تصفح الكمية:889 الكاتب:محرر الموقع نشر الوقت: 2024-10-28 المنشأ:محرر الموقع
كمفتاح لل نظام الهواء المذاب، فإن أداء معدات التعويم يحدد بشكل مباشر كفاءة الالتصاق وكفاءة إزالة التلوث في عملية التعويم. تشمل المشاكل عدم تساوي المعلمات، والأداء غير المستقر، ونقص تكنولوجيا التقييم في معدات التعويم. لاستكشاف العوامل التي تؤثر على معدات التعويم، أجرينا دراسات تقييم مختبرية وتجريبية وإنتاجية حول أداء وتأثير إزالة التلوث لمعدات التعويم، وفحصنا العلاقة بين معلمات أداء معدات التعويم وكفاءة إزالة التلوث، وقدمنا المراجع الفنية للمستخدمين الذين يحتاجون إلى شراء معدات التعويم بالهواء المذاب لتقييم معدات التعويم.
جدول المحتويات(انقر للذهاب إلى المكان الذي تريد رؤيته)
2.1 كفاءة الغاز المذاب
2.2 حجم الفقاعة
2.5.1 تحليل مقارن للاستثمار لكل طن من الماء
2.5.2 تحليل مقارن لاستهلاك الكهرباء لكل طن من الماء
2.5.3 تحليل مقارن لاستهلاك المخدرات لكل طن من الماء
كما هو مبين في الشكل 1.1، تقع معظم الشركات المصنعة لمعدات التعويم المحلية في المناطق الساحلية الشرقية، ومعظمها من الشركات الصغيرة والمتوسطة الحجم، كما تبيع بعض الشركات منتجاتها في الخارج. معظم الشركات المصنعة صغيرة الحجم ولا يمكنها تعزيز تقدم المنتج وتطويره؛ تتقلب أسعار المنتجات بشكل كبير، مما يؤدي إلى منافسة عمياء منخفضة الأسعار في السوق.
الشكل 1.1 معلومات عن الشركات الصينية المصنعة لمعدات تعويم الهواء
أثناء التعويم، يعد حجم جسيمات الفقاعات الدقيقة عاملاً حاسماً يؤثر على كفاءة المعالجة، ويؤثر ضغط الهواء المذاب بشكل مباشر على حجم حجم جسيمات الفقاعة.
من خلال دراسة استقصائية لبعض الشركات المصنعة لخزانات الهواء المذاب بالضغط في بلدي، تختلف معايير الأداء لمعدات كل مصنع بشكل كبير. يتراوح ضغط العمل لخزان الهواء المذاب بين 0.3~30MPa، ويتراوح ضغط العمل لمحرر الهواء المذاب بين 0.1~5MPa، ويتراوح ضغط العمل لضاغط الهواء بين 0.08~33MPa. يختلف ضغط العمل للمعدات التي تنتجها كل شركة مصنعة بشكل كبير، ويختلف أيضًا مقياس الإنتاج المطبق؛
أظهر مسح وتحليل محطات المياه المنزلية التي تستخدم تكنولوجيا التعويم أن ضغط التشغيل لكل محطة مياه يتراوح بين 0.2 ~ 0.75MPa، ونسبة إعادة التدفق تتراوح بين 5 ~ 16٪، كما أن معلمات التشغيل لمحطة المياه غير متساوية أيضًا. هناك نقص في التقييم الموحد لأداء المعدات ومعايير التشغيل وعدم وجود أساس لتوجيه الإنتاج الفعلي.
نظرًا للاختلاف في جودة منتجات التعويم، فإن تطبيق تكنولوجيا التعويم في معالجة المياه لا يزال غير ناضج، وهناك نقص في الخبرة التشغيلية وخبرة التصميم، مما يؤدي إلى سوء تشغيل محطات المياه؛
يختلف حمل مدخل المياه لمحطات المياه في المواسم والفترات المختلفة، كما أن المعدات غير قابلة للتكيف مع الزيادة المفاجئة في كمية المياه المعالجة، مما يؤدي إلى ضعف تأثير المعالجة، مما يؤثر بشكل كبير على المعدات اللاحقة ويزيد من معدل الفشل ومعدل تقادم المعدات؛
بالمقارنة مع عملية الترسيب، فإن استهلاك الطاقة لعملية التعويم أعلى بنسبة 17% إلى 21%، وإجمالي استهلاك الطاقة أعلى بنسبة 7% إلى 8%. ولذلك، فإن استهلاك الطاقة لعملية التعويم كبير نسبيًا، والقيمة الاقتصادية التي تجلبها للمستخدمين ليست عالية.
