曝气设备充氧能力实验报告.docx
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曝气设备充氧能力实验报告
1实验目的
(1)掌握测定曝气设备的KLa和充氧能力α、β的实验方法及计算Qs;
(2)评价充氧设备充氧能力的好坏;
(3)掌握曝气设备充氧性能的测定方法。
2实验原理
活性污泥处理过程中曝气设备的作用是使氧气、活性污泥、营养物三者充分混合,使污泥处于悬浮状态,促使氧气从气相转移到液相,从液相转移到活性污泥上,保证微生物有足够的氧进行物质代谢。
由于氧的供给是保证生化处理过程正常进行的主要因素,因此工程设计人员通常通过实验来评价曝气设备的供氧能力。
在现场用自来水实验时,先用Na2S03(或N2)进行脱氧,然后在溶解氧等于或接近零的状态下再曝气,使溶解氧升高趋于饱和水平。
假定整个液体是完全混合的,符合一级反应此时水中溶解氧的变化可以用以下式子表示:
式中:
dC/dt——氧转移速率,mg/(L·h);
KLa——氧的总传递系数,L/h;
Cs——实验室的温度和压力下,自来水的溶解氧饱和浓度,mg/L;
C——相应某一时刻t的溶解氧浓度,mg/L。
将上式积分,得
由于溶解氧饱和浓度、温度、污水性质和混乱程度等因素影响氧的传递速率,因此应进行温度、压力校正,并测定校正废水性质影响的修正系数α、β。
所采用的公式如下:
充氧能力为
3实验内容
3.1实验设备与试剂
(1)溶解氧测定仪
(2)空压机。
(3)曝气筒。
(4)搅拌器。
(5)秒表。
(6)分析天平
(7)烧杯。
(8)亚硫酸钠(Na2S03)
(9)氯化钴(CoCl2·6H20)。
3.2实验装置
实验装置如图3-1所示。
图3-1曝气设备充氧能力实验装置简图
3.3实验步骤
(1)向曝气筒内注入20L自来水,测定水样体积V(L)和水温t(℃);
(2)由实验测出水样溶解氧饱和值Cs,并根据Cs和V求投药量,然后投药脱氧;
a)脱氧剂亚硫酸钠(Na2S03)的用量计算。
在自来水中加入Na2S03还原剂来还原水中的溶解氧。
相对分子质量之比为:
故Na2S03理论用量为水中溶解氧的8倍。
而水中有部分杂质会消耗亚硫酸钠,故实际用量为理论用量的1.5倍。
所以实验投加的Na2S03投加量为
式中:
W——亚硫酸钠投加量,g;
Cs——实验时水温条件下水中饱和溶解氧值,mg/L;
V——水样体积,m3;
b)根据水样体积V确定催化剂(钴盐)的投加量。
经验证明,清水中有效钴离子浓度约0.4mg/L为好,一般使用氯化钴(CoCl2·6H20)。
因为:
所以单位水样投加钴盐量为:
CoCl2·6H200.4×4.0=1.6g/m3
本实验所需投加钴盐为
CoCl2·6H201.6V(g)
式中:
V——水样体积,m3
c)将Na2S03用煮沸过的常温水化开,均匀倒入曝气筒内,溶解的钴盐倒入水中,并开动循环水泵,小流量轻微搅动使其混合(开始计时),进行脱氧。
搅拌均匀后(时间t0),测定脱氧水中溶解氧量C0,连续曝气t后,溶解氧升高至Ct。
每隔溶解氧浓度升高0.01,记录一次所用时间(直到溶解氧值达到饱和为止)。
(3)当清水脱氧至零时,提高叶轮转速进行曝气,并计时。
每隔0.5min测定一次溶解氧值(用碘量法每隔1min测定一次),知道溶解氧值达到饱和为止。
4数据记录与整理
水温:
28℃
水样体积:
0.018m3
饱和溶解氧浓度Cs:
8.00mg/L
亚硫酸钠用量:
1.8g
氯化钴用量:
0.0288g
表4-1曝气设备充氧能力实验数据记录
序号
时间t/s
时间t/min
Ct/(mg/L)
序号
时间t/s
时间t/min
Ct/(mg/L)
1
0
0.00
0.53
16
150
2.50
4.84
2
10
0.17
0.98
17
160
2.67
5.05
3
20
0.33
0.61
18
170
2.83
5.29
4
30
0.50
0.58
19
180
3.00
5.49
5
40
0.67
0.81
20
210
3.50
6.02
6
50
0.83
1.49
21
240
4.00
6.44
7
60
1.00
1.69
22
270
4.50
6.78
8
70
1.17
2.09
23
300
5.00
7.03
9
80
1.33
2.46
24
330
5.50
7.21
10
90
1.50
2.86
25
360
6.00
7.37
11
100
1.67
3.23
26
390
6.50
7.49
12
110
1.83
3.61
27
420
7.00
7.58
13
120
2.00
3.96
28
450
7.50
7.64
14
130
2.17
4.24
29
480
8.00
7.68
15
140
2.33
4.54
5数据处理与分析
5.1公式法求解KLa值
公式:
式中:
KLa——氧的总传递系数,L/min;
Cs——实验室的温度和压力下,自来水的溶解氧饱和度,mg/L;
Ct——相应某一时刻t的溶解氧浓度,mg/L;
t0——脱氧使用时间,min;
t——开循环水泵后的时间,min。
