Báo cáo thử nghiệm oxy hóa sục khí bong bóng mịn

Trong hệ thống xử lý nước thải, quá trình sục khí chiếm từ 45% đến 75% năng lượng tiêu thụ của toàn bộ nhà máy xử lý nước thải, nhằm nâng cao hiệu suất truyền oxy của quá trình sục khí, nhà máy xử lý nước thải hiện nay thường sử dụng vi xốp hệ thống sục khí. So với hệ thống sục khí bong bóng lớn và vừa, hệ thống sục khí vi mô có thể tiết kiệm khoảng 50% năng lượng tiêu thụ. Tuy nhiên, tỷ lệ sử dụng oxy trong quá trình sục khí của nó cũng nằm trong khoảng từ 20% đến 30%. Ngoài ra, ở Trung Quốc đã có thêm nhiều khu vực sử dụng công nghệ sục khí vi xốp để xử lý các dòng sông bị ô nhiễm nhưng chưa có nghiên cứu nào về cách lựa chọn hợp lý máy sục khí vi xốp cho các điều kiện nước khác nhau. Do đó, việc tối ưu hóa các thông số hiệu suất oxy hóa của thiết bị sục khí vi xốp cho sản xuất và ứng dụng thực tế có ý nghĩa rất lớn.

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất sục khí và oxy hóa vi xốp, trong đó quan trọng nhất là thể tích sục khí, kích thước lỗ rỗng và lắp đặt độ sâu của nước.

Hiện tại, có ít nghiên cứu hơn về mối quan hệ giữa hiệu suất oxy hóa của thiết bị sục khí vi xốp với kích thước lỗ chân lông và độ sâu lắp đặt trong và ngoài nước. Nghiên cứu tập trung nhiều hơn vào việc cải thiện hệ số truyền khối lượng oxy tổng số và khả năng oxy hóa mà bỏ qua vấn đề tiêu thụ năng lượng trong quá trình sục khí. Chúng tôi lấy hiệu suất năng lượng lý thuyết làm chỉ số nghiên cứu chính, kết hợp với khả năng oxy hóa và xu hướng sử dụng oxy, bước đầu tối ưu hóa thể tích sục khí, đường kính lỗ và độ sâu lắp đặt khi hiệu suất sục khí cao nhất, để làm tài liệu tham khảo cho ứng dụng của công nghệ sục khí vi mô trong dự án thực tế.

1. Vật liệu và phương pháp

1.1 Thiết lập thử nghiệm
Thiết lập thử nghiệm được làm bằng Plexiglas và thân chính là bể sục khí hình trụ D 0,4 m × 2 m với đầu dò oxy hòa tan nằm cách mặt nước 0,5 m (thể hiện trong Hình 1).


Hình 1 Thiết lập thử nghiệm sục khí và oxy hóa

1.2 Tài liệu thử nghiệm
Máy sục khí vi xốp, làm bằng màng cao su, đường kính 215 mm, kích thước lỗ 50, 100, 200, 500, 1 000 μm. Máy đo oxy hòa tan để bàn sension378, HACH, Mỹ. Đồng hồ đo lưu lượng rôto khí, dải đo 0~3 m3/h, độ chính xác ±0,2%. Máy thổi HC-S. Chất xúc tác: CoCl2-6H2O, tinh khiết về mặt phân tích; Chất khử oxy: Na2SO3, tinh khiết phân tích.



1.3 Phương pháp thử
Thử nghiệm được tiến hành bằng phương pháp tĩnh không cố định, tức là Na2SO3 và CoCl2-6H2O lần đầu tiên được định lượng để khử oxy trong quá trình thử nghiệm và bắt đầu sục khí khi lượng oxy hòa tan trong nước giảm xuống 0. Sự thay đổi nồng độ oxy hòa tan trong nước theo thời gian được ghi lại và giá trị KLa được tính toán. Hiệu suất oxy hóa đã được kiểm tra ở các thể tích sục khí khác nhau (0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3 m3/h), các kích cỡ lỗ khác nhau (50, 100, 200, 500, 1.000 μm) và độ sâu nước khác nhau (0,8, 1,1, 1.3, 1.5, 1.8, 2.0 m) và tham chiếu đến CJ/T
3015.2 -1993 "Xác định hiệu suất oxy hóa nước sạch của máy sục khí" và tiêu chuẩn kiểm tra oxy hóa nước sạch của Hoa Kỳ.

