Arjazzjoni mikroporuża OxygenationPerformance

Fis-sistema tat-trattament tal-ilma mormi, il-proċess tal-arjazzjoni jammonta għal 45% sa 75% tal-konsum tal-enerġija tal-impjant kollu tat-trattament tal-ilma mormi, sabiex titjieb l-effiċjenza tat-trasferiment tal-ossiġnu tal-proċess tal-arjazzjoni, l-impjant tat-trattament tal-ilma tad-drenaġġ attwali jintuża komunement f'mikroporuż sistemi ta 'arjazzjoni.Imqabbla mas-sistema ta' arjazzjoni ta 'bżieżaq kbar u ta' daqs medju, is-sistema ta 'arjazzjoni mikroporuża tista' tiffranka madwar 50% tal-konsum tal-enerġija. Madankollu, ir-rata ta 'utilizzazzjoni ta' l-ossiġnu tal-proċess ta 'arjazzjoni tagħha hija wkoll fil-medda ta' 20% sa 30%. Barra minn hekk, kien hemm aktar żoni fiċ-Ċina biex jużaw teknoloġija ta 'arjazzjoni mikroporuża għat-trattament ta' xmajjar imniġġsa, iżda m'hemm l-ebda riċerka dwar kif tagħżel raġonevolment arjaturi mikroporuża għal kundizzjonijiet ta 'ilma differenti. Għalhekk, l-ottimizzazzjoni tal-parametri tal-prestazzjoni tal-ossiġenazzjoni tal-arjatur mikroporuż għall-produzzjoni u l-applikazzjoni attwali hija ta 'sinifikat kbir.

Hemm ħafna fatturi li jaffettwaw il-prestazzjoni tal-arjazzjoni mikroporuża u l-ossiġenazzjoni, li l-aktar importanti minnhom huma l-volum tal-arjazzjoni, id-daqs tal-pori u l-installazzjoni tal-fond tal-ilma.

Fil-preżent, hemm inqas studji dwar ir-relazzjoni bejn il-prestazzjoni tal-ossiġenazzjoni tal-arjatur mikroporuż u d-daqs tal-pori u l-fond tal-installazzjoni fid-dar u barra. Ir-riċerka tiffoka aktar fuq it-titjib tal-koeffiċjent totali tat-trasferiment tal-massa tal-ossiġenu u l-kapaċità tal-ossiġenazzjoni, u tittraskura l-problema tal-konsum tal-enerġija fil-proċess tal-arjazzjoni. Nieħdu l-effiċjenza tal-enerġija teoretika bħala l-indiċi tar-riċerka prinċipali, flimkien mal-kapaċità tal-ossiġenazzjoni u t-tendenza tal-użu tal-ossiġnu, inizjalment ottimizzaw il-volum tal-arjazzjoni, id-dijametru tal-apertura u l-fond tal-installazzjoni meta l-effiċjenza tal-arjazzjoni hija l-ogħla, biex nipprovdu referenza għall-applikazzjoni ta 'teknoloġija ta' arjazzjoni mikroporuża fil-proġett attwali.

1.Materjali u metodi

1.1 Twaqqif tat-test

Is-setup tat-test kien magħmul minn Plexiglas, u l-korp ewlieni kien tank ta 'arjazzjoni ċilindriku D {{0}}.4 m × 2 m b'sonda ta' ossiġnu maħlul li tinsab 0.5 m taħt il-wiċċ ta 'l-ilma (muri fil-Figura 1 ).

Figura 1 Setup tat-Test ta' Arjazzjoni u Ossiġenazzjoni

1.2 Materjali tat-test

Arjatur mikroporuż, magħmul minn membrana tal-gomma, dijametru 215 mm, daqs tal-pori 50, 100, 200, 500, 1 000 μm. sensesion378 benchtop ossiġnu maħlul tester, HACH, USA. Miter tal-fluss tar-rotor tal-gass, medda 0 ~ 3 m3 / h, preċiżjoni ± 0.2%. HC-S blower. Katalizzatur: CoCl2-6H2O, analitikament pur; Deossidant: Na2SO3, analitikament pur.

