फाइन बबल एरेशन ऑक्सिजनेशन-एक्वासस्ट

चाचणी अहवाल

सांडपाणी प्रक्रिया प्रणालीमध्ये, संपूर्ण सांडपाणी प्रक्रिया संयंत्राच्या उर्जेच्या वापरामध्ये वायुवीजन प्रक्रियेचा वाटा 45% ते 75% असतो, वायुवीजन प्रक्रियेची ऑक्सिजन हस्तांतरण कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी, सध्याचे सांडपाणी प्रक्रिया संयंत्र सामान्यतः मायक्रोपोरसमध्ये वापरले जाते. वायुवीजन प्रणाली.मोठ्या आणि मध्यम आकाराच्या बुडबुड्यांच्या वायुवीजन प्रणालीशी तुलना करता, मायक्रोपोरस वायुवीजन प्रणाली सुमारे 50% ऊर्जा वापर वाचवू शकते. तरीही, त्याच्या वायुवीजन प्रक्रियेचा ऑक्सिजन वापर दर देखील 20% ते 30% च्या श्रेणीत आहे. याव्यतिरिक्त, चीनमध्ये प्रदूषित नद्यांच्या उपचारांसाठी मायक्रोपोरस वायुवीजन तंत्रज्ञानाचा वापर करण्यासाठी अधिक क्षेत्रे आहेत, परंतु विविध पाण्याच्या परिस्थितीसाठी मायक्रोपोरस एरेटर्सची वाजवीपणे निवड कशी करावी यावर कोणतेही संशोधन नाही. म्हणून, वास्तविक उत्पादन आणि अनुप्रयोगासाठी मायक्रोपोरस एरेटर ऑक्सिजनेशन कामगिरी पॅरामीटर्सचे ऑप्टिमायझेशन खूप महत्वाचे आहे.

मायक्रोपोरस वायुवीजन आणि ऑक्सिजनेशनच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम करणारे अनेक घटक आहेत, त्यापैकी सर्वात महत्वाचे म्हणजे वायुवीजन, छिद्र आकार आणि पाण्याची खोली स्थापित करणे.

सध्या, मायक्रोपोरस एरेटरचे ऑक्सिजन कार्यप्रदर्शन आणि छिद्र आकार आणि स्थापना खोली यांच्यातील संबंधांवर देश-विदेशात कमी अभ्यास आहेत. संशोधन एकूण ऑक्सिजन मास ट्रान्सफर गुणांक आणि ऑक्सिजन क्षमता सुधारण्यावर अधिक लक्ष केंद्रित करते आणि वायुवीजन प्रक्रियेत उर्जेच्या वापराच्या समस्येकडे दुर्लक्ष करते. आम्ही ऑक्सिजन क्षमता आणि ऑक्सिजन वापराचा कल यांच्या संयोगाने मुख्य संशोधन निर्देशांक म्हणून सैद्धांतिक उर्जा कार्यक्षमता घेतो, अनुप्रयोगासाठी संदर्भ प्रदान करण्यासाठी जेव्हा वायुवीजन कार्यक्षमता सर्वात जास्त असते तेव्हा सुरुवातीला वायुवीजन व्हॉल्यूम, छिद्र व्यास आणि स्थापना खोली इष्टतम करतो. वास्तविक प्रकल्पातील मायक्रोपोरस वायुवीजन तंत्रज्ञान.

1.साहित्य आणि पद्धती

1.1 चाचणी सेटअप

चाचणी सेटअप प्लेक्सिग्लासचा बनलेला होता, आणि मुख्य भाग D {{0}}.4 मीटर × 2 मीटर दंडगोलाकार वायुवीजन टाकी होता ज्यामध्ये विरघळलेल्या ऑक्सिजन प्रोबसह पाण्याच्या पृष्ठभागाच्या 0.5 मीटर खाली स्थित होते (आकृती 1 मध्ये दर्शविलेले आहे. ).

