發(fā)布時(shí)間：2020-05-29 13:42

【摘要】： 城市污水處理過程的大部分能耗都集中于好氧處理過程中,提高曝氣充氧系統(tǒng)的效率成為污水廠運(yùn)行管理的關(guān)鍵。現(xiàn)行的曝氣法有:鼓風(fēng)曝氣、機(jī)械曝氣和兩者結(jié)合的鼓風(fēng)—機(jī)械曝氣。鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)中的微孔曝氣系統(tǒng)因其曝氣效率相對(duì)較高,適應(yīng)性較強(qiáng),應(yīng)用更為廣泛。但其氧的利用率和動(dòng)力效率的絕對(duì)數(shù)值實(shí)際并不高,其根本原因在于目前微孔曝氣的研究和應(yīng)用存在著以下的問題:(1)經(jīng)典的氣液傳質(zhì)理論認(rèn)為曝氣傳質(zhì)擴(kuò)散的速度主要受氣液界面相際傳質(zhì)的影響,忽略了氣泡的攪動(dòng)擴(kuò)散對(duì)傳質(zhì)效果的貢獻(xiàn)和對(duì)DO均勻分布的重要作用。(2)經(jīng)典理論認(rèn)為在曝氣傳質(zhì)過程中應(yīng)盡可能地增大氣液接觸比表面積,因此主張?jiān)谙嗤瑮l件下氣泡尺寸越小越好,但這與大部分的實(shí)測(cè)結(jié)果不符。(3)曝氣傳質(zhì)模型多偏重于單一氣泡尺寸的研究,而忽視了氣泡大小分布對(duì)于曝氣傳質(zhì)過程的重要影響,(4)經(jīng)典傳質(zhì)模型偏于理論性而實(shí)用性不強(qiáng)、傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算較復(fù)雜且不便直接用于曝氣系統(tǒng)運(yùn)行和操作。 針對(duì)目前研究中存在的這些問題,本研究提出了新的理論模型——微孔曝氣最優(yōu)氣泡群理論模型。該理論體系架構(gòu)主要由最優(yōu)氣泡群理論模型基本觀點(diǎn)、最優(yōu)氣泡群數(shù)學(xué)模型、主要應(yīng)用指標(biāo)等組成。其基本觀點(diǎn)如下:(1)曝氣過程主要包括氣液界面相際傳質(zhì)和氣泡攪動(dòng)擴(kuò)散兩個(gè)階段,這兩個(gè)階段對(duì)水體曝氣充氧都有貢獻(xiàn)但方式不同,相際傳質(zhì)是將氧從空氣泡中傳入水體,而攪動(dòng)擴(kuò)散是使已傳入水體中的溶解氧分布于整個(gè)水體中。(2)在相同曝氣條件及相同氣泡數(shù)目的條件下,氣泡尺寸并非越大或越小曝氣效果越好,而是存在著最優(yōu)氣泡平均直徑。(3)在曝氣量、曝氣池的尺寸和曝氣器淹沒水深一定時(shí),存在著使曝氣效果最佳的最優(yōu)初始?xì)馀萑悍植�。根�?jù)該基本理論,本研究建立了以下相關(guān)數(shù)學(xué)模型,其主要包括:(1)曝氣傳質(zhì)有效能耗總利用率最高的最優(yōu)氣泡平均直徑數(shù)學(xué)模型;(2)曝氣能譜圖與等有效能耗曲面;(3)使曝氣過程中有效能耗總利用率最大的最優(yōu)初始?xì)馀萑骸；谠摾碚撎岢隽酥庇^簡(jiǎn)便的微孔曝氣系統(tǒng)性能新指標(biāo)——最優(yōu)氣水比參數(shù)。 為驗(yàn)證微孔曝氣最優(yōu)氣泡群理論模型體系的合理性,進(jìn)行了兩方面的試驗(yàn):模型小試驗(yàn)證和復(fù)氧中試應(yīng)用檢驗(yàn)。本研究首次將霧化曝氣管作為布?xì)鈹U(kuò)散裝置應(yīng)用于清水和復(fù)氧曝氣中。試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)在相同試驗(yàn)條件下,隨著曝氣氣泡平均直徑的增加,相際傳質(zhì)能量利用率逐漸減小而紊動(dòng)擴(kuò)散能量利用率逐漸增大,而曝氣傳質(zhì)有效能耗總利用率是先上升后下降,其峰值即為最大的有效能耗總利用率;(2)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果所建立的曝氣能譜圖和等有效能耗曲面圖表明曝氣池內(nèi)存在著有效能耗總利用率最高的高效曝氣氣泡分布段,不同曝氣過程雖其初始?xì)馀莸妮斎肽芰坎煌?但其傳質(zhì)的有效能耗卻有可能相同,通過控制曝氣系統(tǒng)工況,可實(shí)現(xiàn)“低氣量、高效能”的優(yōu)化運(yùn)行;(3)所建立的最優(yōu)氣水比模型與實(shí)測(cè)值符合得較好,最優(yōu)氣水比作為新的曝氣系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo),評(píng)價(jià)結(jié)果與常規(guī)指標(biāo)一致,但其更直觀,應(yīng)用更簡(jiǎn)便;(4)在水槽復(fù)氧中試試驗(yàn)中,相同條件下霧化曝氣管較其它的曝氣設(shè)備復(fù)氣效果更好,曝氣后水體的DO下降較小,能在較更長的距離保持DO達(dá)標(biāo),因此,霧化曝氣管作為一個(gè)新型的高效曝氣擴(kuò)散裝置適用于河流復(fù)氧;(5)在水槽復(fù)氧中試試驗(yàn)中,霧化曝氣管的最優(yōu)氣泡群模型較其它的氣泡群復(fù)氧效果更好。另外在相同管長和水槽流量條件下,并非初始?xì)馀莩叽缭酱蠡蛟叫?fù)氧效果越好,也存在著最優(yōu)的曝氣氣泡平均尺寸,這為河流曝氣復(fù)氧工程設(shè)計(jì)提供了重要的依據(jù)。
【圖文】：

