07曝气设备充氧能力的测定.doc

《环工综合实验(2）》（曝气设备充氧能力的测定）实验报告 专 　 业　 环境工程 　 班 　 级 　环工0902 姓 名　 　　王健 　 指导教师 　余阳 成 　 绩 　 　 　 东华大学环境科学与工程学院实验中心二0一二　年 五 月 / 实验题目曝气设备充氧能力的测定实验类别综合实 验 室学院楼2136实 验　时 间20１2年　5 月 4 日 13:０0时~ 1６:２0 时实验环境温度： 23．6℃相对湿度:５1　%同组人数4人（王玉佳、马莉、孙扬雨、王玥力)承诺人签名目录一、实验目的 3二、实验原理ﻩ３(一）气体传递理论ﻩ3（二）操作原理 5三、实验仪器设备及试剂ﻩ6(一）溶解氧测定仪ﻩ６（二）空压机 7(三）曝气机 9四、实验步骤 １3六、实验记录及处理分析 15(一)穿孔曝气法ﻩ１6（二）微孔曝气法 １９(三）表面曝气法 ２２七、实验注意事项ﻩ25八、思考题ﻩ25一、 实验目的１掌握测定曝气设备的KLａ和充氧能力α、β的实验方法及计算Ｑｓ；２.评价充氧设备充氧能力的好坏；3掌握曝气设备充氧性能的测定方法二、 实验原理活性污泥处理过程中曝气设备的作用是使氧气、活性污泥、营养物三者充分混合,使污泥处于悬浮状态，促使氧气从气相转移到液相,从液相转移到活性污泥上,保证微生物有足够的氧进行物质代谢。

由于氧的供给是保证生化处理过程正常进行的主要因素，因此工程设计人员通常通过实验来评价曝气设备的供氧能力.（一）气体传递理论说到曝气,就不得不介绍一下气体传递理论现最受公众接受的是１９23年由惠特曼（W．Ｇ.Whiｔman)和刘易斯（L．K.Ｌewｉs）提出的双膜理论：作为界面传质动力学的基本理论,该理论较好地解释了液体吸收剂对气体吸收质吸收的过程气体吸收是气相中的吸收质经过相际传递到液相的过程当气体与液体相互接触时，即使在流体的主体中已呈湍流，气液相际两侧仍分别存在有稳定的气体滞流层（气膜)和液体滞流层（液膜)，而吸收过程是吸收质分子从气相主体运动到气膜面,再以分子扩散的方式通过气膜到达气液两相界面，在界面上吸收质溶入液相，再从液相界面以分子扩散方式通过液膜进入液相主体针对气体吸收传质过程，双膜理论的基本论点如下：１、相互接触的气、液两相流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜，相界面两侧的传质阻力全部集中于这两个停滞膜内，吸收质以分子扩散方式通过此二膜层由气相主体进入液相主体;2、在相界面处，气、液两项瞬间即可达到平衡，界面上没有传质阻力，溶质在界面上两相的的组成存在平衡关系,即所需的传质推动力为零或气、液两相达到平衡;3、在两个停滞膜以外的气、液两相主体中，由于流体充分湍动，不存在浓度梯度，物质组成均匀。

溶质在每一相中的传质阻力都集中在虚拟的停滞膜内 　 根据双膜理论，气、液相界面附近的浓度分布如下图所示双膜理论将相际传质过程简化为经两膜层的稳定分子扩散的串联过程吸收过程则为溶质通过气膜和液膜的分子扩散过程所以,两项间传质的速率方程分别为　　　气膜： (NA）g＝kg(ｐA—pAi)液膜： （ＮＡ)ｌ=kｌ（cＡｉ-cA）式中: （NＡ)g,（NA）l——溶质通过气膜和液膜的传质通量，ｋmol / (m２·s）pA，cA——溶质在气、液两相主题中的压力（Pa）和浓度(kｍol/m3) 　　ｐＡｉ,ｃAi——溶质在气、液两相界面上的压力（Pa)和浓度(ｋmol/m3) 　　kg—-以气相分压为推动力的气膜传质系数，kmoｌ / （ｍ２·s·Pａ）kｌ——以液相浓度为推动力的液膜传质系数，ｍ·ｓ双膜理论假设溶质以稳定分子扩散方式通过气膜和液膜，因此,气相和液相的对流传质速率相等由此理论所得的传质系数计算式形式简单，但等效膜层厚度以及界面上浓度都难以确定；双膜理论存在着一定局限性，例如对具有自由相界面或高度湍动的两流体间的传质体系，相界面是不稳定的，因此界面两侧存在稳定的等效膜层以及物质以分子扩散方式通过此两膜层的假设都难以成立 夏清，化工原理，天津大学出版社。

