微气泡曝气中氧传质特性研究

气泡曝气过程中氧传质对于好氧生物处理过程具有重要意义。采用水力旋转剪切微气泡发生装置,考察了运行条件和水质特性对微气泡曝气中氧传质特性的影响。结果表明,微气泡曝气可获得较高的气含率和气泡停留时间;表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)可以提高微气泡曝气的气含率和气泡停留时间。微气泡曝气中氧的总体积传质系数明显高于传统气泡曝气。总体积传质系数随着空气流量的增加而增加;氧传质效率随着空气流量的增加而减小,且对空气流量的变化更为敏感。在温度15~35℃范围内,微气泡曝气中氧的总体积传质系数随着温度的增加而增加,变化关系与传统气泡曝气基本相同,但对温度的变化更为敏感。微气泡曝气中,表面活性剂SDS会使氧的总体积传质系数略有降低,其不利影响明显小于传统气泡曝气;氧的总体积传质系数随盐度(NaC l浓度)增加而逐渐增加,并在NaC l浓度5 000 mg/L后趋于稳定。     

微孔曝气器孔径与运行气量对微孔曝气氧传质的影响研究

曝气是污水生物处理最重要的单元之一,也是能耗最高的单元,微孔曝气氧传质影响因素的探究一直是污水处理领域的研究热点。微孔曝气器的孔径与其运行气量是影响微孔曝气氧传质的重要因素。在1.5m水深条件下对不同孔径的钟罩型刚玉微孔曝气器在不同运行气量条件下的充氧性能进行了评价。结果表明,随微孔曝气器孔径增大,标准氧总转移系数(KLas)、标准氧转移速率(SOTR)、阻力损失(RL)、标准氧转移效率(SOTE)及理论动力效率(SAE)减小;随运行气量增大,KLas、SOTR、RL显著增大,而SAE、SOTE减小。     

孔径对微孔曝气充氧性能的影响

孔径是微孔曝气产品最重要的参数之一,研究孔径对微孔曝气氧传质的影响对于提高微孔曝气器充氧性能有重要意义。本研究在1.5 m水深条件下对不同大小孔径的钟罩型塑料微孔曝气器充氧性能进行评价。结果发现,在实验条件下,微孔曝气器的阻力损失RL、标准氧总转移系数KLas、标准氧转移速率SOTR,标准氧转移效率SOTE及理论动力效率E随孔径增大而显著减小。     

SPG膜微气泡曝气生物膜反应器运行性能——空气通量的影响

空气通量是影响SPG膜微气泡曝气生物膜反应器运行性能的重要参数。在不同空气通量条件下,考察了微气泡产生特性及氧传质特性,以及SPG膜微气泡曝气生物膜反应器运行性能。结果表明,当空气通量由31.85 L/(min·m2)降低至12.74 L/(min·m2)时,产生的微气泡平均直径由62.9μm减小到32.6μm,氧传质系数由0.31 min-1降低至0.19 min-1,但氧传质效率由67.7%提高至90.3%。生物膜反应器DO浓度随空气通量的降低而下降,导致生物膜好氧代谢活性下降,进而COD和氨氮去除效率降低;同时,在较低DO浓度下,可实现同步硝化反硝化过程去除TN。随着空气通量的降低,生物膜反应器氧利用率增加,空气通量为12.74 L/(min·m2)时,可接近100%;同时,曝气能耗降低,在相同条件下能耗低于传统大气泡曝气。     

进水流量和曝气强度对管式曝气池液相流态及氧传质特性的影响

利用粒子图像测速技术(PIV)和溶解氧在线测试仪对管式曝气池在不同进水流量和不同曝气强度工况下的液相流态和氧传质特性进行了测定。结果表明,管式曝气池在相同曝气强度下,氧转移系数和氧转移效率均随着进水流量的增加而逐渐增加;而在相同进水流量时,氧转移系数和氧转移效率均随曝气强度的增大呈先下降后逐渐上升的趋势。综合考虑理论和实际情况,PIV测量时曝气强度选择0.750m3/h。当进水流量为0.234m~3/h时,管式曝气池上中下3个区域的涡量面积分布最均匀,液相死区最少,说明此时气液两相混合程度最好。因此,管式曝气池的最佳进水流量确定为0.234m~3/h。     

生物悬浮填料对微孔曝气氧传质影响的中试研究

生物填料在污水处理中常用来增加生物量以提高污水的净化效率,同时生物填料的加入会影响曝气氧转移效率.考察了典型的SPR-1生物悬浮填料在清水中对微孔曝气氧传质过程的影响.结果表明,在水深为6.00 m时,SPR-1生物悬浮填料有助于促进微孔曝气的氧传质,当填料填充率为40％,单位体积通气量为0.755 m3/h时,氧总转移系数(KL a20)和标准氧转移效率(SOTE)提高程度最大,分别为19.32％和5.78％；当水深为2.33 m时,SPR-1生物悬浮填料对微孔曝气氧传质有阻碍作用.在实际污水处理过程中,可以根据水深,调节填料填充率来使填料最大限度地促进氧传质.     

