माइक्रोपोरस वातन अक्सिजन प्रदर्शन

फोहोर पानी प्रशोधन प्रणालीमा, वातन प्रक्रियाले सम्पूर्ण फोहोर पानी प्रशोधन प्लान्टको उर्जा खपतको 45% देखि 75% सम्म योगदान गर्दछ, वातन प्रक्रियाको अक्सिजन स्थानान्तरण दक्षता सुधार गर्न, हालको फोहोर पानी प्रशोधन प्लान्ट सामान्यतया माइक्रोपोरसमा प्रयोग गरिन्छ। वातन प्रणाली। ठूला र मध्यम आकारका बुलबुलेहरूको वातन प्रणालीको तुलनामा, माइक्रोपोरस वातन प्रणालीले ऊर्जा खपतको लगभग 50% बचत गर्न सक्छ। यद्यपि, यसको वातन प्रक्रियाको अक्सिजन उपयोग दर पनि 20% देखि 30% को दायरामा छ। थप रूपमा, चीनमा प्रदूषित नदीहरूको उपचारको लागि माइक्रोपोरस एरेसन टेक्नोलोजी प्रयोग गर्ने धेरै क्षेत्रहरू छन्, तर विभिन्न पानी अवस्थाहरूको लागि माइक्रोपोरस एरेटरहरू कसरी उचित रूपमा चयन गर्ने भन्ने बारेमा कुनै अनुसन्धान छैन। तसर्थ, वास्तविक उत्पादन र अनुप्रयोगको लागि माइक्रोपोरस एरेटर अक्सिजन कार्य प्रदर्शन प्यारामिटरहरूको अनुकूलन ठूलो महत्त्वको छ।

माइक्रोपोरस वातन र अक्सिजनको कार्यसम्पादनलाई असर गर्ने धेरै कारकहरू छन्, जसमध्ये सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण वातनको मात्रा, छिद्रको आकार र पानीको गहिराइको स्थापना हो।

हाल, माइक्रोपोरस एरेटरको अक्सिजन कार्यसम्पादन र छिद्रको आकार र स्थापनाको गहिराइ घर र विदेशमा बीचको सम्बन्धमा कम अध्ययनहरू छन्। अनुसन्धानले कुल अक्सिजन मास ट्रान्सफर गुणांक र अक्सिजन क्षमताको सुधारमा बढी ध्यान केन्द्रित गर्दछ, र वातन प्रक्रियामा ऊर्जा खपत समस्यालाई बेवास्ता गर्दछ। हामी सैद्धान्तिक शक्ति दक्षतालाई मुख्य अनुसन्धान सूचकांकको रूपमा लिन्छौं, अक्सिजन क्षमता र अक्सिजन उपयोगको प्रवृत्तिसँग मिलाएर, प्रारम्भिक रूपमा वातन क्षमता, एपर्चर व्यास र स्थापना गहिराइलाई अनुकूलन गर्नुहोस् जब वातन दक्षता उच्चतम हुन्छ, अनुप्रयोगको लागि सन्दर्भ प्रदान गर्न। वास्तविक परियोजनामा ​​माइक्रोपोरस वातन प्रविधिको।

1. सामग्री र विधिहरू

1.1 परीक्षण सेटअप

परीक्षण सेटअप Plexiglas बाट बनेको थियो, र मुख्य शरीर D {{0}}.4 m × 2 m बेलनाकार वातन ट्याङ्की थियो जसमा पानीको सतहभन्दा ०.५ मिटर मुनि अवस्थित विघटित अक्सिजन प्रोब थियो (चित्र १ मा देखाइएको छ। )।

चित्र 1 वातन र अक्सिजन परीक्षण सेटअप

1.2 परीक्षण सामग्री

माइक्रोपोरस एरेटर, रबर झिल्लीबाट बनेको, व्यास 215 मिमी, छिद्र आकार 50, 100, 200, 500, 1 000 μm। sension378 बेन्चटप विघटित अक्सिजन परीक्षक, HACH, संयुक्त राज्य अमेरिका। ग्याँस रोटर प्रवाह मीटर, दायरा 0 ~ 3 m3/h, शुद्धता ±0.2%। HC-S ब्लोअर। उत्प्रेरक: CoCl2-6H2O, विश्लेषणात्मक रूपमा शुद्ध; Deoxidant: Na2SO3, विश्लेषणात्मक शुद्ध।

