曝气设备充氧能力实验报告Word下载.docx

1、6.6芆实验步骤肃向曝气筒内注入20L自来水，测定水样体积V（L）和水温t CC）;（4）莈由实验测出水样溶解氧饱和值 Cs,并根据Cs和V求投药量，然后投药脱 氧；a）b）聿脱氧剂亚硫酸钠（Na2S03）的用量计算。在自来水中加入 Na2S03还原剂来还原水中的溶解氧。c（）cl2羅2Na2S0.? + f 2N引SO的肃相对分子质量之比为：蝿蒇故Na2S03理论用量为水中溶解氧的8倍。而水中有部分杂质会消耗亚薆所以实验投加的Na2S03投加量为羅 1 - 羂式中：W 亚硫酸钠投加量，g;羁C实验时水温条件下水中饱和溶解氧值， mg/L;蕿V水样体积，m3;c）般使用氯化钻肄根据水样体积 V

2、确定催化剂（钻盐）的投加量莃经验证明，清水中有效钻离子浓度约 0.4mg/L为好,（C0CI26H2O）。因为：CCIz*6H2O 238莈所以单位水样投加钻盐量为：膄 C0CI2 6H2O 0.4 M.0 = 1.6 g/m3螄本实验所需投加钻盐为賺 CoCl2 6H20 1.6 V（g）腿式中：V 水样体积，m3e）f） 芄将Na2S8用煮沸过的常温水化开，均匀倒入曝气筒内，溶解的钻盐倒入 水中，并开动循环水泵，小流量轻微搅动使其混合（开始计时），进行脱 氧。搅拌均匀后（时间to）,测定脱氧水中溶解氧量 Co,连续曝气t后, 溶解氧升高至Ct。每隔溶解氧浓度升高 0.01，记录一次所用时间

3、（直到 溶解氧值达到饱和为止）。（6）袁当清水脱氧至零时，提高叶轮转速进行曝气，并计时。每隔 0.5min测定一次溶解氧值（用碘量法每隔1min测定一次），知道溶解氧值达到饱和为止。78虿数据记录与整理祎水温：28 C 莄水样体积：0.018 m3节饱和溶解氧浓度Cs： 8.00 mg/L 莁亚硫酸钠用量：1.8 g罿氯化钻用量：0.0288 g蒄表4-1曝气设备充氧能力实验数据记录蚃序号螈时间t/s螇时间t/min蒄 Ct/（mg/L）肃序号薀时间t/s蒆时间t/min薄 Ct/（mg/L）蒄1羈0蕿 0.00蚄 0.53薁16蚀150芈 2.50螃 4.84羂2莂10肇 0.17袃 0.9

4、8蒃17袀160祎 2.67羃 5.05袄3薂20衿 0.33肃 0.61羁18肀170蚈 2.83肃 5.29莂4螁30莆 0.50蒇 0.58螂19腿180葿 3.00薇 5.49膃5羁40膈 0.67蚇 0.81薄20荿210羇 3.50蚆 6.02蚁6肁50螆 0.83螆 1.49肂21蕿240蝿 4.00祎 6.44蒃7芁60薈 1.00羆 1.69袄22螈270芇 4.50肆 6.78肁8蒀70肅 1.17膆 2.09蒁23袈300膈 5.00莇 7.03羄9螂80聿 1.33蒇 2.46莅24膀330螈 5.50薇 7.21螆10羁90袁 1.50蚇 2.86羂25蚃360蕿 6

5、.00蚇 7.37莃11肁100莈 1.67螇 3.23螄26螃390腿 6.50袇 7.49膅12芁110膀 1.83羆 3.61节27羃420罿 7.00肆 7.58蚃13蒁120蚈 2.00膆 3.96284507.507.64141302.174.24294808.007.68151402.334.549数据处理与分析9.1公式法求解KLa值公式：2303 c5cc式中:KLa 氧的总传递系数，L/min ;Cs实验室的温度和压力下，自来水的溶解氧饱和度， mg/L;Ct相应某一时刻t的溶解氧浓度，mg/L;to 脱氧使用时间，min ；t 开循环水泵后的时间，min。实验中，t-to

