Izvješće o ispitivanju oksigenacije prozračivanja finim mjehurićima

U sustavu pročišćavanja otpadnih voda, proces prozračivanja čini 45% do 75% potrošnje energije cijelog uređaja za pročišćavanje otpadnih voda, kako bi se poboljšala učinkovitost prijenosa kisika procesa prozračivanja, trenutni uređaj za pročišćavanje otpadnih voda obično se koristi u mikroporoznim sustavi prozračivanja. U usporedbi sa sustavom prozračivanja velikih i srednjih mjehurića, mikroporozni sustav prozračivanja može uštedjeti oko 50% potrošnje energije. Unatoč tome, stopa iskorištenja kisika u procesu prozračivanja je također u rasponu od 20% do 30%. Osim toga, u Kini postoji više područja u kojima se koristi tehnologija mikroporozne aeracije za obradu zagađenih rijeka, ali nema istraživanja o tome kako razumno odabrati mikroporozne aeratore za različite uvjete vode. Stoga je optimizacija parametara performansi oksigenacije mikroporoznog perlatora za stvarnu proizvodnju i primjenu od velikog značaja.

Mnogo je čimbenika koji utječu na izvedbu mikroporozne aeracije i oksigenacije, od kojih su najvažniji volumen aeracije, veličina pora i dubina vode u ugradnji.

Trenutačno postoji manje studija o odnosu između učinka oksigenacije mikroporoznog perlatora i veličine pora i dubine ugradnje u zemlji i inozemstvu. Istraživanje se više fokusira na poboljšanje koeficijenta prijenosa mase ukupnog kisika i kapaciteta oksigenacije, a zanemaruje problem potrošnje energije u procesu aeracije. Uzimamo teoretsku učinkovitost snage kao glavni istraživački indeks, u kombinaciji s kapacitetom oksigenacije i trendom iskorištenja kisika, početno optimiziramo volumen prozračivanja, promjer otvora i dubinu ugradnje kada je učinkovitost prozračivanja najveća, kako bismo pružili referencu za primjenu tehnologije mikroporozne aeracije u stvarnom projektu.

1.Materijali i metode

1.1 Postavljanje testa
Ispitna postavka bila je izrađena od pleksiglasa, a glavno tijelo je bio cilindrični aeracijski spremnik D 0,4 m × 2 m sa sondom za otopljeni kisik smještenom 0,5 m ispod površine vode (prikazano na slici 1).


Slika 1 Postavljanje testa prozračivanja i oksigenacije

1.2 Ispitni materijali
Mikroporozni perlator, izrađen od gumene membrane, promjera 215 mm, veličine pora 50, 100, 200, 500, 1 000 μm. sension378 stolni tester otopljenog kisika, HACH, SAD. Mjerač protoka plinskog rotora, raspon 0~3 m3/h, točnost ±0,2%. HC-S puhalo. Katalizator: CoCl2-6H2O, analitički čist; Deoksidans: Na2SO3, analitički čist.



1.3 Metoda ispitivanja
Ispitivanje je provedeno statičkom nestacionarnom metodom, tj. prvo su dozirani Na2SO3 i CoCl2-6H2O za deoksigenaciju tijekom ispitivanja, a prozračivanje je počelo kada se otopljeni kisik u vodi smanjio na 0. Promjene koncentracije otopljenog kisika u vodi tijekom vremena su zabilježene, a vrijednost KLa je izračunata. Učinkovitost oksigenacije ispitana je pod različitim volumenima prozračivanja (0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3 m3/h), različitim veličinama pora (50, 100, 200, 500, 1000 μm) i različitim dubinama vode (0,8, 1,1, 1.3, 1.5, 1.8, 2.0 m), a upućivalo se i na CJ/T
3015.2 -1993 "Određivanje performansi oksigenacije bistre vode perlatora" i stiardima ispitivanja oksigenacije bistre vode Sjedinjenih Država.

Iskorištenje kisika (SOTE, %) izražava se jednadžbom (4).

Gdje je: q - volumen prozračivanja u standardnim uvjetima, m3/h.

Teorijska učinkovitost snage [E, kg/(kW-h)] izražena je jednadžbom (5).

Gdje je: P - snaga opreme za prozračivanje, kW.

