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新型旋混曝气器性能研究分析
  • 作者:王先生    来源:江苏华赛环保填料有限公司    时间:2018-3-24    点击:2396

曝气器是活性污泥法中的重要设备,是向生化污水处理工艺提供所需溶解氧、保证污水充分混合、使活性污泥悬浮的关键装置。其性能的好坏不仅影响污水的处理效果,而且直接影响到城市污水处理设施的投资费用和运行成本。
  我国现阶段主要使用的中、微孔曝气器主要有大中气泡曝气器和微孔曝气器两大类,工程中常用的大中气泡曝气器有:穿孔管曝气器、双环伞形曝气器、固定螺旋曝气器、盆型曝气器等;工程中常用的微孔曝气器有:钟罩式微孔曝气器、平板式微孔曝气器、聚乙烯棒状微孔曝气器、悬挂曝气链等;按空气扩散结构可分为:多孔性扩散和非多孔性扩散结构;按照材料可分为:陶瓷、橡胶膜片、聚乙烯、工程塑料 ABS。由于空气扩散构造和所用材料的不同,造成它们的技术性能差异很大。采用工程塑料ABS 结合大中气泡非多孔性曝气方式、微气泡扩散结构研制的旋混曝气器,不易堵,气泡小。旋混曝气器具有优良的充氧曝气性能,氧利用率和动力效率较高,搅拌能力强,不易被堵塞,布气均匀,安装方便,布置简单,使用寿命长,是国内近年来综合利用的环保型高科技产品,该产品的研制开发,降低了污水处理厂的投资费用和运行成本及管理成本,具有较高的综合价值和社会意义。
  1、曝气器构造及规格
  该曝气器内外筒以工程塑料 ABS 为主要原料,挤压成筒状形态,曝气芯以玻纤增强 PA66 为主要原料,挤压成杆状形态,将其组装成形。其特点气孔在曝气芯上均匀开有斜向内切条缝结构。规格见表 1。


  2、曝气器性能试验
  2.1 试验装置
  曝气实验装置为:长×宽×高=1 800 mm×1 800mm×8 000 mm 矩形塑料曝气池,体积 20 m3。试验设备连接见图 1。


  (1)曝气池:1 800 mm×1 800 mm×8 000 mm。
  (2)供气设备:D14×18-2.5/6000 罗茨风机。
  (3)测量仪器:压力测量采用 U 型压力计,精度 6.0mmH2O;气体测量采用 LEB-40 转子流量计,精度:0.2m3/h; 溶氧测量采用 SJG-203 溶氧测定仪, 精度:±0.03mg/L。
  (4)电子秒表:精度 1/100 s。
  (5)托盘天平:精度 1.0 g。
  2.2 试验方法及步骤
  2.2.1 曝气试验方法
  为了进行比较,试验对象均为自来水,测试风量均为 2.5 m3/h,有效容积 19.44 m3,有效水深 6 m,距槽底 380 mm 处放置旋混曝气器。在水质、风量、大气压强等因素不变的条件下,采取间歇静态非稳定法测试。将矩形有机玻璃槽中充满水后,投加还原剂(硫酸钠)和催化剂(硫酸钴)进行脱氧,待水中溶解氧浓度降为 0 后开始曝气,同时记录水中溶解氧浓度随曝气时间的变化值,直到水槽中溶解氧浓度达到饱和为止,然后计算曝气性能技术指标。 2.2.2 曝气试验步骤
  (1)在试验水槽中注入自来水至预定水深,将溶解氧仪探头置于水深之半,开始曝气,曝气量 Q=2.5m3/h。测定水中溶解氧值,待溶解仪数值稳定时记录该值 C5,C5表示饱和溶解氧浓度(mg/L)。
  (2)记录大气温度、水温和压力表读数。
  (3)计算消氧剂及催化剂量,消氧剂 m(Na2SO4)=24×C5×V,催化剂量 m(CoSO4)=1.9×V,其中 V 表示曝气槽有效体积(m3)。
  (4)用温水完全溶解 Na2SO4和 CoSO4后,倒入曝气槽中,并适当搅拌。
  (5)待槽内溶解氧浓度降至零时,启动气泵,调节空气阀,使空气流量迅速达到 2.5 m3/h。
  (6)记录溶氧仪读数 C1,时间间隔为 0.5 min,当溶氧仪读数 Cs达到饱和溶解氧 Cs值为止。
  2.2.3 曝气均匀性试验
  为了确定旋混曝气均匀性能,选择实验容器中心,压力为 101 kPa 时,进行曝气均匀性试验。
  2.2.4 最大曝气量试验
  将旋混曝气器放入水槽中,启动气泵,调节空气阀、开关、流量逐步加大,记录压力和风量。试验数据及条件见表 2 和表 3。


  3、试验结构与讨论
  评价曝气设备性能的基础指标是氧总转移系数(KLas),技术指标有供氧速率(Qc,mg/(L·h))、氧利用率(ε,%)、理论动力效率(E,kg O2/kW·h)。

  式(1)中:dc/ dt为氧转移速率,以水中单位时间的浓度变化表示;Cs为气液界面处,液相中氧的饱和浓度;C 为液相中氧的实际浓度;Yc为液膜厚度;W为曝气液体体积;A 为气液接触面积;DL为液膜中氧扩散系数。
  则有
  式(2)~(3)中:KLa为试验状态下氧总转移系数;将 KLa进行温度修正后,变成 20 ℃水温、101.325 kPa下的 KLas值,此即为标准状态下氧总转移系数。

  式(4)中:用 Qc代替式(3)中的 dc/ dt,KLa修正后以 KLas代入。

  式(5)中:N理是不计损失,指输入池内的理论功率。

  式(6)中:Q 为标准状态下的供氧量;0.28 kg/m3为标准状态下 1 m3空气氧的重量。
  试验结果表明旋混曝气器充氧性能各项指标远优于中、微孔曝气器行业标准 HJ/T 256-2006,见表 4,其中标准氧总转移系数 KLas值较大,近 1.5 倍标准值,说明此旋混曝气器传递阻力较小,供氧速度越快,氧传递速率快,氧转移速率高;在实际中,曝气器评价指标的计算和曝气装置有关,因为 KLa=(DL·A) (Yc·W)在试验条件一定的情况下,DL是一个几乎不变的常数,曝气泡在上升过程中所受水压变化很小,A 值几乎不变,同时曝气槽体积 W 与液膜厚度 Yc较小,所以 KLa很大。在曝气量和风压固定不变的情况下,ε、E 值仅受 Qc值大小的影响,而 Qc的大小即为气泡在水中停留、气液的接触过程中,气泡向水中转移氧量的多少。

  旋混曝气器与同类产品的曝气性能相比也有很大的提高。湘潭某废水站,日排废水 3 000 m3/d 的曝气池中安装此曝气器后,较以前盘式微孔曝气器,投资成本节约 40%,运营和维修费用节约 60%,COD 值也有明显降低,取得了很好的经济效益。
  4、结论
  旋混曝气器氧利用率高,服务面积相对较大,阻力损失小、通气量恒定、抗气相和液相堵塞的性能优良;并能提高生物处理效率、降低能耗、节约运行费用,是一种综合性能高的曝气器。
  该曝气器以工程塑料 ABS 为主要原材料,制造工艺简单,安装方便,极具推广使用价值。

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