आकृती 1 वायुवीजन आणि ऑक्सिजन चाचणी सेटअप

1.2 चाचणी साहित्य

मायक्रोपोरस एरेटर, रबर झिल्लीचे बनलेले, व्यास 215 मिमी, छिद्र आकार 50, 100, 200, 500, 1 000 μm. sension378 बेंचटॉप विरघळलेले ऑक्सिजन टेस्टर, HACH, USA. गॅस रोटर फ्लो मीटर, श्रेणी 0~3 m3/h, अचूकता ±0.2%. एचसी-एस ब्लोअर. उत्प्रेरक: CoCl2-6H2O, विश्लेषणात्मकदृष्ट्या शुद्ध; डीऑक्सिडंट: Na2SO3, विश्लेषणात्मक शुद्ध.

1.3 चाचणी पद्धत

स्थिर नॉन-स्टेशनरी पद्धतीचा वापर करून चाचणी घेण्यात आली, म्हणजे, Na2SO3 आणि CoCl2-6H2O चाचणी दरम्यान डीऑक्सीजनेशनसाठी प्रथम डोस देण्यात आला आणि पाण्यात विरघळलेला ऑक्सिजन {{5} पर्यंत कमी झाल्यावर वायुवीजन सुरू झाले. }. कालांतराने पाण्यात विरघळलेल्या ऑक्सिजनच्या एकाग्रतेतील बदल नोंदवले गेले आणि KLa मूल्य मोजले गेले. ऑक्सिजन कार्यक्षमतेची चाचणी वेगवेगळ्या वायुवीजन व्हॉल्यूम (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 m3/h), भिन्न छिद्र आकार (50, 100, 200, 500, 1,000 μm), आणि भिन्न पाण्याची खोली (0.8, 1.1, 1.3, 1.5, 1.8, 2.0 मी), आणि CJ/T ला देखील संदर्भ दिला गेला

3015.

2.परिणाम आणि चर्चा

२.१ चाचणीचे तत्व

चाचणीचे मूळ तत्व 1923 मध्ये व्हिटमनने प्रस्तावित केलेल्या दुहेरी झिल्ली सिद्धांतावर आधारित आहे. ऑक्सिजन वस्तुमान हस्तांतरण प्रक्रिया समीकरण (1) मध्ये व्यक्त केली जाऊ शकते.

कुठे: dc/dt - मास ट्रान्स्फर रेट, म्हणजे, प्रति युनिट पाणी प्रति युनिट व्हॉल्यूम, mg/(Ls) ऑक्सिजनचे प्रमाण.

KLa - चाचणी स्थितीत एरेटरचे एकूण ऑक्सिजन हस्तांतरण गुणांक, किमान-1 ;

C* - पाण्यात विरघळलेला संतृप्त ऑक्सिजन, mg/L.

Ct - वायुवीजन t, mg/L च्या क्षणी पाण्यात विरघळलेला ऑक्सिजन.

चाचणी तापमान 20 अंशावर नसल्यास, समीकरण (2) KLa साठी दुरुस्त करण्यासाठी वापरले जाऊ शकते:

ऑक्सिजन क्षमता (OC, kg/h) समीकरणाने व्यक्त केली जाते (3).

कुठे: V - वायुवीजन पूल खंड, m3.

ऑक्सिजनचा वापर (SOTE, %) समीकरणाने व्यक्त केला जातो (4).

कुठे: q - मानक स्थितीत वायुवीजन खंड, m3/h.

सैद्धांतिक शक्ती कार्यक्षमता [E, kg/(kW-h)] समीकरण (5) द्वारे व्यक्त केली जाते.

कुठे: पी - वायुवीजन उपकरण शक्ती, kW.

