实验二 充氧实验和曝气设备效率测定

实验二充氧实验和曝气设备效率测定1、实验目的2、实验原理3、实验步骤4、数据分析与处理曝气充氧实验的操作流程和虚拟设备界面如图4.5、图4.6所示。虚拟仪器的面板大致可分成左、右两个区域。右侧是一个纪录仪，模拟由溶解氧测定仪取得的随时间变化的充氧池中溶解氧的连续纪录。按照充氧速度的不同可以指定不同的测定时间，设置的测定时间以充分展示变化曲线为原则（例如选40分钟）。左侧上部是选择充氧方式，使用鼓风曝气方式指定风量、风压和设备安装水深，使用叶轮曝气方式指定叶轮直径和转速。左侧下部是选择清水实验和污水实验。首先输入实验的环境参数：地区的大气压、水温以及充氧池的基本参数（直径、水深）输入对话框。充氧池的水深影响全池容积，曝气设备安装水深则影响曝气压强。图4.5曝气充氧仿真实验的操作流程图图4.6曝气充氧实验的虚拟设备界面清水实验要制取无氧水，手工计算CoCl2和Na2SO3的投加量。Na2SO3投量会表现在充氧曲线上。过量的Na2SO3会导致充氧曲线起始段为零。CoCl2是催化剂，不适当的投量会导致仪器示警。进行污水实验需指定污水水质和耗氧速率，污水耗氧速率由其他实验确定后在对话框写入。例4.2旋转叶轮的充氧过程和测定氧的总传递系数KLa选择叶轮为曝气设备，无氧清水实验选择“Y”，地区大气压维持1.013kPa和水温15°C默认值，这时显示饱和溶解氧浓度为10.15mg/L。设置叶轮直径18cm和转速100rpm；指定水池的直径0.3m、水深0.3m,容积显示为21.21L。计算CoCl2和Na2SO3的投加量°CoCl2用量按1.5mg/L浓度计算（原有CoCl2投量0.04g导致仪器示警）。真实实验的Na2SO3用量按每1mg氧消耗7.9mgNa2SO3计算后放大1.5倍投加，艮即1.5mg/Lx21.21L=32mg=0.032g10.15mg/Lx21.21Lx7.9x1.5=2550mg=2.5g设置测定时间20分钟，测得无氧水的充氧过程如表4.2所示。改变转速和叶轮直径可得到新的充氧过程记录表。虽然计算机能产生函数，但从练习要求出发，用建立数据纪录表和测算充氧速度的方法，求出氧的总传递系数。由于溶解氧升高的过程符合一级动力学反应，溶解氧的变化：岑=七CLC）

式中：竺氧转移速率，mg/L-min；dtK-La氧的总传递系数，K-La表4.2旋转叶轮的充氧过程和总传递系数KLa测定时间/min溶解氧浓度/(mg/L)dc/dt/(mg/L.min)cs-c/(mg/L)KTa/(1/min)1010.152031.91.99.20.206543.51.67.450.214854.81.360.216765.814.850.206276.50.740.17587.30.83.250.246297.80.52.60.1923108.20.42.150.186118.60.41.750.2286128.90.31.40.2143139.20.31.10.2727149.40.20.850.2353159.50.10.70.1429169.60.10.60.1667179.70.10.50.2189.80.10.40.25199.850.050.3250.1538209.90.050.2750.1818平均0.205例4.3鼓风曝气设备穿孔管的充氧过程和氧总传递系数KLa的测定选择穿孔管为鼓风曝气设备，无氧清水实验选择“Y”，地区大气压维持1.013kPa和水温15^默认值，这时显示饱和溶解氧浓度为10.15mg/L。设置穿孔管安装水深2.1m,设定通气流量6.3L/min；指定水池的直径0.4m、水深2.3m,容积显示为289.03L。计算CoCl2和Na2SO3的投加量。1.5mg/Lx289L~433mg=0.43g10.15mg/Lx289Lx7.9=23173mg-23.2g真实实验的Na2SO3用量需进行放大，在充氧仿真实验的仪表显示时，这种放大表现在溶解氧浓度维持为零的时间段延迟长。设置测定时间20和40分钟，

