不同COD对曝气充氧装置氧总转移系数的影响

李　婷　王玲玲　王晓雯

（郑州大学　水利与环境学院，河南　郑州　450000）



不同COD对曝气充氧装置氧总转移系数的影响

李婷王玲玲王晓雯

（郑州大学水利与环境学院，河南郑州450000）

摘要：在实际生产中，曝气器的充氧能力往往随着水体COD的变化而变化，在本项创新试验中，通过对曝气器、水泵和空气压缩机等元件的选择，组装形成曝气充氧装置并进行相关试验。

关键词：充氧曝气；盘式微孔曝气器；COD；KLa

目前曝气器的参数一般是在清水充氧试验下进行测量的，在实际生产中由于COD的变化导致曝气器的曝气性能出现一定程度的下降，若仍按出厂参数进行曝气便会产生误差。因此，有必要对充氧性能进行修正。此次实验将对曝气充氧装置进行设计制作，并探究其充氧能力在不同COD情况下的变化规律［1］。曝气过程中气体分子传递理论是基于双膜理论，此理论指出在氧传递过程中，阻力主要来自液膜，氧传递基本方程式为：

式中：t、t0为曝气时间，min；C0为曝气开始时池内溶解氧浓度，t0=0时，C0=0，mg/L；Ct为曝气某一时刻时，池内液体溶解氧浓度，mg/L。

利用上式，以ln min）；CS为液膜处饱和溶解氧浓度，mg/L；C为液相主体中溶解氧浓度，mg/L；KLa为氧总转移系数，L/min。

将上式积分整理后得氧总传递系数公式：图，得出斜率即为KLa。

1　试验部分

1.1试验装置

该试验装置主体是底面直径为250mm、高为2.50m（有效水深为2.00m）的曝气有机玻璃柱。相比管式曝气器，盘式曝气器的曝气性能更佳。此次试验选用的是盘式橡胶膜曝气器，安装于距底部0.20m处，中心轴与曝气柱中心轴重合，采用DO测定仪分别在距水面下方0.50m（测点1）、曝气柱中间（测点2）、距曝气器上方0.50m（测点3）三处实时测定DO值［2］。

1.2设备与仪器

盘式橡胶膜微孔曝气器：直径为185mm；气体转子流量计：型号LZB-6WB，量程0～10L/min；电磁式空气压缩机：海利ACO-009E，功率160W；便携式溶解氧DO测定仪：型号HQ30d。

1.3试验材料

1.4试验过程

此次试验分为预备试验及正式试验。其一，预备试验是为了在保证较大氧总转移系数和氧利用率的情况下，确定最优通风量；其二，正式试验是为了探究充氧能力等指标随水体COD的变化而呈现的规律［3］。

1.4.1预备实验。按照CJ/T3015.2-1993的测定步骤进行试验。其中，Na2SO3安全脱氧系数此处取为1.5，CoCl2按维持池子中的钴离子浓度为0.5mg/L左右投加。

当脱氧至溶解氧达到0后，开始启动空气压缩机曝气，变化通风量（0.18～0.42m3/h），起初溶解氧读数变化较大时，每半分钟测定各测点的溶解氧浓度，当读数变化较小时，延长至每分钟测定各测点溶解氧浓度［2］，直至溶解氧达到饱和值。比较不同通风量下溶解氧达到饱和的时间及氧利用率，选出最佳通风量［4］。

1.4.2正式试验。正式试验包含盘式曝气器清水充氧试验和盘式曝气器污水充氧试验。前者在清水（即自来水）中，选用最佳通风量进行试验，步骤同预备试验，测定清水下曝气装置的充氧情况。后者利用葡萄糖配置不同的COD，选用最佳通风量进行试验，步骤同预备试验，测定污水下曝气装置的充氧情况。

2　结果与讨论

2.1最佳通风量

预备试验中的3个测点的氧总转移系数KLa及氧利用率η随通风量的变化规律一致，在预备试验中，在通风量0.18～0.42m3/h之下，得出同一测点的KLa及η随通风量变化而变化。其中，KLa随通风量的增加而呈现上升趋势，其平均变化率为29.09%，η随通风量的增加而整体呈现出下降的趋势［5］，其平均变化率为-23.21%。因在实际生产过程中厂家既要减少能耗，又要保证较高的KLa，故此次试验选取了0.30m3/h的通风量［5］。