6、的值对应表4-1中的t值，Co对应时间t=0时的Ct = 0.53mg/L。将已知值代入公式中求出 KLa，计算结果如表5-1所示。表5-1公式法KLa计算结果骨口. 序号时间t/minCt/（mg/L）Cs-Ctlg（C s-Ct）KLa10.000.537.470.8733/20.170.987.020.84630.37290.330.617.390.86860.032340.500.587.420.87040.01340.670.817.190.85670.057360.831.496.510.81360.16511.001.696.310.80000.168881.172.095.91

7、0.77160.200891.332.465.540.74350.2242101.502.865.140.71100.2493111.673.234.770.67850.2692121.833.614.390.64250.2900132.003.964.040.60640.30743.760.57520.31693.460.53910.3299162.504.843.160.49970.3442172.675.052.950.46980.3485182.835.292.710.43300.3579193.005.492.510.39970.3636203.506.021.980.29670.3

8、794214.006.441.560.19310.3916224.506.781.220.08640.4027235.007.030.97-0.01320.4083245.507.210.79-0.10240.4085256.007.370.63-0.20070.4122266.507.490.51-0.29240.4130277.007.580.42-0.37680.41130.36-0.44370.40440.32-0.49490.3939由上表可以看出，运用公式法计算出来的 KLa值总体上不断增大，且有较大 的增幅，无论采用取平均值或者中间值等方法确定 KLa值都会存在较大误差，都 无法

9、很好表征曝气设备的充氧性能，因此使用公式法求解KLa值不适用于本实验。 9.2线性回归法求解KLa值921 ln（Cs - Ct） - t关系曲线的绘制由公式Ln（Q-K4常數”可知，作|n（Cs - Ct）和t的关系曲线， 其斜率即为KLa值。于是，对In（Cs - Ct）进行计算，结果如表5-2所示。根据计算结果以t为横坐 标、In（Cs - Ct）为纵坐标，绘制ln（Cs - Ct）和t的关系曲线如图5-1所示。表5-2 In（Cs - Ct）计算结果Ct/（ mg/L）ln（ Cs-Ct）2.01091.94882.00012.00421.97271.87331.84211.77661

10、.71201.63711.56231.47931.39621.32441.24131.15061.08180.99690.92030.68310.44470.1989-0.0305-0.2357-0.4620-0.6733-0.8675-1.0217-1.1394图5-1 In（Cs - Ct） - t关系曲线由上图可以观察到，在曝气充氧的整个过程中，随着时间的增长， In（Cs - Ct）总体呈下降趋势。在曝气充氧的初始阶段，循环水泵处于启动初期，液体水还 没有完全处于湍流状态，充氧系统未达到稳定，故出现In（Cs - Ct）值短暂的上下波 动情况，但波动幅度不大；同时，此阶段的曲线斜率较小

11、，水中溶解氧量没有明 显增加，这是因为曝气前加入水样中的脱氧剂是过量的，剩余的脱氧剂会与曝气 时溶解到水样中的氧气反应，不断地消耗溶解氧。随着曝气充氧的进行，剩余 的脱氧剂逐渐被反应完，水中的溶解氧不再被消耗，溶解氧量稳定增大。当曝 气充氧进入到最后阶段，由于水中溶解氧量趋近饱和，增长速率逐步减慢，即曲 线斜率越来越小。综上所述，曝气充氧系统稳定阶段的斜率才真正对应本次实验 的KLa值。9.2.2 In（Cs - Ct） - t 线性拟合由上一部分对In（Cs - Ct）-t关系曲线的分析可知，为求得较为准确的 KLa值，应将实验前半段数据及结束前一段时间内较平缓变化点去除，以免影响线性拟合

12、结果。剔除无效数据后，对In（Cs - Ct）-t数据点进行线性拟合，拟合图像如图 5-2所示，相关拟合数据如表5-3所示图5-2 ln（C s - Ct）-线性拟合图像 表5-3 In（Cs - Ct）-线性拟合方程数据Equati ony = a + b*xAdj. R-Square0.99944ValueSta ndard ErrorIn tercept2.314210.00903Slope-0.462060.00244由上表可知，对In（Cs - Ct）-进行线性拟合，线性相关系数达 0.99944,极其接近1拟合效果极好，与理想条件下溶解氧的传递符合一级反应相符合，结果 可用于理论分

