Eglurhad Manwl O'r Galw am Ocsigen A Dulliau Cyfrifo Cyfradd Awyru mewn Tanciau Awyru

Yn y broses trin biolegol o ddŵr gwastraff, y tanc awyru yw'r uned adwaith craidd. Ei swyddogaeth graidd yw trosglwyddo ocsigen i'r hylif cymysg trwy offer awyru i ddiwallu anghenion metaboledd microbaidd a diraddio llygryddion. Mae galw am ocsigen (galw O₂) yn cyfeirio at gyfanswm yr ocsigen sydd ei angen ar ficro-organebau i ddiraddio deunydd organig ac ocsideiddio nitrogen amonia, tra bod cyfradd awyru yn allbwn gwirioneddol yr offer awyru a gyfrifir yn seiliedig ar y galw am ocsigen a pharamedrau megis effeithlonrwydd trosglwyddo ocsigen. Mae cyfrifo'r galw am ocsigen a chyfradd awyru'n gywir nid yn unig yn sicrhau effeithiolrwydd trin dŵr gwastraff ond hefyd yn gwneud y gorau o'r defnydd o ynni ac yn lleihau costau gweithredu. Bydd yr erthygl hon yn dadansoddi rhesymeg cyfrifo, fformiwlâu craidd, a ffactorau dylanwadol allweddol y ddau baramedr hyn yn fanwl, gan ddarparu cyfeiriad ar gyfer dylunio peirianneg ac addasiadau gweithredol.

Mae cyfrifiad galw am ocsigen yn seiliedig ar adweithiau metabolaidd microbaidd, gan gwmpasu galw am ocsigen carboneiddio (diraddio mater organig) a galw am ocsigen nitreiddio (ocsidiad amonia nitrogen). Mae hefyd yn gofyn am ddidynnu'r ocsigen a ddefnyddir gan wanhad resbiradaeth mewndarddol a'r ocsigen a gludir gan ocsigen toddedig yn yr elifiant, gan gynhyrchu cyfanswm y galw am ocsigen sydd ei angen yn y pen draw.

1. Sail Cyfrifo Craidd a Fformiwla

Mae cyfrifo'r galw am ocsigen (OD) yn seiliedig ar baramedrau allweddol megis ansawdd dŵr mewnlif (BOD₅, COD, NH₄⁺-N), effeithlonrwydd trin, a chrynodiad llaid. Mae'r fformiwla graidd fel a ganlyn:

Cyfanswm y Galw am Ocsigen (O₂ₜₒₜₐₗ)=Carbonization Galw Ocsigen (O₂₍ₙ₎) + Nitrification Galw Ocsigen (O₂₍ₙᵢₜ₎) - Respiration Ocsigen mewndarddol (O₂₍ₑₙₐₐ₎) - Ocsigen yn cael ei gludo ymaith gan DO mewn elifiant (O₂₍ₒᵤₜ₎)

(1) Galw am ocsigen carbonadu (O₂₍ₙ₎)
Galw am ocsigen carbonadu yw faint o ocsigen sydd ei angen ar gyfer diraddio microbaidd mater organig bioddiraddadwy. Gan ddefnyddio BOD₅ fel y dangosydd craidd, y fformiwla gyfrifo yw:

O₂₍ₙ₎ = a' × Q × (Sᵢₙ - Sₒᵤₜ) - b' × V × X

Eglurhad o baramedrau yn y fformiwla:

1a': Cyfernod galw am ocsigen ar gyfer diraddio deunydd organig (kg O₂/kg) BOD₅: Ar gyfer dŵr gwastraff domestig confensiynol, cymerir a' fel 0.42~0.53; ar gyfer dŵr gwastraff diwydiannol, mae angen addasu'r gwerth yn ôl bioddiraddadwyedd (gwerth uwch ar gyfer bioddiraddadwyedd gwael, gwerth is ar gyfer bioddiraddadwyedd da);

1Q: Cyfaint triniaeth (m³/d);

1Sᵢₙ,Sₒᵤₜ: Crynodiad BOD₅ mewnlifiad ac elifiant (kg/m³, hy, g/L);

1b': Cyfernod defnydd ocsigen resbiradaeth mewndarddol llaid (kg O₂/(kg MLSS·d)), ar gyfer dŵr gwastraff domestig, cymerir b' fel 0.10~0.15;

1V: Cyfaint effeithiol y tanc awyru (m³);

1X: Crynodiad solidau crog hylif cymysg yn y tanc awyru (MLSS, kg/m³).

Sylwer: Os defnyddir COD fel y dangosydd cyfrifo, mae angen trosi COD i BOD₅ yn gyntaf (ar gyfer dŵr gwastraff domestig confensiynol, BOD₅ / COD≈0.5; ar gyfer dŵr gwastraff diwydiannol, mae angen mesur gwirioneddol).

