[發(fā)明專利]一種等溫層曝氣器優(yōu)化運(yùn)行方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510025823.4
• 申請(qǐng)日: 2015-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN104591415A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫昕;朱麗鵬;段飛飛;劉凌偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F7/00
• 分類號(hào): C02F7/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于湖泊水庫水質(zhì)污染控制領(lǐng)域，具體涉及一種等溫層曝氣器優(yōu)化運(yùn)行方法，用于指導(dǎo)等溫層曝氣器的優(yōu)化運(yùn)行。

背景技術(shù)

等溫層曝氣雖然是解決分層湖泊水庫內(nèi)源污染的一項(xiàng)有效技術(shù)，各類等溫層曝氣設(shè)備也相繼問世；但經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的大量測(cè)試和研究，目前在富營(yíng)養(yǎng)化湖庫水質(zhì)污染控制中的實(shí)際應(yīng)用并不十分成功。造成等溫層曝氣技術(shù)理論與實(shí)踐脫節(jié)的主要原因是：等溫層曝氣過程是一種復(fù)雜的氣-水兩相流運(yùn)動(dòng)和傳質(zhì)過程，該技術(shù)是一項(xiàng)涉及環(huán)境學(xué)、水力學(xué)、湖沼學(xué)、生物學(xué)等多學(xué)科交叉的原位湖庫水質(zhì)污染控制技術(shù)，而早期多數(shù)研究由湖沼學(xué)和生物學(xué)專業(yè)學(xué)者進(jìn)行，環(huán)境學(xué)專業(yè)學(xué)者則主要從水廠內(nèi)凈水工藝的角度來研究應(yīng)對(duì)原水水質(zhì)污染的技術(shù)。

目前，水源水質(zhì)污染控制的重要性正逐漸被水處理界認(rèn)識(shí)和重視。隨著飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，應(yīng)用等溫層曝氣技術(shù)的實(shí)際需求不斷增加，尤其是對(duì)于表層水體藻類污染不嚴(yán)重的分層湖庫；但目前幾乎每個(gè)等溫層曝氣器都存在不同程度的運(yùn)行不佳的問題，這主要是由于等溫層曝氣器內(nèi)氣-水運(yùn)動(dòng)和傳質(zhì)的復(fù)雜性，準(zhǔn)確表征曝氣室內(nèi)氧傳質(zhì)過程和預(yù)測(cè)曝氣條件對(duì)氧傳質(zhì)效果的影響是該技術(shù)應(yīng)用的瓶頸所在，等溫層曝氣器充氧性能的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)十余年來一直未有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。等溫層曝氣器的供氣壓力必須大于空氣擴(kuò)散口處的水深，而且空氣量巨大，故等溫層曝氣器的運(yùn)行能耗和成本不菲，在全球氣候變暖的大環(huán)境下，應(yīng)用等溫層曝氣產(chǎn)生的二氧化碳排放量同樣不容小視，等溫層曝氣器的優(yōu)化運(yùn)行對(duì)節(jié)能減排的意義非常重要。

等溫層曝氣器曝氣室內(nèi)充氧效果取決于氧的傳質(zhì)效率和空氣與水的接觸時(shí)間，這些都和曝氣量引起的表觀水流速度以及氣泡大小引起的氣-水接觸面積等直接相關(guān)。但由于過去表觀水流速度的預(yù)測(cè)誤差較大，一般與實(shí)測(cè)值差別±20～30％，導(dǎo)致氧傳質(zhì)效率和空氣與水的接觸時(shí)間存在較大誤差。目前尚缺乏系統(tǒng)考慮這些因素的等溫層曝氣器優(yōu)化運(yùn)行方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述等溫層曝氣器運(yùn)行效果不佳和優(yōu)化運(yùn)行方法缺乏的問題，提供了一種等溫層曝氣器優(yōu)化運(yùn)行方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種等溫層曝氣器優(yōu)化運(yùn)行方法，包括以下步驟：

1)考慮曝氣室內(nèi)氣泡-水的氧傳質(zhì)作用，應(yīng)用氧的雙膜傳質(zhì)理論，建立曝氣室內(nèi)充氧動(dòng)力學(xué)模型及其積分求解方法，其中充氧動(dòng)力學(xué)模型中涉及的表觀水流速度和氣含率采用曝氣室水動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算，氧總傳質(zhì)系數(shù)K_La采用與氣含率及氣泡特性相關(guān)的公式計(jì)算；

2)建立曝氣室氧傳質(zhì)速率和曝氣效率的表征方法；

3)根據(jù)不同曝氣室結(jié)構(gòu)及曝氣條件，利用曝氣室水動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算曝氣室內(nèi)氣含率及表觀水流速度，再利用充氧動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算曝氣室內(nèi)水中溶解氧濃度的垂向分布；

4)根據(jù)計(jì)算的曝氣室進(jìn)、出口處溶解氧濃度和曝氣室表觀水流速度和給定的等溫層曝氣器的能量效率，計(jì)算不同曝氣量條件下的氧傳質(zhì)速率和曝氣效率，分別繪制氧傳質(zhì)速率和曝氣效率的關(guān)系曲線，該兩種關(guān)系曲線的交匯處對(duì)應(yīng)的曝氣量即為控制等溫層曝氣器優(yōu)化運(yùn)行的最優(yōu)曝氣量。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：步驟1)中，曝氣室內(nèi)充氧動(dòng)力學(xué)模型及其積分求解方法具體分為如下步驟：

1-1)根據(jù)質(zhì)量守恒原理，應(yīng)用氧的雙膜傳質(zhì)理論，建立曝氣室內(nèi)溶解氧濃度的垂向分布方程如式(1)所示：

∂C∂Z=KLaUlr(C*-C)---(1)]]>

式中：C、C*分別為曝氣室內(nèi)距空氣擴(kuò)散器高度Z處水的溶解氧濃度和飽和濃度，mg/L；