Việc sử dụng oxy (SOTE, %) được biểu thị bằng phương trình (4).

Trong đó: q - thể tích sục khí ở điều kiện tiêu chuẩn, m3/h.

Hiệu suất điện năng lý thuyết [E, kg/(kW-h)] được biểu thị bằng phương trình (5).

Trong đó: P - công suất thiết bị sục khí, kW.

Các chỉ số thường được sử dụng để đánh giá hiệu suất oxy hóa của thiết bị sục khí là hệ số truyền khối oxy tổng KLa, công suất oxy hóa OC, tốc độ sử dụng oxy SOTE và hiệu suất năng lượng lý thuyết E [7]. Các nghiên cứu hiện tại đã tập trung nhiều hơn vào xu hướng của hệ số truyền khối lượng oxy tổng, khả năng oxy hóa và việc sử dụng oxy và ít tập trung vào hiệu suất năng lượng lý thuyết [8, 9]. Hiệu suất năng lượng lý thuyết, là chỉ số hiệu quả duy nhất [10], có thể phản ánh vấn đề tiêu thụ năng lượng trong quá trình sục khí, vốn là trọng tâm của thí nghiệm này.

2.2 Ảnh hưởng của sục khí đến hiệu suất oxy hóa

Hiệu suất oxy hóa ở các mức sục khí khác nhau được đánh giá bằng cách sục khí ở độ sâu 2 m dưới cùng của thiết bị sục khí có kích thước lỗ 200 μm và kết quả được thể hiện trong Hình 2.

Hình 2 Sự thay đổi của việc sử dụng K và oxy theo tốc độ sục khí

Như có thể thấy trong Hình 2, KLa tăng dần khi tăng thể tích sục khí. Điều này chủ yếu là do thể tích sục khí càng lớn thì diện tích tiếp xúc khí-lỏng càng lớn và hiệu suất oxy hóa càng cao. Mặt khác, một số nhà nghiên cứu nhận thấy rằng tốc độ sử dụng oxy giảm khi tăng thể tích sục khí và tình trạng tương tự cũng được tìm thấy trong thí nghiệm này. Điều này là do dưới một độ sâu nhất định của nước, thời gian lưu trú của bong bóng trong nước sẽ tăng lên khi thể tích sục khí nhỏ và thời gian tiếp xúc khí-lỏng kéo dài; khi thể tích sục khí lớn, sự xáo trộn của vùng nước mạnh và phần lớn oxy không được sử dụng hiệu quả, cuối cùng thoát ra khỏi mặt nước dưới dạng bong bóng vào không khí. Tỷ lệ sử dụng oxy thu được từ thí nghiệm này không cao so với tài liệu, có thể do chiều cao của lò phản ứng không đủ cao và một lượng lớn oxy thoát ra ngoài mà không tiếp xúc với cột nước, làm giảm tỷ lệ sử dụng oxy.

Sự thay đổi hiệu suất năng lượng lý thuyết (E) khi sục khí được thể hiện trong Hình 3.

Hình 3 Hiệu suất năng lượng lý thuyết so với thể tích sục khí

Như có thể thấy trong Hình 3, hiệu suất năng lượng theo lý thuyết giảm dần khi tăng cường sục khí. Điều này là do tốc độ truyền oxy tiêu chuẩn tăng khi tăng thể tích sục khí trong các điều kiện độ sâu nhất định của nước, nhưng sự gia tăng công hữu ích mà máy thổi tiêu thụ lớn hơn đáng kể so với mức tăng tốc độ truyền oxy tiêu chuẩn, do đó hiệu suất năng lượng về mặt lý thuyết giảm khi tăng thể tích sục khí trong phạm vi thể tích sục khí được khảo sát trong thí nghiệm. Kết hợp các xu hướng trong hình. Như Hình 2 và 3, có thể thấy rằng hiệu suất oxy hóa tốt nhất đạt được ở thể tích sục khí 0,5 m3/h.

