微孔曝气充氧性能的影响因素研究

北极星环保网讯:在污水处理系统中，曝气过程占整个污水处理厂能耗的45%~75%。为了提高曝气过程中的氧转移效率，目前污水处理厂普遍采用微孔曝气系统。与大中气泡的曝气系统相比，微孔曝气系统能节约50%左右的能耗。

尽管如此，其曝气过程的氧利用率也在20%~30%。另外，我国已经有较多地区采用微孔曝气技术对受污染河道进行治理，但如何针对不同水域情况合理选用微孔曝气器，目前尚无这方面的研究。

因此，优化微孔曝气器的充氧性能参数对于实际生产和应用具有重要的指导意义。影响微孔曝气充氧性能的因素很多，最主要的有曝气量、孔径和安装水深。

目前国内外对微孔曝气器充氧性能与孔径、安装水深的关系研究较少。而已有的研究较多关注氧总传质系数和充氧能力的提高，较为忽视曝气过程中的能耗问题。笔者以理论动力效率为主要研究指标，结合充氧能力和氧利用率的变化趋势，初步优化出曝气效率最高时的曝气量、孔径和安装水深等参数，为微孔曝气技术在实际工程中的应用提供参考。

1材料和方法

1.1试验装置

试验装置材质为有机玻璃，主体为1个D0.4m×2m的圆柱形曝气池，溶解氧探头位于水面下0.5m处(如图1所示)。

图1曝气充氧试验装置

1.2试验材料

微孔曝气器，橡胶膜材质，直径215mm，孔径50、100、200、500、1000μm。sension378台式溶解氧测定仪，美国HACH公司。气体转子流量计，量程0~3m3/h，精度±0.2%。HC-S鼓风机，江苏恒晟机泵设备制造厂。催化剂：CoCl2˙6H2O，分析纯;脱氧剂：Na2SO3，分析纯。

1.3试验方法

试验采用静态非稳态法，即测试时先投加Na2SO3和CoCl2˙6H2O进行脱氧，当水中溶解氧降至0后开始曝气，记录水中溶解氧浓度随时间的变化，计算KLa值。分别对不同曝气量(0.5、1、1.5、2、2.5、3m3/h)、不同孔径(50、100、200、500、1000μm)以及不同水深(0.8、1.1、1.3、1.5、1.8、2.0m)条件下的充氧性能进行测试，同时参考CJ/T3015.2—1993《曝气器清水充氧性能测定》〔5〕和美国清水充氧测试标准〔6〕。

2结果和讨论

2.1试验原理

试验基本原理依据1923年Whitman提出的双膜理论。氧的传质过程可用式(1)表示。

式中：dc/dt——传质速率，即单位时间内单位容积水中所传递的氧气量，mg/(L˙s);

KLa——测试条件下曝气器的氧总传质系数，min-1;

C*——水中饱和溶解氧，mg/L;

Ct——曝气t时刻水中的溶解氧，mg/L。

若测试温度不在20℃，可采用式(2)对KLa进行修正：

充氧能力(OC，kg/h)由式(3)表示。

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