工艺状态下曝气器综合充氧性能测定装置

摘要

本发明涉及一种工艺状态下曝气器综合充氧性能测定装置，包括：入口气体分析仪，设置于风机之前，用于测量入口气体的流量、温度、湿度、O

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种应用于污水处理中测定曝气器 性能的装置。

背景技术

曝气池是整个污水处理系统的核心，曝气系统的综合品质直接决定着 污水生物处理的水质稳定性和处理成本的高低。作为曝气系统的核心单元， 曝气器的充氧性能成为人们关注的必要要素之一。行业内用以评定曝气器 充氧性能的指标有三个：充氧能力q_c(kg/h)，氧利用率ε(%)和动力效率 E(kg/(kW·h)。在现行标准中，仅有曝气器清水充氧性能测定的标准（CJ/T 3015.2-1993），且目前行业内也往往仅采用清水状态的指标来评估曝气器的 性能。

事实上，标准状态的充氧性能是指单个曝气器在大气压0.1MPa、水 温20℃时对清水的充氧性能；而实际工况与标准状态在水质、环境因素、 物理空间等多方面均存在差异，清水状态下的指标并不能准确反应曝气器 在实际应用中的性能。所以，需要测定曝气器在实际工艺状态下的充氧性 能，更准确地反应曝气器的实际效能，从而给曝气器的选型设计和评估提 供有价值的参考，给污水处理厂的运行提供支持。

发明内容

（一）要解决的技术问题

开发一种可在工艺状态下测定曝气器的综合充氧性能的装置。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明提供了一种在工艺状态下测定曝气器的综合充氧性能的装置， 包括：

入口气体分析仪，设置于风机之前，用于测量入口气体的流量、温度、 湿度、O₂和CO₂含量；

尾气收集装置，设置于所述曝气池上方，所述尾气收集装置能够自由 伸缩；

尾气分析仪，与所述尾气收集装置连接，设置于曝气池外，用于测量 尾气的流量、温度、CO₂和O₂含量。

优选地，所述入口气体分析仪包括转子流量计、压力传感器、温度传 感器、氧传感器、二氧化碳红外分析仪和吸气泵。

优选地，所述尾气收集装置是气囊，气囊下部是高密度橡胶垫层，并 配有金属负重，起到在悬浮的同时保持底部浸没在水中的作用，整体由可 收放的不锈钢架支撑，上部设一个集气口。

优选地，所述尾气分析仪包括气体采集器和气体分析仪两个部分，气 体采集器包括电磁压力计、真空源、转子流量计和调节阀；气体分析仪包 括干燥柱、氧传感器、流量计及控制阀、温度传感器、二氧化碳红外分析 仪、二氧化碳和水蒸气的吹扫柱以及数据分析仪及显示面板。

更优选地，所述集气口与气体采集器相连接。

（三）有益效果

使用本发明的工艺状态下曝气器综合充氧性能测定装置，可以有效地 测定实际工艺状态下氧的利用率，用于反映曝气器的工艺状态充氧性能， 可为污水处理厂的评估和运行提供理论支持。