(2) Galw Ocsigen Nitreiddio (O₂₍ₙᵢₜ₎)

Os oes angen nitreiddiad ar y broses (ocsidiad nitrogen amonia i nitrogen nitrad), mae angen cyfrifo'r galw am ocsigen nitreiddiad ar wahân. Y fformiwla yw:

O₂₍ₙᵢₜ₎=4.57 × Q × (NH₄⁺-Nᵢₙ - NH₄⁺-Nₒᵤₜ) - 0.12 × Q × (NO₃⁻{5}{6} NA₃⁻-Nᵢₙ)

Eglurhad o baramedrau yn y fformiwla:

14.57: Cyfernod galw am ocsigen damcaniaethol ar gyfer ocsidiad amonia nitrogen i nitrogen nitrad (kg O₂/kg) NH₄⁺-N);

10.12: Cyfernod gwrthbwyso defnydd o ocsigen ar gyfer dadnitreiddiad nitrad (gellir anwybyddu hyn os nad oes dadnitreiddiad);

1NH₄⁺-Nᵢₙ, NH₄⁺-Nₒᵤₜ: Crynodiad nitrogen amonia mewn mewnlifiad ac elifiant (kg/m³);

1NO₃⁻-Nᵢₙ, NO₃⁻-Nₒᵤₜ: Crynodiad nitrogen nitrad mewn mewnlifiad ac elifiant (kg/m³).

(3) Defnydd Ocsigen o Resbiradaeth Mewndarddol a Chario Ocsigen drosodd gan DO mewn Elifiant
Mae'r defnydd o ocsigen o resbiradaeth mewndarddol eisoes wedi'i adlewyrchu yn y fformiwla galw am ocsigen carbonation drwy'r paramedr b' ac nid oes angen ei gyfrifo eto; y fformiwla ar gyfer cyfrifo'r ocsigen sy'n cael ei gludo drosodd gan DO mewn elifiant yw:

O₂₍ₒᵤₜ₎=8.33 × Q × (DOₒᵤₜ - DOᵢₙ)

Lle: 8.33 yw'r ffactor trosi dwysedd ocsigen (kg O₂/(m³·mg/L)), DOᵢₙ a DOₒᵤₜ yw crynodiadau ocsigen toddedig y mewnlifiad a'r elifiant (mg/L), yn y drefn honno. Mewn achosion arferol, gellir anwybyddu'r DO yn y mewnlifiad (a gymerir fel 0), a rheolir DO yn yr elifiant ar 2 ~ 3 mg / L.

2. Enghraifft o Gyfrifiad Galw am Ocsigen O ystyried gwaith trin dŵr gwastraff domestig â chynhwysedd trin o Q=1000 m³/d, cyfaint tanc awyru effeithiol o V=300 m³, BOD₅=200 mg/L mewnlif, elifiant BOD₅=20 mg/L, MLSS/L influent NH₄⁺-N=30 mg/L, elifiant NH₄⁺-N=1 mg/L, ac elifiant DO=2 mg/L, cymerwch '=0.5 a b'=0.12.

(1) Carbonation galw ocsigen: O₂₍ₙ₎=0.5 × 1000 × (0.2 - 0.02) - 0.12 × 300 × 3=90 - 108=-18 (Mae gwerth negyddol yn nodi bod galw ocsigen resbiradaeth mewndarddol yn fwy na carbonation galw ocsigen, felly rydym yn cymryd 0);

(2)Galw am ocsigen nitreiddiad: O₂₍ₙᵢₜ₎=4.57 × 1000 × (0.03 - 0.001)=4.57 × 29 ≈ 132.53 kg O₂/d;

(3) Ocsigen a gludir i ffwrdd gan DO yn yr elifiant: O₂₍ₒᵤₜ₎=8.33 × 1000 × (2 - 0)=16.66 kg O₂/d;

(4) Cyfanswm y Galw am Ocsigen: O₂ₜₒₜₐₗ=0 + 132.53 - 16.66≈115.87kg O₂/d.

Mae cyfaint awyru yn cyfeirio at faint o aer y mae angen i'r offer awyru ei fewnbynnu i'r tanc awyru. Mae angen ei gyfrifo yn seiliedig ar gyfanswm y galw am ocsigen, ynghyd â pharamedrau megis effeithlonrwydd trosglwyddo ocsigen a chynnwys ocsigen aer. Mae angen ystyried cywiriadau ar gyfer trosglwyddo ocsigen oherwydd ffactorau megis tymheredd y dŵr a phwysedd aer hefyd.

