污水土地生物过滤处理系统充氧试验研究

摘要

随着我国城镇化进程的加快，迫切需要一种因地制宜的污水处理方式改善小城镇的水环境。传统污水土地处理系统具有维护管理方便，工程基建和运行费用低，净化效果好，生态环境效益显著，可实现废水的资源化等特点，特别适用于小城镇等缺乏排水管网与污水处理系统的地区。而在此基础上发展起来的好氧型污水土地生物过滤处理系统，有效克服了传统工艺因缺少充氧系统导致复氧效果差，内部缺氧环境使脱氮效果不理想，生物膜更新慢，易堵塞等缺陷，应用越来越广泛。但由于其充氧设备的构造、气液两相的运动特点等与传统曝气设备不同，因此需要对新型工艺中的曝气充氧技术做进一步研究。
　　本课题模拟好氧型污水土地生物过滤工艺中的曝气系统，采用鼓风曝气方式进行充氧试验，分别研究了A、B两种曝气器在清水条件下，无填料和有碎石填料时氧的转移规律和曝气设备的充氧性能。试验通过改变曝气量、水深以及水温等条件，研究孔口分布、空气流速、深宽比和温度对充氧性能的影响，重点考察空气在水中停留时间、氧总转移系数、充氧能力和氧转移效率四个指标，得出曝气设备的最佳运行参数，为该充氧技术在小城镇污水土地生物过滤处理系统中的实际应用提供理论依据。
　　结果表明:空气在水中的停留时间随曝气量增大而减小，随深宽比（水深与曝气设备有效宽度的比值）增大而增大。在2.83～12m3/h范围内，随着孔口空气流速的增大，氧总转移系数和充氧能力都呈递增趋势，但并非与空气流速成简单的线性关系，以曝气量9m3/h为拐点，增加趋势趋于缓慢;无填料时，氧转移效率呈现先降低，然后以曝气量9m3/h为拐点略有升高后再次降低的趋势，加入碎石填料后，曝气器A、B的氧转移效率随孔口空气流速的增大分别以曝气量6m3/h、9m3/h为顶点先升高后降低。在0.75～1.25（水深1.5～2.5m）范围内，随着深宽比增加，氧总转移系数递减，而充氧能力和氧转移效率逐渐增大。在4.0～25.2℃范围内，随着水温增加，水中溶解氧的饱和值不断降低，氧总转移系数逐渐增大;以水温12℃为顶点，充氧能力和氧转移效率都随水温升高先增大后减小。
　　此外，碎石填料具有阻挡和剪切、破碎气泡的作用，能在很大程度上改善曝气设备的充氧性能。考察孔口气速对曝气设备充氧性能影响时试验数据显示，有碎石填料时曝气器A、B的充氧能力N0相对于无填料时的增幅分别为71.8％～165.2％、43.2％～168.6％，氧转移效率E相对增幅分别为73.0％～166.6％、44.1％～169.5％;研究深宽比对曝气设备充氧性能影响时试验表明，有碎石填料时曝气器A、B的N0值相对于无填料时的增幅分别为150.5％～177.9％、162.5％～208.5％，E值相对增幅分别为151.1％～177.8％、162.3％～207.0％。
　　由试验得到该曝气设备运行条件的最佳参数:在曝气量9m3/h，深宽比1.25（水深2.5m），水温11～13℃条件下，选择曝气器B进行曝气充氧，能得到较高的氧总转移系数、充氧能力和氧转移效率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 曝气与曝气方式

1．3 曝气充氧原理

1．3．1 传质理论的基本概念

1．3．2 传质理论的理论模型

1．3．3 菲克(Fick)定律

1．3．4 氧总转移系数KLa

1．4 填料概述

1．5 研究目的及内容

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

第二章 试验设备及方法

2．1 试验装置

2．2 试验方法

2．2．1 试验的启动方法

2．2．2 溶解氧的测定方法

2．2．3 试验步骤

2．3 指标计算

2．4 试验运行

第三章 无填料条件下充氧性能的试验研究

3．1 孔口分布及空气流速对充氧性能的影响

3．1．1 曝气量对空气在水中停留时间的影响

3．1．2 空气流速对氧总转移系数KLa(20)的影响

3．1．3 空气流速对充氧能力N0的影响

3．1．4 空气流速对氧转移效率E的影响

3．2 孔口分布及深宽比对充氧性能的影响

3．2．1 深宽比对空气在水中停留时间的影响

3．2．2 深宽比对氧总转移系数KLa(20)的影响

3．2．3 深宽比对充氧能力N0的影响

3．2．4 深宽比对氧转移效率E的影响

3．3 本章小结

第四章 有填料条件下充氧性能的试验研究

4．1 孔口分布及空气流速对充氧性能的影响

4．2 孔口分布及深宽比对充氧性能的影响

4．3 温度对充氧性能的影响

4．4 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