أنواع ومواصفات مختلفة من الحشوات في خزان الهواء المذاب من نوع التعبئة، التعكر العالي للمياه الداخلة يمكن أن يسبب بسهولة انسداد الحشوات، مما يقلل من كفاءة الهواء المذاب في المعدات؛
في المرحلة المبكرة من عملية التعويم، هناك المزيد من الشوائب في الماء، مما يتسبب في ترسب المزيد من الرواسب في خط أنابيب الماء والهواء المذاب، مما سيؤدي إلى انسداد جهاز التحرير؛
الهياكل المختلفة لخزانات التعويم، والاضطراب في حوض السباحة سوف يؤثر على حجم الفقاعات وتأثير معالجة التعويم؛
نظرًا لاستخدام عملية التعويم بشكل متقطع وفترة الخمول طويلة، إذا لم يتم تنظيفها بشكل صحيح، فمن السهل أن تسبب تآكلًا للجدار الداخلي لخزان الهواء المذاب وخط أنابيب الهواء المذاب؛
سوف يتم فتح وإغلاق ضاغط الهواء بشكل متكرر مع تقلب ضغط خزان تنظيم الضغط، مما يسهل التسبب في التآكل، وما إلى ذلك.
يحدد أداء معدات التعويم بشكل مباشر كفاءة إزالة الملوثات في عملية التعويم. تشمل المعلمات التمثيلية لأداء معدات التعويم فقاعة صغيرة حجم الجسيمات، وكفاءة الغاز المذاب، ووقت تثبيت الفقاعة، ومحتوى الأكسجين المذاب، واستهلاك الطاقة، وما إلى ذلك.
يمكن لمعدات التعويم إذابة جزء من الغاز في الماء عند ضغط معينويمكن قياس قدرة نظام الغاز المذاب على إذابة الهواء من خلال كفاءة الغاز المذاب.
تشير كفاءة الغاز المذاب إلى نسبة كمية الغاز المطلقة الفعلية إلى كمية الغاز المذابة النظرية عندما يتلامس الغاز الموجود في خزان الغاز المذاب مع السائل ويذوب الغاز في السائل تحت ظروف ضغط معينة، وعندما يتم إطلاق جميع الفقاعات الدقيقة ومنفصلة. يمكن التعبير عن كفاءة الغاز المذاب على النحو التالي:
في الصيغة: —— كفاءة الغاز المذاب؛
V —— الكمية الفعلية للغاز المذاب؛
V*——الكمية النظرية للغاز المذاب؛
تعتبر كفاءة الغاز المذاب معلمة حاسمة لتقييم أداء معدات التعويم. ومع ذلك، من الصعب قياس كمية الغاز المذاب في الماء مباشرة ويجب أن يتم ذلك تحت الضغط. لذلك، في التطبيقات العملية، يتم استخدام كفاءة الإطلاق، والتي يمكن أن تعكس بشكل غير مباشر كفاءة الغاز المذاب. إن كمية الغاز المنبعثة من انخفاض الضغط المفاجئ تعمل حقًا في عملية التعويم.
في عملية البحث، من المفترض أن كل الغاز المذاب في الماء يمكن إطلاقه بعد تحرير الضغط؛ أي أن كمية الغاز المذاب تساوي كمية الغاز المنطلق. ومع ذلك، في التطبيق الفعلي، نظرًا للاختلاف في قدرة تخفيف الضغط لجهاز إزالة الضغط، يمكن إطلاق كمية صغيرة فقط من الغاز المذاب. لذلك، يمكن فهم كمية الغاز المنطلقة على أنها نسبة الكمية الفعلية المنطلقة إلى الحد الأقصى لكمية الغاز التي يمكن إطلاقها نظريًا. كفاءة الإطلاق والجزء المولي من الهواء هي:
أين: —— كفاءة إطلاق الغاز.