1. Rhesymeg a Fformiwla Cyfrifo Craidd
Mae'r cynnwys ocsigen yn yr aer tua 21% (ffracsiwn màs). Mae effeithlonrwydd trosglwyddo ocsigen (Eₚ) yn cyfeirio at y gyfran o ocsigen a drosglwyddir mewn gwirionedd o'r aer i'r gwirod cymysg. Cyfrifir y gyfradd awyru gan ddefnyddio'r fformiwla ganlynol:

Cyfradd Awyru Gwirioneddol (Gₛ)=Cyfanswm y Galw am Ocsigen (O₂ₜₒₜₐₗ) / (Cynnwys Ocsigen Aer × Effeithlonrwydd Trosglwyddo Ocsigen × Ffactor Cywiro)

Fformiwla Dadelfennu Penodol:

Gₛ = O₂ₜₒₜₐₗ × 1000 / (0.21 × 1.205 × Eₚ × Kₜ × ... Kₚ)

Eglurhad o baramedrau yn y fformiwla:

10.21: Cyfrol ffracsiwn o ocsigen mewn aer (%);

11.205: Dwysedd aer (kg / m³, o dan amodau safonol, 20 gradd, 1 atm);

1Eₚ: Effeithlonrwydd trosglwyddo ocsigen (%), Eₚ yn amrywio'n fawr yn dibynnu ar yr offer awyru: awyru chwythwr (awyrydd microporous) Eₚ=15%~25%, awyru arwyneb (awyrydd impeller) Eₚ=8% ~15%;

1Kₜ: Ffactor cywiro tymheredd y dŵr, Kₜ=1.024^(T-20), lle T yw tymheredd gwirioneddol y dŵr yn y tanc awyru (gradd ). Wrth i dymheredd y dŵr gynyddu, mae hydoddedd ocsigen yn lleihau, ac mae Kₜ yn cynyddu.

1Kₚ: Ffactor cywiro pwysedd nwy, Kₚ=P/1.013, lle P yw'r gwasgedd atmosfferig lleol (atm). Wrth i bwysau atmosfferig gynyddu, mae hydoddedd ocsigen yn cynyddu, ac mae Kₚ yn cynyddu.

11000: Ffactor trosi uned (trosi kg O₂ i g O₂).

2. Enghraifft o gyfrifiad cyfradd awyru (yn dilyn yr enghraifft uchod o alw am ocsigen) O ystyried cyfanswm y galw am ocsigen O₂ₜₒₜₐₗ=115.87kg O₂/d, gan ddefnyddio awyryddion microfandyllog, Eₚ=20%, tymheredd dŵr tanc awyru T=25 gradd, a gwasgedd atmosfferig lleol

(1) Cyfrifwch y ffactor cywiro: Kₜ=1.024^(25-20)=1.024⁵≈1.127, Kₚ=1.0/1.013≈0.987;

(2) Cyfrifwch y gyfradd awyru: Gₛ=115.87×1000/(0.21×1.205×20%×1.127×0.987) ≈115870 / (0.21×1.205×0.2×1.127×0.987) ≈ 115.205/11587 m³/d? Mae'r cyfrifiad yma yn anghywir a dylid ei gywiro fel a ganlyn:

Ailgyfrifo (unedau'n gyson): O₂ₜₒₜₐₗ=115.87 kg/d=115870 g/d;

Enwadur: 0.21 (ffracsiwn cyfaint ocsigen) × 1.205 (dwysedd aer kg/m³) × Eₚ (20%=0.2) × Kₜ (1.127) × Kₚ (0.987)=0.21 × 1.205 × 0.2 × 1.127 × 0.2 × 1.127 × 0.0 ≈ 0.253, 0.253 × 0.2 ≈ 0.0506, 0.0506 × 1.127 ≈ 0.057, 0.057 × 0.987 ≈ 0.056 kg O₂/m³ Aer;

Felly, mae Gₛ=115.87 kg/d / 0.056 kg O₂/m³ aer ≈ 2069 m³/d (tua 86.2 m³/h).

1. Ffactorau Ansawdd Dŵr
Mae crynodiad deunydd organig dylanwadol (BOD₅, COD) a nitrogen amonia yn pennu'r galw am ocsigen yn uniongyrchol: po uchaf yw'r crynodiad, y mwyaf yw'r galw am ocsigen, ac mae angen cynyddu'r gyfradd awyru yn unol â hynny; os yw dŵr gwastraff diwydiannol yn cynnwys mater organig ysbeidiol neu sylweddau gwenwynig, bydd yn atal gweithgaredd microbaidd, gan ofyn am gynnydd priodol yn y gyfradd awyru (cynyddu crynodiad DO i liniaru ataliad gwenwyndra).

