[发明专利]测定曝气器性能的尾气分析方法及分析系统

说明书

本分析方法及分析系统属于用于污水处理中测定曝气器性能的分析方法及分析仪器。

通常表示曝气设备的充氧性能指氧的总转移系数K_La，氧利用率B_a，动力效率E_po该指标均为清水中的标准状态值。由于曝气器在清水与污水中的充氧能力不同，因此用分析清水中曝气器性能的仪器及方法来分析污水中曝气器性能是不妥的，由于目前未有新的这方面的仪器和方法，而不得不延用清水中使用的方法与仪器。

目前，美国提出过尾气分析法，但未见报导。国内常用的有化学法或仪器法。化学法是在曝气池中取混合液水样用化学常规分析法来测出水中的溶解氧;仪器法是用溶解氧测定仪，将该仪器的探头放入水中，从测定仪的表头可读出溶解氧值。然后通过计算来确定K_la值。K_la值受曝气池的大小与形状的影响，它不能作为定量反映曝气器性能的指标。

本发明的目的在于提供一种不受曝气池形状及大小影响的利用污水处理过程中的尾气分析方法及分析系统来确定曝气器的充氧性能和曝气效果。

该分析方法及分析系统是基于以下的原理来形成的。

在污水处理厂的曝气池中，安装曝气器的位置形成气泡区，而无曝气器的位置形成无气泡区。由于大量上升的气泡产生气体提升作用，而使混合液以较高的速度螺旋上升，产生混合液搅拌作用，气泡区的溶解氧随着旋转的混合液到达无气泡区，这样形成了氧的传递。在曝气池中氧转移到混合液的百分数可以通过测定曝气池尾气中的氧和二氧化碳的含量进行计算得出。表达式如下：

E_a= (Z_O- Z_e)/((1-Z_e+ βZ_e)·Z_o) (1)

式中：

E_a-氧的利用率

Z_o-氧在气泡中的摩尔数

Z_e-尾气中氧的摩尔数

β-消耗每单位摩尔氧所产生的气态二氧化碳摩尔数可由下式求出：

β = (Z_o(1 - Z_C))/(Z_O-Z_E-Z₀·Z_C) (2)

式中：

Z_c-尾气中二氧化碳的摩尔数

曝气池在稳定的运转条件下，耗氧速率等于氧的总传递速率，即存在如下关系：

NO₂= (GV·Z_O·E_z)/(V_m) =K_La(c_s-c)·v (3)

经整理得：

式中：

GV-在一个大气压下的进气量

V_m-氧的摩尔体积

C_S-饱和溶解氧的平均值

C-混合液中溶解氧的平均值

V-曝气池的总有效体积

由公式（4）可直接求得K_la值，而省去了为求K_la值花费很大精力去做试验又影响污水处理正常运转。

我们利用尾气分析法评价和分析在曝气池实际工况中的曝气器性能，并且还能够评价曝气器使用一段时间以后的充氧性能，我们引出一个曝气器性能参数φ值，即：

式中：

X-修正系数

dBO-刚离开曝气器的气泡直径

U_S-气泡移动速度

U_L-混合液表面流速

D-氧在混合液中的扩散系数

从（5）式可知，其定义φ值与气泡直径成正比，与气泡速度和循环液体流速有直接关系，而与曝气池形状和大小无关，因此φ值可以对曝气器的氧传递能力进行全面衡量，而且φ值还能反映曝气器搅拌效果。而K_la值则不能用来比较不同形状和大小的曝气池的曝气器的氧传递能力。为了便于利用尾气分析系统而进行计算，现将（5）整理成下式：

式中：

P-一个大气压力

p_h-曝气器安装深度处的压力

h-曝气器的安装深度

基于以上的原理，我们将采用尾气分析法及尾气分析系统来实现发明的目的。