ف —— الكمية الفعلية للغاز المنطلق؛
q*——الحد الأقصى النظري لكمية الغاز المنطلق؛
حيث: ω —— الجزء المولي من الهواء المذاب في الماء؛
ρw——كثافة الماء؛
χΑ—— جزء مولي من الهواء عند ضغط المحلول؛
Μw—— الكتلة المولية للماء؛
لأنه <<1، ووفقًا لقانون هنري = يمكننا الحصول على:
في الصيغة: PT——الضغط الكلي لذوبان الغاز؛
PW—— الضغط الجزئي لبخار الماء؛
بافتراض أن ضغط الغاز المذاب هو 0، وضغط الغاز المنطلق من الماء المذاب هو 0، فإن الكسر المولي للغاز المفرط التشبع لكل وحدة حجم من الماء هو:
لذلك، بافتراض أن الغاز المذاب في الماء هو غاز مثالي دقيق، فإن الحد الأقصى النظري لكمية الغاز التي يمكن إطلاقها تحت ظروف درجة حرارة وضغط محددة هي:
في الصيغة: ——ثابت الغاز؛
—— درجة الحرارة المطلقة.
من الصيغة 5، يمكن ملاحظة أنه عند درجة حرارة وضغط ثابتين، لا تؤثر العوامل الأخرى على الحد الأقصى النظري لإطلاق الغاز في الجسم المائي.
لذلك، تعتمد كفاءة إطلاق الغاز فقط على كمية الهواء التي يمكن للنظام إطلاقها، أي كمية إطلاق الغاز. تمثل كمية إطلاق الغاز بشكل مباشر كمية الفقاعات الناتجة عن أداة التحرير في نظام التعويم والتي يمكنها المشاركة في التشغيل الفعلي، لذلك يمكن استخدام كمية إطلاق الغاز كمعلمة لتقييم أداء معدات التعويم.
تستخدم عملية التعويم فقاعات دقيقة لتتصادم مع الغرويات الخفيفة في الماء وتلتصق ببعضها البعض لتشكل كتلًا محصورة بالهواء، والتي تطفو على سطح الماء لفصلها وإزالتها.
متوسط حجم جسيمات كتل الشب المتكونة في مرحلة التخثر يكون ثابتًا عند 181 ميكرومتر. إذا كان سيتم إزالة الكتل المتولدة، فيجب أن يكون قطر الفقاعات أصغر من حجم جسيمات الكتل بحيث يمكن للفقاعات والكتل أن تلتصق ببعضها البعض بشكل وثيق. إذا كان حجم الفقاعات المتكونة كبيرًا جدًا، فسوف تنخفض المساحة السطحية المحددة للفقاعات نفسها، وسوف تتسارع السرعة المتزايدة للفقاعات، مما يؤدي إلى إثارة هيدروليكية عنيفة. لا يمكن لقوة التأثير بالقصور الذاتي أن تجعل الفقاعات والكتل تلتصق جيدًا ولكنها ستكسر الكتل المحبوسة بالهواء، وحتى الفقاعات الصغيرة المرتبطة في البداية بسطح الكتل المحبوسة بالهواء سيتم امتصاصها.
ولذلك، عندما يطلق نظام التعويم فقاعات ذات حجم مناسب، يمكن زيادة احتمال الاصطدام والالتصاق بالغرويات الخفيفة في الماء، وبالتالي تحسين كفاءة إزالة التلوث.
من وجهة نظر الديناميكا الحرارية، يحدث التصاق الفقاعات والجسيمات تلقائيًا في اتجاه تقليل الطاقة البينية للنظام.
بافتراض أن الحالة الأولية للفقاعة هي كرة يبلغ قطرها 2r، فإن حجم الكتلة يكون أكثر أهمية من حجم الفقاعة الصغيرة. بالمقارنة، يمكن افتراض أنه شكل مستوي بمساحة سطحية A. وتكون الطاقة البينية عندما تكون الفقاعة والجسيم مستقلين عن بعضهما البعض:
أين: ، —— معاملات التوتر السطحي للواجهات الغازية السائلة والصلبة السائلة.