二)操作原理在现场用自来水实验时，先用Nａ2SO3(或N2)进行脱氧，然后在溶解氧等于或接近零的状态下再曝气，使溶解氧升高趋于饱和水平.假定整个液体是完全混合的，符合一级反应此时水中溶解氧的变化可以用以下式表示:　 式中:-—氧转移速率，mg／（Ｌ·ｈ)； 　　 KLa—-氧的总传递系数,　L/h； 　　 　Cs-—实验室的温度和压力下，自来水的溶解氧饱和度，mg/Ｌ；　 Ct-—相应某一时刻　t 的溶解氧浓度，ｍg/L.将上式积分,得 ln（ Cs – Ct　） ＝ -ＫLａ t + 常数测得Cs和相应于每一时刻 t 的Cｔ后绘制ln(Cs－Ct）　与 t 的关系曲线，或与Ｃ的关系曲线便可得到ＫLa,C=Cｓ－Ct由于溶解氧饱和浓度、温度、污水性质和混乱程度等因素影响氧的传递速率，因此应进行温度、压力校正.所采用的公式如下：　 　 　 　 　 KＬa(２0℃）=　ＫLa （T)　１０24（20-T）充氧能力为另外，动力效率也常被用以比较各种曝气设备的经济效率，计算公式如下：式中:Qｓ-—标准条件下的充氧能力 (ｋgO2/h);N-—空压机功率　(kＷ)三、 实验仪器设备及试剂（一) 溶解氧测定仪上图为实验用溶解氧测定仪溶解氧测定仪是测定水中溶解氧的装置。

其工作原理是氧透过隔膜被工作电极还原,产生与氧浓度成正比的扩散电流，通过测量此电流,得到水中溶解氧的浓度.根据浓度不同，隔膜电极分为极谱式和原电池式两种类型极谱式隔膜电极以银-氯化银作为对电极，电极内部电解液为氯化钾，电极外部为厚度25—50μm的聚乙烯和聚四氟乙烯薄膜,薄膜挡住了电极内外液体交流,使水中溶解氧渗入电极内部，两电极间的电压控制在05－０．8V,通过外部电路测得扩散电流可知溶解氧浓度原电池式用银作阳电极,铅作阴电极.阳电极和银电极浸入氢氧化钾电解池中，形成两个半电池，外层同样用薄膜封住.溶解氧在阳极被还原,产生扩散电流,通过测定扩散电流可得溶解氧浓度 空压机空气压缩机（英文为:air ｃｏmpressor）是气源装置中的主体，它是将原动机(通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置空气压缩机的种类很多,按工作原理可分为容积式压缩机,速度式压缩机,容积式压缩机的工作原理是压缩气体的体积,使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力；速度式压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能,从而上图为实验用空气压缩机提高压缩空气的压力。

现在常用的空气压缩机有活塞式空气压缩机,螺杆式空气压缩机,（螺杆空气压缩机又分为双螺杆空气压缩机和单螺杆空气压缩机）,离心式压缩机以及滑片式空气压缩机,涡旋式空气压缩机下面是各种压缩机的定义凸轮式，膜片式和扩散泵等压缩机没有列入其中，是因为它们用途特殊而尺寸相对较小　 　容积式压缩机—－直接依靠改变气体容积来提高气体压力的压缩机液体-活塞式压缩机——是回转容积式压缩机，在其中水或其它液体当作活塞来压缩气体，然后将气体排出.罗茨双转子式压缩机——属回转容积式压缩机，在其中两个罗茨转子互相啮合从而将气体截住,并将其从进气口送到排气口没有内部压缩螺杆压缩机-—是回转容积式压缩机,在其中两个带有螺旋型齿轮的转子相互啮合,从而将气体压缩并排出往复式压缩机—-是容积式压缩机，其压缩元件是一个活塞,在气缸内作往复运动.回转式压缩机—－是容积式压缩机，压缩是由旋转元件的强制运动实现的　　　滑片式压缩机-—是回转式变容压缩机，其轴向滑片在同圆柱缸体偏心的转子上作径向滑动.截留于滑片之间的空气被压缩后排出速度型压缩机-—是回转式连续气流压缩机，在其中高速旋转的叶片使通过它的气体加速,从而将速度能转化为压力。

