Rapport de test d'oxygénation par aération à fines bulles

Dans le système de traitement des eaux usées, le processus d'aération représente 45 % à 75 % de la consommation d'énergie de l'ensemble de la station d'épuration des eaux usées, afin d'améliorer l'efficacité du transfert d'oxygène du processus d'aération, la station d'épuration actuelle est couramment utilisée dans les micropores. systèmes d'aération. Par rapport au système d'aération à bulles de grete et moyenne taille, le système d'aération microporeux peut économiser environ 50 % de la consommation d'énergie. Néanmoins, le taux d'utilisation de l'oxygène de son processus d'aération est également compris entre 20 et 30 %. En outre, de plus en plus de régions en Chine utilisent la technologie d'aération microporeuse pour le traitement des rivières polluées, mais il n'y a aucune recherche sur la manière de sélectionner raisonnablement des aérateurs microporeux pour différentes conditions d'eau. Par conséquent, l’optimisation des paramètres de performance d’oxygénation des aérateurs microporeux pour la production et l’application réelles revêt une grande importance.

De nombreux facteurs affectent les performances de l'aération et de l'oxygénation microporeuses, les plus importants étant le volume d'aération, la taille des pores et l'installation de la profondeur de l'eau.

À l'heure actuelle, il existe moins d'études sur la relation entre les performances d'oxygénation de l'aérateur microporeux et la taille des pores et la profondeur d'installation au pays et à l'étranger. La recherche se concentre davantage sur l’amélioration du coefficient de transfert de masse d’oxygène total et de la capacité d’oxygénation, et néglige le problème de consommation d’énergie dans le processus d’aération. Nous prenons l'efficacité énergétique théorique comme principal indice de recherche, combiné à la capacité d'oxygénation et à la tendance de l'utilisation de l'oxygène, optimisons initialement le volume d'aération, le diamètre de l'ouverture et la profondeur d'installation lorsque l'efficacité de l'aération est la plus élevée, pour fournir une référence pour l'application. de la technologie d'aération microporeuse dans le projet lui-même.

1.Matériaux et méthodes

1.1 Configuration d'essai
L'installation de test était en plexiglas et le corps principal était un réservoir d'aération cylindrique D de 0,4 m × 2 m avec une sonde à oxygène dissous située à 0,5 m sous la surface de l'eau (illustré sur la figure 1).


Figure 1 Configuration du test d’aération et d’oxygénation

1.2 Matériels d'essai
Aérateur microporeux, constitué d'une membrane en caoutchouc, diamètre 215 mm, taille des pores 50, 100, 200, 500, 1 000 μm. Testeur d'oxygène dissous de paillasse sensation378, HACH, États-Unis. Débitmètre à rotor de gaz, plage 0~3 m3/h, précision ±0,2 %. Souffleur HC-S. Catalyseur : CoCl2-6H2O, analytiquement pur ; Désoxydant : Na2SO3, analytiquement pur.



1.3 Méthode d'essai
Le test a été réalisé en utilisant la méthode statique non stationnaire, c'est-à-dire que Na2SO3 et CoCl2-6H2O ont d'abord été dosés pour la désoxygénation pendant le test, et l'aération a commencé lorsque l'oxygène dissous dans l'eau a été réduit à 0. Modifications de la concentration en oxygène dissous dans l'eau au fil du temps ont été enregistrés et la valeur KLa a été calculée. Les performances d'oxygénation ont été testées sous différents volumes d'aération (0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3 m3/h), différentes tailles de pores (50, 100, 200, 500, 1 000 μm) et différentes profondeurs d'eau (0,8, 1,1, 1,3, 1,5, 1,8, 2,0 m), et référence a également été faite au CJ/T
3015.2 -1993 « Détermination des performances d'oxygénation de l'eau claire de l'aérateur » et normes de test d'oxygénation de l'eau claire des États-Unis.

L'utilisation de l'oxygène (SOTE, %) est exprimée par l'équation (4).

Où : q - volume d'aération en condition standard, m3/h.

Le rendement énergétique théorique [E, kg/(kW-h)] est exprimé par l'équation (5).

Où : P - puissance de l'équipement d'aération, kW.