एरेटर ऑक्सिजनेशन कार्यक्षमतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी सामान्यतः वापरलेले संकेतक म्हणजे एकूण ऑक्सिजन मास ट्रान्सफर गुणांक KLa, ऑक्सिजन क्षमता OC, ऑक्सिजन वापर दर SOTE आणि सैद्धांतिक उर्जा कार्यक्षमता E [7]. विद्यमान अभ्यासांनी एकूण ऑक्सिजन मास ट्रान्सफर गुणांक, ऑक्सिजन क्षमता आणि ऑक्सिजन वापराच्या ट्रेंडवर अधिक लक्ष केंद्रित केले आहे आणि सैद्धांतिक शक्ती कार्यक्षमतेवर कमी लक्ष केंद्रित केले आहे [8, 9]. सैद्धांतिक उर्जा कार्यक्षमता, केवळ कार्यक्षमता निर्देशांक [१०] म्हणून, वायुवीजन प्रक्रियेत ऊर्जा वापर समस्या प्रतिबिंबित करू शकते, जो या प्रयोगाचा केंद्रबिंदू आहे.

2.2 ऑक्सिजनच्या कार्यक्षमतेवर वायुवीजनाचा प्रभाव

200 μm च्या छिद्र आकारासह एरेटरच्या 2 मीटर तळाशी असलेल्या वायुवीजनाद्वारे वेगवेगळ्या वायुवीजन स्तरावरील ऑक्सिजनेशन कार्यक्षमतेचे मूल्यांकन केले गेले आणि परिणाम आकृती 2 मध्ये दर्शविलेले आहेत.

अंजीर. 2 वायुवीजन दरासह के आणि ऑक्सिजनचा वापर

अंजीर 2 वरून पाहिल्याप्रमाणे, केएलए हळूहळू वायुवीजन वाढीसह वाढते. याचे मुख्य कारण म्हणजे वायुवीजनाचे प्रमाण जितके मोठे असेल तितके वायू-द्रव संपर्क क्षेत्र जास्त आणि ऑक्सिजनची कार्यक्षमता जास्त असेल. दुसरीकडे, काही संशोधकांना असे आढळून आले की ऑक्सिजनच्या वापराचे प्रमाण हवेच्या प्रमाणात वाढल्याने कमी होते आणि या प्रयोगातही अशीच परिस्थिती आढळून आली. याचे कारण असे की पाण्याच्या ठराविक खोलीखाली, वायुवीजनाचे प्रमाण लहान असताना आणि वायू-द्रव संपर्काचा वेळ दीर्घकाळापर्यंत पाण्यातील बुडबुड्यांचा निवास काळ वाढतो; जेव्हा वायुवीजनाचे प्रमाण मोठे असते, तेव्हा पाण्याच्या शरीरात अडथळा निर्माण होतो, आणि बहुतेक ऑक्सिजनचा प्रभावीपणे वापर केला जात नाही, आणि अखेरीस तो पाण्याच्या पृष्ठभागावरुन हवेत बुडबुड्याच्या रूपात सोडला जातो. या प्रयोगातून मिळालेला ऑक्सिजन वापर दर साहित्याच्या तुलनेत जास्त नव्हता, कदाचित अणुभट्टीची उंची पुरेशी जास्त नसल्यामुळे आणि पाण्याच्या स्तंभाशी संपर्क न करता मोठ्या प्रमाणात ऑक्सिजन बाहेर पडला, ज्यामुळे ऑक्सिजन वापर दर कमी झाला.

वायुवीजनासह सैद्धांतिक शक्ती कार्यक्षमतेची (ई) भिन्नता आकृती 3 मध्ये दर्शविली आहे.

