射流曝氣器運(yùn)行參數(shù)對氧轉(zhuǎn)移效率的影響

射流曝氣器運(yùn)行參數(shù)對氧轉(zhuǎn)移效率的影響

在污水處理廠的處理階段，氧氣從空氣轉(zhuǎn)移到水體非常重要，確保氧氣能夠用于微生物分解和養(yǎng)分去除。通過曝氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)氧氣傳質(zhì)，通常占整個(gè)污水處理總能耗的45%～75%影響曝氣器充氧性能的因素有很多供氣式低壓射流曝氣器的創(chuàng)新之處在于取消射流曝氣器的喉管及擴(kuò)散管，采用兩級(jí)式噴嘴，強(qiáng)制供氣，使水射流的能量得到充分利用。因此，本文使用不同一級(jí)噴嘴直徑，測定其在不同運(yùn)行水量和不同運(yùn)行氣量的條件下的充氧性能，得到充氧性能與一級(jí)噴嘴直徑、運(yùn)行水量、運(yùn)行氣量變化的規(guī)律，提出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，對供氣式低壓射流曝氣器的工程應(yīng)用和設(shè)計(jì)優(yōu)化具有一定理論指導(dǎo)意義，射流曝氣器的示意圖如圖1所示。1試驗(yàn)安裝和方法1.1反應(yīng)罐、氣體流量計(jì)射流曝氣器性能測試裝置如圖2所示，該系統(tǒng)由反應(yīng)罐、射流曝氣器、氣體流量計(jì)、液體流量計(jì)、側(cè)風(fēng)道風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、氣體壓力表和液體壓力表等組成;反應(yīng)罐有效容積為63m1.2設(shè)備和設(shè)備2.0型供氣式低壓射流曝氣器、IS型單級(jí)單吸離心清水泵(揚(yáng)程:6m，轉(zhuǎn)速:1450r/min，流量:5.4m1.3試驗(yàn)材料催化劑(CoCl1.4射流曝氣器一級(jí)噴嘴直徑本試驗(yàn)的原理基于Lewis和Whitman提出的雙膜理論供氣式低壓射流曝氣器一級(jí)噴嘴直徑分14、16、18、20、24、28mm共6個(gè)梯度，循環(huán)水量為2～5m2結(jié)果與討論2.1射流曝氣器試驗(yàn)為了研究循環(huán)水量對射流曝氣器充氧性能的影響，單獨(dú)選取3種一級(jí)噴嘴直徑(16、18、20mm)的射流曝氣器在不同循環(huán)水量下試驗(yàn)。其他條件為運(yùn)行氣量12.5m從圖3可以看出，當(dāng)射流曝氣器一定時(shí)，SOTE隨著循環(huán)水量的增大而明顯增大。循環(huán)水量從2m2.2射流曝氣器運(yùn)行氣量的影響為了研究運(yùn)行氣量對射流曝氣器充氧性能的影響，單獨(dú)選取3種一級(jí)噴嘴直徑(16、18、20mm)的射流曝氣器在不同運(yùn)行氣量下試驗(yàn)。其他條件為循環(huán)水量5m從圖4可以看出，SOTE隨著射流曝氣器運(yùn)行氣量的增大而減少。運(yùn)行氣量從10m2.3射流曝氣器一級(jí)噴嘴直徑對氧傳質(zhì)的影響將運(yùn)行氣量和循環(huán)水量固定，分別為10、5m由圖5可以看出，運(yùn)行參數(shù)一定時(shí)，隨著射流曝氣器一級(jí)噴嘴直徑的增加，SOTE整體呈現(xiàn)減少趨勢，SOTE由14mm射流曝氣器的23.26%下降至24mm射流曝氣器的13.03%，減少了近43.98%。