不同COD對(duì)曝氣充氧裝置氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響

李　婷　王玲玲　王曉雯

（鄭州大學(xué)　水利與環(huán)境學(xué)院，河南　鄭州　450000）

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不同COD對(duì)曝氣充氧裝置氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響

李婷王玲玲王曉雯

（鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南鄭州450000）

摘要：在實(shí)際生產(chǎn)中，曝氣器的充氧能力往往隨著水體COD的變化而變化，在本項(xiàng)創(chuàng)新試驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)曝氣器、水泵和空氣壓縮機(jī)等元件的選擇，組裝形成曝氣充氧裝置并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：充氧曝氣；盤(pán)式微孔曝氣器；COD；KLa

目前曝氣器的參數(shù)一般是在清水充氧試驗(yàn)下進(jìn)行測(cè)量的，在實(shí)際生產(chǎn)中由于COD的變化導(dǎo)致曝氣器的曝氣性能出現(xiàn)一定程度的下降，若仍按出廠參數(shù)進(jìn)行曝氣便會(huì)產(chǎn)生誤差。因此，有必要對(duì)充氧性能進(jìn)行修正。此次實(shí)驗(yàn)將對(duì)曝氣充氧裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)制作，并探究其充氧能力在不同COD情況下的變化規(guī)律［1］。曝氣過(guò)程中氣體分子傳遞理論是基于雙膜理論，此理論指出在氧傳遞過(guò)程中，阻力主要來(lái)自液膜，氧傳遞基本方程式為：

式中：t、t0為曝氣時(shí)間，min；C0為曝氣開(kāi)始時(shí)池內(nèi)溶解氧濃度，t0=0時(shí)，C0=0，mg/L；Ct為曝氣某一時(shí)刻時(shí)，池內(nèi)液體溶解氧濃度，mg/L。

利用上式，以ln min）；CS為液膜處飽和溶解氧濃度，mg/L；C為液相主體中溶解氧濃度，mg/L；KLa為氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)，L/min。

將上式積分整理后得氧總傳遞系數(shù)公式：圖，得出斜率即為KLa。

1　試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)裝置

該試驗(yàn)裝置主體是底面直徑為250mm、高為2.50m（有效水深為2.00m）的曝氣有機(jī)玻璃柱。相比管式曝氣器，盤(pán)式曝氣器的曝氣性能更佳。此次試驗(yàn)選用的是盤(pán)式橡膠膜曝氣器，安裝于距底部0.20m處，中心軸與曝氣柱中心軸重合，采用DO測(cè)定儀分別在距水面下方0.50m（測(cè)點(diǎn)1）、曝氣柱中間（測(cè)點(diǎn)2）、距曝氣器上方0.50m（測(cè)點(diǎn)3）三處實(shí)時(shí)測(cè)定DO值［2］。

1.2設(shè)備與儀器

盤(pán)式橡膠膜微孔曝氣器：直徑為185mm；氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-6WB，量程0～10L/min；電磁式空氣壓縮機(jī)：海利ACO-009E，功率160W；便攜式溶解氧DO測(cè)定儀：型號(hào)HQ30d。

1.3試驗(yàn)材料

1.4試驗(yàn)過(guò)程

此次試驗(yàn)分為預(yù)備試驗(yàn)及正式試驗(yàn)。其一，預(yù)備試驗(yàn)是為了在保證較大氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)和氧利用率的情況下，確定最優(yōu)通風(fēng)量；其二，正式試驗(yàn)是為了探究充氧能力等指標(biāo)隨水體COD的變化而呈現(xiàn)的規(guī)律［3］。

1.4.1預(yù)備實(shí)驗(yàn)。按照CJ/T3015.2-1993的測(cè)定步驟進(jìn)行試驗(yàn)。其中，Na2SO3安全脫氧系數(shù)此處取為1.5，CoCl2按維持池子中的鈷離子濃度為0.5mg/L左右投加。