1.3 Metodu tat-test

It-test sar bl-użu tal-metodu statiku mhux stazzjonarju, jiġifieri, Na2SO3 u CoCl2-6H2O l-ewwel ġew iddożati għad-deossiġenazzjoni matul it-test, u l-arjazzjoni nbdiet meta l-ossiġnu maħlul fl-ilma tnaqqas għal {{5} }. Bidliet fil-konċentrazzjoni tal-ossiġnu maħlul fl-ilma maż-żmien ġew irreġistrati, u ġie kkalkulat il-valur KLa. Il-prestazzjoni tal-ossiġenazzjoni ġiet ittestjata taħt volumi differenti ta' arjazzjoni (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 m3/h), daqsijiet ta' pori differenti (50, 100, 200, 500, 1,000 μm), u fond ta' ilma differenti (0.8, 1.1, 1.3, 1.5, 1.8, 2.0 m), u saret referenza wkoll għall-CJ/T 3015. 2 -1993 "Determinazzjoni tal-prestazzjoni tal-ossiġenazzjoni tal-ilma ċar tal-arjatur" u l-istandards tat-test tal-ossiġenazzjoni tal-ilma ċar tal-Istati Uniti.

2.Riżultati u diskussjoni

2.1 Prinċipju tat-test

Il-prinċipju bażiku tat-test huwa bbażat fuq it-teorija tal-membrana doppja proposta minn Whitman fl-1923. Il-proċess tat-trasferiment tal-massa tal-ossiġnu jista 'jiġi espress fl-ekwazzjoni (1).

Fejn: dc/dt - rata ta' trasferiment tal-massa, jiġifieri, l-ammont ta' ossiġnu trasferit għal kull unità ta' volum ta' ilma għal kull unità ta' ħin, mg/(Ls).

KLa - koeffiċjent totali ta' trasferiment ta' ossiġnu ta' l-arjatur fil-kondizzjonijiet tat-test, min-1 ;

C* - ossiġnu maħlul saturat fl-ilma, mg/L.

Ct - ossiġnu maħlul fl-ilma fil-mument tal-arjazzjoni t, mg/L.

Jekk it-temperatura tat-test mhix f'20 grad, l-ekwazzjoni (2) tista' tintuża biex tikkoreġi għal KLa:

Il-kapaċità ta' ossiġenazzjoni (OC, kg/h) hija espressa bl-ekwazzjoni (3).

Fejn: V - volum tal-pool ta' arjazzjoni, m3.

L-użu ta' l-ossiġnu (SOTE, %) huwa espress bl-ekwazzjoni (4).

Fejn: q - volum ta' arjazzjoni f'kondizzjoni standard, m3/h.

L-effiċjenza teoretika tal-qawwa [E, kg/(kW-h)] hija espressa bl-ekwazzjoni (5).

Fejn: P - qawwa tat-tagħmir tal-arjazzjoni, kW.

Indikaturi użati komunement għall-evalwazzjoni tal-prestazzjoni tal-ossiġenazzjoni tal-arjatur huma l-koeffiċjent totali tat-trasferiment tal-massa tal-ossiġenu KLa, il-kapaċità tal-ossiġenazzjoni OC, ir-rata tal-użu tal-ossiġenu SOTE u l-effiċjenza tal-enerġija teoretika E [7]. L-istudji eżistenti ffukaw aktar fuq ix-xejriet tal-koeffiċjent totali tat-trasferiment tal-massa tal-ossiġenu, il-kapaċità tal-ossiġenu u l-użu tal-ossiġnu, u inqas fuq l-effiċjenza tal-enerġija teoretika [8, 9]. L-effiċjenza teoretika tal-enerġija, bħala l-uniku indiċi tal-effiċjenza [10], tista 'tirrifletti l-problema tal-konsum tal-enerġija fil-proċess tal-arjazzjoni, li hija l-fokus ta' dan l-esperiment.

2.2 Effett tal-arjazzjoni fuq il-prestazzjoni tal-ossiġenazzjoni

Il-prestazzjoni ta 'l-ossiġenazzjoni f'livelli ta' arjazzjoni differenti ġiet evalwata permezz ta 'arjazzjoni fil-qiegħ 2 m ta' l-arjatur b'daqs tal-pori ta '200 μm, u r-riżultati huma murija fil-Fig.