Les indicateurs couramment utilisés pour évaluer les performances d'oxygénation de l'aérateur sont le coefficient de transfert de masse d'oxygène total KLa, la capacité d'oxygénation OC, le taux d'utilisation de l'oxygène SOTE et l'efficacité énergétique théorique E [7]. Les études existantes se sont davantage concentrées sur les tendances du coefficient de transfert de masse d'oxygène total, de la capacité d'oxygénation et de l'utilisation de l'oxygène, et moins sur l'efficacité énergétique théorique [8, 9]. L'efficacité énergétique théorique, en tant que seul indice d'efficacité [10], peut refléter le problème de consommation d'énergie dans le processus d'aération, qui est au centre de cette expérience.

2.2 Effet de l'aération sur les performances d'oxygénation

Les performances d'oxygénation à différents niveaux d'aération ont été évaluées par aération au fond de 2 m de l'aérateur avec une taille de pores de 200 μm, et les résultats sont présentés sur la figure 2.

Fig. 2 Variation du K et de l'utilisation de l'oxygène en fonction du taux d'aération

Comme le montre la figure 2, KLa augmente progressivement avec l'augmentation du volume d'aération. Cela est principalement dû au fait que plus le volume d’aération est grand, plus la zone de contact gaz-liquide est grande et plus l’efficacité de l’oxygénation est élevée. D’un autre côté, certains chercheurs ont constaté que le taux d’utilisation de l’oxygène diminuait avec l’augmentation du volume d’aération, et une situation similaire a été constatée dans cette expérience. En effet, sous une certaine profondeur d'eau, le temps de séjour des bulles dans l'eau est augmenté lorsque le volume d'aération est faible, et le temps de contact gaz-liquide est prolongé ; lorsque le volume d'aération est important, la perturbation du plan d'eau est forte et la majeure partie de l'oxygène n'est pas utilisée efficacement et est finalement libérée de la surface de l'eau sous forme de bulles dans l'air. Le taux d'utilisation de l'oxygène dérivé de cette expérience n'était pas élevé par rapport à la littérature, probablement parce que la hauteur du réacteur n'était pas suffisamment élevée et qu'une grande quantité d'oxygène s'échappait sans entrer en contact avec la colonne d'eau, réduisant ainsi le taux d'utilisation de l'oxygène.

La variation du rendement énergétique théorique (E) avec aération est représentée sur la figure 3.

Fig. 3 Efficacité énergétique théorique en fonction du volume d'aération

Comme le montre la figure 3, le rendement énergétique théorique diminue progressivement avec l'augmentation de l'aération. En effet, le taux de transfert d'oxygène standard augmente avec l'augmentation du volume d'aération dans certaines conditions de profondeur d'eau, mais l'augmentation du travail utile consommé par le ventilateur est plus significative que l'augmentation du taux de transfert d'oxygène standard, donc l'efficacité énergétique théorique diminue avec l'augmentation du volume d'aération dans la plage de volume d'aération examinée dans l'expérience. En combinant les tendances des Fig. 2 et 3, on constate que les meilleures performances d'oxygénation sont obtenues à un volume d'aération de 0,5 m3/h.

2.3 Effet de la taille des pores sur les performances d'oxygénation

La taille des pores a une grande influence sur la formation des bulles : plus la taille des pores est grande, plus la taille de la bulle est grande. Les bulles sur les performances d'oxygénation de l'impact se manifestent principalement sous deux aspects : premièrement, plus les bulles individuelles sont petites, plus la surface spécifique globale des bulles est grande, plus la zone de contact de transfert de masse gaz-liquide est grande, plus elle est propice au transfert de oxygène; Deuxièmement, plus les bulles sont grosses, plus le rôle d'agitation de l'eau est fort, le mélange gaz-liquide entre plus rapide, meilleur est l'effet d'oxygénation. Souvent, le premier point du processus de transfert de masse joue un rôle majeur. Le test portera sur un volume d'aération réglé à 0,5 m3/h, pour examiner l'effet de la taille des pores sur le KLa et l'utilisation de l'oxygène, voir Figure 4.


Graphique 4. Courbes de variation de KLa et d'utilisation de l'oxygène en fonction de la taille des pores

Comme le montre la figure 4, l'utilisation de KLa et d'oxygène a diminué avec l'augmentation de la taille des pores. Dans des conditions de même profondeur d'eau et de même volume d'aération, le KLa d'un aérateur d'ouverture de 50 μm est environ trois fois supérieur à celui d'un aérateur d'ouverture de 1 000 μm. Par conséquent, lorsque l'aérateur est installé dans une certaine profondeur d'eau, plus l'ouverture de la capacité d'oxygénation de l'aérateur est petite et l'utilisation de l'oxygène est plus grande.

La variation du rendement énergétique théorique en fonction de la taille des pores est représentée sur la figure.

