Микропорозна аерација ОкигенатионПерформанце

У систему за пречишћавање отпадних вода, процес аерације чини 45% до 75% потрошње енергије читавог постројења за пречишћавање отпадних вода, како би се побољшала ефикасност преноса кисеоника у процесу аерације, тренутно постројење за пречишћавање отпадних вода се обично користи у микропорозним системи за аерацију. У поређењу са системом аерације великих и средњих мехурића, микропорозни систем за аерацију може уштедети око 50% потрошње енергије. Ипак, стопа искоришћења кисеоника у процесу аерације је такође у опсегу од 20% до 30%. Поред тога, у Кини је било више области у којима се користи технологија микропорозне аерације за третман загађених река, али нема истраживања о томе како разумно одабрати микропорозне аераторе за различите услове воде. Због тога је оптимизација параметара перформанси оксигенације микропорозног аератора за стварну производњу и примену од великог значаја.

Постоји много фактора који утичу на перформансе микропорозне аерације и оксигенације, од којих су најважнији запремина аерације, величина пора и уградња дубине воде.

Тренутно постоји мање студија о односу између перформанси оксигенације микропорозног аератора и величине пора и дубине уградње у земљи и иностранству. Истраживање се више фокусира на побољшање коефицијента преноса укупне масе кисеоника и капацитета оксигенације, а занемарује проблем потрошње енергије у процесу аерације. Узимамо теоријску енергетску ефикасност као главни индекс истраживања, у комбинацији са капацитетом оксигенације и трендом коришћења кисеоника, у почетку оптимизујемо запремину аерације, пречник отвора и дубину уградње када је ефикасност аерације највећа, да бисмо обезбедили референцу за примену технологије микропорозне аерације у конкретном пројекту.

1. Материјали и методе

1.1 Постављање теста

Испитна поставка је направљена од плексигласа, а главно тело је био Д {{0}}.4 м × 2 м цилиндрични резервоар за аерацију са сондом за растворени кисеоник која се налази 0,5 м испод површине воде (приказано на слици 1. ).

Слика 1 Подешавање теста аерације и оксигенације

1.2 Материјали за испитивање

Микропорозни аератор, направљен од гумене мембране, пречника 215 мм, величине пора 50, 100, 200, 500, 1 000 μм. сенсион378 стони тестер раствореног кисеоника, ХАЦХ, САД. Мерач протока гасног ротора, опсег 0~3 м3/х, тачност ±0,2%. ХЦ-С вентилатор. Катализатор: ЦоЦл2-6Х2О, аналитички чист; Деоксиданс: На2СО3, аналитички чист.

1.3 Метода испитивања

Испитивање је спроведено статичном нестационарном методом, тј. На2СО3 и ЦоЦл2-6Х2О су прво дозирани за деоксигенацију током теста, а аерација је започета када је растворени кисеоник у води смањен на {{5} }. Забележене су промене концентрације раствореног кисеоника у води током времена и израчуната је КЛа вредност. Перформансе оксигенације су тестиране под различитим запреминама аерације (0.5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3 м3/х), различитим величинама пора (50, 100, 200, 500, 1,000 μм) и различите дубине воде (0,8, 1,1, 1,3, 1,5, 1,8, 2,0 м), а такође се позива на ЦЈ/Т 3015.2 -1993 „Одређивање перформанси оксигенације аератора у чистој води“ и стандарде за тестирање оксигенације чисте воде Сједињених Држава.

2.Резултати и дискусија

2.1 Принцип теста

Основни принцип теста заснива се на теорији двоструке мембране коју је предложио Витмен 1923. Процес преноса масе кисеоника може се изразити једначином (1).

Где: дц/дт - брзина преноса масе, односно, количина кисеоника пренета по јединици запремине воде у јединици времена, мг/(Лс).

КЛа - укупан коефицијент преноса кисеоника аератора у условима испитивања, мин-1 ;

Ц* - засићени растворени кисеоник у води, мг/Л.

Цт - растворени кисеоник у води у тренутку аерације т, мг/Л.

Ако температура испитивања није на 20 степени, једначина (2) се може користити за корекцију за КЛа:

Капацитет оксигенације (ОЦ, кг/х) изражава се једначином (3).

Где: В - запремина аерационог базена, м3.

Искоришћење кисеоника (СОТЕ, %) је изражено једначином (4).

Где је: к - запремина аерације у стандардном стању, м3/х.