2.2氧总转移系数、氧转移速率、充氧能力、氧利用率

此次的评价指标包括氧总转移系数KLa，氧转移速率，充氧能力Qc和氧利用率η。具体试验记录见表1。

表1中，每组的3个测点的KLa值与其均值误差最大为3.14%，最小为-2.68%，均在±5%之内；在相同测定条件下重复测定，以0.3m3/h且COD 490mg/L情况下的测点1为例，其中3组KLa与其均值的误差分别为1.36%、0.66%、-2.01%，均小于±10%之内。符合CJ/T3015.2-1993中9.5判定规则，即是本试验各组的精度均合格。

2.3COD对KLa的拟合结果

COD为20～500mg/L的变化范围下，KLa随COD的增加而下降。该试验为了模拟生活污水处理厂日常运行情况，选取起始点COD约为20mg/L（清水），末点COD约为500mg/L，主要对COD为200～400mg/L的范围进行拟合。

在生产过程中，可将COD数值代入拟合公式，得到在污水情况下的KLa的变化值，即污水较清水情况下的偏差程度。

2.4修正系数评价

通常以修正系数α、β来表示污水性质对氧的传递、溶解时氧饱和浓度的影响。

由于β的变化较小，本次忽略β的变化，而重点研究α的变化情况。

在通风量0.30m3/h和COD 200～500mg/L下，α整体上随COD的增加而减少。由于3个测点的变化趋势都一致，此处以测点2为例。α在COD为217.4～264.1mg/L时，由0.915略增加至0.907；再在COD为264.1～414.3mg/ L时，由0.907明显降至0.750，其变化率为-16.8%；最终在COD为414.3～490.2mg/L时，由0.750较平缓地降至0.712（见表2）。

表1 正式试验数据记录表

2.5误差分析

此次试验的不足之处：曝气装置的主体较小，即曝气柱的截面积较小，边壁效应较大；因实验室高度的限制，该装置的曝气有机玻璃柱的高度为2.50m，比实际水厂曝气池高度较小，其中下方测点受曝气盘的曝气冲力影响较大；尽管选用的是最佳通风量，但溶解氧过快达到饱和，导致成图时的计算有效斜率的点数较少，一定程度增加了试验误差。

表2 修正系数α随COD变化表

3　结论

①预备试验中，在通风量0.18～0.42m3/h之下，同一测点的KLa随通风量的增加而增加，其平均变化率为29.09%，η随通风量的增加而减小，其平均变化率为-23.21%，选用最佳通风量5L/min。

②在COD 20～500mg/L的范围下，KLa随COD的增加而下降。对COD约为200～400mg/L的范围中进行拟合。

测点1为y=-2.642×10-4x+0.395，R2=0.850；

测点2为y=-2.847×10-4x+0.395，R2=0.967；

测点3为y=-3.047×10-4x+0.398，R2=0.951。

在生产过程中，已知COD的数值可代入拟合直线的公式，从而得到该污水情况下的KLa的变化值，进而得到污水较清水情况下的偏差程度，KLa约降至清水情况下的70%～90%。

③在通风量0.30m3/h，COD 200～500mg/L的范围下，修正系数α整体上随COD的增加而减少。首先，α在COD 217.4～264.1mg/L时略有所增加；在COD 264.1～414.3mg/L中明显下降；最终在COD 414.3～490.2mg/L中平缓下降。

参考文献：

［1］张自杰.排水工程下册（第四版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，1999：144-146.

［2］曹蕊.供气式低压射流曝气器与微孔曝气器性能的研究［M］.陕西：陕西科技大学，2013.

［3］建设部给水排水产品标准化技术委员会.CJ/T 264-2007水处理用橡胶模微孔曝气器［S］.北京：中国标准出版社，2007.

［4］吴敏，姚念民.关于微孔曝气器比较与选择的探讨［J］.环境保护，2002（5）：16-18.

［5］孙剑辉，高健磊，石岩，等.污水COD对氧总转移系数影响的研究［J］.工业水处理，2011（11）：31-33.

中图分类号：X703

文献标识码：A

文章编号：1003-5168（2016）02-0150-03

收稿日期：2016-01-15

基金项目：本项目获国家级大学生创新创业训练计划立项（201510459017）。

作者简介：李婷（1993-），女，本科，研究方向：环境工程。

Effect of Different COD to Total Oxygen Transfer Rate of Aeration Devices

Li TingWang LinglingWang Xiaowen
（School of Water Conservancy and Environment，Zhengzhou University,Zhengzhou Henan 450000）

Abstract:Oxygen supply capacity of the aerator varies with the change of COD in the actual production. This innovative experiment,by selection of aerator,water pump and air compressor assembled the aeration device and conducted the related experiments.

Keywords:aeration；disc membrane fine bubble diffuser；COD；KLa