بعد أن تلتصق الفقاعات والكتل ببعضها البعض، بافتراض أن الفقاعات في شكل غطاء كروي وأن مساحة سطح الفقاعات لا تتغير، يتم تغيير نصف القطر إلى R، ونصف قطر دائرة الغطاء هو b. طاقة الواجهة بعد الالتصاق المتبادل هي:
أين: —— معامل التوتر السطحي للواجهة الغازية الصلبة.
تغييرات طاقة الواجهة:
وفقًا لنظرية زاوية التلامس، عند التوازن، يكون التوتر السطحي في حالة توازن:
所以،
من b=رسين ، يترك ص =الاب، أين f يرتبط فقط بزاوية الاتصال. متى R و r تم تغييرها، f يمكن اعتباره ثابتا.
بشرط أن تظل كمية الغاز المنطلق دون تغيير، بافتراض أن عدد الفقاعات في عمليتي إطلاق الغاز n1 و n2 على التوالي، ومتوسط أقطار الفقاعةr ̅1 وr ̅2، ويمكن الاستنتاج من الذي - التي: ،إنه
لو ، ثم أي أنه في حالة إطلاق كمية معينة من الغاز، كلما كان متوسط حجم الجسيمات للفقاعات أصغر، زادت قدرة الالتصاق بين الفقاعات والكتل، وكان أداء التصاق الفقاعات أفضل.
يمكن استخدام وقت تثبيت الفقاعة كمعلمة أساسية لقياس أداء معدات التعويم. كلما كان حجم جسيمات الفقاعة الصغيرة أصغر، كانت سرعة الطفو أبطأ، وكلما استغرقت الفقاعة وقتًا أطول لتطفو على سطح الماء. ولذلك، فإن وقت تثبيت الفقاعة يميز كثافة عدد الفقاعات في الماء المنطلق.
نظرًا لأن حجم جسيم الفقاعة الصغيرة صغير جدًا، فإن حالة تدفق الفقاعة أثناء عملية الارتفاع تكون صفائحية، وبالتالي فإن سرعة ارتفاع الفقاعة تتوافق مع صيغة ستوكس:
(صيغة ستوكس)
في الصيغة: —— سرعة ارتفاع الفقاعة، م∙ s-1;
——اللزوجة الديناميكية للماء، g∙ s-1∙ سم-1;
ρω——كثافة الماء، جم∙ سم-3;
ρs——كثافة الفقاعة، g∙ سم-3;
g—— تسارع الجاذبية، م∙ s-2;
d——قطر الفقاعة، سم;
يمكن ملاحظة أن سرعة ارتفاع الفقاعات ترتبط بشكل إيجابي بقطر الفقاعات. بافتراض أن ارتفاع أسطوانة القياس هو h، الوقت اللازم لارتفاع الفقاعات حتى تغمر سطح الماء في النهاية (أي تختفي 'طبقة الماء الأبيض')، أي وقت تثبيت الفقاعات، هو t. سرعة ارتفاع الفقاعات هي:
باستبدال الصيغة المذكورة أعلاه في صيغة ستوكس، يمكننا الحصول على العلاقة بين وقت استقرار الفقاعة وقطر الفقاعة الصغيرة:
يمكن استخدام هذه العلاقة للتحقق من العلاقة بين متوسط حجم جسيمات الفقاعة المقاسة بتحليل الصور في ظل ظروف عمل محددة وحجم جسيمات الفقاعة المحسوبة باستخدام وقت التثبيت المقاس.
يعد محتوى الأكسجين المذاب في عملية تعويم الهواء المذاب (DAF) عاملاً مهمًا يؤثر بشكل مباشر على تأثير التعويم وكفاءة المعالجة اللاحقة.
نطاق تركيز الأكسجين المذاب:
أثناء عملية DAF، يتراوح تركيز الأكسجين المذاب (DO) عادةً بين 0.5 مجم/لتر و5.5 مجم/لتر. في بعض التطبيقات، كما هو الحال في النظام Orbal، يكون التركيز المستهدف للأكسجين المذاب 3.0 ملجم/لتر على الأقل.
