiency [E, kg/(kW-h)] gipahayag sa equation (5).

Diin: P - gahum sa kagamitan sa aeration, kW.

Ang kasagarang gigamit nga mga indicators alang sa pagtimbang-timbang sa aerator oxygenation performance mao ang total oxygen mass transfer coefficient KLa, oxygenation capacity OC, oxygen utilization rate SOTE ug theoretical power efficiency E [7]. Ang kasamtangan nga mga pagtuon mas naka-focus sa mga uso sa total oxygen mass transfer coefficient, oxygenation capacity ug oxygen utilization, ug dili kaayo sa theoretical power efficiency [8, 9]. Theoretical power efficiency, isip ang bugtong efficiency index [10], mahimong magpakita sa problema sa konsumo sa enerhiya sa proseso sa aeration, nga mao ang pokus niini nga eksperimento.

2.2 Epekto sa aeration sa oxygenation performance

Ang performance sa oxygenation sa lain-laing lebel sa aeration gi-evaluate pinaagi sa aeration sa ubos nga 2 m sa aerator nga adunay pore size nga 200 μm, ug ang mga resulta gipakita sa Fig. 2.

Fig. 2 Pagbag-o sa K ug paggamit sa oksiheno nga adunay rate sa aeration

Ingon sa makita gikan sa Fig. 2, ang KLa anam-anam nga nagdugang sa pagtaas sa gidaghanon sa aeration. Kini nag-una tungod kay mas dako ang aeration volume, mas dako ang gas-liquid contact area ug mas taas ang oxygenation efficiency. Sa laing bahin, nakita sa pipila ka mga tigdukiduki nga ang rate sa paggamit sa oksiheno mikunhod uban ang pagtaas sa gidaghanon sa aeration, ug usa ka susama nga sitwasyon ang nakit-an niini nga eksperimento. Kini tungod kay sa ilawom sa usa ka giladmon sa tubig, ang oras sa pinuy-anan sa mga bula sa tubig madugangan kung gamay ra ang gidaghanon sa aeration, ug ang oras sa pagkontak sa gas-liquid dugay; kung ang gidaghanon sa aeration dako, ang kasamok sa lawas sa tubig kusog, ug kadaghanan sa oksiheno dili epektibo nga gigamit, ug sa katapusan gipagawas gikan sa nawong sa tubig sa porma sa mga bula sa hangin. Ang rate sa paggamit sa oxygen nga nakuha gikan sa kini nga eksperimento dili taas kung itandi sa literatura, tingali tungod kay ang gitas-on sa reactor dili igo nga taas, ug usa ka dako nga kantidad sa oxygen ang nakaikyas nga wala makontak ang kolum sa tubig, nga nakunhuran ang rate sa paggamit sa oxygen.

Ang kalainan sa theoretical power efficiency (E) uban sa aeration gipakita sa Fig. 3.

Fig. 3 Theoretical power efficiency versus aeration volume

Ingon sa makita sa Fig. 3, ang theoretical power efficiency mikunhod anam-anam sa pagdugang sa aeration. Kini tungod kay ang standard nga oxygen transfer rate nagdugang sa pagtaas sa aeration volume ubos sa pipila ka mga kondisyon sa giladmon sa tubig, apan ang pagtaas sa mapuslanon nga trabaho nga gigamit sa blower mas mahinungdanon kay sa pagtaas sa standard nga oxygen transfer rate, mao nga ang theoretical power efficiency mikunhod uban ang pagtaas sa gidaghanon sa aeration sulod sa gidak-on sa gidaghanon sa aeration nga gisusi sa eksperimento. Paghiusa sa mga uso sa Fig. 2 ug 3, makit-an nga ang labing maayo nga paghimo sa oxygenation makab-ot sa usa ka gidaghanon sa aeration nga 0.5 m3/h.