13、析。由上表数据可得拟合方程为：In： - C I =- 0.462061 + 2.31421其中，氧的总传递系数Kla = 0.46206 = 0.462 L/min换算为20C时氧的总传递系数K馆（2ITC）= KLa（28C） 1.024 - = 0.373 L/min9.3非线性回归法求解KLa值由于使用线性回归法计算氧传递系数 KLa受Cs取值的影响较大，所以Cs值取值是计算结果合理与否的关键。有研究表明，如果代入的Cs值比真实值每减少 1%,计算的KLa将增大3%;只有测得的Cs值大于或等于真实值的99.7%时，才 能准确的计算出KLa值，而这在我们的实验中一般是比较难达到的，因此，

14、使用 该种方法计算KLa存在一定的弊端。计算KLa值的另一种方法是非线性回归法。非线性回归法把 Cs看成未知量，在一定程度上减轻了采用线性回归法计算氧传递系数 KLa受Cs取值的影响。使用这种处理方法只需测得的 Cs大于或等于真实值的98%便可准确的计算KLa值，因 此，在实际测试中更加方便控制且计算结果准确性较高。以下将采用非线性回归 法对KLa值进行求解。已知曝气实验溶解氧转移速率满足下列一级反应:对该方程积分得:同线性回归法，剔除无效数据后，以t为横坐标、C为纵坐标绘制C-t散点图, 用函数卩珂=加陀就=宜蟻对C-t散点图进行拟合，拟合图像如图5-3所示， 拟合方程数据如表5-4所示。图

15、5-3 Ct -非线性拟合图像 表5-4 Ct -非线性拟合方程数据y 二y0-a*exp（-b*x）0.99953By08.017030.0383810.210850.06912b0.462670.00738由上表可知，对Ct -进行非线性拟合，相关系数R2达0.99953,极其接近1,拟合效果极好，拟合结果可用于理论分析。C = 8.01703 - IO.21O85 cxp?（- 0-46267 t）其中，溶解氧饱和浓度Cs = 8.01703 8.02 mg/L氧的总传递系数Kla = 0,46267 铝 0.463 L/min9.4线性拟合与非线性拟合结果的比较表5-5线性拟合与非线性

16、拟合结果的比较KLa/（L/mi n）Cs/（mg/L）相关系数R2线性拟合0.46206非线性拟合8.02由上表数据可知，1对于同一组数据，线性拟合与非线性拟合的拟合程度都极好线性拟合结果KLa值比非线性拟合偏小，相对误差为:3线性拟合结果Cs值比非线性拟合偏小，相对误差为：a00 - 8.02 氐=頁诂一x 100% =- 0.25%本次实验中，线性拟合结果的 KLa值和Cs值相对误差都很小，说明实验最开始测得的Cs值具有很高的准确性度，实验KLa值的求解可使用线性回归法也可以 使用准确性更高的非线性拟合法。9.5鼓风充氧能力Qs的计算公式%乞= = K/mPqv（烟/h式中KLa 氧的总

17、转移系数，L/min ；Cs 饱和溶解氧，mg/LV水样的体积，m3。 式中KLa值和Cs值的选取采用准确性更高的非线性拟合法。将 V = 0.018 m3，KLa（20C） = 0.374 L/min，Cs = 8.02 mg/L 代入上式，得60 ?（? = “ x 0374 x 8.02 x 0,018 = 3.239 x 10 kg/h5 lOUU10思考与讨论10.1检测曝气设备充氧性能有哪些方法？（1）化学消氧法水处理曝气设备性能检测方法在曝气充氧测定中，将一定量的脱氧剂亚硫酸钠投入清水中，并以氯化钻作 催化剂，消除清水中的溶解氧，化学反应式如下：2Na2SO3 + 02-2Na2

18、S04由上式可知，1 kg的氧气可以与8 kg的亚硫酸钠相结合，从而导致水中溶 解氧浓度的下降甚至消除。曝气充氧测定过程中，在开启曝气系统之前，水中的 溶解氧必须去除干净。开启曝气系统后，水溶液通过吸收空气中的氧分子，氧的 浓度会迅速的上升到饱和状态。在此过程中，通常采用CoCb6H2O作为催化剂， 以加速亚硫酸钠的氧化，其催化剂投加量以 Co2+浓度0.30.5 mg/L计。因为化学消氧法实验方法比较简单，故其成为曝气设备充氧能力测试的主要 方法得到广泛应用。但测试过程中要保证测试水溶液中盐浓度 （TDS）W 2000 mg/L电导率（CND）w 3000 卩 S/cm本实验采用该方法检测曝

