曝气是污水好氧生化处理系统的一个重要工艺 环节,它的作用是向反应器内充氧,保证微生物生化 作用所需之溶解氧,并保持反应器内微生物､底物､溶解氧,即泥､水､气三相的充分混合,为微生物降解 有机物提供有利的生化反应条件〔1〕｡影响城市污水曝气处理效果的因素很多, 其中氧转移速率是一个 关键因素｡氧总转移系数KLa 与温度､水质､气液界面的面积等多种因素有关〔2〕｡孙从军等〔3〕研究了水温 对氧转移速率的影响;汤利华等〔4〕研究了水深对曝 气过程中氧总转移系数的影响;张炎等〔5〕研究了气 泡大小对反应器内氧传递系数的影响; 赵静野等〔6〕对曝气充氧中氧总传质系数进行了理论分析与实验 研究;陈季华等〔7〕研究了染整废水的氧转移系数值｡但尚未见有污水COD对氧总转移系数影响的研究 报道｡笔者以某城市污水处理厂的实际污水为试验对象, 研究了污水 在不同COD 下的氧总转移系数KLa及清污修正系数α 和β 值,以期为城市污水处理厂曝气池的设计提供参考｡
1 试验部分
1.1 试验原理 根据Leuis 和Whitman 的双膜理论, 空气中氧向水体中转移的速率可写成下式〔8〕:
式中:dc/dt———氧转移速率,mg/(L˙min);
Cs———饱和溶解氧质量浓度,mg/L;
C———曝气池实际溶解氧质量浓度,mg/L;
KLa———氧总转移系数,min-1｡
将式(1)积分后得出:ln(Cs-C)=ln Cs-KLa t (2)
从式(2)可知,水中溶解氧浓度C 是曝气时间t的函数｡由测得的饱和溶解氧浓度Cs及相应于每一时刻t 的溶解氧浓度C,绘制曲线ln(Cs-C)-t,求得斜率即为KLa｡
应用公式KLas=KLa(t)˙1.024(20-t) 可将非标准条件下求得的KLa (t)转换成标准条件(20 ℃,0.1 MPa)下的KLas｡同时对测得的Cs进行压力校正｡
为了反映污水中溶解性两亲分子(极性端亲水,非极性端疏水)型有机物对KLas的影响和含盐量对Cs的影响, 污水处理厂在实际工程设计计算时,通常要引入小于1 的α 和β 2 个清污修正系数〔8〕,氧总转移系数修正系数α 是污水KLa与清水KLa的比值,饱和溶解氧修正系数β 是污水溶解氧的饱和浓度Cs与清水溶解氧的饱和浓度Cs之比｡
1.2 试验装置
试验装置(见图1)2 套｡该装置由有机玻璃柱､哈希SC100 型在线溶解氧测定仪(2 个探头)､无油静音空压机､曝气盘､循环泵､流量计组成｡其中2根玻璃柱水位高4 m(模拟该厂曝气池水深), 内径0.23 m,单个反应柱面积0.042 m2,体积0.166 m3;流量计流量范围为0.4~4 m3/h; 曝气膜( 橡胶) 内径6 cm;循环泵流量2 m3/h,扬程10 m｡所用流量计､气压表､温度计和秒表等均经过校正｡
1.3 试验方法
清水氧总转移系数KLa的测量按照CJ/T 3015.2—1993《曝气器清水充氧性能测定》中规定的实验方法和步骤〔9〕进行,即:(1)确定曝气柱内溶解氧测定点位置｡因本试验模型较小,故仅确定一个测定点,将溶解氧测定仪探头置于曝气柱内1/2 处｡(2)向曝气柱内注入自来水, 测量初始状态下水中的溶解氧,计算脱氧剂Na2SO3和催化剂CoCl2的需要量｡(3)将脱氧剂和催化剂溶解后加入到曝气柱,使其迅速扩散｡(4)待溶解氧降到0 时,曝气,每10 s 记录一次溶解氧值,直到饱和为止,并记录试验过程中的气温､水温､气压､气量等数据｡(5)计算清水中氧的总转移系数｡
污水氧总转移系数的测量, 除省去添加脱氧剂和催化剂, 让曝气柱中的污水在曝气过程中自然下降到0 外,其余步骤与清水试验相同｡
2 结果与讨论
2.1 清水中的氧总转移系数
按照上述试验方法, 测定清水中的氧总转移系数,结果见表1｡
由表1 可见,在曝气量一定的条件下,清水中的氧总转移系数随水温的升高而增大,但增幅不大｡标准状况下KLas的平均值为0.371 2 min-1｡
2.2 污水中的氧总转移系数
按照上述试验方法,测定不同COD 污水中的氧总转移系数,结果见表2｡
由表2 可看出, 在进水COD 为200~550 mg/L､曝气量均为1.0 m3/h､水温基本恒定在(23.5±1) ℃的条件下,氧在污水中的总转移系数KLas具有随污水COD 的升高而降低的趋势, 其平均变化率为-0.018%,说明污水COD 对污水中氧总转移系数有着较大的影响｡2.3 污水中的清污修正系数α､β
根据实测的清水与不同COD 污水中KLas和Cs数据, 计算污水中的清污修正系数α､β, 结果见表3｡
分析表3 结果可知,在水温基本恒定在(23.5±1) ℃, 污水COD 为200~550 mg/L 的条件下,α 随COD 的增加而减小, 当COD<300 mg/L 时,α 均>0.50, 平均值为0.56, 当COD>300 mg/L 时,α 多<0.50,平均值为0.45,说明COD 对α 有较大的影响｡在试验条件下测定得到的α 均在0.6 以下, 其平均值为0.48, 该数值远小于我国现行城镇污水处理厂设计中常采用的α 为0.8~0.85 〔10〕, 但基本与顾夏声〔11〕“对于新鲜生活污水α 为0.26~0.46” 的建议相一致｡
由表3 还可以看到,β 随污水COD 的增加变化不大,其平均值为0.89,该数值与现行城镇污水处理厂设计中建议采用的β 为0.85~0.95〔10〕相吻合,说明在相同的试验条件下改变污水的COD,不会对β 产生影响｡具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
3 结论
在水温为(23.5±1) ℃､曝气量为1.0 m3/h､进水COD 为200~550 mg/L 的条件下,氧总转移系数KLas随污水COD 的升高而降低, 其平均变化率为-0.018%;氧总转移系数的修正系数α 随COD 的增加而减小,其平均值为0.48;饱和溶解氧的清污修正系数β 随COD 的增加变化不大,其平均值为0.89｡