这种转化部分发生在旋转叶片上，部分发生在固定的扩压器或回流器挡板上《螺杆式空压机运行及维护技术问答》详见中国电力出版社一书离心式压缩机——属速度型压缩机，在其中有一个或多个旋转叶轮(叶片通常在侧面）使气体加速.主气流是径向的轴流式压缩机－-属速度型压缩机，在其中气体由装有叶片的转子加速主气流是轴向的混合流式压缩机－－也属速度型压缩机,其转子的形状结合了离心式和轴流式两者的一些特点喷射式压缩机—-利用高速气体或蒸汽喷射流带走吸入的气体，然后在扩压器上将混合气体的速度转化为压力 　曝气机上图为实验用曝气机水下黑管为橡胶模微气泡扩散器，白管为穿孔管池子左边立着的为气体流量计，旁边是压力表四) 秒表(五) 分析天平（六） 烧杯（七） 亚硫酸钠(Na2SO３ · 7　H2O)简介：常见的亚硫酸盐,无色、单斜晶体或粉末对眼睛、皮肤、粘膜有刺激作用，可污染水源.受高热分解产生有毒的硫化物烟气工业上主要用于制亚硫酸纤维素酯、硫代硫酸钠、有机化学药品、漂白织物等， 还用作还原剂、防腐剂、去氯剂等由碳酸钠溶液加热到40℃通入二氧化硫饱和后，再加入等量的碳酸钠溶液,在避免与空气接触的情况下结晶而制得物理性质：无色、单斜晶体或粉末；熔点（℃）：１50（失水分解）;相对密度：２．63;分子式：Na２SO3;分子量：1２6.０4；溶解性：易溶于水,不溶于乙醇等。

化学性质：亚硫酸钠在空气中易风化并氧化为硫酸钠在１50℃时失去结晶水.再热则熔化为硫化钠与硫酸钠的混合物无水物的密度2．633.比水合物氧化缓慢得多，在干燥空气中无变化受热分解而生成硫化钠和硫酸钠,与强酸接触分解成相应的盐类而放出二氧化硫亚硫酸钠还原性极强,可以还原铜离子为亚铜离子(亚硫酸根可以和亚铜离子生成配合物而稳定），也可以还原磷钨酸等弱氧化剂.亚硫酸钠及其氢盐在实验室可以用于清除醚类物质的过氧化物(加入少量水，微热搅拌反应后分液,醚层用生石灰干燥(一些要求不高的反应)作用与用途：印染工业作为脱氧剂和漂白剂，用于各种棉织物的煮炼,可防止棉布纤维局部氧化而影响纤维强度，并能提高煮炼物的白度.感光工业用作显影剂有机工业用作间苯二胺、氮基水杨酸钠等生产的还原剂,以防止反应过程中半成品的氧化.食品工业用作脱水蔬菜的还原剂，以防止蔬菜中的绿色素变质发黄无机工业用作生产氰化亚铜等的还原剂水处理中用于处理锅炉用水.健康危害：对眼睛、皮肤、粘膜有刺激作用环境危害：对环境有危害,对水体可造成污染燃爆危险：该品不燃,具刺激性操作处置与储存:操作注意事项：密闭操作，加强通风.操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。

建议操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩,戴化学安全防护眼镜,穿防毒物渗透工作服，戴橡胶手套避免产生粉尘避免与酸类接触搬运时轻装轻卸，防止包装破损配备泄漏应急处理设备倒空的容器可能残留有害物 （八） 氯化钴(CｏCl2 ·　6 H2Ｏ）简介:英文名称： cobalt cｈlｏride，分子式： CoCl，分子量： 94．３8６7，粉红色至红色结晶微有潮解性，加热至5２~56℃将失去4分子结晶水而成为紫色或蓝色的二水化合物100℃。