2.3 Ảnh hưởng của kích thước lỗ rỗng đến hiệu suất oxy hóa

Kích thước lỗ xốp có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành bong bóng, kích thước lỗ càng lớn thì kích thước bong bóng càng lớn. Các bong bóng về hiệu suất oxy hóa của tác động chủ yếu được biểu hiện ở hai khía cạnh: Thứ nhất, các bong bóng riêng lẻ càng nhỏ, diện tích bề mặt riêng của bong bóng tổng thể càng lớn, diện tích tiếp xúc chuyển khối khí-lỏng càng lớn, càng thuận lợi cho việc chuyển giao ôxy; Thứ hai, bong bóng càng lớn thì vai trò khuấy nước càng mạnh, sự hòa trộn giữa khí và lỏng càng nhanh thì hiệu quả oxy hóa càng tốt. Thường thì điểm đầu tiên trong quá trình chuyển khối lượng đóng vai trò chính. Thử nghiệm sẽ có thể tích sục khí được đặt thành 0,5 m3/h để kiểm tra ảnh hưởng của kích thước lỗ rỗng đến KLa và khả năng sử dụng oxy, xem Hình 4.


Hinh 4. Đường cong biến đổi của KLa và việc sử dụng oxy theo kích thước lỗ rỗng

Như có thể thấy trong Hình 4, cả việc sử dụng KLa và oxy đều giảm khi tăng kích thước lỗ chân lông. Trong điều kiện có cùng độ sâu nước và thể tích sục khí, KLa của thiết bị sục khí khẩu độ 50 μm gấp khoảng ba lần so với thiết bị sục khí khẩu độ 1.000 μm. Do đó, khi lắp đặt thiết bị sục khí ở một độ sâu nhất định của nước thì khẩu độ của khả năng oxy hóa của thiết bị sục khí và khả năng sử dụng oxy càng lớn.

Sự thay đổi hiệu suất năng lượng lý thuyết với kích thước lỗ rỗng được thể hiện trong hình 2.

Hình 5 Hiệu suất năng lượng lý thuyết so với kích thước lỗ chân lông
Như có thể thấy trong Hình 5, hiệu suất năng lượng lý thuyết cho thấy xu hướng tăng và sau đó giảm khi tăng kích thước khẩu độ. Điều này là do một mặt, máy sục khí khẩu độ nhỏ có KLa và khả năng oxy hóa lớn hơn, có lợi cho quá trình oxy hóa. Mặt khác, tổn thất điện trở ở một độ sâu nước nhất định sẽ tăng khi đường kính khẩu độ giảm. Khi việc giảm kích thước lỗ chân lông do mất điện trở của hiệu ứng xúc tiến lớn hơn vai trò truyền khối oxy, hiệu suất năng lượng lý thuyết sẽ giảm khi giảm kích thước lỗ chân lông. Do đó, khi đường kính khẩu độ nhỏ, hiệu suất năng lượng theo lý thuyết sẽ tăng khi đường kính khẩu độ tăng và đường kính khẩu độ 200 μm đạt giá trị tối đa 1,91 kg/(kW-h); khi đường kính khẩu độ > 200 μm, tổn thất điện trở trong quá trình sục khí không còn đóng vai trò chủ đạo trong quá trình sục khí, KLa và khả năng oxy hóa khi tăng đường kính khẩu độ của máy sục khí sẽ giảm, và do đó, theo lý thuyết hiệu quả sử dụng năng lượng có xu hướng giảm đáng kể.