一級(jí)噴嘴的直徑對于射流曝氣器水流速度有直接影響。一般認(rèn)為，相同的循環(huán)水量下，射流曝氣器一級(jí)噴嘴直徑越小，射流曝氣器水流速度就越大，從而對于射流曝氣器產(chǎn)生正反兩方面的作用。一方面，水流速度越大，在混合室內(nèi)，水相與氣相混合更加劇烈，湍流動(dòng)能增加，有利于氣液兩相的混合;另一方面，水流速度的增加加快了液體周邊氣體的更新速度，保證了供入的氣體能迅速擴(kuò)散，保持較大的氧虧，又可減小液膜厚度，減小傳質(zhì)阻力，這些均有利于氧傳質(zhì)。但從另一個(gè)角度，高速的液體速度減小了氣液混合時(shí)間，不利于氧的傳質(zhì)，但總體看，射流器一級(jí)噴嘴直徑的變化帶來的正面效應(yīng)強(qiáng)于負(fù)面效應(yīng)，表現(xiàn)在SOTE隨著射流器一級(jí)噴嘴直徑的增加而逐漸減小。因此而隨著射流曝氣器一級(jí)噴嘴直徑不斷地增大，水相流速變慢，不利于與氣相發(fā)生劇烈的湍流，氣液兩相混合效果變?nèi)?。因此，在試?yàn)條件下，隨著射流曝氣器一級(jí)噴嘴直徑的增大，水相流速變小不利于氧傳質(zhì)，成為影響的主要因素。擬合試驗(yàn)充氧性能參數(shù)SOTE與射流器一級(jí)噴嘴直徑之間關(guān)系為SOTE=780.73336(1+Φ)2.4氧傳質(zhì)中氣液兩相中氧的傳遞通量運(yùn)行氣量和循環(huán)水量一定，分別為10、5m由圖6可以看出，運(yùn)行參數(shù)一定時(shí)，隨著溶解氧的增加，射流曝氣設(shè)備的電耗也隨之增加，并且發(fā)現(xiàn)水中溶解氧越高，需要的電耗就越多。雙模理論認(rèn)為，當(dāng)液相氧濃度較小時(shí)，氣液兩相中氧的傳遞通量就更大，而當(dāng)液相氧濃度較大時(shí)，氣液兩相中氧的傳遞通量就隨之變小，不利于氧氣傳入水中。因此，隨著溶解氧的不斷上升，氧氣越來越難溶于水中，射流曝氣系統(tǒng)的電耗也隨之增加。當(dāng)運(yùn)行參數(shù)和溶解氧一定時(shí)，隨著射流曝氣器一級(jí)噴嘴直徑的增加，電耗整體呈現(xiàn)增加趨勢，導(dǎo)致這一原因是因?yàn)橐患?jí)噴嘴直徑越小，湍流動(dòng)能越強(qiáng)，越有利于氧傳質(zhì)，因此，在試驗(yàn)條件下，選取一級(jí)噴嘴直徑較小的射流曝氣器，可以減少曝氣設(shè)備的能耗。3射流器一級(jí)噴嘴直徑的影響試驗(yàn)基于可能對供氣式低壓射流曝氣器充氧性能影響最為直接的三個(gè)參數(shù)，射流曝氣器一級(jí)噴嘴直徑、運(yùn)行氣量、循環(huán)水量，研究其對供氣式低壓射流曝氣器充氧性能影響規(guī)律進(jìn)行了研究。在試驗(yàn)結(jié)果與機(jī)理分析上，可得到以下結(jié)論。(1)射流曝氣器一級(jí)噴嘴直徑一定時(shí)，同一運(yùn)行氣量下，隨著循環(huán)水量的增大，SOTE增大。(2)射流曝氣器一級(jí)噴嘴直徑一定時(shí)，同一循環(huán)水量下，隨著運(yùn)行氣量的增大，SOTE減小。(3)通過單因素試驗(yàn)得出最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)為運(yùn)行氣量為10m(4)通過對試驗(yàn)中射流器充氧性能參數(shù)與射流器一級(jí)噴嘴直徑進(jìn)行擬合，射流器充氧性能參數(shù)SOTE與射流器一