عند معالجة الأنهار الملوثة، يمكن زيادة الأكسجين المذاب من 0.2 ملجم / لتر إلى 2 ملجم / لتر إلى 3 ملجم / لتر إلى 3.5 ملجم / لتر.
العوامل المؤثرة على الأكسجين المذاب:
يتأثر تركيز الأكسجين المذاب بعدة عوامل، بما في ذلك ضغط الهواء، ومعدل تدفق الماء الداخل، ومعدل تدفق الهواء المحقون.
في المفاعل الحيوي الذي يجمع بين التهوية المضغوطة وDAF، يزداد تركيز الأكسجين المذاب مع زيادة الضغط تدريجيًا من 0.10 ميجا باسكال إلى 0.50 ميجا باسكال.
معامل نقل الأكسجين الإجمالي (KLa) هو كتلة الأكسجين المنقول إلى وحدة حجم الماء في وحدة الزمن تحت قوة دافعة لنقل كتلة الوحدة. وهو أحد المؤشرات التي تميز أداء الغاز المذاب ويعكس قابلية انتقال الأكسجين في عملية الغاز المذاب.
المعادلة الأساسية لـ KLa هي كما يلي:
(الصيغة 23)
التكامل والتبسيط يعطي:
(الصيغة 24)
ارسم منحنى من (الصيغة 24) واحصل على KLa(T) عن طريق التركيب الخطي. إذا لم تكن درجة الحرارة والضغط تحت الظروف القياسية، فمن الضروري تحويل KLa(T) تحت الظروف غير القياسية إلى KLa(20) تحت الظروف القياسية. تظهر صيغة التحويل في (الصيغة 25):
(الصيغة 25)
في الصيغ 23 و24 و25:
KLa(20)——إجمالي معامل نقل الكتلة للأكسجين في الماء في ظل الظروف القياسية (دقيقة -1)؛
KLa(T)——إجمالي معامل نقل الكتلة للأكسجين عند درجة حرارة الماء T (دقيقة -1)؛
Cs —— قيمة الأكسجين المشبع من الجسم المائي (ملجم / لتر)؛
C —— قيمة المسطح المائي في حوض الماء (ملجم / لتر)؛
t —— وقت تشغيل اختبار الأوكسجين (دقيقة)؛
T —— درجة حرارة الماء في حوض الماء (°C)؛
θ —— نظام خصائص درجة الحرارة (خذ 1.024)
وباعتبارها عملية معالجة تقليدية لفصل المواد الصلبة والسائلة، فإن الفوائد الاقتصادية للتعويم واضحة للجميع. لتحسين جودة النفايات السائلة، من الضروري تحسين أداء المعدات ومن ثم تحسين كفاءة إزالة التلوث. كما سيزداد استهلاك الطاقة المختلفة وفقًا لذلك.
تؤثر الكفاءة الاقتصادية لمنتجات المعدات بشكل كبير على الترويج للمعدات. بالنسبة لمحطات معالجة المياه الصغيرة، إذا زاد استهلاك الطاقة، على الرغم من زيادة إنتاج المياه، إلا أنها مستقرة نسبيًا، كما أن الزيادة في تكاليف إنتاج المياه ستجلب أيضًا أعباء اقتصادية على محطة المياه. بالإضافة إلى ذلك، تتغير الفوائد المالية لمنتجات التعويم المختلفة مع التغيرات في أداء المعدات. ولذلك، فإن التحليل المالي لمعدات التعويم يمكن أن يحسن حماية البيئة وفوائد توفير الطاقة ويوفر مرجعًا لشراء المعدات.
التكلفة الاستثمارية لكل طن من المياه هي نسبة المبلغ الاستثماري الإجمالي للهيكل إلى كمية المياه المعالجة. ومن خلال البحث، يتم حساب التكلفة الاستثمارية لكل طن من المياه في محطة معالجة مياه الصرف الصحي ومقارنتها بتكلفة طن المياه في عملية المعالجة التقليدية.