实验中,t-t0的值对应表4-1中的t值,C0对应时间t=0时的Ct=0.53mg/L。
将已知值代入公式中求出KLa,计算结果如表5-1所示。
表5-1公式法KLa计算结果
序号
时间t/min
Ct/(mg/L)
Cs-Ct
lg(Cs-Ct)
KLa
1
0.00
0.53
7.47
0.8733
/
2
0.17
0.98
7.02
0.8463
0.3729
3
0.33
0.61
7.39
0.8686
0.0323
4
0.50
0.58
7.42
0.8704
0.0134
5
0.67
0.81
7.19
0.8567
0.0573
6
0.83
1.49
6.51
0.8136
0.1651
7
1.00
1.69
6.31
0.8000
0.1688
8
1.17
2.09
5.91
0.7716
0.2008
9
1.33
2.46
5.54
0.7435
0.2242
10
1.50
2.86
5.14
0.7110
0.2493
11
1.67
3.23
4.77
0.6785
0.2692
12
1.83
3.61
4.39
0.6425
0.2900
13
2.00
3.96
4.04
0.6064
0.3074
14
2.17
4.24
3.76
0.5752
0.3169
15
2.33
4.54
3.46
0.5391
0.3299
16
2.50
4.84
3.16
0.4997
0.3442
17
2.67
5.05
2.95
0.4698
0.3485
18
2.83
5.29
2.71
0.4330
0.3579
19
3.00
5.49
2.51
0.3997
0.3636
20
3.50
6.02
1.98
0.2967
0.3794
21
4.00
6.44
1.56
0.1931
0.3916
22
4.50
6.78
1.22
0.0864
0.4027
23
5.00
7.03
0.97
-0.0132
0.4083
24
5.50
7.21
0.79
-0.1024
0.4085
25
6.00
7.37
0.63
-0.2007
0.4122
26
6.50
7.49
0.51
-0.2924
0.4130
27
7.00
7.58
0.42
-0.3768
0.4113
28
7.50
7.64
0.36
-0.4437
0.4044
29
8.00
7.68
0.32
-0.4949
0.3939
由上表可以看出,运用公式法计算出来的KLa值总体上不断增大,且有较大的增幅,无论采用取平均值或者中间值等方法确定KLa值都会存在较大误差,都无法很好表征曝气设备的充氧性能,因此使用公式法求解KLa值不适用于本实验。
5.2线性回归法求解KLa值
5.2.1ln(Cs-Ct)-t关系曲线的绘制
由公式“”可知,作ln(Cs-Ct)和t的关系曲线,其斜率即为KLa值。
于是,对ln(Cs-Ct)进行计算,结果如表5-2所示。
根据计算结果以t为横坐标、ln(Cs-Ct)为纵坐标,绘制ln(Cs-Ct)和t的关系曲线如图5-1所示。
表5-2ln(Cs-Ct)计算结果
序号
时间t/min
Ct/(mg/L)
Cs-Ct
ln(Cs-Ct)
1
0.00
0.53
7.47
2.0109
2
0.17
0.98
7.02
1.9488
3
0.33
0.61
7.39
2.0001
4
0.50
0.58
7.42
2.0042
5
0.67
0.81
7.19
1.9727
6
0.83
1.49
6.51
1.8733
7
1.00
1.69
6.31
1.8421
8
1.17
2.09
5.91
1.7766
9
1.33
2.46
5.54
1.7120
10
1.50
2.86
5.14
1.6371
11
1.67
3.23
4.77
1.5623
12
1.83
3.61
4.39
1.4793
13
2.00
3.96
4.04
1.3962
14
2.17
4.24
3.76
1.3244
15
2.33
4.54
3.46
1.2413
16
2.50
4.84
3.16
1.1506
17
2.67
5.05
2.95
1.0818
18
2.83
5.29
2.71
0.9969
19
3.00
5.49
2.51
0.9203
20
3.50
6.02
1.98
0.6831
21
4.00
6.44
1.56
0.4447
22
4.50
6.78
1.22
0.1989
23
5.00
7.03
0.97
-0.0305
24
5.50
7.21
0.79
-0.2357
25
6.00
7.37
0.63
-0.4620
26
6.50
7.49
0.51
-0.6733
27
7.00
7.58
0.42
-0.8675
28
7.50
7.64
0.36
-1.0217
29
8.00
7.68
0.32
-1.1394
图5-1ln(Cs-Ct)-t
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