Fig. 5 Efficacité énergétique théorique en fonction de la taille des pores
Comme le montre la figure 5, le rendement énergétique théorique montre une tendance à l'augmentation puis à la diminution avec l'augmentation de la taille de l'ouverture. En effet, d'une part, l'aérateur à petite ouverture a une plus grande capacité de KLa et d'oxygénation, ce qui est propice à l'oxygénation. D’un autre côté, la perte de résistance sous une certaine profondeur d’eau augmente avec la diminution du diamètre de l’ouverture. Lorsque la réduction de la taille des pores sur la perte de résistance de l'effet de promotion est supérieure au rôle du transfert de masse d'oxygène, le rendement énergétique théorique sera réduit avec la réduction de la taille des pores. Par conséquent, lorsque le diamètre de l'ouverture est petit, le rendement énergétique théorique augmentera avec l'augmentation du diamètre de l'ouverture et le diamètre de l'ouverture de 200 μm pour atteindre la valeur maximale de 1,91 kg/(kW-h) ; lorsque le diamètre d'ouverture > 200 μm, la perte de résistance dans le processus d'aération ne joue plus un rôle dominant dans le processus d'aération, le KLa et la capacité d'oxygénation avec l'augmentation du diamètre d'ouverture de l'aérateur seront réduits, et par conséquent, la valeur théorique l’efficacité énergétique montre une tendance significative à la baisse.

2.4 Effet de la profondeur de l'eau de l'installation sur les performances d'oxygénation

La profondeur d'eau dans laquelle l'aérateur est installé a un effet très important sur l'effet d'aération et d'oxygénation. La cible de l'étude expérimentale était un canal d'eau peu profonde de moins de 2 m. La profondeur d'aération de l'aérateur a été déterminée par la profondeur de l'eau de la piscine. Les études existantes se concentrent principalement sur la profondeur immergée de l'aérateur (c'est-à-dire que l'aérateur est installé au fond de la piscine et que la profondeur de l'eau augmente en augmentant la quantité d'eau), et le test se concentre principalement sur la profondeur d'installation du aérateur (c'est-à-dire que la quantité d'eau dans la piscine est maintenue constante et la hauteur d'installation de l'aérateur est ajustée pour trouver la meilleure profondeur d'eau pour l'effet d'aération), et les changements de KLa et d'utilisation de l'oxygène avec la profondeur de l'eau sont montré sur la figure 6.


Fig. 6 Courbes de variation de K et d'utilisation de l'oxygène en fonction de la profondeur de l'eau
La figure 6 montre qu'avec l'augmentation de la profondeur de l'eau, l'utilisation de KLa et d'oxygène montre une nette tendance à la hausse, la KLa différant de plus de quatre fois à 0,8 m de profondeur d'eau et à 2 m de profondeur d'eau. En effet, plus l'eau est profonde, plus le temps de séjour des bulles dans la colonne d'eau est long, plus le temps de contact gaz-liquide est long, meilleur est l'effet de transfert d'oxygène. Par conséquent, plus l’aérateur est installé profondément, plus il est propice à la capacité d’oxygénation et à l’utilisation de l’oxygène. Mais l'installation de la profondeur de l'eau augmente en même temps que la perte de résistance augmentera également, afin de surmonter la perte de résistance, il est nécessaire d'augmenter la quantité d'aération, ce qui entraînera inévitablement une augmentation de la consommation d'énergie et des coûts d'exploitation. Par conséquent, afin d’obtenir la profondeur d’installation optimale, il est nécessaire d’évaluer la relation entre l’efficacité énergétique théorique et la profondeur de l’eau, voir Tableau 1.

Tableau 1 Rendement énergétique théorique en fonction de la profondeur de l'eau
Profondeur/m	E/(kg.kw-1.h-1)	Profondeur/m	E/(kg.kw-1.h-1)
0.8	0.50	1.1	1.10

Le tableau 1 montre que le rendement énergétique théorique est extrêmement faible à une profondeur d'installation de 0,8 m, avec seulement 0,5 kg/(kW-h), ce qui rend l'aération en eau peu profonde inappropriée. Installation d'une profondeur d'eau de 1,1 à 1,5 m, en raison de l'augmentation significative de la capacité d'oxygénation, tandis que l'aérateur par l'effet de résistance n'est pas évident, de sorte que l'efficacité énergétique théorique augmente rapidement. À mesure que la profondeur de l'eau augmente jusqu'à 1,8 m, l'effet de la perte de résistance sur les performances d'oxygénation devient de plus en plus important, ce qui entraîne une croissance de l'efficacité énergétique théorique qui tend à se stabiliser, mais qui montre toujours une tendance à la hausse, et dans l'installation À partir d'une profondeur d'eau de 2 m, le rendement énergétique théorique atteint un maximum de 1,97 kg/(kW-h). Ainsi, pour les canaux < 2 m, l’aération par le fond est privilégiée pour une oxygénation optimale.