1.3 परीक्षण विधि

यो परीक्षण स्थिर गैर-स्थिर विधि प्रयोग गरी सञ्चालन गरिएको थियो, जस्तै, Na2SO3 र CoCl2-6H2O लाई परीक्षणको क्रममा डिअक्सिजनेशनको लागि पहिलो डोज गरिएको थियो, र पानीमा घुलनशील अक्सिजनलाई {{5} मा घटाउँदा वातन सुरु गरिएको थियो। }। समयको साथमा पानीमा घुलनशील अक्सिजन एकाग्रतामा परिवर्तनहरू रेकर्ड गरिएको थियो, र KLa मान गणना गरिएको थियो। अक्सिजन कार्यसम्पादन विभिन्न वातन मात्रा (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 m3/h), विभिन्न छिद्र आकारहरू (50, 100, 200, 500, 1,000 μm), र विभिन्न पानीको गहिराइ (0.8, 1.1, 1.3, 1.5, 1.8, 2.0 m), र सन्दर्भ पनि CJ/T 3015 मा बनाइएको थियो।{35}} "एरेटर क्लियर वाटर अक्सिजन कार्य प्रदर्शन निर्धारण" र संयुक्त राज्य अमेरिका स्पष्ट पानी अक्सिजन परीक्षण मानकहरू।

2. परिणाम र छलफल

२.१ परीक्षाको सिद्धान्त

परीक्षणको आधारभूत सिद्धान्त 1923 मा व्हिटम्यान द्वारा प्रस्तावित डबल झिल्ली सिद्धान्त मा आधारित छ। अक्सिजन मास स्थानान्तरण प्रक्रिया समीकरण (1) मा व्यक्त गर्न सकिन्छ।

जहाँ: dc/dt - मास ट्रान्सफर दर, अर्थात्, प्रति एकाइ समय पानीको मात्रा प्रति एकाइ स्थानान्तरण गरिएको अक्सिजनको मात्रा, mg/(Ls)।

KLa - परीक्षण अवस्थाहरूमा एरेटरको कुल अक्सिजन स्थानान्तरण गुणांक, न्यूनतम-1 ;

C* - पानीमा संतृप्त घुलनशील अक्सिजन, mg/L।

Ct - वातनको क्षणमा पानीमा घुलनशील अक्सिजन t, mg/L।

यदि परीक्षणको तापक्रम २० डिग्रीमा छैन भने, समीकरण (२) KLa को लागि सही गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ:

अक्सिजन क्षमता (OC, kg/h) समीकरण (3) द्वारा व्यक्त गरिएको छ।

कहाँ: V - वातन पूल भोल्युम, m3।

अक्सिजन उपयोग (SOTE, %) समीकरण (4) द्वारा व्यक्त गरिएको छ।

जहाँ: q - मानक स्थितिमा वातन मात्रा, m3/h।

सैद्धान्तिक शक्ति दक्षता [E, kg/(kW-h)] समीकरण (5) द्वारा व्यक्त गरिएको छ।

कहाँ: P - वातन उपकरण शक्ति, kW।

एरेटर अक्सिजन कार्यसम्पादन मूल्याङ्कन गर्नका लागि सामान्यतया प्रयोग हुने संकेतकहरू कुल अक्सिजन मास ट्रान्सफर गुणांक KLa, अक्सिजन क्षमता OC, अक्सिजन उपयोग दर SOTE र सैद्धान्तिक शक्ति दक्षता E [7] हुन्। अवस्थित अध्ययनहरूले कुल अक्सिजन मास ट्रान्सफर गुणांक, अक्सिजन क्षमता र अक्सिजन उपयोगको प्रवृत्तिमा बढी ध्यान केन्द्रित गरेको छ, र सैद्धान्तिक शक्ति दक्षतामा कम [8, 9]। सैद्धान्तिक शक्ति दक्षता, मात्र दक्षता सूचकांक [१०] को रूपमा, वायुमण्डल प्रक्रियामा ऊर्जा खपत समस्या प्रतिबिम्बित गर्न सक्छ, जुन यो प्रयोगको फोकस हो।

2.2 अक्सिजन कार्यसम्पादनमा वातनको प्रभाव

विभिन्न वातन स्तरहरूमा अक्सिजन कार्यसम्पादन 200 μm को छिद्र आकारको एरेटरको तल्लो 2 मिटरमा वातनद्वारा मूल्याङ्कन गरिएको थियो, र परिणामहरू चित्र 2 मा देखाइएको छ।