Fig. 2 Varjazzjoni ta 'K u utilizzazzjoni ta' ossiġnu bir-rata ta 'arjazzjoni

Kif jidher minn Fig. 2, KLa jiżdied gradwalment maż-żieda tal-volum ta 'arjazzjoni. Dan huwa prinċipalment minħabba li iktar ma jkun kbir il-volum ta 'arjazzjoni, akbar tkun iż-żona ta' kuntatt gass-likwidu u ogħla tkun l-effiċjenza ta 'ossiġenazzjoni. Min-naħa l-oħra, xi riċerkaturi sabu li r-rata ta 'utilizzazzjoni ta' l-ossiġnu naqset biż-żieda tal-volum ta 'arjazzjoni, u nstabet sitwazzjoni simili f'dan l-esperiment. Dan għaliex taħt ċertu fond ta 'l-ilma, il-ħin ta' residenza tal-bżieżaq fl-ilma jiżdied meta l-volum ta 'arjazzjoni jkun żgħir, u l-ħin ta' kuntatt tal-gass-likwidu jittawwal; meta l-volum ta 'arjazzjoni huwa kbir, id-disturb tal-korp ta' l-ilma huwa qawwi, u l-biċċa l-kbira ta 'l-ossiġnu ma jintużax b'mod effettiv, u eventwalment jiġi rilaxxat mill-wiċċ ta' l-ilma fil-forma ta 'bżieżaq fl-arja. Ir-rata ta 'utilizzazzjoni ta' l-ossiġnu derivata minn dan l-esperiment ma kinitx għolja meta mqabbla mal-letteratura, probabbilment minħabba li l-għoli tar-reattur ma kienx għoli biżżejjed, u ammont kbir ta 'ossiġnu ħarab mingħajr ma tikkuntattja l-kolonna ta' l-ilma, tnaqqas ir-rata ta 'utilizzazzjoni ta' l-ossiġnu.

Il-varjazzjoni tal-effiċjenza tal-enerġija teoretika (E) bl-arjazzjoni tidher fil-Fig. 3.

Fig. 3 Effiċjenza teoretika tal-enerġija kontra l-volum tal-arjazzjoni

Kif jidher fil-Fig. 3, l-effiċjenza tal-enerġija teoretika tonqos gradwalment maż-żieda fl-arjazzjoni. Dan huwa minħabba li r-rata ta 'trasferiment ta' ossiġnu standard tiżdied maż-żieda tal-volum ta 'l-arjazzjoni taħt ċerti kondizzjonijiet ta' fond ta 'l-ilma, iżda ż-żieda fix-xogħol utli kkunsmat mill-blower hija aktar sinifikanti miż-żieda fir-rata ta' trasferiment ta 'ossiġnu standard, għalhekk l-effiċjenza ta' l-enerġija teoretika jonqos maż-żieda tal-volum ta 'arjazzjoni fil-medda ta' volum ta 'arjazzjoni eżaminati fl-esperiment. Jikkombinaw it-tendenzi fil-Fig. 2 u 3, jista 'jinstab li l-aħjar prestazzjoni ta' ossiġenazzjoni tinkiseb f'volum ta 'arjazzjoni ta' 0.5 m3/h.

2.3 Effett tad-daqs tal-pori fuq il-prestazzjoni tal-ossiġenazzjoni

Id-daqs tal-pori għandu influwenza kbira fuq il-formazzjoni tal-bżieżaq, iktar ma jkun kbir id-daqs tal-pori, iktar ikun kbir id-daqs tal-bużżieqa. Bżieżaq fuq il-prestazzjoni tal-ossiġenazzjoni tal-impatt hija prinċipalment manifestata f'żewġ aspetti: L-ewwel, iżgħar il-bżieżaq individwali, akbar tkun l-erja tal-wiċċ speċifika tal-bużżieqa ġenerali, akbar tkun iż-żona ta 'kuntatt tat-trasferiment tal-massa tal-gass-likwidu, aktar twassal għat-trasferiment ta' ossiġnu; It-tieni nett, iktar ma jkunu kbar il-bżieżaq, iktar ikun b'saħħtu l-irwol li tħawwad l-ilma, it-taħlit tal-gass-likwidu bejn l-aktar mgħaġġel, ikun aħjar l-effett tal-ossiġenazzjoni. Ħafna drabi l-ewwel punt fil-proċess tat-trasferiment tal-massa għandu rwol ewlieni. It-test se jkun il-volum tal-arjazzjoni ssettjat għal 0.5 m3/h, biex jiġi eżaminat l-effett tad-daqs tal-pori fuq KLa u l-użu tal-ossiġnu, ara Figura 4.