3.Conclusion

En utilisant la méthode statique non stationnaire pour l'essai d'oxygénation de l'eau claire par aération microporeuse, dans les conditions de profondeur de l'eau d'essai (< 2 m) et de taille des pores (50 ~ 1 000 μm), le coefficient de transfert de masse d'oxygène total KLa et l'utilisation de l'oxygène ont augmenté avec la installation de la profondeur de l'eau; avec l'augmentation de la taille des pores et une diminution. Au cours du processus d'augmentation du volume d'aération de 0,5 m3/h à 3 m3/h, le coefficient de transfert de masse total d'oxygène et la capacité d'oxygénation ont progressivement augmenté et le taux d'utilisation de l'oxygène a diminué.

L’efficacité énergétique théorique est le seul indicateur d’efficacité. Dans les conditions de test, l'efficacité énergétique théorique avec l'aération et l'installation de la profondeur d'eau augmente, avec l'augmentation de l'ouverture d'abord puis diminue. L'installation de la profondeur de l'eau et de l'ouverture doit être une combinaison raisonnable afin d'obtenir les meilleures performances d'oxygénation. En général, plus la profondeur de sélection de l'eau de l'ouverture de l'aérateur est grande, plus elle est grande.

Les résultats des tests indiquent que l’aération en eau peu profonde ne doit pas être utilisée. À une profondeur d'installation de 2 m, un volume d'aération de 0,5 m3/h et un aérateur avec une taille de pores de 200 μm ont permis d'obtenir une efficacité énergétique théorique maximale de 1,97 kg/(kW-h).

Ce qui précède concerne nos données de R&D, engagées dans l'optimisation continue des performances du produit, depuis la racine pour résoudre l'ouverture du disque d'aération, la peau de la membrane EPDM facile à rompre, le colmatage et d'autres problèmes.

NIHAO est la première entreprise en Chine à développer des produits en caoutchouc et en plastique depuis plus de vingt ans en tant que senior leader dans l'industrie du traitement de l'eau , avec une équipe professionnelle de recherche et développement et des équipements d'usine spécialisés pour améliorer la précision et la productivité des produits.

Nous sommes spécialisés dans la fabrication vaporisateur de tube and Diffuseur de disque plus de 10 ans. Peau de membrane de disque d'aération, nous utilisons la formule exclusive sans huile, après les tests continus de l'équipe R & D et l'amélioration de notre amélioration globale de la performance globale de la peau de membrane, l'utilisation de jusqu'à huit ans de non-colmatage microporeux. Non seulement l'utilisation d'EPDM 100 % nouveau matériau de haute qualité, mais également l'ajout de 38 % de la proportion de noir de carbone, grâce à différents diamètres de force, pour augmenter complètement les performances de résilience de la peau de la membrane et la résistance à la déchirure pour renforcer. Notre diffuseur à disque présente les avantages suivants :

1. Anti-blocage, bonne prévention du reflux, grande zone de contact, forte résistance à la corrosion

2. Forte résistance à la déchirure de la peau de la membrane, résistance à l'eau, meilleure résistance aux chocs

3. Bulles uniformes, aération à haute efficacité, utilisation élevée de l'oxygène, économie d'énergie, réduisant efficacement les coûts d'exploitation

Avantages du tube d'aération :

Facile à assembler, au fond du tuyau de la piscine et du tuyau d'aération en un seul, ne nécessite pas d'équipement de tuyauterie supplémentaire, le prix est inférieur à celui des autres aérateurs microporeux. La même résistance aux acides et aux alcalis, pas facile au vieillissement, longue durée de vie. Dans le renflement d'aération, l'aération n'est pas aplatie, aplatie, microporeuse variable a été fermée, de sorte que la suspension de l'aération pendant une longue période ne sera pas obstruée.

L'équipe professionnelle de NIHAO et le personnel de R&D, pour vous fournir la conception réelle de la scène, des spécifications raisonnables pour choisir le meilleur applicable à votre aérateur ! Nous sommes sincèrement impatients de vous contacter pour créer un avenir meilleur et plus propre !