移动床生物膜反应器中模拟微生物耗氧速率对微孔曝气氧传质效率的影响研究

为研究移动床生物膜反应器(MBBR)中微生物呼吸作用对微孔曝气氧传质效率(OTE)的影响,向清水中持续通入一定浓度的消氧剂——亚硫酸钠溶液,通过亚硫酸钠的氧化来模拟微生物的呼吸耗氧。基于不同填充率和曝气量工况条件下,考察了微生物耗氧速率(OUR)对OTE的影响。结果表明:在40L/h曝气量条件下,装置填充率在20%~50%时,标准氧传质效率(SOTE)与OUR存在着明显的正相关性,其线性拟合R2介于0.789 8~0.976 2;填充率为60%时,SOTE随OUR的增大无明显变化。装置填充率在50%、曝气量分别为40、80、100L/h时,SOTE随OUR的增大无明显变化;而曝气量为60L/h时,SOTE随OUR的增大明显增大。进一步分析试验结果得出,MBBR中,微生物OUR可用来近似表征OTE,但不同填充率和曝气量会对两者的相关性产生一定影响。     

曝气池气泡羽流数值模拟及其氧转移影响

结合水流大涡模拟和气泡的颗粒轨道模型建立了曝气池气泡羽流数学模型,依据实测的气泡直径分布在数学模型中设定了10组气泡尺寸。通过对曝气池物理模型的数值模拟和清水氧转移测定实验研究了气泡羽流的流动特性及其对氧转移的影响。结果表明,曝气池内水流在气泡羽流中心区两侧形成环流,在底部区域水流流速的方向基本上是向上的;在距曝气器0.4 m以上的高度上气泡群发生横向摆动,摆动幅度随高度增加而变大;溶解氧的分布主要由水流对流作用决定,水流的扩散作用对溶解氧的传输效果可忽略;曝气池内氧总转移系数在不同地方的相差较小,在通气量为2 m3/h,面积为3 m2的曝气池内最大相对差值约为10%。     

微纳米曝气技术对城市景观水体修复的影响

以微纳米曝气为主要曝气方式,鼓风微孔曝气方式作对比,处理广西大学东校园景观湖湖水,考察微纳米曝气方式在污染景观水体中氧传质系数变化及其对污染物的去除效果。结果表明,对污染景观水体曝气过程中,微纳米曝气氧总体积传质系数高于鼓风微孔曝气,且与景观水的污染程度成负相关。微纳米曝气具有很好的氧传递性,平均气含率为1.09%。该曝气法对污染景观水体中多种污染物有良好的去除效果,实验结束时,微纳米曝气对化学需氧量(COD)、总磷(TP)、氨氮(NH_4~+-N)和总氮(TN)的去除率分别为67.59%、17.30%、70.20%和66.75%,水体中叶绿素a上升了14.03%,是一种有效改善景观水体水质的曝气方式。     

污泥浓度对微孔曝气氧传质过程的影响

污泥浓度是影响微孔曝气氧传质过程的重要因素之一。在小试及中试规模上，研究了不同污泥浓度对微孔曝气氧传质过程的影响，得出曝气性能随污泥浓度的变化规律。结果表明，当污泥浓度低于2000mg／L时，曝气性能随浓度的增大而增强，在2000～3000mg／L时，KLa达到最大值；当污泥浓度大于2000～3000mg／L时，曝气性能随污泥浓度增大而降低，当污泥浓度大于5000mg／L时，曝气性能急剧降低。这一规律对于在设计和运行中合理确定污水处理中的污泥浓度，在达到处理效果的前提下，尽量降低电耗具有重要意义。     

