Как правило, аэрация является важней стадией процесса обезжелезивания-деманганации. Для аэрации воды и последующей фильтрации необходимо применить распространенный метод очистки подземной воды от железа и других соединений. Качественное оборудование можно отличить по надежности и удобству в процессе использования. Эжектор – это лучшее средство для для обеспечения высокой эффективности растворения кислорода. Основной задачей этого исследования было изучение характеристик перемещения кислорода в системе аэрации эжектора. Для оценки характеристики перемещения кислорода в системе аэрации эжектора, сравнительный эксперимент был проведен на обычной системе аэрации с применением качественного оборудования нового поколения. Благодаря данному устройству определяется:
- влияние увлеченного расхода воздуха и аэрации воды
- температура на эффективность переноса кислорода
- удельный расход воздуха, с увеличением температуры аэрируемой воды для двух систем аэрации.
Коэффициент объемного массопереноса увеличивается в том случае, если значительно повышается захваченный поток воздуха и с увеличением аэрации температуры воды для обеих систем аэрации. Средний коэффициент массопередачи для системы аэрации эжектора равняется примерно на 20% и 42% выше, чем у системы вентилятора воздуходувки в экспериментальном диапазоне захваченного воздушного потока скорости и аэрации температуры воды.
Растворенный кислород относится к объему кислорода, содержащегося в воде, и является основным показателем качества воды. Кислород необходим для обеспечения свежего воздуха для жизненных целей, включая большинство морских и пресноводных организмов. Выживание водных организмов зависит от достаточного уровня кислорода, растворенного в воде. В отличие от воздуха, который обычно составляет около 21 процента кислорода, вода содержит лишь небольшую долю растворенного кислорода.
Количество кислорода, которое может удерживаться водой, соответственно, зависит от воды, температуры, атмосферного давления и количества других веществ, растворенных в воде. Как правило, кислород переносится через интерфейс воздух-вода. Аэрация — это процесс, посредством которого воздух смешивается с водой или растворяется в ней. Этот процесс может быть осуществлен в естественных и искусственно созданных водохранилищах. Аэрация является очень важным фактором во многих химических и биологических процессах. Например, очистка сточных вод — это важный процесс, который требует оптимизированной аэрации для поддержания роста и развития микроорганизмов, ответственных за биодеградирование органических загрязнителей.
Кислород часто поставляется с помощью воздуха или пузырьков чистого кислорода, вводимых в воду для создания дополнительной воздушной воды. Передача кислорода, осуществляется из газовой фазы и перемещается непосредственно в жидкую фазу. Аэрация с использованием аэрационного эжектора является наиболее распространенным способом. Этот метод аэрации не следует использовать поверхностный насос и бак. Так как благодаря скважинному насосу происходит подача воды прямо на фильтр. Прежде чем вода поступит в фильтр, она проходит через воздушный эжектор. Главным преимуществом применения данного способа является:
- важность в ряде процессов очистки сточных вод. Процесс активированного ила, показанный на рисунке, представляет собой биохимический процесс.
- очистка сточных вод, которые используют кислород и микроорганизмы для биологического окисления органических загрязнителей, продуцирования шлама
- содержание окисленного материал. Как правило, процесс активного ила включает в себя аэрационный резервуар, имеющий несколько функций. Этот процесс дает возможность использовать растворенный кислород для микроорганизмов, смешивая сырые сточные воды со смешанным раствором и обеспечивает тщательную очистку сточных вод. Подача кислорода должна быть достаточной для поддержания минимальной концентрации растворенного кислорода в резервуаре аэрации за весь промежуток времени. Из-за низкой растворимости кислорода и, как следствие, низкой скорости переноса кислорода, повышается скорость работы фильтра. Следует отметить, что данный процесс происходит из-за из-за наличия узкого сопла.
- кислород служит для удовлетворения требований этого процесса не доступен через обычный поверхностный воздуховодный интерфейс.
В зависимости от конкретных требований к обработке применяется множество различных типов систем аэрации. Обычная система аэрации состоит из воздушного компрессора или воздуходувки, воздухораспределительной сети в нижней части, промежуточного бак и диффузора, установленного над трубами. Диффузор является наиболее важным элементом в системе аэрации и, следовательно, его дизайн, размеры и пор мембраны в значительной степени определяют эффективность процесса аэрации относительно растворенного кислорода. Обычная система аэрации, используемая в процессе активированного ила, потребляет до 60-85% от общего количества потребности в энергии современной станции очистки сточных вод. Увеличение затрат на энергию увеличивает интерес к проектированию системы аэрации, оптимизации и контроля. Поэтому исследования направлены на разработку и совершенствование систем аэрации. Специалисты находятся в поиске новых возможностей для обеспечения высокой эффективности при минимальных затратах.