测得无氧水的充氧过程如表4.3所示。表4.3穿孔管的充氧过程、传递系数KLa和氧利用率测定时间/min溶解氧浓度/(mg/L)dc/dt/(mg/L.min)c-cs/(mg/L)KLa/(1/min)R/(mg/min)R0/(mg/min)Ea/%1020.410.1541.10.359.40.037101.15101.715.3861.60.258.80.02872.2577.164.0882.20.38.250.03686.7098.185.19102.80.37.650.03986.70105.105.56123.20.27.150.02857.8074.433.94143.70.256.70.03772.2598.585.22164.20.256.20.0472.25105.555.58184.60.25.750.03557.8090.184.772050.25.350.03757.8095.985.08255.90.184.70.03852.0296.475.10306.60.143.90.03640.4687.624.64357.20.123.250.03734.6886.964.60407.80.122.650.04534.68101.805.39458.20.082.150.03723.1279.114.19508.60.081.750.04623.1291.204.83平均0.03758.1992.674.90例4.4根据例4.3的鼓风曝气设备穿孔管的充氧过程分析设备氧利用率E%根据例4.3穿孔管的鼓风曝气实验记录，可进一步计算设备的氧利用率。实验纪录的供气量Gs：G=6.3(L/min)s单位时间的供氧量S：S=0.3Gs=1890(mg氧/min)氧的实际利用量R：R=(dC/dt)V(mg/min)折算至标准状态下，氧的利用量R0：R0=a[8・p・c气]1.024(眼)(g氧/min)sb(T)在清水条件下，氧转移修正系数的a=1，溶解氧饱和度修正系数。=1；?=实际气压(Pa)/1.013x105(Pa)，标准气压下，气压修正系数p=1。上式改写为：Rc(c-c)1：024(t-20)sb(T)csb为饱和溶解氧在曝气池全池中的平均质量浓度，需按下式进行修正:(PO)七一Cs1^2.026bx105+莅/式中：Pb——曝气头出口绝对气压，Pa，Pb=P+9800H，(H：曝气头安装水深，m)；Ot一气泡达到池面时的氧分压，％。ot按下式计算。O=21(1-气)100%

t79+21(1-EA)Ot的校正式中包含未知量EA，当EA的值由0.05变化至0.23时Ot(%)的对应值则由20改变到17。作为一级近似，以Ea=0.1代入计算Ot=19.3(%)。如果是使用Excel电子表格进行运算，将求得的Ea(%)代入Ot的校正式可取得更逼近的结果。曝气设备的氧利用率E%：Ea=R0/S上述计算过程一并列入表4.3。例4.5用鼓风曝气设备微孔曝气器测定焦化污水中的氧转移系数a和饱和系数P解：参照例4.3、例4.4完成清水实验，除了曝气设备选择微孔曝气器外，其他参数均相同，如表4.4所示，计算出Ea。获得的计算参数为5=1890(mg氧/min)，EA0=0.2,cs(20)=9.17mg/L，cs=10.15mg/L，Ot=17.54，csb=10.35mg/L；无氧清水实验控制，选N，污水水质选择焦化污水。污水实验需要事先进行微生物耗氧呼吸率尸的测定，并将尸值输入对话框。在此实验中使用默认值r=0.40mg/L・min。设定通气流量5、10、15、20、25L/min测定溶解氧达到平衡时的浓度，对于不同Gs和平衡时浓度，列表计算R和R0，如表4.5所示。获得一系列含有a、8的方程：a(10.350-3.9)=1.99a(10.350-6.3)=0.99a(10.35"1)=0.66求解的氧转移系数a=0.83,饱和系数8=0.84使用任意两组实验数据都能求解出两个未知数:氧转移系数a和饱和系数&将求解结果与其他实验进行比较，模型得到分析误差。

在以上实验中，虽然理论上可以通过测定dc/dt与耗氧呼吸率,相加来获得与a(10.35&3.9)=1.99结构类似的方程；然而，由于在公式中如果用溶解氧的平均浓度代入，在方程求解时，引起的误差可能使a、。无意义。表4.4微孔曝气器充氧过程、传递系数KLa和氧利用率测定时间/min溶解氧浓度/(mg/L)dc/dt/(mg/L-min)c-cs/(mg/L)KLa/(1/min)R/(mg/min)R0/(mg/min)Ea/%1021.310.232.41.18.30.133317.9386.2720.443.30.97.30.123260.1358.1919.054.20.96.40.141260.1407.0621.5650.85.550.144231.2415.3422.075.60.64.850.124173.4354.7118.886.20.64.250.141173.4402.5721.396.80.63.650.164173.4465.3624.6107.20.43.150.127115.6356.5818.91280.42.550.157115.6434.4623.0148.50.251.90.13272.25355.718.8168.90.21.450.13857.8362.3119.2189.20.151.10.13643.35345.0518.3209.40.10.850.11828.9284.9615.1平均0.137155.62379.1220.1表4.5用微孔曝气器测定焦化污水中的氧转移系数a和饱和系数p■=289L，EA=02,Cs(20)=9.17mg/L，T=15°C，Cs=10.15mg/L；