實驗六 曝氣充氧實驗

1、實驗六 曝氣充氧實驗 一、實驗?zāi)康幕钚晕勰喾ㄌ幚磉^程中曝氣設(shè)備的作用是使空氣、活性污泥和污染物三者充分混合，使活性污泥處于懸浮狀態(tài)，促使氧氣從氣相轉(zhuǎn)移到液相，從液相轉(zhuǎn)移到活性污泥上，保證微生物有足夠的氧對有機污染物進行氧化降解。由于氧的供給是保證生化處理過程正常進行的主要因素之一，因而需通過實驗測定氧的總傳遞系數(shù)KLa,評價曝氣設(shè)備的供氧能力和動力效率，為合理的選擇曝氣設(shè)備提供理論依據(jù)。通過本實驗希望達到以下目的：1、加深理解曝氣充氧機理及影響因素；2、掌握測定曝氣設(shè)備的氧總傳遞系數(shù)和充氧能力的方法；3、了解各種測試方法和數(shù)據(jù)整理的方法。二、實驗原理所謂曝氣就是人為的通過一些設(shè)備，加速向水中傳

2、遞氧的一種過程。現(xiàn)行通過曝氣方法主要有三種，即鼓風(fēng)曝氣、機械曝氣、鼓風(fēng)機械曝氣。鼓風(fēng)曝氣是將由鼓風(fēng)機送出的壓縮空氣通過管道系統(tǒng)送到安裝在曝氣池池底的空氣擴散裝置（曝氣器），然后以微小氣泡的形式逸出，在上升的過程中與混合液接觸、擴散，使氣泡中氧轉(zhuǎn)移到混合液中支。機械曝氣則是利用安裝在水面的葉輪的高速轉(zhuǎn)動，劇烈攪動水面，產(chǎn)生水躍，使液面與空氣接觸的表面不斷更新，使空氣中的氧轉(zhuǎn)移到混合液中去。曝氣的機理可用若干傳質(zhì)理論來加以解釋，但水處理界比較公認的是劉易斯（Lewis）于懷特曼（Whitman）創(chuàng)建的雙膜理論。雙膜理論是基于在氣液兩相界面存在著兩層膜（氣膜和液膜）的物理模型。它的內(nèi)容是：在氣液兩相

3、接觸界面兩側(cè)存在著氣膜和液膜，它們處于層流狀態(tài)，氣體分子從氣相主體以分子擴散的方式經(jīng)過氣膜和液膜進入液相主題，氧轉(zhuǎn)移的動力為氣膜中的氧分壓梯度和液膜中的氧的濃度梯度，傳遞的阻力存在于氣膜和液膜中，而且主要存在于液膜中。如圖所示：雙膜理論模型影響氧轉(zhuǎn)移的因素主要有溫度、污水性質(zhì)、氧分壓、水的紊流成都、氣液之間接觸時間和面積等。氧轉(zhuǎn)移的基本方程式為式中 液相主體中氧轉(zhuǎn)移速度mg/(lmin)Cs液膜處報和溶解氧濃度（mg/L）C液相主體中溶解氧濃度（mg/L）KLa為氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)DL氧分子在液膜中的擴散系數(shù)A氣液兩相接觸界面面積（m2）Xf液膜厚度（m）V曝氣液體容積（L） 由于液膜厚度Xf 及兩

4、相接觸界面面積很難確定，因而用氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLa值代替。KLa值與溫度、水紊動性、氣液接觸面面積等有關(guān)。它指的是在單位傳質(zhì)動力下，單位時間內(nèi)向單位曝氣液體中充氧量，它是反映氧轉(zhuǎn)移速度的重要指標(biāo)。式中： KLa氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)，l/min； t 、t0曝氣時間，min； 0 曝氣開始時燒杯內(nèi)溶解氧濃度（ t0=0時，C0=？mg/L），mg/L； s 燒杯內(nèi)溶液飽和溶解氧值，mg/L；t 曝氣某時刻 t 時，燒杯內(nèi)溶液溶解氧濃度，mg/L評價曝氣設(shè)備充氧能力的方法有兩種：不穩(wěn)定狀態(tài)下的曝氣試驗，即試驗過程中溶解氧濃度是變化的，由零增加到飽和濃度；穩(wěn)定狀態(tài)下的試驗,即試驗過程中溶解氧濃度保持不變。本實

