曝气东华大学环境学院大三实验报告

诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新《环工综合实验（2）》（曝气设备充氧能力的测定）实验报告专业环境工程班级卓越环工1101姓名黄雪琼指导教师余阳成绩东华大学环境科学与工程学院实验中心二0一四年四月诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新实验题目曝气设备充氧能力的测定实验类别综合实验室2136实验时间2014年4月21日13时~16时实验环境温度:18.1℃湿度:77%同组人数7本实验报告由我独立完成，绝无抄袭！承诺人签名一、实验目的（1）掌握测定曝气设备的KLa的实验方法；（2）评价充氧设备充氧能力的好坏；（3）掌握曝气设备充氧性能的测定方法。二、实验原理活性污泥处理过程中曝气设备的作用是使氧气、活性污泥、营养物三者充分混合，使污泥处于悬浮状态，促使氧气从气相转移到液相，从液相转移到活性污泥上，保证微生物有足够的氧进行物质代谢。由于氧的供给是保证生化处理过程正常进行的主要因素，因此工程设计人员通常通过实验来评价曝气设备的供氧能力。在现场用自来水实验时，先用Na2SO3（或N2）进行脱氧，然后在溶解氧等于或接近零的状态下再曝气，使溶解氧升高趋于饱和水平。假定整个液体是完全混合的，符合一级反应此时水中溶解氧的变化可以用以下式表示：式中：―――氧转移速率，mg/(L·h);KLa——氧的总传递系数,L/h；Cs­——实验室的温度和压力下，自来水的溶解氧饱和度，mg/L；C——相应某一时刻t的溶解氧浓度，mg/L。将上式积分，得ln(Cs-Ct)=-KLat+常数测得Cs和相应于每一时刻t的C后绘制ln(Cs-Ct)与t的关系曲线，或与C的关系曲线便可得到KLa，c＝Cs－Ct。由于溶解氧饱和浓度、温度、污水性质和混乱程度等因素影响氧的传递速率，诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新因此应进行温度、压力校正，并测定校正废水性质影响的修正系数α、β。所采用的公式如下：KLa（T）=KLa(20℃)1.024(T-20)β=废水的Cs自来水的Cs充氧能力在水温20℃和标准大气压状态下，某种曝气机械于单位时间内向无氧清水中转移的公斤氧量。其计量单位通常以kg/h表示。为三、实验设备和仪器(1)溶解氧测定仪（2）空压机（3）曝气机（4）搅拌机（5）秒表（6）分析天平（7）烧杯（8）亚硫酸钠(Na2SO3·7H2O)（9）氯化钴(CoCl2·6H2O)（10）实验室装置（见下图）Qs=KLa(2℃)·Cs校正)·V(kg/h)诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新四、实验步骤1.向曝气筒内注入自来水，测定水样体积V（L）和水温t(℃)。2.由水温查出实验条件下水样溶解氧饱和值Cs，并根据Cs和V求投药量，然后投药脱氧。（1）脱氧剂亚硫酸钠(Na2SO3)的用量计算。在自来水中加入Na2SO3还原剂来还原水中的溶解氧。脱氧剂（无水亚硫酸钠）用量：g=（1.1~1.5）×8·G（2）根据水样体积V确定催化剂（钴盐）的投加量。催化剂（氯化钴）用量：投加浓度为0.1mg/L（3）将Na2SO3用热水化开，均匀到入曝气筒内，溶解的钴盐到入水中，并轻微搅动使其混合进行脱氧至零。开始曝气，每隔0.5min记录一次溶解氧值诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新（直到溶解氧值接近饱和为止或充氧20分钟止）。（注意溶解氧过饱和的问题。）五、实验记录及数据处理(1)测定数据记录于下表中水温_18.1__℃,水体体积=0.142m3水体尺寸：长69.50cm；宽49.00cm；高41.75cm可得：V=69.50×49.00×41.75=142.18dm3CS=9.46mg/L亚硫酸钠用量：W1=1.3×8×Cs×V=1.3×8×9.46×142.18=13.99g氯化钴用量：W2=V×0.1=138.36L×0.1mg/L×59238=0.0558g空压机设备参数：工作电压：220V额定功率：380W频率：50Hz充气能力：300L/min工作压力：0.05MPa重量：7.5kg体积：320*150*165mm(2)实验记录1.穿孔曝气时间(min)含氧量Ct(mg/L)Ln(Cs-Ct)时间(min)含氧量Ct(mg/L)Ln(Cs-Ct)时间(min)含氧量Ct(mg/L)Ln(Cs-Ct)002.24776.90.940148.7-0.2740.50.72.1707.57.10.85914.58.8-0.41611.32.09987.30.770158.8-0.4161.52.21.9828.57.50.67315.58.9-0.58022.81.89697.60.621168.9-0.5802.53.41.8029.57.70.56516.58.9-0.58034.01.697107.80.507179.0-0.7773.54.51.60110.57.90.44517.58.9-0.580诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新45.11.472118.00.378189.0-0.7774.55.51.37611.58.10.30718.59.0-0.77755.61.351128.10.307199.1-1.0225.55.91.27012.58.30.14819.59.1-1.02266.21.182138.5-0.041209.1-1.0226.56.61.05113.58.7-0.2742.