當(dāng)脫氧至溶解氧達(dá)到0后，開(kāi)始啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)曝氣，變化通風(fēng)量（0.18～0.42m3/h），起初溶解氧讀數(shù)變化較大時(shí)，每半分鐘測(cè)定各測(cè)點(diǎn)的溶解氧濃度，當(dāng)讀數(shù)變化較小時(shí)，延長(zhǎng)至每分鐘測(cè)定各測(cè)點(diǎn)溶解氧濃度［2］，直至溶解氧達(dá)到飽和值。比較不同通風(fēng)量下溶解氧達(dá)到飽和的時(shí)間及氧利用率，選出最佳通風(fēng)量［4］。

1.4.2正式試驗(yàn)。正式試驗(yàn)包含盤(pán)式曝氣器清水充氧試驗(yàn)和盤(pán)式曝氣器污水充氧試驗(yàn)。前者在清水（即自來(lái)水）中，選用最佳通風(fēng)量進(jìn)行試驗(yàn)，步驟同預(yù)備試驗(yàn)，測(cè)定清水下曝氣裝置的充氧情況。后者利用葡萄糖配置不同的COD，選用最佳通風(fēng)量進(jìn)行試驗(yàn)，步驟同預(yù)備試驗(yàn)，測(cè)定污水下曝氣裝置的充氧情況。

2　結(jié)果與討論

2.1最佳通風(fēng)量

預(yù)備試驗(yàn)中的3個(gè)測(cè)點(diǎn)的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLa及氧利用率η隨通風(fēng)量的變化規(guī)律一致，在預(yù)備試驗(yàn)中，在通風(fēng)量0.18～0.42m3/h之下，得出同一測(cè)點(diǎn)的KLa及η隨通風(fēng)量變化而變化。其中，KLa隨通風(fēng)量的增加而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其平均變化率為29.09%，η隨通風(fēng)量的增加而整體呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)［5］，其平均變化率為-23.21%。因在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中廠家既要減少能耗，又要保證較高的KLa，故此次試驗(yàn)選取了0.30m3/h的通風(fēng)量［5］。

2.2氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)、氧轉(zhuǎn)移速率、充氧能力、氧利用率

此次的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLa，氧轉(zhuǎn)移速率，充氧能力Qc和氧利用率η。具體試驗(yàn)記錄見(jiàn)表1。

表1中，每組的3個(gè)測(cè)點(diǎn)的KLa值與其均值誤差最大為3.14%，最小為-2.68%，均在±5%之內(nèi)；在相同測(cè)定條件下重復(fù)測(cè)定，以0.3m3/h且COD 490mg/L情況下的測(cè)點(diǎn)1為例，其中3組KLa與其均值的誤差分別為1.36%、0.66%、-2.01%，均小于±10%之內(nèi)。符合CJ/T3015.2-1993中9.5判定規(guī)則，即是本試驗(yàn)各組的精度均合格。

2.3COD對(duì)KLa的擬合結(jié)果

COD為20～500mg/L的變化范圍下，KLa隨COD的增加而下降。該試驗(yàn)為了模擬生活污水處理廠日常運(yùn)行情況，選取起始點(diǎn)COD約為20mg/L（清水），末點(diǎn)COD約為500mg/L，主要對(duì)COD為200～400mg/L的范圍進(jìn)行擬合。

在生產(chǎn)過(guò)程中，可將COD數(shù)值代入擬合公式，得到在污水情況下的KLa的變化值，即污水較清水情況下的偏差程度。

2.4修正系數(shù)評(píng)價(jià)

通常以修正系數(shù)α、β來(lái)表示污水性質(zhì)對(duì)氧的傳遞、溶解時(shí)氧飽和濃度的影響。

由于β的變化較小，本次忽略β的變化，而重點(diǎn)研究α的變化情況。

在通風(fēng)量0.30m3/h和COD 200～500mg/L下，α整體上隨COD的增加而減少。由于3個(gè)測(cè)點(diǎn)的變化趨勢(shì)都一致，此處以測(cè)點(diǎn)2為例。α在COD為217.4～264.1mg/L時(shí)，由0.915略增加至0.907；再在COD為264.1～414.3mg/ L時(shí)，由0.907明顯降至0.750，其變化率為-16.8%；最終在COD為414.3～490.2mg/L時(shí)，由0.750較平緩地降至0.712（見(jiàn)表2）。