Često korišteni pokazatelji za procjenu performansi oksigenacije aeratora su ukupni koeficijent prijenosa mase kisika KLa, kapacitet oksigenacije OC, stopa iskorištenja kisika SOTE i teorijska učinkovitost snage E [7]. Postojeća istraživanja više su usmjerena na trendove ukupnog koeficijenta prijenosa mase kisika, kapaciteta oksigenacije i iskorištenja kisika, a manje na teoretsku učinkovitost energije [8, 9]. Teorijska energetska učinkovitost, kao jedini pokazatelj učinkovitosti [10], može odražavati problem potrošnje energije u procesu aeracije, što je i fokus ovog eksperimenta.

2.2 Učinak prozračivanja na učinak oksigenacije

Učinak oksigenacije pri različitim razinama prozračivanja procijenjen je prozračivanjem na dnu 2 m aeratora s veličinom pora od 200 μm, a rezultati su prikazani na slici 2.

Slika 2 Varijacije iskorištenja K i kisika s brzinom prozračivanja

Kao što se može vidjeti na slici 2, KLa postupno raste s povećanjem volumena prozračivanja. To je uglavnom zato što je veći volumen prozračivanja, veće je područje kontakta plina i tekućine i veća je učinkovitost oksigenacije. S druge strane, neki su istraživači otkrili da se stopa iskorištenja kisika smanjuje s povećanjem volumena prozračivanja, a slična je situacija utvrđena iu ovom eksperimentu. To je zato što se pod određenom dubinom vode vrijeme zadržavanja mjehurića u vodi povećava kada je volumen prozračivanja mali, a vrijeme kontakta plina i tekućine je produljeno; kada je volumen prozračivanja velik, poremećaj vodenog tijela je jak, a većina kisika nije učinkovito iskorištena, te se na kraju oslobađa s površine vode u obliku mjehurića u zrak. Stopa iskorištenja kisika izvedena iz ovog eksperimenta nije bila visoka u usporedbi s literaturom, vjerojatno zato što visina reaktora nije bila dovoljno visoka, pa je velika količina kisika izašla bez dodira s vodenim stupcem, smanjujući stopu iskorištenja kisika.

Varijacija teorijske učinkovitosti snage (E) s prozračivanjem prikazana je na slici 3.

Slika 3 Teorijska učinkovitost snage u odnosu na volumen prozračivanja

Kao što se može vidjeti na slici 3, teoretska učinkovitost snage postupno opada s povećanjem prozračivanja. To je zato što se standardna brzina prijenosa kisika povećava s povećanjem volumena prozračivanja pod određenim uvjetima dubine vode, ali je povećanje korisnog rada koji troši puhalo značajnije od povećanja standardne brzine prijenosa kisika, tako da je teoretska učinkovitost snage smanjuje se s povećanjem volumena prozračivanja unutar raspona volumena prozračivanja ispitanog u eksperimentu. Kombinirajući trendove na Sl. 2 i 3, može se naći da se najbolji učinak oksigenacije postiže pri volumenu prozračivanja od 0,5 m3/h.

2.3 Učinak veličine pora na učinak oksigenacije

Veličina pora ima velik utjecaj na stvaranje mjehurića, što je veća veličina pora, to je veća veličina mjehurića. Utjecaj mjehurića na učinak oksigenacije uglavnom se očituje u dva aspekta: Prvo, što su manji pojedinačni mjehurići, to je veća ukupna specifična površina mjehurića, što je veće kontaktno područje prijenosa mase plina i tekućine, to je pogodnije za prijenos kisik; Drugo, što su mjehurići veći, to je jača uloga miješanja vode, što je brže miješanje plina i tekućine, to je bolji učinak oksigenacije. Često prva točka u procesu prijenosa mase igra glavnu ulogu. Test će biti volumen prozračivanja postavljen na 0,5 m3/h, kako bi se ispitao učinak veličine pora na KLa i iskorištenje kisika, pogledajte Sliku 4.


Slika 4. Krivulje varijacije KLa i iskorištenja kisika s veličinom pora

Kao što se može vidjeti na slici 4, i KLa i iskorištenje kisika smanjili su se s povećanjem veličine pora. Pod uvjetima iste dubine vode i volumena prozračivanja, KLa perlatora s otvorom 50 μm je oko tri puta veći od KLa perlatora s otvorom 1000 μm. Stoga, kada je aerator ugrađen u određenu dubinu vode, što je manji otvor aeratora, kapacitet oksigenacije je veći, a iskorištenje kisika je veće.