Fig. 4 Kurvi tal-varjazzjoni tal-KLa u l-użu tal-ossiġnu bid-daqs tal-pori

Kif jidher minn Fig. 4, kemm KLa kif ukoll l-użu ta 'ossiġnu naqsu maż-żieda tad-daqs tal-pori. Taħt il-kondizzjoni ta 'l-istess fond ta' ilma u volum ta 'arjazzjoni, il-KLa ta' arjatur ta 'apertura ta' 50 μm huwa madwar tliet darbiet ta 'dak ta' arjatur ta 'apertura ta' 1,000 μm. Għalhekk, meta l-arjatur ikun installat f'ċertu fond ta 'ilma, iżgħar tkun l-apertura tal-kapaċità ta' ossiġenazzjoni ta 'l-arjatur u l-utilizzazzjoni ta' l-ossiġnu hija akbar.

Il-varjazzjoni tal-effiċjenza tal-enerġija teoretika bid-daqs tal-pori hija murija fil-Fig.

Fig. 5 Effiċjenza teoretika tal-enerġija vs daqs tal-pori

Kif jidher minn Fig. 5, l-effiċjenza tal-qawwa teoretika turi tendenza li tiżdied u mbagħad tonqos biż-żieda tad-daqs tal-apertura. Dan għaliex min-naħa waħda, l-arjatur ta 'l-apertura żgħira għandu KLa akbar u kapaċità ta' ossiġenazzjoni, li twassal għall-ossiġenazzjoni. Min-naħa l-oħra, it-telf tar-reżistenza taħt ċertu fond tal-ilma jiżdied bit-tnaqqis tad-dijametru tal-apertura. Meta t-tnaqqis tad-daqs tal-pori fuq it-telf tar-reżistenza tal-effett tal-promozzjoni huwa akbar mir-rwol tat-trasferiment tal-massa tal-ossiġnu, l-effiċjenza tal-qawwa teoretika titnaqqas bit-tnaqqis tad-daqs tal-pori. Għalhekk, meta d-dijametru tal-apertura huwa żgħir, l-effiċjenza tal-qawwa teoretika tiżdied biż-żieda tad-dijametru tal-apertura, u d-dijametru tal-apertura ta '200 μm biex jilħaq il-valur massimu ta' 1.91 kg/(kW-h); meta d-dijametru tal-apertura> 200 μm, it-telf tar-reżistenza fil-proċess tal-arjazzjoni m'għadux għandu rwol dominanti fil-proċess tal-arjazzjoni, il-KLa u l-kapaċità tal-ossiġenazzjoni biż-żieda fid-dijametru tal-apertura tal-arjatur se titnaqqas, u għalhekk, it-teoretiku l-effiċjenza tal-enerġija turi xejra sinifikanti 'l isfel.

2.4 Effett tal-fond tal-ilma tal-installazzjoni fuq il-prestazzjoni tal-ossiġenazzjoni

Il-fond ta 'l-ilma li fih huwa installat l-arjatur għandu effett sinifikanti ħafna fuq l-effett ta' arjazzjoni u ossiġenazzjoni. Il-mira tal-istudju sperimentali kienet kanal tal-ilma baxx ta 'inqas minn 2 m. Il-fond tal-arjazzjoni tal-arjatur kien determinat mill-fond tal-ilma tal-pool. Studji eżistenti jiffokaw prinċipalment fuq il-fond mgħaddas tal-arjatur (jiġifieri, l-arjatur huwa installat fil-qiegħ tal-pool, u l-fond tal-ilma jiżdied billi jiżdied l-ammont ta 'ilma), u t-test jiffoka prinċipalment fuq il-fond tal-installazzjoni tal- arjatur (jiġifieri, l-ammont ta 'ilma fil-pool jinżamm kostanti, u l-għoli ta' l-installazzjoni ta 'l-arjatur huwa aġġustat biex jinstab l-aħjar fond ta' ilma għall-effett ta 'arjazzjoni), u l-bidliet ta' KLa u l-użu tal-ossiġnu bil-fond tal-ilma huma murija fil-Fig.