膜孔参数及表面活性剂对微孔曝气器充氧性能的影响研究

污水处理厂曝气设备的性能及水质条件是影响曝气充氧性能的重要因素,比较了清水及不同表面活性剂浓度下橡胶膜曝气器的曝气充氧性能,以标准氧传质效率(SOTE)为评价指标,得出了不同工况及膜孔参数下曝气充氧性能的变化规律。结果表明:在清水条件下,SOTE随着通气量、膜孔间距、膜孔孔径的增大而降低;表面活性剂条件下的SOTE(αSOTE)随着表面活性剂浓度的增大而降低;修正系数(α,αSOTE与SOTE的比值)随着膜孔孔径的增大而增大,膜孔孔径越小,表面活性剂对橡胶膜曝气器充氧性能的抑制作用越大。     

微气泡曝气方式对生物膜反应器运行性能的影响

运行OHR(Original Hydrodynamic Reaction)混合器微气泡曝气生物膜反应器,比较不同曝气方式下,生物膜反应器对污染物的去除性能及能耗情况。结果表明,微气泡曝气生物膜反应器可以实现废水中碳氮同步去除,连续曝气时COD、NH_3-N和TN平均去除率分别为88.5%、53.4%和43.4%,平均去除负荷分别为1.60、0.089和0.092 kg·(m~3·d)~(-1)。生物膜反应器采用微气泡间歇曝气,随着曝气时间的减少,溶解氧(DO)浓度下降,反应器COD和NH_3-N去除性能随之降低;COD和NH_3-N去除效果下降与生物膜好氧生物活性降低相一致。受硝化作用抑制影响,同步硝化反硝化过程对TN的去除性能也有所降低。采用微气泡间歇曝气能够降低曝气能耗。同时,随着曝气时间的减少,单位COD去除所需能耗降低,单位NH_3-N去除所需能耗有所升高,单位TN去除所需能耗基本不变。     

孔口分布及空气流速对充氧性能的影响

实验采用鼓风曝气,改变曝气量,研究孔口分布及空气流速对清水充氧性能的影响。通过考察氧总转移系数KLa(20)、充氧能力N0和氧转移效率E3项指标,得出该曝气设备的最佳运行条件:在曝气量为9 m3/h时,选用曝气器B进行曝气。这样可以得到较高的KLa(20)(1.816 h-1)、N0(0.105 kg/h)和E(4.151%),为曝气设备的实际应用提供参考。     

曝气量和曝气时长对好氧颗粒污泥活性恢复的影响

采用啤酒废水,在SBR中对在4℃的冰箱中储存8周的好氧颗粒污泥进行活性恢复。设置曝气时长分别为150 min和270 min,曝气量分别为0.1 m3/h和0.2 m3/h,考察了曝气时长和曝气量对好氧颗粒污泥活性恢复的影响。实验结果表明,好氧颗粒污泥在4℃冰箱中储存8周后,其颜色、粒径无明显变化;设置较长曝气时间(270 min)、较大曝气量(0.2 m3/h)时,颗粒污泥平均沉降速率、MLSS和SVI恢复最快,且对COD处理效果也恢复较快。而短曝气时间(150 min)、小曝气量(0.1 m3/h)有利于好氧颗粒污泥对氨氮去除效果的恢复。     

膜法富氧曝气提高生物反应器效能的研究

强化O2,在废水处理中的溶解度及总传质系数是提高好氧生物处理技术效能的重要课题之一.采用富氧膜法制备O2体积浓度为28.8%的富氧气作为曝气源,研究了富氧气在水中的传质特性,考察了富氧气曝气对有机物降解的效果,研究了污水浓度、曝气量等因素对生物反应器效能的影响.结果表明,富氧曝气的生物降解效能显著高于空气曝气,并且存在最佳的反应时间及气体用量.本研究范嗣内,富氧曝气O2总传质系数是空气曝气的1.3倍;40～60 min为效能最大化的反应时间;污水浓度越高,富氧曝气的优势越明显.通过与外置式膜生物反应器组合后连续10 d运行,水力停留时间比空气曝气缩短近1/3,进水COD 450～700 mg/L,出水COD小于20 mg/L,去除率大于95%;出水NH3-N小于2 mg/L,去除率大于90%.出水无色无味,SS未检出,浊度小于0.1 NTU.表明富氧气曝气能显著提高生物反应器的效能.     