अंजीर. 3 सैद्धांतिक शक्ती कार्यक्षमता विरुद्ध वायुवीजन खंड

आकृती 3 मध्ये पाहिल्याप्रमाणे, वाढत्या वायुवीजनाने सैद्धांतिक शक्ती कार्यक्षमता हळूहळू कमी होते. याचे कारण असे की ठराविक पाण्याच्या खोलीच्या परिस्थितीत वायुवीजनाच्या प्रमाणात वाढ झाल्यामुळे मानक ऑक्सिजन हस्तांतरण दर वाढतो, परंतु ब्लोअरद्वारे वापरल्या जाणाऱ्या उपयुक्त कामात होणारी वाढ मानक ऑक्सिजन हस्तांतरण दर वाढण्यापेक्षा अधिक लक्षणीय आहे, त्यामुळे सैद्धांतिक शक्ती कार्यक्षमता प्रयोगात तपासल्या गेलेल्या वायुवीजनाच्या परिक्षेत्रात वायुवीजन प्रमाण वाढल्याने कमी होते. अंजीर मध्ये ट्रेंड एकत्र करणे. 2 आणि 3, असे आढळू शकते की सर्वोत्तम ऑक्सिजन कार्यप्रदर्शन 0.5 m3/h च्या वायुवीजन व्हॉल्यूमवर प्राप्त केले जाते.

2.3 ऑक्सिजनच्या कार्यक्षमतेवर छिद्र आकाराचा प्रभाव

छिद्राच्या आकाराचा बुडबुड्यांच्या निर्मितीवर मोठा प्रभाव असतो, छिद्राचा आकार जितका मोठा असेल तितका बबलचा आकार मोठा असेल. प्रभावाच्या ऑक्सिजनेशन कार्यक्षमतेवर बुडबुडे प्रामुख्याने दोन पैलूंमध्ये प्रकट होतात: प्रथम, वैयक्तिक बुडबुडे जितके लहान, एकूण बबल विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ जितके मोठे, गॅस-द्रव वस्तुमान हस्तांतरण संपर्क क्षेत्र जितके मोठे असेल तितके हस्तांतरणासाठी अधिक अनुकूल. ऑक्सिजन; दुसरे म्हणजे, बुडबुडे जितके मोठे, पाणी ढवळण्याची भूमिका तितकी मजबूत, वायू-द्रव वेगाने मिसळते, ऑक्सिजनचा प्रभाव चांगला असतो. बहुधा वस्तुमान हस्तांतरण प्रक्रियेतील पहिला मुद्दा मुख्य भूमिका बजावतो. KLa आणि ऑक्सिजनच्या वापरावरील छिद्राच्या आकाराचा परिणाम तपासण्यासाठी चाचणी 0.5 m3/h वर सेट केलेले वायुवीजन व्हॉल्यूम असेल, आकृती 4 पहा.

अंजीर. 4 केएलएचे भिन्नता वक्र आणि छिद्र आकारासह ऑक्सिजन वापर

आकृती 4 मधून पाहिल्याप्रमाणे, छिद्र आकार वाढल्याने KLa आणि ऑक्सिजन दोन्हीचा वापर कमी झाला. समान पाण्याची खोली आणि वायुवीजन आकारमानाच्या स्थितीत, 50 μm छिद्र एरेटरचा KLa 1,000 μm छिद्र एरेटरच्या सुमारे तिप्पट आहे. त्यामुळे, पाण्याच्या ठराविक खोलीत एरेटर बसवल्यास, एरेटरचे छिद्र जितके लहान असेल तितके ऑक्सिजन क्षमता आणि ऑक्सिजनचा वापर जास्त होतो.

छिद्र आकारासह सैद्धांतिक शक्ती कार्यक्षमतेची भिन्नता आकृती 5 मध्ये दर्शविली आहे.