Эжектор для аэрации воды
Системы газожидкостной аэрации типа эжекторного типа, которые используют кинетическую энергию струи высокоскоростной жидкости для улавливания и диспергирования газовой фазы пользуются большой популярностью в последние годы. Для выполнения различных задач эжекторы используют подпитывающую жидкость под давлением. Движущая жидкость, известная как первичная жидкость преобразуется в высокоскоростной поток низкого давления с помощью первичного сопла. Это создает вакуум во вторичном входе, когда происходит вытягивание вторичной жидкости в сочетании с первичным потоком.
Массоперенос и гидродинамические характеристики эжекторов с использованием воздуха или воды в качестве движущей текучей среды или захваченной жидкости исследованы ведущими специалистами. Влияние различных условий эксплуатации, таких как скорость насадки, падение давления, а также другие параметры геометрии эжектора играют не мало важную роль на производительность эжекторов. Они, соответственно, экспериментально исследованы несколькими учеными.
Экспериментальные исследования проводились с использованием устройства, показанного на рисунке. Он состоит из газожидкостного эжектора, электродвигатель-насоса, моторизованного вентилятора, комплекта аэрации, рециркуляционного бака, панели управления и других измерительных контрольных принадлежностей, таких как измеритель растворенного кислорода, расходомеры жидкости и газа, манометры, термометр и регулирующие клапаны. Расширительный трубчатый диффузор с отверстиями установлен на дне аэрационного бака. Все эксперименты проводилис в 1,7 м3 (0,9 м × 1,8 м в длину × 0,9 м) аэрационном резервуаре и 0,73 м3 (высота 0,9 м × 0,9 м × 0,9 м) рециркуляционном баке. Расходомер воды использовался для измерения расхода воды для рециркуляции.
Расходомер воздуха использовался для определения захваченного расход воздуха на входе всасывания воздуха эжектора, а расход воздуха на выходе вентилятора – был определен другим расходомером воздуха. Скорость выталкивания воздуха эжектора можно регулировать путем изменения потока рециркуляционной воды. Кроме того, скорость увлечения воздухом линии воздуходувки были скорректированы для сравнения с линией выталкивания газ-жидкости.
Схема газожидкостного эжектора показана на рисунке, а размеры эжектора приведены в таблице.
Основные диаметры эжектора 53 мм и 63 мм, диаметр выпускного отверстия эжектора составляет 16 мм.
Существует множество различных методов экспериментального определения коэффициентов переноса кислорода.
Метод нестационарного состояния, стандартный метод ASCE, выбран в этом исследовании. Этот метод использует нестационарную повторную аэрацию и в настоящее время является наиболее широко распространенной процедурой. Данный метод практикуется практически во всем мире. Скорость переноса массы кислорода, то есть из газа (воздух, пузырьки) к жидкой фазе (воде) системой аэрации можно выразить следующим образом [2, 5, 19]:
dCt = K a ⋅ (C — C) (1) L st t dt
где Ct — концентрация растворенного кислорода в момент времени t, Cst — концентрация насыщенного растворенного кислорода, а KLa — объемный коэффициент массопередачи для кислорода. Уравнение можно легко решить, чтобы получить выражение для Ct как функцию времени. Нелинейный регрессионный анализ рекомендуется ASCE для соответствия экв. (2) к экспериментальным данным с использованием KLa, Cst и C0 как
три регулируемых параметра.
C — C ln st t = -K a ⋅t (2) Cst — C0
L
где C0 — начальная концентрация растворенного кислорода в момент времени t = 0.
Эжекторная аэрация
Эксперимент был проведен путем удаления кислорода из известного объема чистой воды путем добавления сульфита натрия (Na2SO3) с катализатором на основе кобальта (CoCl2). Затем специалисты определили увеличение уровня кислорода и объемную массу коэффициента передачи кислорода. Общее количество сульфита натрия, необходимое для каждого испытательного пробега, рассчитывали на основе теоретического спрос на сульфит натрия с решением данного уравнения.
O + 2Na SO → 2Na SO (3) 2 2 3 2 4
В этом исследовании для определения общих характеристик перемещения кислорода использовалась система непрерывной циркуляционной аэрации. Экспериментальные параметры приведены в таблице . Число Рейнольдса и температура аэрирующей воды варьировались от 5,71 × 103 до 1,034 × 104 и от 13 ℃ до 23,5 ℃. Концентрацию растворенного кислорода (Ct) измеряли через 10 секунд, интервалы составлял в течение 6 ~ 8 минут с индикатором DO (модель YB 5B). В таблице также были показаны концентрации насыщенного растворенного кислорода с полученной температурой чистой воды при стандартных атмосферных условиях.
Экспериментальными параметрами этого исследования были захваченный расход воздуха и аэрирование температуры воды. Рисунок показывает, что объемный расход унесенного воздуха Qa увеличивается за счет увеличения числа Рейнольдса циркулирующей воды или расхода циркулирующей воды. Это может быть связано с повышенным давлением вакуума в всасывающей камере вблизи эжекторного сопла. Диапазон объемного расхода захваченного воздуха составлял 1,512-363 м3 / Мин.