2.4 Ảnh hưởng của độ sâu nước lắp đặt đến hiệu suất oxy hóa

Độ sâu của nước nơi lắp đặt thiết bị sục khí có ảnh hưởng rất đáng kể đến hiệu quả sục khí và oxy hóa. Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm là kênh nước nông có chiều dài dưới 2 m. Độ sâu sục khí của thiết bị sục khí được xác định bởi độ sâu của nước trong bể. Các nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào độ sâu ngập của thiết bị sục khí (tức là thiết bị sục khí được lắp đặt ở đáy bể và độ sâu của nước được tăng lên bằng cách tăng lượng nước) và thử nghiệm chủ yếu tập trung vào độ sâu lắp đặt của thiết bị sục khí (tức là lượng nước trong bể được giữ không đổi và chiều cao lắp đặt của thiết bị sục khí được điều chỉnh để tìm ra độ sâu nước tốt nhất cho hiệu ứng sục khí) và sự thay đổi của KLa và việc sử dụng oxy theo độ sâu của nước là thể hiện trong hình 6.


Hình 6. Đường cong biến đổi của K và việc sử dụng oxy theo độ sâu của nước
Hình 6 cho thấy rằng khi độ sâu của nước tăng lên, cả KLa và việc sử dụng oxy đều có xu hướng tăng rõ ràng, với KLa chênh lệch hơn bốn lần ở độ sâu 0,8 m nước và độ sâu 2 m nước. Điều này là do nước càng sâu thì thời gian lưu trú của bong bóng trong cột nước càng lâu, thời gian tiếp xúc khí-lỏng càng lâu thì hiệu quả chuyển oxy càng tốt. Vì vậy, thiết bị sục khí được lắp đặt càng sâu thì càng có lợi cho khả năng oxy hóa và sử dụng oxy. Nhưng việc lắp đặt độ sâu nước tăng đồng thời tổn thất điện trở cũng sẽ tăng lên, để khắc phục tổn thất sức cản cần phải tăng lượng sục khí, điều này chắc chắn sẽ dẫn đến tăng tiêu thụ năng lượng và chi phí vận hành. Do đó, để có được độ sâu lắp đặt tối ưu, cần đánh giá mối quan hệ giữa hiệu suất năng lượng lý thuyết và độ sâu nước, xem Bảng 1.

Bảng 1 Hiệu suất năng lượng lý thuyết là hàm số của độ sâu nước
Độ sâu/m	E/(kg.kw-1.h-1)	Độ sâu/m	E/(kg.kw-1.h-1)
0.8	0.50	1.1	1.10

Bảng 1 cho thấy hiệu suất năng lượng theo lý thuyết là cực kỳ thấp ở độ sâu lắp đặt 0,8 m, chỉ 0,5 kg/(kW-h), khiến việc sục khí ở vùng nước nông không phù hợp. Lắp đặt độ sâu nước trong phạm vi 1,1 ~ 1,5 m, do khả năng oxy hóa tăng đáng kể, trong khi thiết bị sục khí do hiệu ứng cản trở không rõ ràng nên hiệu suất năng lượng về mặt lý thuyết tăng nhanh. Khi độ sâu của nước tăng thêm lên 1,8 m, ảnh hưởng của sự mất điện trở đến hiệu suất oxy hóa ngày càng trở nên đáng kể, dẫn đến sự tăng trưởng của hiệu suất năng lượng lý thuyết có xu hướng chững lại, nhưng vẫn có xu hướng ngày càng tăng và trong quá trình lắp đặt. ở độ sâu 2 m, hiệu suất điện năng lý thuyết đạt tối đa 1,97 kg/(kW-h). Do đó, đối với các kênh < 2 m, sục khí đáy được ưu tiên để oxy hóa tối ưu.

3. Kết luận

Sử dụng phương pháp tĩnh không cố định để kiểm tra quá trình oxy hóa nước trong có sục khí vi lỗ, trong điều kiện độ sâu nước thử nghiệm (< 2 m) và kích thước lỗ rỗng (50 ~ 1.000 μm), tổng hệ số truyền khối lượng oxy KLa và việc sử dụng oxy tăng lên cùng với lắp đặt độ sâu của nước; với sự tăng kích thước lỗ chân lông và giảm. Trong quá trình tăng thể tích sục khí từ 0,5 m3/h lên 3 m3/h, tổng hệ số truyền khối oxy và khả năng oxy hóa tăng dần và tốc độ sử dụng oxy giảm.