附图说明

图1为依照本发明一种实施方式的工艺状态下曝气器综合充氧性能测 定装置的结构示意图。

图2是工艺状态下曝气器综合充氧性能测定装置原理图。

其中，100表示气体采集器，110表示气体分析器。

具体实施方式

本发明提出的，结合附图和实施例详细说明如下。

如图和1和2所示，依照本发明一种实施方式的工艺状态下的曝气器综合 充氧性能测定装置，包括鼓风机前的入口气体分析仪、尾气收集装置和气 体采集器和气体分析仪以及连接尾气收集装置和气体采集器的气管等。入 口气体分析仪设置于风机之前，空气在进入风机前先通过气体分析仪进行 各组分含量的测定，以得到入口气体的相关参数，包括温度、湿度、流量、 O₂和CO₂含量等。然后气体经风机送入曝气池中的曝气器，在曝气池中经 过各种转移转化过程，尾气浮上水面被尾气收集装置1收集，收集的气体 经气管到达气体采集器。气体采集器包括电磁压力计2、真空源3、转子流 量计4和调节阀5等，为保证采集的全部为尾气，控制尾气采集装置中的 压力和气体的流速非常重要，因此设置较为精确的电磁压力计测定压力的 变化，通过调节阀根据现场的实际情况调节合理的流量。气体分析仪包括 温度传感器6、流量计及控制阀7和8、二氧化碳和水蒸气的吹扫柱9、氧 传感器10、干燥柱11、二氧化碳红外分析仪12和数据分析仪及显示面板 13等。氧传感器、温度传感器和二氧化碳红外分析仪可以在线测定O₂、温 度和CO₂，并将测定结果传送到数据分析仪，通过数据分析可以直接在仪 器面板上显示OTE的值。其中气体采集器和气体分析仪分开设置的原因是 应对工艺状态下曝气量的变化，在气体采集阶段通过一系列设置保障尾气 的准确采集，而在分析阶段可以经过合理的流量控制通过各传感器可以实 现准确测定，最终在数据分析仪上输出结果，真正实现了在工艺状态下对 曝气器综合充氧性能的测定。

该装置的设计原理可简述如下：假定进气口空气中的氮气和氩气等惰 性气体是稳定的，其物质的量在气体转移过程中不发生变化。氧气在干燥 空气中的物质的量分数是已知的（0.2095），该物质的量分数与尾气中氧气 的物质的量分数存在一定的比例关系。我们可以通过测定尾气中氧气、二 氧化碳和水蒸气的分压，确定尾气中氧气的物质的量分数。

$Y_R=0.2095(1-Y_{H_{2}O\left(R\right)})---\left(1\right)$（1）

$Y_{\mathrm{og}}=\left(\frac{{\mathrm{MV}}_{\mathrm{og}}}{{\mathrm{MV}}_R}\right)Y_R---\left(2\right)$

${\mathrm{MR}}_{o/i}=\frac{Y_R}{1-Y_R-Y_{{\mathrm{CO}}_2}\left(R\right)-Y_{H_{2}O\left(R\right)}}---\left(3\right)$

${\mathrm{MR}}_{\mathrm{og}/i}=\frac{Y_{\mathrm{og}}}{1-Y_{\mathrm{og}}-Y_{{\mathrm{CO}}_2\left(\mathrm{og}\right)}-Y_{H_{2}O\left(\mathrm{og}\right)}}---\left(4\right)$

$ϵ=\frac{{\mathrm{MR}}_{o/i}-{\mathrm{MR}}_{\mathrm{og}/i}}{{\mathrm{MR}}_{o/i}}---\left(5\right)$

其中，Y_R是空气中氧气的物质的量分数；Y_og是尾气中氧气的物质的量 分数；MV_R，MV_og分别是入口气体和尾气中氧气的分压；MV_o/i，MV_og/i分别 为入口气体和尾气中氧气与惰性气体（含氮气、氩气等）的物质的量分数 之比；分别是入口气体和尾气中水蒸气的物质的量分数；分别为入口气体和尾气中二氧化碳的物质的量分数。

分别测定入口气体和尾气中水蒸气、二氧化碳和氧气的气体含量，即 可根据式（1）-（5）计算出实际工艺状态下的氧利用率。

本发明提出的通过尾气的分析测定氧利用率的装置，是基于以下假设 条件完成的：

（1）氮气、氩气等惰性气体在测量前后无变化，即氮的硝化反硝化过 程在体系中可忽略；

（2）测定时曝气池的进气量无变化；

（3）测定时曝气池的曝气系统的气压无变化。

本装置采用气囊完成对尾气的收集，该气囊可自由伸缩，根据所收集 气量的大小气囊容积发生自由变化，以保证气囊中气体处于环境气压下， 从而与入口气体一致。

气囊收集的气体与尾气分析仪直接相连，因氧气传感器、流量计、压 力传感器等仪器均为实时测量设备，故我们可以得到尾气成分的实时数据， 从而使曝气器的综合充氧性能得到实时在线测试。当然，空气进入风机前 和尾气分析仪中的流量、温度、压力等实时观测数据应一并记录，且这些 数据应保持一致。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术 领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做 出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发 明的专利保护范围应由权利要求限定。