Varijacija teorijske učinkovitosti snage s veličinom pora prikazana je na slici.

Slika 5 Teorijska učinkovitost snage u odnosu na veličinu pora
Kao što se može vidjeti na slici 5, teorijska učinkovitost snage pokazuje trend povećanja, a zatim opadanja s povećanjem veličine otvora. To je zato što s jedne strane aerator s malim otvorom ima veći KLa i kapacitet oksigenacije, što pogoduje oksigenaciji. S druge strane, gubitak otpora pod određenom dubinom vode raste sa smanjenjem promjera otvora. Kada je smanjenje veličine pora na gubitak otpora učinka promicanja veće od uloge prijenosa mase kisika, teoretska učinkovitost snage smanjit će se sa smanjenjem veličine pora. Stoga, kada je promjer otvora mali, teoretska učinkovitost snage će se povećati s povećanjem promjera otvora i promjera otvora od 200 μm kako bi se postigla maksimalna vrijednost od 1,91 kg/(kW-h); kada je promjer otvora > 200 μm, gubitak otpora u procesu prozračivanja više ne igra dominantnu ulogu u procesu prozračivanja, KLa i kapacitet oksigenacije s povećanjem promjera otvora aeratora će se smanjiti, pa će stoga teoretski energetska učinkovitost pokazuje značajan trend pada.

2.4 Učinak dubine vode u instalaciji na učinak oksigenacije

Dubina vode u kojoj je aerator postavljen ima vrlo značajan utjecaj na učinak prozračivanja i oksigenacije. Cilj eksperimentalnog istraživanja bio je plitki kanal od manje od 2 m. Dubina prozračivanja aeratora određena je dubinom vode u bazenu. Postojeća istraživanja uglavnom su usredotočena na dubinu uronjenosti perlatora (tj. perlator se postavlja na dno bazena, a dubina vode povećava se povećanjem količine vode), a ispitivanje se uglavnom fokusira na dubinu ugradnje perlatora. aerator (tj. količina vode u bazenu se održava konstantnom, a visina postavljanja aeratora se podešava kako bi se pronašla najbolja dubina vode za učinak prozračivanja), a promjene KLa i iskorištenja kisika s dubinom vode su prikazano na sl. 6.


Slika 6 Krivulje varijacija iskorištenja K i kisika s dubinom vode
Slika 6 pokazuje da s povećanjem dubine vode i KLa i iskorištenje kisika pokazuju jasan rastući trend, pri čemu se KLa razlikuje više od četiri puta na dubini od 0,8 m i 2 m. To je zato što što je voda dublja, to je duže vrijeme zadržavanja mjehurića u vodenom stupcu, što je duže vrijeme kontakta plina i tekućine, to je bolji učinak prijenosa kisika. Stoga, što je dublje ugrađen aerator, to je pogodnije za kapacitet oksigenacije i iskorištenje kisika. Ali instalacija dubine vode se povećava u isto vrijeme će se povećati i gubitak otpora, kako bi se prevladao gubitak otpora, potrebno je povećati količinu prozračivanja, što će neizbježno dovesti do povećanja potrošnje energije i operativnih troškova. Stoga, kako bi se dobila optimalna dubina ugradnje, potrebno je procijeniti odnos između teorijske učinkovitosti snage i dubine vode, vidi tablicu 1.

Tablica 1. Teorijska energetska učinkovitost kao funkcija dubine vode
Dubina/m	E/(kg.kw-1.h-1)	Dubina/m	E/(kg.kw-1.h-1)
0.8	0.50	1.1	1.10

Tablica 1 pokazuje da je teorijska energetska učinkovitost izuzetno niska pri dubini ugradnje od 0,8 m, sa samo 0,5 kg/(kW-h), što prozračivanje plitkih voda čini neprikladnim. Instalacija dubine vode od 1,1 ~ 1,5 m raspona, zbog značajnog povećanja kapaciteta oksigenacije, dok aerator prema učinku otpora nije očigledan, tako da teorijska učinkovitost snage brzo raste. Kako se dubina vode dalje povećava na 1,8 m, učinak gubitka otpora na izvedbu oksigenacije postaje sve značajniji, što rezultira rastom teorijske učinkovitosti snage koji se smanjuje, ali i dalje pokazuje rastući trend, au instalaciji dubine vode od 2 m, teoretski učinak snage doseže najviše 1,97 kg/(kW-h). Stoga je za kanale < 2 m poželjno prozračivanje dna za optimalnu oksigenaciju.