Fig. 2 K को भिन्नता र वातन दर संग अक्सिजन उपयोग

चित्र २ बाट देख्न सकिन्छ, केएलए बिस्तारै वायुमण्डलको मात्रा बढ्दै जान्छ। यो मुख्यतया कारण हो कि वातनको मात्रा जति ठूलो हुन्छ, ग्यास-तरल सम्पर्क क्षेत्र ठूलो हुन्छ र अक्सिजन दक्षता उच्च हुन्छ। अर्कोतर्फ, केही अनुसन्धानकर्ताहरूले वायुमण्डलको मात्रा बढेसँगै अक्सिजनको उपयोग दर घटेको र यो प्रयोगमा पनि त्यस्तै अवस्था फेला परेको छ। यो किनभने एक निश्चित पानीको गहिराइ अन्तर्गत, पानीमा बुलबुलेको निवास समय बढाइन्छ जब वातन मात्रा सानो हुन्छ, र ग्यास-तरल सम्पर्क समय लामो हुन्छ; जब वायुमण्डलको मात्रा ठूलो हुन्छ, पानीको शरीरको गडबडी बलियो हुन्छ, र धेरै जसो अक्सिजन प्रभावकारी रूपमा प्रयोग हुँदैन, र अन्ततः पानीको सतहबाट हावामा बुलबुलेको रूपमा छोडिन्छ। यस प्रयोगबाट व्युत्पन्न अक्सिजन उपयोग दर साहित्यको तुलनामा उच्च थिएन, सम्भवतः रिएक्टरको उचाइ पर्याप्त उच्च नभएको हुनाले, र अक्सिजनको उपयोग दर घटाउँदै पानीको स्तम्भलाई सम्पर्क नगरी ठूलो मात्रामा अक्सिजन बाहिर निस्कियो।

सैद्धान्तिक शक्ति दक्षता (E) को वातनसँगको भिन्नता चित्र 3 मा देखाइएको छ।

चित्र 3 सैद्धान्तिक शक्ति दक्षता बनाम वातन मात्रा

चित्र 3 मा देख्न सकिन्छ, सैद्धान्तिक शक्ति दक्षता बिस्तारै बढ्दो वातन संग घट्दै जान्छ। यो किनभने मानक अक्सिजन स्थानान्तरण दर निश्चित पानीको गहिराई अवस्थाहरूमा वायुमण्डलीय मात्राको वृद्धिसँगै बढ्छ, तर ब्लोअरले उपभोग गरेको उपयोगी कार्यमा वृद्धि मानक अक्सिजन स्थानान्तरण दरमा भएको वृद्धि भन्दा बढी महत्त्वपूर्ण छ, त्यसैले सैद्धान्तिक शक्ति दक्षता। प्रयोगमा जाँच गरिएको वातन भोल्युमको दायरा भित्र वातन भोल्युमको वृद्धिसँगै घट्छ। फिगमा प्रचलनहरू संयोजन गर्दै। 2 र 3 मा, यो फेला पार्न सकिन्छ कि सबै भन्दा राम्रो अक्सिजन कार्यसम्पादन 0.5 m3/h को वातन मात्रामा प्राप्त हुन्छ।

2.3 अक्सिजन कार्यसम्पादनमा छिद्र आकारको प्रभाव

पोर साइजले बुलबुलेको गठनमा ठूलो प्रभाव पार्छ, छिद्रको आकार जति ठूलो हुन्छ, बबलको आकार त्यति ठूलो हुन्छ। प्रभावको अक्सिजन कार्यसम्पादनमा बुलबुले मुख्य रूपमा दुई पक्षहरूमा प्रकट हुन्छ: पहिलो, व्यक्तिगत बुलबुले जति सानो हुन्छ, समग्र बबल विशिष्ट सतह क्षेत्र जति ठूलो हुन्छ, ग्यास-तरल जन स्थानान्तरण सम्पर्क क्षेत्र जति ठूलो हुन्छ, स्थानान्तरणको लागि बढी अनुकूल हुन्छ। अक्सिजन; दोस्रो, बुलबुले जति ठूला हुन्छन्, पानीलाई हलचल गर्ने भूमिका जति बलियो हुन्छ, ग्यास-तरल पदार्थको बीचमा छिटो मिश्रण हुन्छ, अक्सिजनको प्रभाव त्यति नै राम्रो हुन्छ। अक्सर सामूहिक स्थानान्तरण प्रक्रिया मा पहिलो बिन्दु एक प्रमुख भूमिका खेल्छ। KLa र अक्सिजन प्रयोगमा छिद्र आकारको प्रभाव जाँच्नको लागि परीक्षण 0.5 m3/h मा सेट गरिएको वातन भोल्युम हुनेछ, चित्र 4 हेर्नुहोस्।