अंजीर. 5 सैद्धांतिक शक्ती कार्यक्षमता वि. छिद्र आकार

अंजीर 5 मधून पाहिल्याप्रमाणे, सैद्धांतिक शक्ती कार्यक्षमता छिद्र आकाराच्या वाढीसह वाढ आणि नंतर कमी होण्याचा कल दर्शविते. याचे कारण एकीकडे, लहान छिद्र एरेटरमध्ये केएलए आणि ऑक्सिजनेशन क्षमता जास्त असते, जी ऑक्सिजनेशनसाठी अनुकूल असते. दुसरीकडे, छिद्र व्यास कमी झाल्यामुळे विशिष्ट पाण्याच्या खोलीखाली प्रतिरोधक नुकसान वाढते. जेव्हा प्रमोशन इफेक्टच्या रेझिस्टन्स लॉसवरील छिद्र आकारात घट ऑक्सिजन मास ट्रान्सफरच्या भूमिकेपेक्षा जास्त असते, तेव्हा छिद्र आकार कमी केल्याने सैद्धांतिक शक्ती कार्यक्षमता कमी होते. त्यामुळे, छिद्र व्यास लहान असताना, छिद्र व्यासाच्या वाढीसह सैद्धांतिक शक्ती कार्यक्षमता वाढेल आणि 1.91 kg/(kW-h) च्या कमाल मूल्यापर्यंत पोहोचण्यासाठी 200 μm चा छिद्र व्यास होईल; जेव्हा छिद्र व्यास > 200 μm, वायुवीजन प्रक्रियेतील प्रतिरोधक तोटा यापुढे वायुवीजन प्रक्रियेत प्रबळ भूमिका बजावत नाही, तेव्हा केएलए आणि ऑक्सिजन क्षमता वायुवीजनाच्या छिद्र व्यासाच्या वाढीसह कमी होईल, आणि म्हणून, सैद्धांतिक उर्जा कार्यक्षमता लक्षणीय खाली येणारी प्रवृत्ती दर्शवते.

2.4 ऑक्सिजनच्या कार्यक्षमतेवर स्थापनेच्या पाण्याच्या खोलीचा प्रभाव

पाण्याची खोली ज्यामध्ये एरेटर स्थापित केले आहे त्याचा वायुवीजन आणि ऑक्सिजनच्या प्रभावावर खूप लक्षणीय परिणाम होतो. प्रायोगिक अभ्यासाचे लक्ष्य 2 मीटरपेक्षा कमी उथळ जलवाहिनी होते. एरेटरची वायुवीजन खोली तलावाच्या पाण्याच्या खोलीद्वारे निर्धारित केली जाते. विद्यमान अभ्यास मुख्यत्वे एरेटरच्या बुडलेल्या खोलीवर लक्ष केंद्रित करतात (म्हणजे, एरेटर तलावाच्या तळाशी स्थापित केला जातो आणि पाण्याचे प्रमाण वाढवून पाण्याची खोली वाढविली जाते) आणि चाचणी मुख्यत्वे त्याच्या स्थापनेच्या खोलीवर केंद्रित आहे. एरेटर (म्हणजे, पूलमधील पाण्याचे प्रमाण स्थिर ठेवले जाते, आणि वायुवीजन प्रभावासाठी पाण्याची सर्वोत्तम खोली शोधण्यासाठी एरेटरची स्थापना उंची समायोजित केली जाते), आणि बदल KLa चे आणि पाण्याच्या खोलीसह ऑक्सिजनचा वापर आकृती 6 मध्ये दर्शविला आहे.