微气泡曝气条件下仿生水草生物接触氧化池对污水的处理效果

采用仿生水草作为生物接触氧化池填料,在微气泡曝气环境下处理模拟生活污水。结果表明,微气泡曝气下,稳定期生物接触氧化池对COD、氨氮、TN的平均去除率分别为86.1%、78.7%、69.8%,明显高于传统曝气(COD、氨氮、TN的平均去除率分别为76.2%、60.9%、54.1%)。仿生水草具有较强的生物富集能力,微气泡曝气下仿生水草表面挂膜生物量达16.45μg/g,生物活性达81.16μg/g,硝化细菌数量达2.8×10~(10)个/g,硝化菌群的平均相对丰度达29.7%。微气泡曝气可以提高氧传质效率,仿生水草表面富集的高浓度硝化细菌可以强化硝化反硝化过程,两者均有助于提升生物接触氧化池的出水水质。     

磁场强化臭氧液相传质

对不同种气液接触方式的臭氧气液传质性能进行了研究,考察了磁场作用下的臭氧进气量,液面高度以及液相p H值对微气泡臭氧传质效果的影响规律。实验研究表明,相同实验条件下,采用微气泡附加磁场(磁铁相吸)比底部曝气盘和微气泡发生器接触方式,液相中溶解的臭氧浓度分别提高了72.6%和11.4%,经过30 min后,水中溶解的臭氧浓度为8.91 mg/L,传质系数为0.2272 min-1,传质系数显著提高;在磁场的作用下的微气泡臭氧接触方式,臭氧气体流量较小的情况下,臭氧在液相溶解效率较高,液面高度h越高溶解的臭氧浓度越低,传质系数kLa值随着气液流量的增加而增加,但是随着液面高度h的增加而降低,液相的p H值也影响着传质效果,p H越低,水中溶解的臭氧浓度越高,传质系数越高。     

不同曝气强度下活性污泥中松散束缚型胞外聚合物组分含量及其对污泥沉降性能的影响

为了探求曝气强度对活性污泥沉降性能的影响规律和机制,在实验室条件下利用序批式活性污泥法(SBR)装置研究了活性污泥好氧阶段曝气强度对活性污泥沉降性能、松散束缚型胞外聚合物(LB-EPS)含量及其组分的影响。结果表明:(1)随着曝气强度增加,活性污泥中LB-EPS含量逐渐升高。(2)活性污泥LB-EPS中,蛋白质为其最主要成分,其次为多糖,腐殖酸所占比例最小,多糖含量及比例均随曝气强度的上升而增大,蛋白质和腐殖酸含量受曝气强度影响不大。(3)曝气强度为40、80、120L/h,污泥体积指数(SVI)分别为(65.00±0.98)、(83.00±1.45)、(103.00±2.00)mL/g。曝气强度增加引起活性污泥沉降性能的恶化的原因主要在于曝气强度的增加会使LB-EPS中的多糖含量上升。     

膜曝气生物反应器内DO分布变化及其对有机物和氮去除的影响

以模拟生活污水为研究对象,探讨膜曝气生物反应器在不同的曝气压力下溶解氧的分布特征,并分析了DO的分布对有机物和氮去除率的影响。研究结果表明,不同的曝气压力下,沿曝气膜径向位置DO值逐渐降低呈梯度分布,轴向位置的DO浓度变化随沿程氧分压减小逐渐降低;不同位置的DO分布差异影响反应器内微生物群落的分布情况,进而影响碳氮的去除效果。COD和NH_4~+-N去除主要依靠生物膜内的好氧异养菌,去除率随DO的上升而增大,当反应体系中DO浓度在1.71 mg·L~(-1)以上时,两者的最大去除率分别为84.4%和92.1%;TN的去除率随DO的上升而减小,在低DO的主体料液中,生物膜内侧依然保持高氧低碳环境,在保证硝化反应的同时反硝化作用进行较为充分,去除率可高达76.1%。     

污水厂生物处理单元工艺状态下曝气性能测定与评价

以上海竹园第二污水处理厂2号生物好氧处理单元为研究对象,采用工艺状态曝气充氧性能测定仪对曝气器性能进行现场测定,通过核算氧利用率、曝气均匀性指数、曝气效率综合影响因子等指标,评价该厂曝气器日常运行状态,分析曝气系统在控制上的不足,并针对性地提出优化方案。结果表明,工艺状态下曝气器氧利用率与清水条件下相比下降19.22%~23.78%,曝气均匀性指数在0.80~1.34的范围内,曝气效率综合影响因子偏低,充分表明2号生物好氧处理单元部分曝气器存在污染或老化的问题。该厂的曝气系统具有较大的优化潜力,性能评价结果可以为曝气器科学管理维护及水厂的运行优化提供指导。