圖 2-4 等有效能耗曲面示意圖始?xì)馀莘植細(xì)膺^程中，氣泡尺寸、分布和生命周期（氣泡從產(chǎn)生到消體的溶解氧（DO）有影響。因此，當(dāng)曝氣量一定時(shí)，存在氣泡群模型，該氣泡群是綜合各因素對(duì) DO 的影響效果的群的確定對(duì)于微孔曝氣系統(tǒng)特別是其擴(kuò)散布?xì)庠O(shè)備的設(shè)計(jì)用。據(jù)氣泡粒數(shù)衡算模型和傳質(zhì)定律，推導(dǎo)出微孔曝氣系統(tǒng)最優(yōu)，該氣泡群位于傳質(zhì)擴(kuò)散的氣泡分布高效段。程中由布?xì)馄餍纬傻臍馀萑�，因無其他氣泡群的輸入輸出算模型（PBE）來分析。在體積為W WV = A ΔH （ ΔH 為池高

始?xì)馀葜睆接葹橹匾�。本研究將霧的性能測(cè)定，掌握不同氣量、不同有利于合理控制和選擇曝氣初始 示）管外徑為 14mm、內(nèi)徑為 10m軟性管狀曝氣器。該曝氣管表面布縮關(guān)閉，故能在很大程度上避免污管壁厚 2mm，通氣孔道短，氣壓m 之間，氣泡在水中呈現(xiàn)煙霧飄散產(chǎn)生的初始?xì)馀莩叽珉S管長、通氣水深的影響。因此可通過調(diào)整管長對(duì)曝氣初始?xì)馀莩叽绲目刂啤?
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：X703

【引證文獻(xiàn)】

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1 陳旭露;王洪臣;齊魯;羅濤;范海濤;李美娣;;陰離子表面活性劑對(duì)微孔曝氣氧傳質(zhì)過程影響的研究[J];環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2013年02期

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1 黃曉輝;自吸渦旋曝氣的研究[D];華中科技大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：2687014