曝氣是污水好氧生化處理系統(tǒng)的一個重要工藝 環(huán)節(jié),它的作用是向反應(yīng)器內(nèi)充氧,保證微生物生化 作用所需之溶解氧,并保持反應(yīng)器內(nèi)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(yīng)條件〔1〕?影響城市污水曝氣處理效果的因素很多, 其中氧轉(zhuǎn)移速率是一個 關(guān)鍵因素?氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLa 與溫度?水質(zhì)?氣液界面的面積等多種因素有關(guān)〔2〕?孫從軍等〔3〕研究了水溫 對氧轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移系數(shù)的影響;張炎等〔5〕研究了氣 泡大小對反應(yīng)器內(nèi)氧傳遞系數(shù)的影響; 趙靜野等〔6〕對曝氣充氧中氧總傳質(zhì)系數(shù)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(zhuǎn)移系數(shù)值?但尚未見有污水COD對氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)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(zhuǎn)移系數(shù)KLa及清污修正系數(shù)α 和β 值,以期為城市污水處理廠曝氣池的設(shè)計提供參考?

1 試驗部分

1.1 試驗原理 根據(jù)Leuis 和Whitman 的雙膜理論, 空氣中氧向水體中轉(zhuǎn)移的速率可寫成下式〔8〕:

式中:dc/dt———氧轉(zhuǎn)移速率,mg/(L˙min);

Cs———飽和溶解氧質(zhì)量濃度,mg/L;

C———曝氣池實際溶解氧質(zhì)量濃度,mg/L;

KLa———氧總轉(zhuǎn)移系數(shù),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(shù)?由測得的飽和溶解氧濃度Cs及相應(yīng)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(yīng)用公式KLas=KLa(t)˙1.024(20-t) 可將非標準條件下求得的KLa (t)轉(zhuǎn)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(shè)計計算時,通常要引入小于1 的α 和β 2 個清污修正系數(shù)〔8〕,氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)修正系數(shù)α 是污水KLa與清水KLa的比值,飽和溶解氧修正系數(shù)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(huán)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(nèi)徑0.23 m,單個反應(yīng)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(nèi)徑6 cm;循環(huán)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(jīng)過校正?

1.3 試驗方法

清水氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLa的測量按照CJ/T 3015.2—1993《曝氣器清水充氧性能測定》中規(guī)定的實驗方法和步驟〔9〕進行,即:(1)確定曝氣柱內(nèi)溶解氧測定點位置?因本試驗?zāi)Ｐ洼^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(nèi)1/2 處?(2)向曝氣柱內(nèi)注入自來水, 測量初始狀態(tài)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(shù)據(jù)?(5)計算清水中氧的總轉(zhuǎn)移系數(shù)?

污水氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)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(jié)果與討論

2.1 清水中的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)

按照上述試驗方法, 測定清水中的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù),結(jié)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(zhuǎn)移系數(shù)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(zhuǎn)移系數(shù)

按照上述試驗方法,測定不同COD 污水中的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù),結(jié)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(zhuǎn)移系數(shù)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(zhuǎn)移系數(shù)有著較大的影響?2.3 污水中的清污修正系數(shù)α?β

根據(jù)實測的清水與不同COD 污水中KLas和Cs數(shù)據(jù), 計算污水中的清污修正系數(shù)α?β, 結(jié)果見表3?

分析表3 結(jié)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(dāng)COD<300 mg/L 時,α 均>0.50, 平均值為0.56, 當(dāng)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(shù)值遠小于我國現(xiàn)行城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)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(shù)值與現(xiàn)行城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)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(chǎn)生影響?具體參見http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)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(zhuǎn)移系數(shù)KLas隨污水COD 的升高而降低, 其平均變化率為-0.018%;氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)的修正系數(shù)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(shù)β 隨COD 的增加變化不大,其平均值為0.89?