發(fā)布時間：2020-05-29 13:42

【摘要】： 城市污水處理過程的大部分能耗都集中于好氧處理過程中,提高曝氣充氧系統(tǒng)的效率成為污水廠運行管理的關鍵�，F(xiàn)行的曝氣法有:鼓風曝氣、機械曝氣和兩者結(jié)合的鼓風—機械曝氣。鼓風曝氣系統(tǒng)中的微孔曝氣系統(tǒng)因其曝氣效率相對較高,適應性較強,應用更為廣泛。但其氧的利用率和動力效率的絕對數(shù)值實際并不高,其根本原因在于目前微孔曝氣的研究和應用存在著以下的問題:(1)經(jīng)典的氣液傳質(zhì)理論認為曝氣傳質(zhì)擴散的速度主要受氣液界面相際傳質(zhì)的影響,忽略了氣泡的攪動擴散對傳質(zhì)效果的貢獻和對DO均勻分布的重要作用。(2)經(jīng)典理論認為在曝氣傳質(zhì)過程中應盡可能地增大氣液接觸比表面積,因此主張在相同條件下氣泡尺寸越小越好,但這與大部分的實測結(jié)果不符。(3)曝氣傳質(zhì)模型多偏重于單一氣泡尺寸的研究,而忽視了氣泡大小分布對于曝氣傳質(zhì)過程的重要影響,(4)經(jīng)典傳質(zhì)模型偏于理論性而實用性不強、傳統(tǒng)的評價指標計算較復雜且不便直接用于曝氣系統(tǒng)運行和操作。 針對目前研究中存在的這些問題,本研究提出了新的理論模型——微孔曝氣最優(yōu)氣泡群理論模型。該理論體系架構(gòu)主要由最優(yōu)氣泡群理論模型基本觀點、最優(yōu)氣泡群數(shù)學模型、主要應用指標等組成。其基本觀點如下:(1)曝氣過程主要包括氣液界面相際傳質(zhì)和氣泡攪動擴散兩個階段,這兩個階段對水體曝氣充氧都有貢獻但方式不同,相際傳質(zhì)是將氧從空氣泡中傳入水體,而攪動擴散是使已傳入水體中的溶解氧分布于整個水體中。(2)在相同曝氣條件及相同氣泡數(shù)目的條件下,氣泡尺寸并非越大或越小曝氣效果越好,而是存在著最優(yōu)氣泡平均直徑。(3)在曝氣量、曝氣池的尺寸和曝氣器淹沒水深一定時,存在著使曝氣效果最佳的最優(yōu)初始氣泡群分布。根據(jù)該基本理論,本研究建立了以下相關數(shù)學模型,其主要包括:(1)曝氣傳質(zhì)有效能耗總利用率最高的最優(yōu)氣泡平均直徑數(shù)學模型;(2)曝氣能譜圖與等有效能耗曲面;(3)使曝氣過程中有效能耗總利用率最大的最優(yōu)初始氣泡群�；谠摾碚撎岢隽酥庇^簡便的微孔曝氣系統(tǒng)性能新指標——最優(yōu)氣水比參數(shù)。 為驗證微孔曝氣最優(yōu)氣泡群理論模型體系的合理性,進行了兩方面的試驗:模型小試驗證和復氧中試應用檢驗。本研究首次將霧化曝氣管作為布氣擴散裝置應用于清水和復氧曝氣中。試驗結(jié)果表明:(1)在相同試驗條件下,隨著曝氣氣泡平均直徑的增加,相際傳質(zhì)能量利用率逐漸減小而紊動擴散能量利用率逐漸增大,而曝氣傳質(zhì)有效能耗總利用率是先上升后下降,其峰值即為最大的有效能耗總利用率;(2)根據(jù)試驗結(jié)果所建立的曝氣能譜圖和等有效能耗曲面圖表明曝氣池內(nèi)存在著有效能耗總利用率最高的高效曝氣氣泡分布段,不同曝氣過程雖其初始氣泡的輸入能量不同,但其傳質(zhì)的有效能耗卻有可能相同,通過控制曝氣系統(tǒng)工況,可實現(xiàn)“低氣量、高效能”的優(yōu)化運行;(3)所建立的最優(yōu)氣水比模型與實測值符合得較好,最優(yōu)氣水比作為新的曝氣系統(tǒng)性能評價指標,評價結(jié)果與常規(guī)指標一致,但其更直觀,應用更簡便;(4)在水槽復氧中試試驗中,相同條件下霧化曝氣管較其它的曝氣設備復氣效果更好,曝氣后水體的DO下降較小,能在較更長的距離保持DO達標,因此,霧化曝氣管作為一個新型的高效曝氣擴散裝置適用于河流復氧;(5)在水槽復氧中試試驗中,霧化曝氣管的最優(yōu)氣泡群模型較其它的氣泡群復氧效果更好。另外在相同管長和水槽流量條件下,并非初始氣泡尺寸越大或越小復氧效果越好,也存在著最優(yōu)的曝氣氣泡平均尺寸,這為河流曝氣復氧工程設計提供了重要的依據(jù)。
【圖文】：

圖 2-4 等有效能耗曲面示意圖始氣泡分布氣過程中，氣泡尺寸、分布和生命周期（氣泡從產(chǎn)生到消體的溶解氧（DO）有影響。因此，當曝氣量一定時，存在氣泡群模型，該氣泡群是綜合各因素對 DO 的影響效果的群的確定對于微孔曝氣系統(tǒng)特別是其擴散布氣設備的設計用。據(jù)氣泡粒數(shù)衡算模型和傳質(zhì)定律，推導出微孔曝氣系統(tǒng)最優(yōu)，該氣泡群位于傳質(zhì)擴散的氣泡分布高效段。程中由布氣器形成的氣泡群，因無其他氣泡群的輸入輸出算模型（PBE）來分析。在體積為W WV = A ΔH （ ΔH 為池高

始氣泡直徑尤為重要。本研究將霧的性能測定，掌握不同氣量、不同有利于合理控制和選擇曝氣初始 示）管外徑為 14mm、內(nèi)徑為 10m軟性管狀曝氣器。該曝氣管表面布縮關閉，故能在很大程度上避免污管壁厚 2mm，通氣孔道短，氣壓m 之間，氣泡在水中呈現(xiàn)煙霧飄散產(chǎn)生的初始氣泡尺寸隨管長、通氣水深的影響。因此可通過調(diào)整管長對曝氣初始氣泡尺寸的控制。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：X703

【引證文獻】

相關期刊論文 前1條

1 陳旭露;王洪臣;齊魯;羅濤;范海濤;李美娣;;陰離子表面活性劑對微孔曝氣氧傳質(zhì)過程影響的研究[J];環(huán)境科學學報;2013年02期

相關碩士學位論文 前1條

1 黃曉輝;自吸渦旋曝氣的研究[D];華中科技大學;2011年

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本文編號：2687014