化学消氧法曝气器充氧性能测试方法及应用

摘要

截至2014年3月底，我国累计建成城镇污水处理厂3622座，污水处理能力约1.53亿m3/d，按吨污水能耗0.20-0.35 kWh计算，全国城镇污水处理能耗为0.30-0.54亿kWh/d。曝气系统作为建设污水处理厂的一部分，设备及安装成本占比并不高，但却是污水处理过程的主要耗能单元，占总能耗的50％-60％。
　　目前我国现行曝气器充氧性能测试方法以1993年颁布的《曝气器清水充氧性能测定》(CJ/T3015.2-1993)为依据。限值标准以《环境保护产品技术要求中、微孔曝气器》(HJ/T252-2006)和《水处理用刚玉微孔曝气器》(CJ/T263-2007)及《水处理用橡胶膜微孔曝气器》(CJ/T264-2007)等为依据。随着科学技术的发展和进步，市场现有设备性能均已超出现行标准的要求，由于标准严重滞后，缺乏对曝气器充氧性能检测的有效手段，导致市场上充斥着大量低性能、高耗能、短寿命的曝气产品，造成了电能的大量无功消耗，严重影响了污水厂的长期稳定达标运行。因此对现有测试方法进行合理优化、修改、对标准限制体系重新修订势在必行。
　　本研究在全面调阅和系统查阅了国内外相关研究的基础上，搭建了一套贴合国内污水处理实际工况的曝气测试平台并针对化学消氧法曝气器充氧性能测试方法优化及标准限值修订工作开展了系列研究，主要内容和成果如下:
　　1.结合我国曝气器充氧性能检测方法标准和测试平台设计、使用现状，以实现曝气器充氧性能工程化规模的测试为目的，通过对国际上成熟、先进的曝气器充氧性能测试方法技术的消化、吸收，在山东省设计搭建了一套曝气器测试平台，整套平台包括:测试水池、风量控制系统、水位控制系统、溶解氧检测装置、PLC控制模块、压力检测装置、加药装置等部分。测试水池的规格为直径5m、有效水深10m的圆柱形罐体，可满足工程化规模测试的需求，并获得了CMA资质认证。
　　2.为提高曝气产品测试的准确性、稳定性、指导性，在详细比对国内外污水处理用曝气器相关标准的基础上，采用更贴近实际工况的测试条件，通过比对测试、验证测试等方式，提出了更加通用、准确、快速的测试方法以确保测试数据代表性和结果准确度。主要研究及改进内容包括以下三个方面:
　　(1)分别采用线性回归与非线性回归法对数据进行处理，通过测试数据证明，采用线性回归的计算方法需要6/kLaT的时长可以判定测试结束;而采用非线性回归的计算方法需要4/kLaT的时长即可判定测试结束，并在新方法中规定采用时间效率更高的非线性回归方法对数据进行处理。
　　(2)对原有测试方法中关于数据有效性判定做了修改:在1组不同通气量的曝气器清水充氧测试中，单次测试各测点的kLaT值与其均值的误差应在±5％以内，否则应分析其原因，重新测试。在1组测试中3个及以上不同通气量测试对应的SOTR值的线性拟合度值R2≥0.99时，测试结果视为有效;否则同种测试条件下的重复测试应≥3次，kLaT值单次测试与重复测试平均值的误差应在±10％以内。
　　(3)修改了原有方法中Cs，20代入固定值9.17mg/L的计算方法，参考国外标准，引入公式对Cs,20进行精确计算。
　　3.确定了化学消氧法曝气器充氧性能测试的标准限值，不再对标准氧转移速率(SOTR)提出限值要求，而对标准氧转移效率(SOTE)、比标准氧转移效率(SSOTE)、理论动力效率(E)等参数进行规范。
　　通过本课题的研究，在山东省率先建立适合我省省情的污水处理用曝气器技术要求及测试标准体系，进一步规范我省曝气器市场，为工程设计提供更准确、有效的数据支持，引导高效节能型曝气器的研发应用，为我省水处理行业节能降耗技术改进奠定技术基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 曝气器充氧性能测试应用现状

1．3 曝气器充氧性能测试方法

1．3．1 技术参数

1．3．2 吸附测试法

1．3．3 解吸附法

1．4 研究目的与内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

1．4．3 技术路线

第2章 测试平台装置搭建

2．1 测试平台设计及装置选配

2．1．1 测试水池

2．1．2 风量控制系统

2．1．3 水位控制系统

2．1．4 溶解氧检测装置

2．1．5 PLC控制模块

2．2 测试平台的搭建

2．2．1 主要设备性能

2．2．2 平台的建设调试

2．3 规范性及准确性验证

2．4 小结

第3章 化学消氧法曝气器充氧性能测试方法研制及应用

3．1 基本测试条件

3．1．1 药品

3．1．2 水温

3．1．3 水池及水质

3．1．4 曝气器安装

3．2 数据处理方法及测试终止时间判定研究

3．2．1 测试方法

3．2．2 测试数据及分析

3．3 数据有效性定判定方法

3．3．1 测试方法

3．3．2 数据分析

3．3．3 判定方法

3．4 Cs,20计算方法

3．5 研究应用

3．6 小结

第4章 污水处理用微孔曝气器充氧性能限值的研制

4．1 指标体系的确定

4．2 充氧性能测试

4．2．1 测试条件

4．2．2 净曝气密度要求

4．2．3 比标准通气量要求

4．2．4 测试内容

4．3 限值的制定

4．3．1 测试数据

4．3．2 曝气性能参数的影响因素

4．3．3 数据分析

4．3．4 限值制定

4．4 与现有国标的比对分析

4．4．1 与环保部现行标准的比较

4．4．2 与建设部现行标准的比较

4．5 小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

硕士研究生期间发表的学术论文目录及获奖情况