Hiệu suất năng lượng lý thuyết là chỉ số duy nhất về hiệu quả. Trong các điều kiện thử nghiệm, hiệu suất năng lượng lý thuyết khi sục khí và lắp đặt độ sâu của nước tăng lên, khi khẩu độ tăng lên thì đầu tiên sẽ tăng rồi sau đó giảm xuống. Việc lắp đặt độ sâu nước và khẩu độ cần phải kết hợp hợp lý để hiệu suất oxy hóa đạt được tốt nhất, nhìn chung độ sâu lựa chọn nước của khẩu độ sục khí càng lớn thì càng lớn.

Kết quả thử nghiệm chỉ ra rằng không nên sử dụng sục khí ở vùng nước nông. Ở độ sâu lắp đặt 2 m, thể tích sục khí 0,5 m3/h và thiết bị sục khí có kích thước lỗ 200 μm mang lại hiệu suất năng lượng tối đa theo lý thuyết là 1,97 kg/(kW-h).

Trên đây là dữ liệu R & D của chúng tôi, cam kết dữ liệu liên tục tối ưu hóa hiệu suất sản phẩm, từ gốc đến giải quyết khẩu độ đĩa sục khí, da màng EPDM dễ bị vỡ, tắc nghẽn và các vấn đề khác.

NIHAO là công ty đầu tiên ở Trung Quốc phát triển các sản phẩm cao su và nhựa trong hơn 20 năm với tư cách là cấp cao dẫn đầu ngành xử lý nước , với đội ngũ nghiên cứu phát triển chuyên nghiệp cùng trang thiết bị nhà máy chuyên dụng nhằm nâng cao độ chính xác và năng suất của sản phẩm.

Chúng tôi chuyên sản xuất máy hút bụi ống Và Bộ giảm tốc đĩa hơn 10 năm. Da màng đĩa sục khí chúng tôi sử dụng công thức không chứa dầu độc quyền, sau khi nhóm R & D liên tục thử nghiệm và cải tiến việc nâng cao tổng thể của chúng tôi về hiệu suất toàn diện của da màng, thời gian sử dụng lên đến tám năm không bị tắc nghẽn vi mô. Không chỉ sử dụng vật liệu mới 100% EPDM chất lượng cao mà còn bổ sung thêm 38% tỷ lệ muội than, thông qua các đường kính lực khác nhau để mở rộng hoàn toàn hiệu suất đàn hồi của màng da và khả năng chống rách để tăng cường. Bộ khuếch tán đĩa của chúng tôi có những ưu điểm sau:

1. Chống tắc nghẽn, chống chảy ngược tốt, diện tích tiếp xúc lớn, chống ăn mòn mạnh

2. Khả năng chống rách da màng mạnh, chống nước, chống va đập tốt hơn

3. Bong bóng đồng đều, sục khí hiệu quả cao, sử dụng oxy cao, tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành một cách hiệu quả

Ưu điểm của ống sục khí:

Dễ dàng lắp ráp, ở dưới cùng của ống bể bơi và ống sục khí thành một, không cần thêm thiết bị đường ống, giá thấp hơn so với các thiết bị sục khí vi mô khác. Khả năng kháng axit và kiềm tương tự, không dễ bị lão hóa, tuổi thọ hoạt động lâu dài. Trong quá trình sục khí phình ra, không sục khí bị xẹp, bị xẹp, các lỗ xốp biến đổi đã bị đóng lại nên việc ngưng sục khí trong thời gian dài sẽ không bị tắc.

Đội ngũ chuyên nghiệp của NIHAO và nhân viên R&D sẽ cung cấp cho bạn thiết kế hiện trường thực tế, thông số kỹ thuật hợp lý để lựa chọn loại phù hợp nhất cho thiết bị sục khí của bạn! Chúng tôi chân thành mong muốn được liên hệ với bạn để tạo ra một tương lai tốt đẹp và sạch sẽ hơn!