表1 正式試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

2.5誤差分析

此次試驗(yàn)的不足之處：曝氣裝置的主體較小，即曝氣柱的截面積較小，邊壁效應(yīng)較大；因?qū)嶒?yàn)室高度的限制，該裝置的曝氣有機(jī)玻璃柱的高度為2.50m，比實(shí)際水廠曝氣池高度較小，其中下方測(cè)點(diǎn)受曝氣盤(pán)的曝氣沖力影響較大；盡管選用的是最佳通風(fēng)量，但溶解氧過(guò)快達(dá)到飽和，導(dǎo)致成圖時(shí)的計(jì)算有效斜率的點(diǎn)數(shù)較少，一定程度增加了試驗(yàn)誤差。

表2 修正系數(shù)α隨COD變化表

3　結(jié)論

①預(yù)備試驗(yàn)中，在通風(fēng)量0.18～0.42m3/h之下，同一測(cè)點(diǎn)的KLa隨通風(fēng)量的增加而增加，其平均變化率為29.09%，η隨通風(fēng)量的增加而減小，其平均變化率為-23.21%，選用最佳通風(fēng)量5L/min。

②在COD 20～500mg/L的范圍下，KLa隨COD的增加而下降。對(duì)COD約為200～400mg/L的范圍中進(jìn)行擬合。

測(cè)點(diǎn)1為y=-2.642×10-4x+0.395，R2=0.850；

測(cè)點(diǎn)2為y=-2.847×10-4x+0.395，R2=0.967；

測(cè)點(diǎn)3為y=-3.047×10-4x+0.398，R2=0.951。

在生產(chǎn)過(guò)程中，已知COD的數(shù)值可代入擬合直線的公式，從而得到該污水情況下的KLa的變化值，進(jìn)而得到污水較清水情況下的偏差程度，KLa約降至清水情況下的70%～90%。

③在通風(fēng)量0.30m3/h，COD 200～500mg/L的范圍下，修正系數(shù)α整體上隨COD的增加而減少。首先，α在COD 217.4～264.1mg/L時(shí)略有所增加；在COD 264.1～414.3mg/L中明顯下降；最終在COD 414.3～490.2mg/L中平緩下降。

參考文獻(xiàn)：

［1］張自杰.排水工程下冊(cè)（第四版）［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999：144-146.

［2］曹蕊.供氣式低壓射流曝氣器與微孔曝氣器性能的研究［M］.陜西：陜西科技大學(xué)，2013.

［3］建設(shè)部給水排水產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).CJ/T 264-2007水處理用橡膠模微孔曝氣器［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

［4］吳敏，姚念民.關(guān)于微孔曝氣器比較與選擇的探討［J］.環(huán)境保護(hù)，2002（5）：16-18.

［5］孫劍輝，高健磊，石巖，等.污水COD對(duì)氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)影響的研究［J］.工業(yè)水處理，2011（11）：31-33.

中圖分類(lèi)號(hào)：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-5168（2016）02-0150-03

收稿日期：2016-01-15

基金項(xiàng)目：本項(xiàng)目獲國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃立項(xiàng)（201510459017）。

作者簡(jiǎn)介：李婷（1993-），女，本科，研究方向：環(huán)境工程。

Effect of Different COD to Total Oxygen Transfer Rate of Aeration Devices

Li TingWang LinglingWang Xiaowen
（School of Water Conservancy and Environment，Zhengzhou University,Zhengzhou Henan 450000）

Abstract:Oxygen supply capacity of the aerator varies with the change of COD in the actual production. This innovative experiment,by selection of aerator,water pump and air compressor assembled the aeration device and conducted the related experiments.

Keywords:aeration；disc membrane fine bubble diffuser；COD；KLa