2.3 Epekto sa pore gidak-on sa oxygenation performance

Ang gidak-on sa pore adunay dako nga impluwensya sa pagporma sa mga bula, mas dako ang gidak-on sa pore, mas dako ang gidak-on sa bula. Ang mga bula sa performance sa oxygenation sa epekto nag-una nga gipakita sa duha ka aspeto: Una, ang mas gamay nga indibidwal nga mga bula, mas dako ang kinatibuk-ang bula nga piho nga nawong nga dapit, mas dako ang gas-liquid mass transfer contact area, mas maayo sa pagbalhin sa oksiheno; Ikaduha, kon mas dako ang mga bula, mas lig-on ang papel sa pagpalihok sa tubig, ang gas-liquid nga pagsagol tali sa mas paspas, mas maayo ang epekto sa oxygenation. Kasagaran ang unang punto sa proseso sa pagbalhin sa masa adunay dakong papel. Ang pagsulay mao ang aeration volume nga gibutang sa 0.5 m3/h, aron masusi ang epekto sa pore size sa KLa ug paggamit sa oxygen, tan-awa ang Figure 4.

Fig. 4 Variation curves sa KLa ug paggamit sa oxygen nga adunay pore size

Ingon sa makita gikan sa Fig. 4, ang paggamit sa KLa ug oksiheno mikunhod uban ang pagtaas sa gidak-on sa lungag. Ubos sa kahimtang sa parehas nga giladmon sa tubig ug gidaghanon sa aeration, ang KLa sa 50 μm aperture aerator mga tulo ka beses sa 1, 000 μm aperture aerator. Busa, kung ang aerator na-install sa usa ka giladmon sa tubig, ang mas gamay nga aperture sa aerator oxygenation nga kapasidad ug ang paggamit sa oxygen mas dako.

Ang kalainan sa theoretical power efficiency nga adunay pore size gipakita sa Fig. 5.

Fig. 5 Theoretical power efficiency kumpara sa pore size

Ingon sa makita gikan sa Fig. 5, ang theoretical power efficiency nagpakita sa us aka us aka us aka us aka us aka us aka us aka us aka us aka us aka us aka us aka us aka us aka us aka us aka pagtaas sa gidak-on sa aperture. Kini tungod kay sa usa ka bahin, ang gamay nga aperture aerator adunay mas dako nga KLa ug kapasidad sa oxygenation, nga makaayo sa oxygenation. Sa laing bahin, ang pagkawala sa resistensya sa ilawom sa usa ka giladmon sa tubig nagdugang sa pagkunhod sa diametro sa aperture. Kung ang pagkunhod sa gidak-on sa pore sa pagkawala sa resistensya sa epekto sa promosyon labi ka dako sa papel sa pagbalhin sa masa sa oxygen, ang kahusayan sa teoretikal nga gahum makunhuran sa pagkunhod sa gidak-on sa pore. Busa, sa diha nga ang aperture diametro gamay, ang teoretikal nga gahum efficiency mosaka uban sa pagtaas sa aperture diametro, ug ang aperture diametro sa 200 μm sa pagkab-ot sa maximum nga bili sa 1.91 kg/(kW-h); kung ang diametro sa aperture> 200 μm, ang pagkawala sa resistensya sa proseso sa aeration wala na nagdula sa usa ka dominanteng papel sa proseso sa aeration, ang KLa ug ang kapasidad sa oxygen nga adunay pagtaas sa diametro sa aperture sa aerator makunhuran, ug busa, ang teoretikal power efficiency nagpakita sa usa ka mahinungdanon nga ubos nga uso.

2.4 Epekto sa instalasyon nga giladmon sa tubig sa pasundayag sa oxygenation

Ang giladmon sa tubig diin ang aerator gibutang adunay usa ka mahinungdanon nga epekto sa aeration ug oxygenation nga epekto. Ang target sa eksperimento nga pagtuon mao ang usa ka mabaw nga agianan sa tubig nga ubos sa 2 m. Ang giladmon sa aeration sa aerator gitino sa giladmon sa tubig sa pool. Ang kasamtangan nga mga pagtuon nag-una nga nagpunting sa nalunod nga giladmon sa aerator (ie, ang aerator gibutang sa ilawom sa pool, ug ang giladmon sa tubig nagdugang pinaagi sa pagdugang sa gidaghanon sa tubig), ug ang pagsulay nag-una nga nagpunting sa giladmon sa pag-instalar sa aerator (ie, ang gidaghanon sa tubig sa pool gipabilin nga makanunayon, ug ang instalar nga gitas-on sa aerator gi-adjust aron makit-an ang pinakamaayo nga giladmon sa tubig alang sa aeration effect), ug ang mga pagbag-o sa KLa ug oxygen Ang paggamit sa giladmon sa tubig gipakita sa Fig. 6.

