曝气设备充氧能力实验报告

1实验目的

(1)掌握测定曝气设备的K La和充氧能力α、β 的实验方法及计算Q s；

(2)评价充氧设备充氧能力的好坏；

(3)掌握曝气设备充氧性能的测定方法。

2实验原理

活性污泥处理过程中曝气设备的作用是使氧气、活性污泥、营养物三者充分混合，使污泥处于悬浮状态，促使氧气从气相转移到液相，从液相转移到活性污泥上，保证微生物有足够的氧进行物质代谢。由于氧的供给是保证生化处理过程正常进行的主要因素，因此工程设计人员通常通过实验来评价曝气设备的供氧能力。

在现场用自来水实验时，先用Na2S03(或N2)进行脱氧，然后在溶解氧等于或接近零的状态下再曝气，使溶解氧升高趋于饱和水平。假定整个液体是完全混合的，符合一级反应此时水中溶解氧的变化可以用以下式子表示：

式中：d C/d t——氧转移速率，mg/(L·h)；

K La——氧的总传递系数，L/h；

C s——实验室的温度和压力下，自来水的溶解氧饱和浓度，mg/L；

C——相应某一时刻t的溶解氧浓度，mg/L。

将上式积分，得

常数

由于溶解氧饱和浓度、温度、污水性质和混乱程度等因素影响氧的传递速率，因此应进行温度、压力校正，并测定校正废水性质影响的修正系数α、β。所采用的公式如下：

校正实验

标准大气压实验时的大气压

废水的

自来水的

废水的

自来水的

充氧能力为

校正3实验内容

3.1实验设备与试剂

(1)溶解氧测定仪

(2)空压机。

(3)曝气筒。

(4)搅拌器。

(5)秒表。

(6)分析天平

(7)烧杯。

(8)亚硫酸钠(Na2S03)

(9)氯化钴(CoCl2·6H20)。

3.2实验装置

实验装置如图3-1所示。

图3-1 曝气设备充氧能力实验装置简图

3.3实验步骤

(1)向曝气筒内注入20L自来水，测定水样体积V(L)和水温t (℃)；

(2)由实验测出水样溶解氧饱和值C s，并根据C s和V 求投药量，然后投药脱

氧；

a)脱氧剂亚硫酸钠(Na2S03)的用量计算。在自来水中加入Na2S03还原剂来

还原水中的溶解氧。

相对分子质量之比为：

故Na2S03理论用量为水中溶解氧的8倍。而水中有部分杂质会消耗亚硫酸钠，故实际用量为理论用量的1.5倍。

所以实验投加的Na2S03投加量为

式中：W——亚硫酸钠投加量，g；

C s——实验时水温条件下水中饱和溶解氧值，mg/L；

V——水样体积，m3；

b)根据水样体积V 确定催化剂（钴盐）的投加量。

经验证明，清水中有效钴离子浓度约0.4mg/L 为好，一般使用氯化钴

(CoCl2·6H20)。因为：

所以单位水样投加钴盐量为：

CoCl2·6H20 0.4×4.0 = 1.6 g/m3

本实验所需投加钴盐为

CoCl2·6H20 1.6 V(g)

式中：V——水样体积，m3

c)将Na2S03用煮沸过的常温水化开，均匀倒入曝气筒内，溶解的钴盐倒入

水中，并开动循环水泵，小流量轻微搅动使其混合（开始计时），进行脱

氧。搅拌均匀后（时间t0），测定脱氧水中溶解氧量C0，连续曝气t 后，

溶解氧升高至C t。每隔溶解氧浓度升高0.01，记录一次所用时间（直到

溶解氧值达到饱和为止）。

(3)当清水脱氧至零时，提高叶轮转速进行曝气，并计时。每隔0.5min测定一次

溶解氧值（用碘量法每隔1min 测定一次），知道溶解氧值达到饱和为止。4数据记录与整理

水温：28 ℃水样体积：0.018 m3

饱和溶解氧浓度C s：8.00 mg/L 亚硫酸钠用量：1.8 g

氯化钴用量：0.0288 g

表4-1 曝气设备充氧能力实验数据记录

5数据处理与分析

5.1公式法求解K La值

公式：

式中：

K La——氧的总传递系数，L/min；

C s——实验室的温度和压力下，自来水的溶解氧饱和度，mg/L；

C t——相应某一时刻t 的溶解氧浓度，mg/L；

t0——脱氧使用时间，min；

t ——开循环水泵后的时间，min。

实验中，t-t0的值对应表4-1 中的t 值，C0对应时间t=0 时的C t = 0.53mg/L。将已知值代入公式中求出K La，计算结果如表5-1所示。

表5-1 公式法K La计算结果

由上表可以看出，运用公式法计算出来的K La值总体上不断增大，且有较大的增幅，无论采用取平均值或者中间值等方法确定K La值都会存在较大误差，都无法很好表征曝气设备的充氧性能，因此使用公式法求解K La值不适用于本实验。

5.2线性回归法求解K La值

5.2.1ln(C s - C t) - t关系曲线的绘制

由公式“常数” 可知，作ln(C s - C t) 和t 的关系曲线，其斜率即为K La值。

于是，对ln(C s - C t)进行计算，结果如表5-2所示。根据计算结果以t为横坐标、ln(C s - C t)为纵坐标，绘制ln(C s - C t) 和t 的关系曲线如图5-1所示。

表5-2 ln(C s - C t)计算结果

图5-1 ln(C s - C t) - t关系曲线

由上图可以观察到，在曝气充氧的整个过程中，随着时间的增长，ln(C s - C t)总体呈下降趋势。①在曝气充氧的初始阶段，循环水泵处于启动初期，液体水还没有完全处于湍流状态，充氧系统未达到稳定，故出现ln(C s - C t)值短暂的上下波动情况，但波动幅度不大；同时，此阶段的曲线斜率较小，水中溶解氧量没有明显增加，这是因为曝气前加入水样中的脱氧剂是过量的，剩余的脱氧剂会与曝气时溶解到水样中的氧气反应，不断地消耗溶解氧。②随着曝气充氧的进行，剩余的脱氧剂逐渐被反应完，水中的溶解氧不再被消耗，溶解氧量稳定增大。③当曝气充氧进入到最后阶段，由于水中溶解氧量趋近饱和，增长速率逐步减慢，即曲线斜率越来越小。综上所述，曝气充氧系统稳定阶段的斜率才真正对应本次实验的K La值。