微孔曝气时间(min)含氧量(mg/L)Ln(Cs-Ct)时间(min)含氧量(mg/L)Ln(Cs-Ct)时间(min)含氧量(mg/L)Ln(Cs-Ct)002.24755.81.297108.8-0.4160.50.42.2045.56.41.11810.58.9-0.58011.02.13566.80.978119.0-0.7771.51.62.0626.57.20.81511.59.0-0.77722.21.98277.50.673129.1-1.0222.52.91.8817.57.70.56512.59.1-1.02233.51.78588.00.378139.1-1.0223.54.11.6798.58.40.05844.61.58198.6-0.1514.55.21.4499.58.7-0.274(3)根据测定记录计算KLa值1.用图解法计算KLa值，用作图软件作ln(Cs－Ct)和时间的关系曲线，其斜率即为KLa值。诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新KLa=0.1685(L/min)校正后得KLa=0.1685*1.024（18.1-20）=0.1611(L/min)KLa=0.2862(L/min)校正后得KLa=0.2862*1.024（18.1-20）=0.2736(L/min)2.计算充氧能力Qs：Qs=601000·KLaCsV(kg/h)式中1000——由mg/L化为kg/m3的系数；60——由min化为h的系数；KLa——氧的总转移系数，L/min;诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新Cs——饱和溶解氧，mg/L;V——水样的体积，m3;穿孔曝气：Qs=601000·KLaCsV(kg/h)=0.06·0.1611·9.46·0.142=-0.013(kg/h)动力效率：E穿孔=QS/N=0.013/0.38=0.034微孔曝气：Qs=601000·KLaCsV(kg/h)=0.06·0.2736·9.46·0.142=0.022(kg/h)动力效率：E微孔=QS/N=0.022/0.38=0.058（4）表面曝气1.原始参数空压机设备参数：额定电压：220V额定功率：90W工作电压：100V曝气池直径：D=29cm水深h=25.95cm水的体积：322dm1318.1795.259.2414.3h4πVDCS=9.46mg/L亚硫酸钠用量：W1=1.3×8×Cs×V=1.3×8×9.46×17.1318=1.6855g2.原始数据时间(min)含氧量(mg/L)Ln(Cs-Ct)时间(min)含氧量(mg/L)Ln(Cs-Ct时间(min)含氧量(mg/L)Ln(Cs-Ct002.2473.57.00.90078.9-0.5800.51.52.07447.40.7237.59.0-0.77712.41.9544.57.80.50789.0-0.7771.53.41.80258.20.2318.59.1-1.02225.31.4265.58.5-0.04199.1-1.0222.55.81.29768.6-0.1519.59.1-1.02236.51.0856.58.7-0.274诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新KLa=0.3828(L/min)校正后得KLa=0.3828*1.024（18.1-20）=0.3659(L/min)3.充氧能力Qs=601000·KLaCsV(kg/h)=0.06·0.3659·9.46·0.017=0.00353(kg/h)由N=U2/R得实际功率N=U2/U2额*N额=1002/2202*90W=18.59W动力效率：E表面=QS/N=0.00353/0.01859=0.190（5）实验总结E穿孔E微孔E表面，说明表面曝气的经济效率比鼓风曝气好，而鼓风曝气中微孔曝气比穿孔曝气经济效率好。七、思考题一、如何来评价不同充氧设备的优劣？答：（一）从充氧角度考虑1.氧气的转移率，在池里布控几个点，池里装清水，打开装置，检测这几个点的氧气浓度变化，做时间曲线，求导。2.充氧能力（或动力效率），即每消耗1kW·h的动力能传递到水中的氧量。3.氧利用率，通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比。在氧转移速率中可以通过设备选择、运行方式改变等认为因素，而使氧转移速率得以强化。如氧的转移速率与气泡的大小、液体的紊流程度和气泡与液体的诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新接触时间有关。气泡粒径大小可通过选择扩散器来决定。气泡尺寸越小，则接触面积A越大，将提高KLa值，有利于氧的转移；但气泡小却不利于紊流，对氧的转移也有不利的影响，紊流程度大，接触充分，KLa值增高，氧转移速率也将有所提高，气泡与液体接触时间加长有助于氧的充分转移。混合液中氧的浓度越低，氧转移的推动力越高，因此氧的转移速率越大。氧从气泡转移到液体中，逐渐使气泡周围的液膜氧含量饱和，这样，氧的转移速率又取决于液膜的更新速率。气泡的形成、上升、破裂和紊流都有助于气泡液膜的更新和氧的转移。综上所述，气相中氧分压、液相中氧的浓度梯度、气液之间的接触面积和接触时间、水温、污水性质、水流的紊流程度等因素都影响的氧转移速率。从以上叙述中可以看出评价设备的曝气能力应该综合多方面因素，对于不同的水处理工艺所选择的曝气设备应不同。在评价时应该选择适合的设备进行曝气。（二）从设备角度考虑1.设备的耗能2.设备的噪声3.设备的寿命4.设备的价格二、A/O工艺的缺氧池如何确保其溶解氧在0.5mg/L左右保持恒定？答：利用在线式溶氧仪自动控制供氧量。定时取样检测缺氧池内溶解氧浓度，根据具体情况进行调整：（1）若DO太高，可以加氧稀释工序，减少DO含量（缺氧段溶解氧低于0.2不影响反硝化）可以从一下几个方面做工作。1.进水，污水一般溶解氧很少，但是如果经过曝气沉砂池或进水前有跌落充氧就要考虑控制减少气量或减少落差，以减少充氧。2.回流污泥，沉淀池进水的溶解氧够用就好，只要沉淀池不发生反硝化就好，太多的溶解氧会使回流污泥溶解氧过高。3.内回流，AO/AAO都设计有内回流，可以通过控制内回流泵附近的曝气使曝气池这一段气量少于其他段，则内回流带回去的溶解氧也会较少。（2）若DO太低，则可增大鼓风机功率，通过鼓风机进气管阀门调节进气量的大小。