चित्र 4 KLa को भिन्नता वक्र र छिद्र आकार संग अक्सिजन उपयोग

चित्र 4 बाट देख्न सकिन्छ, केएलए र अक्सिजनको उपयोग दुवै छिद्रको आकारको वृद्धिसँगै घट्यो। एउटै पानीको गहिराइ र वातन मात्राको अवस्था अन्तर्गत, 50 μm एपर्चर एरेटरको KLa 1,000 μm एपर्चर एरेटरको लगभग तीन गुणा हुन्छ। तसर्थ, पानीको निश्चित गहिराइमा एरेटर जडान गर्दा, एरेटरको अक्सिजन क्षमता र अक्सिजनको उपयोगिताको एपर्चर सानो हुन्छ।

छिद्र आकारको साथ सैद्धान्तिक शक्ति दक्षताको भिन्नता चित्र 5 मा देखाइएको छ।

चित्र 5 सैद्धान्तिक शक्ति दक्षता बनाम छिद्र आकार

चित्र 5 बाट देख्न सकिन्छ, सैद्धान्तिक शक्ति दक्षताले एपर्चर साइजको बृद्धिसँगै बढ्दै र घट्ने प्रवृत्ति देखाउँछ। यो किनभने एकातिर, सानो एपर्चर एरेटरमा ठूलो KLa र अक्सिजन क्षमता हुन्छ, जुन अक्सिजनको लागि अनुकूल हुन्छ। अर्कोतर्फ, एपर्चर व्यासको कमी संग एक निश्चित पानीको गहिराई अन्तर्गत प्रतिरोध हानि बढ्छ। जब पदोन्नति प्रभाव को प्रतिरोध हानि मा छिद्र आकार कमी अक्सिजन मास स्थानान्तरण को भूमिका भन्दा ठूलो छ, सैद्धांतिक शक्ति दक्षता pore आकार को कमी संग कम हुनेछ। तसर्थ, जब एपर्चर व्यास सानो हुन्छ, सैद्धान्तिक शक्ति दक्षता एपर्चर व्यास को वृद्धि संग वृद्धि हुनेछ, र 1.91 kg/(kW-h) को अधिकतम मूल्य पुग्न 200 μm को एपर्चर व्यास; जब एपर्चर व्यास > 200 μm, वातन प्रक्रियामा प्रतिरोधी हानिले वातन प्रक्रियामा प्रभावकारी भूमिका खेल्दैन, केएलए र एरेटरको एपर्चर व्यासमा वृद्धि भएको अक्सिजन क्षमता घटाइनेछ, र यसैले, सैद्धान्तिक शक्ति दक्षता एक महत्वपूर्ण तल प्रवृति देखाउँछ।

2.4 अक्सिजन कार्यसम्पादनमा स्थापनाको पानीको गहिराइको प्रभाव

पानीको गहिराइ जसमा एरेटर स्थापना गरिएको छ वातना र अक्सिजन प्रभावमा धेरै महत्त्वपूर्ण प्रभाव पार्छ। प्रयोगात्मक अध्ययनको लक्ष्य २ मिटरभन्दा कम उथलिएको पानीको च्यानल थियो। एरेटरको एरेसन गहिराई पोखरीको पानीको गहिराई द्वारा निर्धारण गरिएको थियो। अवस्थित अध्ययनहरू मुख्यतया एरेटरको डुबेको गहिराइमा केन्द्रित छन् (अर्थात, एरेटर पोखरीको फेदमा स्थापना गरिएको छ, र पानीको मात्रा बढाएर पानीको गहिराइ बढाइन्छ), र परीक्षणले मुख्यतया स्थापनाको गहिराइमा केन्द्रित छ। एरेटर (अर्थात, पोखरीमा पानीको मात्रा स्थिर राखिएको छ, र एरेटरको स्थापनाको उचाइलाई वायुमण्डल प्रभावको लागि पानीको उत्तम गहिराइ पत्ता लगाउन समायोजन गरिन्छ), र परिवर्तनहरू KLa र पानीको गहिराइसँग अक्सिजनको उपयोग चित्र 6 मा देखाइएको छ।