19、气设备充氧性能。（2）氮气吹脱法水处理曝气设备性能检测方法气体溶解于液体的过程称为吸附，而溶解气体从液体中解析出来的过程称为 解吸附。若物质的吸附速率与解吸附速率相等，即达到吸附与解吸附现象的动平 衡临界状态。在此状态下，液体中的气体分子浓度保持不变，但气相或液相中任 一气体分子浓度发生改变时，其将打破原平衡进而产生气 -液相间的传质现象。氮气吹脱法就是向水中通入 N2,人为地降低气相氧分子浓度，使氧分子穿 过气液相界面向气相转移，从而实现溶解氧在水中发生逆向传质现象而脱除水中 溶解氧，达到曝气充氧测试反应初始的零溶解氧状态条件。 在开启曝气系统之前，水中的溶解氧必须去除干净。开启曝气系统后，

20、水溶液通过吸收空气中的氧分子， 氧的浓度会迅速的上升到饱和状态。氮气吹脱水处理曝气设备性能检测方法可实现测试用水的重复利用，节省大 量的水资源，但系统所需设备较复杂，测试过程操作繁琐（3）纯氧曝气法水处理曝气设备性能检测方法相对于吸附法，纯氧曝气充氧法一般通过向水溶液中鼓入纯氧来提高液相氧 分子浓度。纯氧曝气充氧法与前两种方法原理不同。在曝气充氧测试中，化学消 氧法与氮气吹脱法首先通过消氧剂或吹脱剂降低水中的溶解氧浓度，然后通过向 水中通入空气使得水中溶解氧浓度增长的；纯氧曝气充氧法不需先降低水中溶解 氧的浓度，而是直接向水中通入纯氧使其溶解氧浓度达到过饱和状态，然后停止 通入纯氧，水中溶解氧

21、浓度逐渐从过饱和浓度下降至饱和浓度。从 过饱和浓度 CS下降至饱和浓度CS这段实验有效数据用于氧转移系数 KLa值的计算。10.2曝气设备充氧性能的指标为何是清水？这是由于清水的水质比较一致，进行充氧实验时，开动空气泵等进行曝气的 开始阶段，即可认为水中的水质均匀布置，此时，测定水中任一点的溶解氧值， 即可认为是整个水池的溶解氧值。如果用污水的话，由于水质组分无法一致，测 得的性能无法比较，无法以一点的测量值代表整个池中液体的性能；在曝气设备 的实际使用过程中需要用目标水样进行充氧性能测定，实测的 KLa才能说明实际的充氧效率。10.3鼓风曝气设备与机械曝气设备充氧性能指标有何不同？答：鼓风曝

22、气设备充氧性能指标一般用动力效率、氧的利用率表示，而机械 曝气设备充氧性能指标一般用动力效率、氧的转移效率表示。 ?这主要是鼓风曝气与机械曝气的特点所决定的。鼓风曝气属于水下曝气，其 曝气量已知的，因此可用单位时间内转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比， 即氧的利用率来表示充氧性能；而机械曝气属于水面曝气，其单位时间内转移至 液相中的曝气量是不可求的，因此只能用单位时间内转移至混合液中氧量，即氧 转移效率来表示充氧性能。另外，动力效率是指每消耗 1KWh 电能转移至混合液 中的氧量，这对于鼓风曝气设备与机械曝气设备均是可以求的，故也可用此来表 示两者的充氧性能。10.4影响氧传递的因素有哪些

23、?美国环保局对17个废水处理厂数百组试验进行总结，制定了微孔曝气系统设 计手册，说明了对氧传递影响的因素，如表 7-1所示。表7-1氧传递的影响因素影响因素对氧传递的影响设备因素扩散器类型扩散器堵塞微气泡扩散器较粗气泡氧传递效率高扩散器开孔率单位面积上扩散微孔多的氧传递效率高扩散器埋深随着扩散器埋深的增加，氧利用率增大，但单位能耗转移的氧 量保持不变扩散器布置格网形布置较单侧布置水流螺旋式前进的及十字形布置的氧传递速率咼水流方式活塞流反应器较分段入流反应器氧传递效率高曝气池类型短宽的曝气池较长宽的曝气池氧传递速率沿程变化小 有生物膜形成导致的扩散器表面堵塞会降低氧传递废水特性水质干扰物质像表面活性剂含量的提高会降低氧传递水温水温升咼，氧传递速率增大，但溶解度降低10.5氧总转移系数KLa的意义是什么？怎样计算？根