وبعد إضافة عملية التعويم، زاد الاستثمار لكل طن من المياه. ومع ذلك، مع التطبيق المشترك لهذه العملية، تحسنت جودة النفايات السائلة المعالجة، وزاد إنتاج المياه وفقًا لذلك، وزاد حجم المعالجة. وسيتم تخفيض الاستثمار لكل طن من المياه في التشغيل الشامل لمعالجة مياه الصرف الصحي وفقًا لذلك، ولا تزال الفوائد الاقتصادية الإجمالية للتعويم في ارتفاع.
يتم تشغيل عملية التعويم في ظل ظروف محددة لجودة المياه كنوع جديد من عمليات معالجة المياه. لذلك، عند تشغيل العملية، فإنها ستستهلك كهرباء للهواء المذاب أكثر من عمليات معالجة المياه التقليدية. تكلفة الكهرباء التي تستهلكها عملية التعويم عند التشغيل المستقر تبلغ حوالي 0.02 يوان/م3.
أثناء التشغيل المنتظم لنظام التعويم، تشمل المعدات الكهربائية عالية الطاقة التي تحتاج إلى الكهرباء مضخة الارتجاع، ومحرك مضخة الارتجاع، والمكشطة، وضاغط الهواء، وما إلى ذلك. وعندما تزيد نسبة الارتجاع وضغط الهواء المذاب، يزداد استهلاك الطاقة لمضخة الارتجاع وضاغط الهواء وفقًا لذلك؛ وفقًا لقانون هنري، مع ارتفاع ضغط الهواء المذاب في خزان الهواء المذاب، سيزداد أيضًا تركيز الهواء المذاب في الماء. وفقاً للبيانات الموجودة، عند ضغط هواء مذاب عند 5°C و0.40MPa، يكون تركيز الهواء المذاب في الماء الراجع 144mg/L. عند ضغط الهواء المذاب عند 5°C و0.50MPa، يزيد تركيز الهواء المذاب في الماء الراجع إلى 172mg/L، مما يزيد من استهلاك الطاقة لضاغط الهواء.
حاليا، شائعة الاستخدام التخثر لمعالجة مياه الصرف الصحي هي بشكل رئيسي مواد ندفة غير عضوية منخفضة الجزيئية ومخثرات غير عضوية عالية الجزيئية.
غالبًا ما تستخدم العملية التقليدية لمعالجة المياه ذات درجة الحرارة المنخفضة والعكارة المنخفضة جرعة متزايدة من مادة التخثر، ولكنها لا تشكل زهور الشبة الجيدة. بعد اعتماد عملية التعويم، يتم استخدام تصادم والتصاق الفقاعات الدقيقة لإزالة الجزيئات الدقيقة في الماء، مما يقلل من استهلاك الدواء. لذلك، عند معالجة المياه ذات التعكر العالي والطحالب العالية أو المياه ذات درجة الحرارة المنخفضة والمنخفضة التعكر، يمكن أن يؤدي الاستخدام المشترك لعملية التعويم إلى تقليل عدد المواد المندفة، وتوفير التكاليف، وتقليل استهلاك الأدوية، وتحسين جودة المياه. النفايات السائلة.
على الرغم من أن تشغيل عملية التعويم يؤدي إلى استهلاك أعلى للطاقة واستهلاك جزئي للعامل، إلا أنه يحسن جودة النفايات السائلة، ويقلل من حمل التشغيل للمرحلة التالية من عملية الترشيح، ويقلل من كمية المياه المستخدمة في الغسيل العكسي. إن تقليل الطاقة وانخفاض استهلاك المياه خلال عملية المعالجة اللاحقة سوف يعوض بعض استهلاك الطاقة والأدوية. ولذلك، فإن إجمالي استهلاك الطاقة بعد عملية التعويم صغير نسبيًا، مما يوفر أساسًا اقتصاديًا لتعزيز عملية التعويم.
بالإضافة إلى ذلك، في التطوير المستقبلي، يجب إيلاء اهتمام خاص لحماية البيئة وتوفير الطاقة في البحث وتطوير معدات التعويم بحيث يمكن لمعدات التعويم ضمان أداء مستقر للمعدات، وتحسين كفاءة إزالة التلوث، وتوفير الاستهلاك، وتوفير الضمان الاقتصادي. لتعزيز تطوير تكنولوجيا التعويم.