曝氣是污水好氧生化處理系統的一個重要工藝 環節,它的作用是向反應器內充氧,保證微生物生化 作用所需之溶解氧,并保持反應器內微生物､底物､溶解氧,即泥､水､氣三相的充分混合,為微生物降解 有機物提供有利的生化反應條件〔1〕｡影響城市污水曝氣處理效果的因素很多, 其中氧轉移速率是一個 關鍵因素｡氧總轉移系數KLa 與溫度､水質､氣液界面的面積等多種因素有關〔2〕｡孫從軍等〔3〕研究了水溫 對氧轉移速率的影響;湯利華等〔4〕研究了水深對曝 氣過程中氧總轉移系數的影響;張炎等〔5〕研究了氣 泡大小對反應器內氧傳遞系數的影響; 趙靜野等〔6〕對曝氣充氧中氧總傳質系數進行了理論分析與實驗 研究;陳季華等〔7〕研究了染整廢水的氧轉移系數值｡但尚未見有污水COD 對氧總轉移系數影響的研究 報道｡筆者以某城市污水處理廠的實際污水為試驗對象, 研究了污水 在不同COD 下的氧總轉移系數KLa及清污修正系數α 和β 值,以期為城市污水處理廠曝氣池的設計提供參考｡
1 試驗部分
1.1 試驗原理 根據Leuis 和Whitman 的雙膜理論, 空氣中氧向水體中轉移的速率可寫成下式〔8〕:
式中:dc/dt———氧轉移速率,mg/(L·min);
Cs———飽和溶解氧質量濃度,mg/L;
C———曝氣池實際溶解氧質量濃度,mg/L;
KLa———氧總轉移系數,min-1｡
將式(1)積分后得出:ln(Cs-C)=ln Cs-KLa t (2)
從式(2)可知,水中溶解氧濃度C 是曝氣時間t的函數｡由測得的飽和溶解氧濃度Cs及相應于每一時刻t 的溶解氧濃度C,繪制曲線ln(Cs-C)-t,求得斜率即為KLa｡
應用公式KLas=KLa(t)·1.024(20-t) 可將非標準條件下求得的KLa (t)轉換成標準條件(20 ℃,0.1 MPa)下的KLas｡同時對測得的Cs進行壓力校正｡
為了反映污水中溶解性兩親分子(極性端親水,非極性端疏水)型有機物對KLas的影響和含鹽量對Cs的影響, 污水處理廠在實際工程設計計算時,通常要引入小于1 的α 和β 2 個清污修正系數〔8〕,氧總轉移系數修正系數α 是污水KLa與清水KLa的比值,飽和溶解氧修正系數β 是污水溶解氧的飽和濃度Cs與清水溶解氧的飽和濃度Cs之比｡
1.2 試驗裝置
試驗裝置(見圖1)2 套｡該裝置由有機玻璃柱､哈希SC100 型在線溶解氧測定儀(2 個探頭)､無油靜音空壓機､曝氣盤､循環泵､流量計組成｡其中2根玻璃柱水位高4 m(模擬該廠曝氣池水深), 內徑0.23 m,單個反應柱面積0.042 m2,體積0.166 m3;流量計流量范圍為0.4~4 m3/h; 曝氣膜( 橡膠) 內徑6 cm;循環泵流量2 m3/h,揚程10 m｡所用流量計､氣壓表､溫度計和秒表等均經過校正｡
1.3 試驗方法
清水氧總轉移系數KLa的測量按照CJ/T 3015.2—1993《曝氣器清水充氧性能測定》中規定的實驗方法和步驟〔9〕進行,即:(1)確定曝氣柱內溶解氧測定點位置｡因本試驗模型較小,故僅確定一個測定點,將溶解氧測定儀探頭置于曝氣柱內1/2 處｡(2)向曝氣柱內注入自來水, 測量初始狀態下水中的溶解氧,計算脫氧劑Na2SO3和催化劑CoCl2的需要量｡(3)將脫氧劑和催化劑溶解后加入到曝氣柱,使其迅速擴散｡(4)待溶解氧降到0 時,曝氣,每10 s 記錄一次溶解氧值,直到飽和為止,并記錄試驗過程中的氣溫､水溫､氣壓､氣量等數據｡(5)計算清水中氧的總轉移系數｡
污水氧總轉移系數的測量, 除省去添加脫氧劑和催化劑, 讓曝氣柱中的污水在曝氣過程中自然下降到0 外,其余步驟與清水試驗相同｡
2 結果與討論
2.1 清水中的氧總轉移系數
按照上述試驗方法, 測定清水中的氧總轉移系數,結果見表1｡
由表1 可見,在曝氣量一定的條件下,清水中的氧總轉移系數隨水溫的升高而增大,但增幅不大｡標準狀況下KLas的平均值為0.371 2 min-1｡
2.2 污水中的氧總轉移系數
按照上述試驗方法,測定不同COD 污水中的氧總轉移系數,結果見表2｡
由表2 可看出, 在進水COD 為200~550 mg/L､曝氣量均為1.0 m3/h､水溫基本恒定在(23.5±1) ℃的條件下,氧在污水中的總轉移系數KLas具有隨污水COD 的升高而降低的趨勢, 其平均變化率為-0.018%,說明污水COD 對污水中氧總轉移系數有著較大的影響｡
2.3 污水中的清污修正系數α､β
根據實測的清水與不同COD 污水中KLas和Cs數據, 計算污水中的清污修正系數α､β, 結果見表3｡
分析表3 結果可知,在水溫基本恒定在(23.5±1) ℃, 污水COD 為200~550 mg/L 的條件下,α 隨COD 的增加而減小, 當COD<300 mg/L 時,α 均>0.50, 平均值為0.56, 當COD>300 mg/L 時,α 多<0.50,平均值為0.45,說明COD 對α 有較大的影響｡在試驗條件下測定得到的α 均在0.6 以下, 其平均值為0.48, 該數值遠小于我國現行城鎮污水處理廠設計中常采用的α 為0.8~0.85 〔10〕, 但基本與顧夏聲〔11〕“對于新鮮生活污水α 為0.26~0.46” 的建議相一致｡
由表3 還可以看到,β 隨污水COD 的增加變化不大,其平均值為0.89,該數值與現行城鎮污水處理廠設計中建議采用的β 為0.85~0.95〔10〕相吻合,說明在相同的試驗條件下改變污水的COD,不會對β 產生影響｡具體參見http://m.dongaorq.cn更多相關技術文檔。
3 結論
在水溫為(23.5±1) ℃､曝氣量為1.0 m3/h､進水COD 為200~550 mg/L 的條件下,氧總轉移系數KLas隨污水COD 的升高而降低, 其平均變化率為-0.018%;氧總轉移系數的修正系數α 隨COD 的增加而減小,其平均值為0.48;飽和溶解氧的清污修正系數β 隨COD 的增加變化不大,其平均值為0.89｡