अंजीर. 6 पाण्याच्या खोलीसह के आणि ऑक्सिजनचा वापर वक्र

आकृती 6 दर्शविते की पाण्याची खोली वाढल्याने, KLa आणि ऑक्सिजन वापर दोन्ही स्पष्टपणे वाढणारा कल दर्शविते, KLa मध्ये 0.8 मीटर पाण्याची खोली आणि 2 मीटर पाण्याची खोली चार पटीने जास्त आहे. याचे कारण असे की पाणी जितके खोल असेल तितका पाण्याच्या स्तंभातील बुडबुड्यांचा वास्तव्य वेळ जास्त असेल, वायू-द्रव संपर्क वेळ जितका जास्त असेल तितका ऑक्सिजन हस्तांतरण प्रभाव चांगला असेल. म्हणून, एरेटर जितके खोल स्थापित केले जाईल तितके ऑक्सिजन क्षमता आणि ऑक्सिजन वापरासाठी अधिक अनुकूल असेल. परंतु त्याच वेळी पाण्याची खोली वाढवण्यामुळे प्रतिरोधक तोटा देखील वाढेल, प्रतिरोधक नुकसानावर मात करण्यासाठी, वायुवीजन वाढवणे आवश्यक आहे, ज्यामुळे उर्जेचा वापर आणि ऑपरेटिंग खर्चात अपरिहार्यपणे वाढ होईल. म्हणून, इष्टतम स्थापना खोली प्राप्त करण्यासाठी, सैद्धांतिक उर्जा कार्यक्षमता आणि पाण्याची खोली यांच्यातील संबंधांचे मूल्यांकन करणे आवश्यक आहे, तक्ता 1 पहा.

तक्ता 1 दर्शविते की 0.8 मीटरच्या स्थापनेच्या खोलीवर सैद्धांतिक उर्जा कार्यक्षमता अत्यंत कमी आहे, फक्त 0.5 kg/(kW-h), उथळ पाण्याचे वायुवीजन अयोग्य बनवते. 1.1 ~ 1.5 मीटर श्रेणीच्या पाण्याच्या खोलीची स्थापना, ऑक्सिजन क्षमतेत लक्षणीय वाढ झाल्यामुळे, तर प्रतिरोधक प्रभावाने एरेटर स्पष्ट नाही, त्यामुळे सैद्धांतिक शक्तीची कार्यक्षमता वेगाने वाढते. जसजसे पाण्याची खोली 1.8 मीटर पर्यंत वाढते तसतसे ऑक्सिजनच्या कार्यक्षमतेवर प्रतिरोधक हानीचा प्रभाव अधिकाधिक लक्षणीय होत जातो, परिणामी सैद्धांतिक शक्ती कार्यक्षमतेची वाढ पातळी कमी होते, परंतु तरीही वाढती प्रवृत्ती दिसून येते, आणि स्थापनेत 2 मीटरच्या पाण्याच्या खोलीत, सैद्धांतिक उर्जा कार्यक्षमता कमाल 1.97 kg/(kW-h) पर्यंत पोहोचते. म्हणून, इष्टतम ऑक्सिजनेशनसाठी 2 मीटरपेक्षा कमी वाहिन्यांसाठी, तळाच्या वायुवीजनांना प्राधान्य दिले जाते.

निष्कर्ष

मायक्रोपोरस वायुवीजन स्वच्छ पाण्याच्या ऑक्सिजन चाचणीसाठी स्थिर नॉन-स्टेशनरी पद्धतीचा वापर करून, चाचणी पाण्याच्या खोलीत (< 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.

सैद्धांतिक शक्ती कार्यक्षमता हे परिणामकारकतेचे एकमेव सूचक आहे. चाचणी परिस्थितींमध्ये, पाण्याच्या खोलीच्या वायुवीजन आणि स्थापनेसह सैद्धांतिक शक्ती कार्यक्षमता वाढते, छिद्र वाढल्याने प्रथम वाढते आणि नंतर कमी होते. ऑक्सिजनची कार्यक्षमता सर्वोत्कृष्ट साध्य करण्यासाठी पाण्याची खोली आणि छिद्र स्थापित करणे हे एक वाजवी संयोजन असावे, सर्वसाधारणपणे, एरेटर ऍपर्चरच्या पाण्याच्या निवडीची खोली जितकी जास्त तितकी मोठी.

चाचणी परिणाम सूचित करतात की उथळ पाण्याचा वायू वापर करू नये. 2 मीटरच्या स्थापनेच्या खोलीवर, 0.5 m3/h चे वायुवीजन खंड आणि 200 μm छिद्र आकार असलेल्या एरेटरचा परिणाम 1.97 kg/(kW-h) ची कमाल सैद्धांतिक उर्जा कार्यक्षमता प्राप्त झाली.