Теоријска ефикасност снаге [Е, кг/(кВ-х)] је изражена једначином (5).

Где: П - снага опреме за аерацију, кВ.

Обично коришћени индикатори за процену перформанси оксигенације аератора су коефицијент преноса масе укупног кисеоника КЛа, капацитет оксигенације ОЦ, стопа искоришћења кисеоника СОТЕ и теоријска енергетска ефикасност Е [7]. Постојеће студије су се више фокусирале на трендове коефицијента преноса укупне масе кисеоника, капацитета оксигенације и искоришћења кисеоника, а мање на теоријску енергетску ефикасност [8, 9]. Теоријска енергетска ефикасност, као једини индекс ефикасности [10], може одражавати проблем потрошње енергије у процесу аерације, што је фокус овог експеримента.

2.2 Утицај аерације на перформансе оксигенације

Перформансе оксигенације на различитим нивоима аерације процењене су аерацијом на дну 2 м аератора са величином пора од 200 μм, а резултати су приказани на Сл. 2.

Слика 2 Варијација К и искоришћења кисеоника са брзином аерације

Као што се може видети на слици 2, КЛа се постепено повећава са повећањем запремине аерације. Ово је углавном зато што што је већа запремина аерације, већа је контактна површина гас-течност и већа је ефикасност оксигенације. С друге стране, неки истраживачи су открили да се стопа искоришћења кисеоника смањује са повећањем запремине аерације, а слична ситуација је пронађена и у овом експерименту. То је зато што се под одређеном дубином воде, време задржавања мехурића у води повећава када је запремина аерације мала, а време контакта гас-течност се продужава; када је запремина аерације велика, поремећај водног тела је јак, а већина кисеоника се не користи ефикасно и на крају се ослобађа са површине воде у облику мехурића у ваздух. Стопа искоришћења кисеоника изведена из овог експеримента није била висока у поређењу са литературом, вероватно зато што висина реактора није била довољно висока, а велика количина кисеоника је изашла без контакта са воденим стубом, смањујући стопу искоришћења кисеоника.

Варијација теоријске енергетске ефикасности (Е) са аерацијом је приказана на слици 3.

Слика 3 Теоријска ефикасност енергије у односу на запремину аерације

Као што се може видети на слици 3, теоријска ефикасност енергије постепено опада са повећањем аерације. То је зато што се стандардна брзина преноса кисеоника повећава са повећањем запремине аерације под одређеним условима дубине воде, али је повећање корисног рада који троши вентилатор значајније од повећања стандардне брзине преноса кисеоника, тако да је теоријска ефикасност енергије опада са повећањем запремине аерације у оквиру опсега запремине аерације испитиваног у експерименту. Комбинујући трендове на Сл. 2 и 3, може се наћи да се најбољи учинак оксигенације постиже при запремини аерације од 0.5 м3/х.

2.3 Утицај величине пора на перформансе оксигенације

Величина пора има велики утицај на формирање мехурића, што је већа величина пора, већа је величина мехурића. Мехурићи на перформансе оксигенације ударца се углавном манифестују у два аспекта: прво, што су појединачни мехурићи мањи, што је већа укупна специфична површина мехурића, што је већа контактна површина преноса масе гас-течност, то је погодније за пренос кисеоник; Друго, што су мехурићи већи, то је јача улога мешања воде, што је брже мешање гаса и течности, то је бољи ефекат оксигенације. Често прва тачка у процесу масовног трансфера игра главну улогу. Тест ће бити запремина аерације подешена на 0.5 м3/х, да би се испитао утицај величине пора на КЛа и коришћење кисеоника, видети слику 4.

Слика 4 Криве варијације КЛа и коришћења кисеоника са величином пора

Као што се може видети на слици 4, и КЛа и коришћење кисеоника су се смањивали са повећањем величине пора. Под условом исте дубине воде и запремине аерације, КЛа од 50 μм аератора са отвором је око три пута већи од аератора са отвором од 1,000 μм. Стога, када се аератор угради у одређену дубину воде, мањи је отвор капацитета аератора за оксигенацију и искоришћеност кисеоника је већа.

Варијација теоријске енергетске ефикасности са величином пора приказана је на слици 5.