Fig. 6 Variation curves sa K ug paggamit sa oxygen nga may giladmon sa tubig

Gipakita sa Figure 6 nga sa pagsaka sa giladmon sa tubig, ang KLa ug ang paggamit sa oksiheno nagpakita ug tin-aw nga pagtaas sa uso, uban sa KLa nga nagkalahi og sobra sa upat ka beses sa 0.8 m nga giladmon sa tubig ug 2 m nga giladmon sa tubig. Kini tungod kay kung mas lawom ang tubig, mas taas ang oras sa pagpuyo sa mga bula sa kolum sa tubig, mas taas ang oras sa pagkontak sa gas-liquid, mas maayo ang epekto sa pagbalhin sa oxygen. Busa, ang mas lawom nga aerator gibutang, mas maayo sa oxygenation kapasidad ug paggamit sa oxygen. Apan ang pag-instalar sa giladmon sa tubig nagdugang sa samang higayon ang pagkawala sa resistensya mosaka usab, aron mabuntog ang pagkawala sa resistensya, gikinahanglan nga madugangan ang gidaghanon sa aeration, nga dili kalikayan nga mosangpot sa pagtaas sa konsumo sa enerhiya ug gasto sa operasyon. Busa, aron makuha ang kamalaumon nga giladmon sa pag-instalar, gikinahanglan ang pagtimbang-timbang sa relasyon tali sa teoretikal nga kahusayan sa gahum ug giladmon sa tubig, tan-awa ang Talaan 1.

Ang talaan 1 nagpakita nga ang theoretical power efficiency kay ubos kaayo sa installation depth nga 0.8 m, with only 0.5 kg/(kW-h), making shallow water aeration dili angay. Pag-instalar sa giladmon sa tubig sa 1.1 ~ 1.5 m range, tungod sa mahinungdanon nga pagtaas sa kapasidad sa oxygenation, samtang ang aerator pinaagi sa resistensya nga epekto dili klaro, mao nga ang theoretical power efficiency nagdugang paspas. Samtang ang giladmon sa tubig nagdugang pa ngadto sa 1.8 m, ang epekto sa pagkawala sa resistensya sa performance sa oxygenation nahimong mas ug mas mahinungdanon, nga miresulta sa pagtubo sa theoretical power efficiency lagmit nga mo-level off, apan nagpakita gihapon sa usa ka pagtaas sa uso, ug sa pag-instalar sa giladmon sa tubig nga 2 m, ang theoretical power efficiency moabot sa maximum nga 1.97 kg/(kW-h). Busa, alang sa mga channel nga <2 m, ang ubos nga aeration gipalabi alang sa kamalaumon nga oxygenation.

Panapos

Gamit ang static non-stationary nga pamaagi para sa microporous aeration tin-aw nga tubig oxygenation test, sa pagsulay sa giladmon sa tubig (< 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.

Theoretical power efficiency mao lamang ang timailhan sa pagka-epektibo. Sa mga kondisyon sa pagsulay, ang teoretikal nga kahusayan sa gahum sa aeration ug pag-instalar sa giladmon sa tubig nagdugang, uban ang pagtaas sa aperture una nga pagtaas ug pagkahuman pagkunhod. Ang pag-instalar sa giladmon sa tubig ug aperture kinahanglan nga usa ka makatarunganon nga kombinasyon aron mahimo ang pasundayag sa oxygenation aron makab-ot ang labing kaayo, sa kinatibuk-an, labi ka dako ang giladmon sa pagpili sa tubig sa aperture sa aerator mas dako.

Ang mga resulta sa pagsulay nagpakita nga ang mabaw nga pag-aeration sa tubig dili angay gamiton. Sa instalasyon nga giladmon nga 2 m, ang aeration volume nga 0.5 m3/h ug ang aerator nga adunay pore size nga 200 μm miresulta sa maximum theoretical power efficiency nga 1.97 kg/(kW-h).