3. Zaključak

Upotrebom statičke nestacionarne metode za ispitivanje oksigenacije čiste vode s mikroporoznom aeracijom, u uvjetima ispitne dubine vode (< 2 m) i veličine pora (50 ~ 1 000 μm), ukupni koeficijent prijenosa mase kisika KLa i iskorištenje kisika porasli su s ugradnja dubine vode; s povećanjem veličine pora i smanjio. U procesu povećanja volumena prozračivanja s 0,5 m3/h na 3 m3/h postupno se povećava koeficijent prijenosa mase ukupnog kisika i kapacitet oksigenacije, a smanjuje se stupanj iskorištenja kisika.

Teorijska energetska učinkovitost jedini je pokazatelj učinkovitosti. U uvjetima ispitivanja, teoretska učinkovitost snage s prozračivanjem i ugradnjom dubine vode raste, s povećanjem otvora najprije se povećava, a zatim smanjuje. Instalacija dubine vode i otvora trebala bi biti razumna kombinacija kako bi se postigla najbolja izvedba oksigenacije, općenito, što je veća dubina odabira vode na otvoru aeratora, to je veća.

Rezultati ispitivanja pokazuju da se ne bi trebalo koristiti prozračivanje plitke vode. Na dubini ugradnje od 2 m, volumen prozračivanja od 0,5 m3/h i aerator s veličinom pora od 200 μm rezultirali su maksimalnom teoretskom učinkovitošću snage od 1,97 kg/(kW-h).

Gore navedeni su naši podaci o istraživanju i razvoju, predani podacima za kontinuirano optimiziranje performansi proizvoda, od korijena do rješavanja otvora diska za prozračivanje, kože EPDM membrane koja se lako puca, začepljenja i drugih problema.

NIHAO je prva tvrtka u Kini koja razvija proizvode od gume i plastike više od dvadeset godina kao stariji lider u industriji obrade vode , s profesionalnim timom za istraživanje i razvoj i specijaliziranom tvorničkom opremom za povećanje točnosti i produktivnosti proizvoda.

Specijalizirani smo za proizvodnju cijevni difuzor and Disk difuzor preko 10 godina. Prozračna disk membrana kože koristimo ekskluzivnu formulu bez ulja, nakon kontinuiranog testiranja i poboljšanja našeg tima za istraživanje i razvoj općeg poboljšanja opsežne izvedbe membrane kože, korištenje do osam godina mikroporoznog nezačepljenja. Ne samo korištenje visokokvalitetnog EPDM 100% novog materijala, već i dodavanje 38% udjela čađe, kroz različite promjere sile kako bi se u potpunosti proširila izvedba otpornosti kože membrane i ojačala otpornost na trganje. Naš disk difuzor ima sljedeće prednosti:

1. Anti-blokiranje, dobro sprječavanje povratnog toka, velika kontaktna površina, jaka otpornost na koroziju

2. Jaka otpornost kože na trganje membrane, vodootpornost, bolja otpornost na udarce

3. Jednolični mjehurići, visokoučinkovita aeracija, visoka iskorištenost kisika, ušteda energije, učinkovito smanjenje operativnih troškova

Prednosti aeracijske cijevi:

Jednostavan za sastavljanje, u dnu bazenske cijevi i cijevi za prozračivanje u jednu, ne treba dodatna oprema za cjevovode, cijena je niža od ostalih mikroporoznih perlatora. Ista otpornost na kiseline i lužine, nije lako stareti, dug radni vijek. U izbočini za prozračivanje, nije prozračivanje spljošteno, spljošteno, varijabilna mikropora je zatvorena, tako da suspenzija prozračivanja za dugo vremensko razdoblje neće biti začepljena.

NIHAO profesionalni tim i osoblje za istraživanje i razvoj, kako bi vam pružili stvarni dizajn scene, razumne specifikacije za odabir najboljeg primjenjivog na vaš aerator! Iskreno se radujemo što ćemo vas kontaktirati kako bismo stvorili bolju i čišću budućnost!