Концентрации растворенного кислорода при шести разных расходах потока воздуха, но постоянный захваченный воздух и температура аэрируемой воды со временем повторной аэрации приведены тщательно показаны на рисунке для эжекторных и воздухоочистительных систем. Захваченный воздух и аэрирующая вода с температурой 23,5 ℃ и 26,5 ℃. Как показано на рисунке, концентрация растворенного кислорода увеличивались с временем при осуществлении повторной аэрации. Также произошло увеличение удельного расхода воздуха, и потребовалось приблизительно 6-7 и 7-8 минут для повторной аэрации, чтобы достигнуть насыщения (или стационарного состояния) для
концентрация кислорода. Увеличение концентрации растворенного кислорода с временем повторной аэрации может быть связано с более длительным сохранением воздушных пузырьков в аэрируемой воде. Увеличение концентрации растворенного кислорода с увеличением интенсивности потока воздуха может быть связано с увеличением межфазной области между пузырьками воздуха и аэрирующей водой.
В условиях 1,512 и 3,654 м3 / мин захваченных скоростей потока воздуха в системе аэрации эжектора, концентрации растворенного кислорода увеличивается до 7,2 и 7,8 мг / л. Для этого требуется около 7 и 6 минут времени повторной аэрации, соответственно, при тех же условиях в системе нагнетателя установившиеся значения составляет 7,15 и 7,8 мг / л. Этот процесс достигается течение примерно 8 и 7 минут времени повторной аэрации соответственно. Поэтому в среднем концентрация растворенного кислорода увеличивается примерно на 1,06 мг / л в минуту в системе аэрации эжектора, тогда как соответствующее значение составляет около 1,02 мг / л за на минуту в системе воздуходувки.
В условиях 1,512 и 3,654 м3 / мин отвлеченного потока воздуха, средний растворенный кислород концентрации составляет 4,25 мг / л и 5,87 мг / л в течение 6 минут времени после проведения повторной аэрации в системе аэрации эжектора, тогда как средний показатель составляет лишь 4,15 мг / л и 5,54 мг / л в течение 7 минут времени после повторной аэрации в системе аэрации воздуходувки. Поэтому, при захваченном воздухе скорость потока увеличивается примерно на 147%, соответственно, концентрация растворенного кислорода также повышается лишь примерно на 38% и 33% в эжекторе. Этот результат может быть обусловлен низкой растворимостью кислорода в воде и медленной скоростью кислорода по сравнению с увлеченным потоком воздуха.
На рисунках также показаны процентные концентрации растворенного кислорода в тех же условиях. Процент концентрации растворенного кислорода рассчитывается как степень определения концентрации растворенного кислорода, показанные на рисунке, и при этом разделены по концентрации насыщенного растворенного кислорода (Cst), 8,48 мг / л, как указано в таблице. Концентрация растворенного кислорода определяется с интервалом в 10 секунд, тогда как данные, используемые на рисунке были выбраны с интервалом в 30 секунд.
При всех условиях захвата воздушного потока максимальная концентрация растворенного кислорода варьируется в пределах от 85,6% до 92,2% и от 84,3% до 92% в течение 6-7 и 7-8 минут после проведения повторной аэрации для эжекторных и воздухоочистительных систем. Поэтому в этих экспериментальных условиях система аэрации воздуходувки требует около 1 минуты времени для осуществления повторной аэрации. Это необходимо для достижения равновесной концентрации растворенного кислорода. Этот результат может быть объяснен более длительным сохранением пузырьков воздуха из-за уменьшенная сила плавучести, возникающая из-за их меньшего размера, и увеличенная площадь контакта между меньшими воздушными пузырьками и аэрирования воды в системе аэрации эжектора. Воздух, который взаимодействует непосредственно с водой из всасывающего входа эжектора, принудительно понижается по течению в виде небольших пузырьков воздуха. Растворение кислорода в воде происходит обычно больше в системах с меньшим воздухом, чем в системах с большими пузырьками воздуха. Это связано с тем, что более мелкие пузырьки воздуха создают большую площадь поверхности для аэрации чем большие пузырьки воздуха. Постоянство времени захваченных воздушных пузырьков в аэрируемой воде является важным параметром, поскольку непосредственно влияет не только на время пребывания в газовой фазе, но также связано с эффективностью переноса кислорода.
Из-за высокой биологической загрязненности сточных вод и увеличенной высоты современных биологических очистных сооружений, с целью экономии используется метод предварительного сжатия воздуха до гидростатического давления. При смешивании сжатого воздуха в эжекторе требуется меньшее давление рабочей жидкости. В этот период происходит непосредственное увеличение количества воздуха в жидкости на выходе устройства. В рабочих соплах эжектора преобладают спиральные насадки, которые служат для предотвращения засорения.
