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          甘肅污水COD對氧總轉移系數影響研究

          來源: 發布時間:2019-05-05 97947 次瀏覽


            曝氣是污水好氧生化處理系統(system)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非常多, 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(experiment) 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(Oxygen)轉移速率,mg/;
            Cs―――飽和溶解氧質量濃度,mg/L;
            C―――曝氣池實際溶解氧(Oxygen)質量濃度,mg/L;
            KLa―――氧總轉移系數,min-1。
            將式積分后得出:ln=ln Cs-KLa t
            從式可知,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-t,求得斜率即為KLa。
            應用公式KLas=KLa?1.024 可將非標準條件下求得的KLa 轉換成標準條件下的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2 套。該裝置由有機玻璃 (是一種通俗的名稱,縮寫為PMMA)柱、哈希SC100 型在線溶解氧測定儀、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, 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(fàn wéi)為0.4~4 m3/h; 曝氣膜 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(guī dìng)的實驗(experiment)方法和步驟〔9〕進行,即: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。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(deoxidizer)Na2SO3和催化劑CoCl2的需要量。將脫氧劑和催化劑溶解后加入到曝氣柱,使其迅速擴散。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(guò chéng)中的氣溫、水溫、氣壓、氣量等數據。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(descend)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(Oxygen)總轉移系數
            按照上述試驗方法, 測定清水中的氧(Oxygen)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(The average value)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 ℃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(influence)。
            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 ℃, 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(influence)。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(The average value)為0.89,該數值與現行城鎮污水處理(chǔ lǐ)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
            3 結論
            在水溫為 ℃、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(reduce), 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。
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