चित्र 6 K को भिन्नता वक्र र पानीको गहिराई संग अक्सिजन उपयोग

चित्र 6 ले देखाउँछ कि पानीको गहिराइ बढ्दै जाँदा, KLa र अक्सिजनको उपयोग दुवैले स्पष्ट बढ्दो प्रवृत्ति देखाउँछ, KLa चार गुणाभन्दा बढी 0.८ मिटर पानीको गहिराइ र २ मिटर पानीको गहिराइमा भिन्न हुन्छ। यो किनभने पानी जति गहिरो हुन्छ, पानीको स्तम्भमा बुलबुलेको बस्ने समय जति लामो हुन्छ, ग्यास-तरल सम्पर्क समय जति लामो हुन्छ, अक्सिजन स्थानान्तरण प्रभाव त्यति नै राम्रो हुन्छ। तसर्थ, एरेटर जति गहिरो स्थापना गरिएको छ, अक्सिजन क्षमता र अक्सिजन उपयोगको लागि त्यति नै अनुकूल हुन्छ। तर पानीको गहिराइको स्थापनाले एकै समयमा प्रतिरोध हानि पनि बढ्छ, प्रतिरोध हानिलाई पार गर्न, वातनको मात्रा बढाउन आवश्यक छ, जसले अनिवार्य रूपमा ऊर्जा खपत र परिचालन लागतमा वृद्धि गर्नेछ। तसर्थ, इष्टतम स्थापना गहिराई प्राप्त गर्न, सैद्धान्तिक शक्ति दक्षता र पानीको गहिराई बीचको सम्बन्धको मूल्याङ्कन गर्न आवश्यक छ, तालिका 1 हेर्नुहोस्।

तालिका 1 ले देखाउँछ कि सैद्धान्तिक शक्ति दक्षता 0.8 मिटरको स्थापना गहिराइमा अत्यन्तै कम छ, केवल 0.5 kg/(kW-h) को साथ, उथले पानीको वातन अनुपयुक्त बनाउँदै। 1.1 ~ 1.5 मिटर दायराको पानीको गहिराइको स्थापना, अक्सिजन क्षमतामा उल्लेखनीय वृद्धिको कारणले गर्दा, प्रतिरोध प्रभाव द्वारा एरेटर स्पष्ट छैन, त्यसैले सैद्धान्तिक शक्ति दक्षता द्रुत रूपमा बढ्छ। पानीको गहिराई १.८ मिटरमा बढ्दै जाँदा, अक्सिजन कार्यसम्पादनमा प्रतिरोधी हानिको प्रभाव झन् झन् धेरै महत्त्वपूर्ण हुन्छ, जसको परिणाम स्वरूप सैद्धान्तिक शक्ति दक्षताको वृद्धि स्तर बन्द हुन्छ, तर अझै पनि बढ्दो प्रवृत्ति देखाउँदछ, र स्थापनामा। 2 मिटरको पानीको गहिराइमा, सैद्धान्तिक शक्ति दक्षता अधिकतम 1.97 kg/(kW-h) पुग्छ। त्यसकारण, च्यानलहरूको लागि <2 मिटर, इष्टतम अक्सिजनको लागि तल्लो वातनलाई प्राथमिकता दिइन्छ।

निष्कर्ष

माइक्रोपोरस एरेसन स्पष्ट पानी अक्सिजन परीक्षणको लागि स्थिर गैर-स्थिर विधि प्रयोग गर्दै, परीक्षण पानीको गहिराइमा (< 2 m) and pore size (50 ~ 1 000 μm) conditions, the total oxygen mass transfer coefficient KLa and oxygen utilisation increased with the installation of the water depth; with the increase in pore size and decreased. In the process of increasing the aeration volume from 0.5 m3/h to 3 m3/h, the total oxygen mass transfer coefficient and oxygenation capacity gradually increased, and the oxygen utilisation rate decreased.

सैद्धान्तिक शक्ति दक्षता प्रभावकारिता को एक मात्र सूचक हो। परीक्षण अवस्थाहरूमा, पानीको गहिराइको वातन र स्थापनाको साथ सैद्धान्तिक शक्ति दक्षता बढ्छ, एपर्चरमा वृद्धिको साथ पहिले बढ्छ र त्यसपछि घट्छ। पानीको गहिराइ र एपर्चरको स्थापना एक उचित संयोजन हुनुपर्दछ ताकि अक्सिजन कार्यसम्पादनलाई उत्तम प्राप्त गर्नको लागि, सामान्यतया, एरेटर एपर्चरको पानी चयनको गहिराई ठूलो हुन्छ।

परीक्षण नतिजाहरूले संकेत गर्दछ कि उथले पानीको वायु प्रयोग गर्नु हुँदैन। 2 मिटरको स्थापना गहिराइमा, 0.5 m3/h को एक वातन भोल्युम र 200 μm को छिद्र आकारको एरेटरको परिणामस्वरूप अधिकतम सैद्धान्तिक शक्ति दक्षता 1.97 kg/(kW-h) हुन्छ।