2. Paramedrau Gweithredu
Bydd crynodiad MLSS rhy uchel yn cynyddu'r defnydd o ocsigen resbiradaeth mewndarddol a lleihau effeithlonrwydd trosglwyddo ocsigen (cynyddu gludedd hylif cymysg), sy'n gofyn am gydbwysedd rhwng MLSS a chyfradd awyru; Mae amser cadw llaid (SRT) yn effeithio ar effeithlonrwydd nitreiddiad, mae angen i'r broses nitreiddiad reoli SRT Mwy na neu'n hafal i 10 diwrnod (20 gradd) a chyfateb â'r galw am ocsigen nitreiddio digonol.

3. Ffactorau Amgylcheddol
Mae tymheredd dŵr uwch yn lleihau hydoddedd ocsigen ac yn lleihau effeithlonrwydd trosglwyddo ocsigen, gan olygu bod angen mwy o awyru. Mae pwysedd aer gostyngol (ee, mewn ardaloedd o uchder) yn lleihau hydoddedd ocsigen ymhellach, gan olygu bod angen mwy o awyru i wneud iawn. Mae pH y hylif cymysg yn effeithio ar nitreiddiad (pH optimaidd=7.5~8.5); mae pH annormal yn gofyn am flaenoriaethu addasiadau ansawdd dŵr cyn optimeiddio awyru.

4. Dethol Offer Awyru
Mae gwahanol fathau o offer awyru yn cynnig effeithlonrwydd trosglwyddo ocsigen sylweddol wahanol. Awyryddion microporous sydd â'r effeithlonrwydd trosglwyddo ocsigen uchaf ac maent yn addas ar gyfer tanciau awyru mawr. Mae awyryddion wyneb yn hawdd i'w gosod ac yn addas ar gyfer gweithfeydd trin dŵr gwastraff bach. Wrth ddewis offer, mae'n hanfodol ystyried y galw am ocsigen a'r math o danc, gan flaenoriaethu cyfarpar effeithlonrwydd uchel, isel-ynni er mwyn lleihau cyfaint awyru a chostau gweithredu.

1. Gwerthoedd Paramedr Cywir: Mae angen addasu cyfernodau fel a', b', ac Eₚ yn seiliedig ar y math o ddŵr gwastraff (carthffosiaeth domestig / dŵr gwastraff diwydiannol), model offer awyru, a data mesuredig i osgoi gwyriadau cyfrifo a achosir gan gymhwyso gwerthoedd empirig yn uniongyrchol.

2. Mae Cysondeb Uned yn Allweddol: Cyn cyfrifo, rhaid i bob uned baramedr fod yn gyson (ee, mg/L i kg/m³, m³/d i m³/h) er mwyn osgoi dryswch uned sy'n arwain at wallau.

3. Ymyl Dylunio: Mewn prosiectau gwirioneddol, dylid lluosi ffactor diogelwch o 1.1 ~ 1.2 â'r gyfradd awyru a gyfrifwyd i fynd i'r afael â'r gostyngiad mewn effeithlonrwydd trosglwyddo ocsigen a achosir gan ffactorau megis amrywiadau ansawdd dŵr a heneiddio offer.

4. Addasiadau yn Seiliedig ar Weithrediad Gwirioneddol: Mae gwerthoedd wedi'u cyfrifo yn werthoedd damcaniaethol. Mewn gweithrediad gwirioneddol, mae angen addasu'r gyfradd awyru yn ddeinamig yn seiliedig ar y crynodiad DO o ddiodydd cymysg (a reolir ar 2 ~ 3 mg/L) ac ansawdd elifiant (BOD₅, NH₄⁺{-N) i sicrhau cydbwysedd rhwng effeithlonrwydd a defnydd o ynni.

Mae cyfrifo'r galw am ocsigen a'r gyfradd awyru mewn tanc awyru yn agwedd graidd ar ddylunio peirianneg trin dŵr gwastraff ac optimeiddio gweithrediad. Yn y bôn, mae'n ymwneud â meintioli anghenion metabolaidd micro-organebau ac effeithlonrwydd trosglwyddo ocsigen i gyflawni "cyflenwad ocsigen yn ôl y galw." Rhaid i gyfrifiadau galw am ocsigen gadw'n agos at baramedrau ansawdd dŵr a phatrymau metabolaidd microbaidd, tra bod angen addasu cyfrifiadau cyfradd awyru ar y cyd â pherfformiad offer a ffactorau amgylcheddol. Mewn cymwysiadau ymarferol, mae angen sefydlu fframwaith sylfaenol trwy gyfrifiadau damcaniaethol, ac yna addasiadau deinamig yn seiliedig ar ddata mesuredig. Mae hyn yn sicrhau bod canlyniadau trin dŵr gwastraff yn bodloni safonau tra'n lleihau'r defnydd o ynni awyru, gan gyflawni gweithrediad proses effeithlon a darbodus.