單孔膜空氣擴散器，曝氣器,曝氣頭,管式曝氣器,盤式曝氣器,曝氣盤,懸浮填料,彈性填料,生物填料；曝氣器是活性污泥水處理曝氣系統(tǒng)中的核心設(shè)備,通過曝氣器增加污水中氧的含量,用于微生物的生長和生化反應(yīng),改善水體環(huán)境?有統(tǒng)計資料表明[1-3],曝氣系統(tǒng)電能的消耗占污水處理系統(tǒng)全部電能消耗的60%以上,曝氣系統(tǒng)的電耗費用占整個污水處理系統(tǒng)運行成本的40%左右[4,5]?傳統(tǒng)的曝氣系統(tǒng)因氧利用率低導(dǎo)致能耗大的缺點一直受到國內(nèi)外專家密切關(guān)注,并對此進行了相關(guān)的研究,然而這些問題并未得到實質(zhì)性的改善[6-8],因此,改進曝氣設(shè)備使其提高效率?降低能耗成為環(huán)保產(chǎn)業(yè)的重要研究課題?
本研究采用脈沖式微孔曝氣充氧方式來提高曝氣器效率?實驗采用4種相同直徑?不同類型膜片的曝氣盤在曝氣池中進行清水性能實驗,測得其在實驗條件下的充氧性能,實驗對比分析了脈沖式曝氣和連續(xù)曝氣方式的充氧效果,初步得出脈沖式曝氣具有更好的充氧效果,為污水處理中的曝氣系統(tǒng)提供新的研究方向?
1 實驗部分
1.1 實驗裝置
脈沖式微孔曝氣器實驗裝置示意圖如圖1所示,主體是一個0.8m×0.6m×1m的矩形曝氣池,為了便于觀察實驗現(xiàn)象,曝氣池用透明的有機玻璃制成?
1.2 實驗設(shè)備和儀器
實驗設(shè)備和儀器包括型號為ZBM-0.1/8空氣壓縮機?型號AR2000-02調(diào)壓閥?型號FX2N-64MT的PLC?型號LZB-10轉(zhuǎn)子流量計和型號JPB-607A溶解氧測量儀?
4種盤型微孔曝氣盤的直徑都為270mm,分別是平EPDM膜片材料的微孔曝氣器?凸EPDM膜片材料的微孔曝氣器?蘑菇頭狀微孔曝氣器和硅橡膠膜片材料的微孔曝氣器,如圖2所示?
1.3 氣泡形成受力分析
由于曝氣產(chǎn)生的氣泡眾多,以單個氣泡為例,分析其在傳統(tǒng)的連續(xù)曝氣和脈沖式曝氣情況下的受力情況,如圖3所示?氣泡在連續(xù)曝氣情況下生成過程中受到上升浮力Ff?約束力Fσ?流體對氣泡的粘性力Fd?慣性力Fl?通過小孔的氣體沖量的力Fm 等力的作用,氣泡受力分析如圖3(a)所示?采用脈沖曝氣方式時,膜片在收縮過程中還受到阻力Fz的作用?由于周期性的氣壓,膜片做間歇性的鼓起?收縮,膜片在收縮的某一瞬間過程中氣泡的受力情況如圖3(b)所示?
氣泡在連續(xù)曝氣情況下的受到的力平衡公式如下式(1)所示:
具體公式表達式如下所示:
式中:ρg 為氣相密度,kg/m3;Cl為虛擬質(zhì)量系數(shù),11/16;ρl為液相密度,kg/m3;Vb為氣泡體積,m3;Ub為氣泡質(zhì)心垂直速度,m/s;dmax 為氣泡直徑,mm;CD 為阻力系數(shù);θ為氣泡接觸角;σ為表面張力,N/m;dw 為氣泡的接觸直徑,m;dOR為孔口直徑,m;q為孔口氣體流量,m3/s?
由式(1)整理可得,在膜片鼓起時氣泡直徑dmax1:
氣泡在脈沖式曝氣情況下,周期性的氣壓使膜片收縮?鼓起,在膜片收縮的過程中,氣泡又受到阻力Fz的作用,如式(3)所示:
式中:Sd為球形氣泡在垂直方向上的投影面積,m2;u為氣泡向下振動時脫離孔口的瞬時速度?
由力的平衡條件得:
式中:
由式(4)整理可得,在膜片收縮時氣泡直徑dmax2:
式中:dmax1為連續(xù)曝氣中膜片鼓起時氣泡直徑,m;dmax2為膜片收縮時氣泡在某一時刻直徑,m?具體參見http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
比較式(2)和式(6)可得,膜片在某一收縮的過程中,都有dmax2 <dmax1,即膜片在收縮過程中,氣泡直徑變小;在膜片鼓起過程中,由于膜片孔沒有完全擴張,產(chǎn)生氣泡的大小較膜片完全鼓起時產(chǎn)生的氣泡小?同時,對氣泡運動特性的數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn),氣泡初始直徑越小,上升的速度越慢[9],即氣泡越小,則氣泡停留在水中時間更長,與水體充分接觸,更多的氧能擴散進入水體中?