5、驗僅進行在實驗室條件下進行的清水和污水在不穩(wěn)定狀態(tài)下的曝氣試驗。三、實驗設(shè)備及儀器1、實驗裝置如圖2、卷尺3、溶解氧測定儀4、燒杯（100mL）配玻棒5、計時表6、無水亞硫酸鈉7、催化劑：氯化鈷8、電子天平四、實驗步驟1、向模型曝氣池注入自來水至曝氣葉輪表面稍高處，用卷尺測出模型曝氣池內(nèi)水的高度H（m）和模型曝氣池的直徑D（m），進而計算出模型曝氣池的容積（V，m3或L）。注意：注水時水的流速不能過大，應(yīng)避免模型曝氣池中注入的原水含有氣泡。2、認真預(yù)習(xí)溶氧儀的使用方法，用膠帶將極化校正過的溶氧儀探頭捆綁在大玻棒上，并將探頭伸入水下1/2處。注意：在實驗過程中，探頭伸入水下的深度應(yīng)盡量保持一致，

6、并要避免溶氧儀探頭與曝氣頭相接觸。3、啟動曝氣葉輪，使其緩慢轉(zhuǎn)動（注意：僅使水流流動，不能產(chǎn)生氣泡），用溶氧儀測定自來水水溫和水中溶解氧值，當(dāng)溶氧儀數(shù)值穩(wěn)定時記錄其為初始溶解氧濃度0。4、根據(jù)0計算實驗所需要的消氧劑Na2SO3和催化劑CoCl2的量，并稱取。Na2SO3+1/2O2=Na2SO41）脫氧劑（無水亞硫酸鈉）用量：從上面的反應(yīng)式可以知道，每去除1mg溶解氧，需要7.9mgNa2SO3。根據(jù)池子的容積和自來水的溶解氧濃度，可以算出Na2SO3的理論需要量。實際投加量應(yīng)為理論值的150%-200%。計算方法如下：W1=V07.9（150%-200%）式中W1為Na2SO3的實際投加量

7、，mg。2）催化劑（氯化鈷）用量：催化劑氯化鈷的投加量按維持池子中的鈷離子濃度為0.05-0.5mg/L左右計算。計算方法如下：W2=V0.5129.9/58.9式中W2為CoCl2的實際投加量，mg。5、將Na2SO3和CoCl2用蒸餾水樣溶解后投放在曝氣葉輪處。注意：因Na2SO3和CoCl2稱取量較少，應(yīng)多次沖洗稱量瓶，并將沖洗水倒入模型池內(nèi)。6、待溶解氧讀數(shù)為零時，加快葉輪轉(zhuǎn)速，使模型池內(nèi)呈現(xiàn)曝氣充氧狀態(tài)，此時開始計時，每隔1min測定池內(nèi)溶解氧值，直至溶解氧值不再增長為止，此時即為飽和溶解氧濃度s。隨后關(guān)閉曝氣裝置。注意：因記錄時間間隔較短，兩人應(yīng)充分合作。一人控制溶解氧探頭，避免溶

8、氧儀探頭和曝氣盤接觸，一人記錄。五、實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果整理1、測定并記錄實驗基本參數(shù)，記錄格式如下：實驗日期 年 月 日模型曝氣池內(nèi)徑D= m，高度H= m 實驗條件下自來水的s= mg/L表1原始實驗記錄表水樣體積V： L； 水溫： ；初始溶解氧濃度0： mg/L無水亞硫酸鈉用量： g；氯化鈷用量： g測量時間t（min）1233.54.04.55溶解氧濃度（mg/L）s- （mg/L）2、數(shù)據(jù)整理。1) 以溶解氧濃度為縱坐標(biāo)、時間t為橫坐標(biāo)，作與t的關(guān)系曲線。2) 根據(jù)-t曲線計算相應(yīng)于不同值的d/dt，記錄于表2中。表2 不同值的d/dt（mg/L）d /dt（mg/（Lmin）3）以d/dt為縱坐標(biāo)、s-為橫坐標(biāo)，繪制出d/dt與的關(guān)系曲線，得到直線的斜率為所求的KLa。（或充氧時間t為橫坐標(biāo)，水中溶解氧濃度變化為縱坐標(biāo)，作圖繪制充氧曲線，所得直線的斜率即為KLa。）4）計算溫度修正系數(shù)K，根據(jù)KLa（T），求氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLa（20）K=1.024（20-T）KLa（20）=K KLa（T）= 1.024（20-T） KLa（T） 5）計算充氧設(shè)備充氧能力OC：單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)移到液體中的氧量。 表面曝氣時OC= KLa（20）sV kgO2/h 式中：s1atm下，20時溶解氧飽和值，s=9.17mg/L V曝氣池有效體積，m3.6）計算曝氣設(shè)備動力效率Ep。 kg/kW