Fig. 6 Kurvi ta 'varjazzjoni ta' K u utilizzazzjoni ta 'ossiġnu bil-fond ta' l-ilma

Il-Figura 6 turi li biż-żieda tal-fond tal-ilma, kemm KLa kif ukoll l-użu tal-ossiġnu juru xejra ċara ta 'żieda, b'KLa jvarja b'aktar minn erba' darbiet f'0.8 m fond tal-ilma u 2 m fond tal-ilma. Dan huwa minħabba li aktar ma jkun profond l-ilma, iktar ikun twil il-ħin ta 'residenza tal-bżieżaq fil-kolonna tal-ilma, iktar ikun twil il-ħin ta' kuntatt gass-likwidu, aħjar ikun l-effett tat-trasferiment tal-ossiġnu. Għalhekk, iktar ma jkun installat l-arjatur fil-fond, aktar iwassal għall-kapaċità ta 'ossiġenazzjoni u l-utilizzazzjoni ta' l-ossiġnu. Iżda l-installazzjoni tal-fond tal-ilma tiżdied fl-istess ħin it-telf tar-reżistenza se jiżdied ukoll, sabiex jingħeleb it-telf tar-reżistenza, huwa meħtieġ li jiżdied l-ammont ta 'arjazzjoni, li inevitabbilment iwassal għal żieda fil-konsum tal-enerġija u l-ispejjeż operattivi. Għalhekk, sabiex tinkiseb l-aħjar fond ta 'installazzjoni, huwa meħtieġ li tiġi evalwata r-relazzjoni bejn l-effiċjenza tal-enerġija teoretika u l-fond tal-ilma, ara t-Tabella 1.

Tabella 1 turi li l-effiċjenza teoretika tal-enerġija hija estremament baxxa f'fond ta 'installazzjoni ta' 0.8 m, b'0.5 kg/(kW-h biss), li tagħmel l-arjazzjoni tal-ilma baxx mhux xierqa. Installazzjoni ta 'fond ta' ilma ta 'firxa ta' 1.1 ~ 1.5 m, minħabba ż-żieda sinifikanti fil-kapaċità ta 'ossiġenazzjoni, filwaqt li l-arjatur mill-effett tar-reżistenza mhuwiex ovvju, għalhekk l-effiċjenza tal-qawwa teoretika tiżdied malajr. Hekk kif il-fond tal-ilma jiżdied aktar għal 1.8 m, l-effett tat-telf tar-reżistenza fuq il-prestazzjoni tal-ossiġenazzjoni jsir aktar u aktar sinifikanti, li jirriżulta fit-tkabbir tal-effiċjenza tal-enerġija teoretika għandu tendenza li level off, iżda xorta juri xejra dejjem tiżdied, u fl-installazzjoni tal-fond tal-ilma ta '2 m, l-effiċjenza tal-qawwa teoretika tilħaq massimu ta' 1.97 kg/(kW-h). Għalhekk, għal kanali < 2 m, l-arjazzjoni tal-qiegħ hija preferuta għall-ossiġenazzjoni ottimali.

Konklużjoni

Bl-użu tal-metodu statiku mhux stazzjonarju għall-arjazzjoni mikroporuża tat-test tal-ossiġenazzjoni tal-ilma ċar, fil-fond tal-ilma tat-test (< 2 m) and pore size (50 ~ 1 000 μm) conditions, the total oxygen mass transfer coefficient KLa and oxygen utilisation increased with the installation of the water depth; with the increase in pore size and decreased. In the process of increasing the aeration volume from 0.5 m3/h to 3 m3/h, the total oxygen mass transfer coefficient and oxygenation capacity gradually increased, and the oxygen utilisation rate decreased.

L-effiċjenza teoretika tal-enerġija hija l-uniku indikatur tal-effettività. Fil-kundizzjonijiet tat-test, l-effiċjenza teoretika tal-enerġija bl-arjazzjoni u l-installazzjoni tal-fond tal-ilma tiżdied, biż-żieda fl-apertura l-ewwel tiżdied u mbagħad tonqos. L-installazzjoni tal-fond tal-ilma u l-apertura għandha tkun taħlita raġonevoli sabiex tagħmel il-prestazzjoni tal-ossiġenazzjoni biex tikseb l-aħjar, b'mod ġenerali, iktar ikun kbir il-fond tal-għażla tal-ilma tal-apertura tal-arjatur akbar.

Ir-riżultati tat-test jindikaw li l-arjazzjoni tal-ilma baxx m'għandhiex tintuża. F'fond ta 'installazzjoni ta' 2 m, volum ta 'arjazzjoni ta' 0.5 m3/h u arjatur b'daqs tal-pori ta '200 μm irriżultaw f'effiċjenza massima teoretika tal-qawwa ta' 1.97 kg/(kW-h).