Слика 5 Теоријска ефикасност енергије у односу на величину пора

Као што се може видети са слике 5, теоријска енергетска ефикасност показује тренд повећања, а затим опадања са повећањем величине отвора. То је зато што с једне стране, аератор са малим отвором има већи КЛа и капацитет оксигенације, што је погодно за оксигенацију. С друге стране, губитак отпора под одређеном дубином воде расте са смањењем пречника отвора. Када је смањење величине пора на губитку отпора ефекта промоције веће од улоге преноса масе кисеоника, теоријска ефикасност енергије ће се смањити са смањењем величине пора. Стога, када је пречник отвора мали, теоријска ефикасност снаге ће се повећати са повећањем пречника отвора, а пречник отвора од 200 μм да би достигао максималну вредност од 1,91 кг/(кВ-х); када је пречник отвора > 200 μм, губитак отпора у процесу аерације више не игра доминантну улогу у процесу аерације, КЛа и капацитет оксигенације са повећањем пречника отвора аератора ће се смањити, а самим тим и теоријски енергетска ефикасност показује значајан тренд пада.

2.4 Утицај дубине инсталацијске воде на перформансе оксигенације

Дубина воде у коју је уграђен аератор има веома значајан утицај на ефекат аерације и оксигенације. Циљ експерименталног истраживања био је канал плитке воде мањи од 2 м. Дубина аерације аератора одређена је дубином воде у базену. Постојеће студије се углавном фокусирају на потопљену дубину аератора (тј. аератор је инсталиран на дну базена, а дубина воде се повећава повећањем количине воде), а тест се углавном фокусира на дубину уградње аератора. аератор (тј. количина воде у базену се одржава константном, а висина уградње аератора се подешава како би се пронашла најбоља дубина воде за ефекат аерације), а промене КЛа и коришћења кисеоника са дубина воде приказана је на слици 6.

Слика 6 Криве варијације К и искоришћења кисеоника са дубином воде

Слика 6 показује да са повећањем дубине воде, и КЛа и коришћење кисеоника показују јасан тренд раста, при чему се КЛа разликује више од четири пута на 0.8 м дубине воде и 2 м дубине воде. То је зато што што је вода дубља, што је дуже време задржавања мехурића у воденом стубу, што је дуже време контакта гас-течност, то је бољи ефекат преноса кисеоника. Стога, што је аератор дубље уграђен, то је погодније за капацитет оксигенације и искоришћење кисеоника. Али уградња дубине воде се повећава у исто време и губитак отпора ће се повећати, да би се превазишао губитак отпора, потребно је повећати количину аерације, што ће неминовно довести до повећања потрошње енергије и оперативних трошкова. Стога, да би се добила оптимална дубина уградње, потребно је проценити однос између теоријске енергетске ефикасности и дубине воде, видети табелу 1.

Табела 1 показује да је теоретска енергетска ефикасност изузетно ниска на дубини уградње од 0,8 м, са само 0,5 кг/(кВ-х), што чини аерацију плитке воде неприкладном. Уградња дубине воде од 1,1 ~ 1,5 м опсега, због значајног повећања капацитета оксигенације, док аератор по ефекту отпора није очигледан, па се теоретска енергетска ефикасност брзо повећава. Како се дубина воде даље повећава на 1,8 м, ефекат губитка отпора на перформансе оксигенације постаје све значајнији, што резултира растом теоријске енергетске ефикасности која тежи да се изједначи, али и даље показује тренд раста, а у инсталацији дубине воде од 2 м, теоретска енергетска ефикасност достиже максимално 1,97 кг/(кВ-х). Стога, за канале < 2 м, аерација са дна је пожељна за оптималну оксигенацију.

Закључак

Коришћењем статичке нестационарне методе за микропорозну аерацију тест оксигенације чисте воде, у дубини тестне воде (< 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.

Теоријска енергетска ефикасност је једини показатељ ефективности. У условима испитивања, теоријска енергетска ефикасност са аерацијом и уградњом дубине воде се повећава, при чему се повећањем отвора прво повећава а затим смањује. Инсталација дубине воде и отвора треба да буде разумна комбинација како би се перформансе оксигенације постигле најбоље, генерално, што је већа дубина одабира воде у отвору аератора то је већа.

Резултати испитивања показују да се аерација у плитким водама не сме користити. На дубини уградње од 2 м, запремина аерације од 0,5 м3/х и аератор са величином пора од 200 μм су резултирали максималном теоретском ефикасношћу енергије од 1,97 кг/(кВ-х).