ललित बुलबुला वातन ऑक्सीजनेशन परीक्षण रिपोर्ट

अपशिष्ट जल उपचार प्रणाली में, वातन प्रक्रिया पूरे अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र की ऊर्जा खपत का 45% से 75% तक होती है, वातन प्रक्रिया की ऑक्सीजन हस्तांतरण दक्षता में सुधार करने के लिए, वर्तमान अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र का उपयोग आमतौर पर माइक्रोप्रोसेस में किया जाता है वातन प्रणाली। बड़े और मध्यम आकार के बुलबुले की वातन प्रणाली की तुलना में, सूक्ष्म छिद्रित वातन प्रणाली लगभग 50% ऊर्जा खपत बचा सकती है। फिर भी, इसकी वातन प्रक्रिया की ऑक्सीजन उपयोग दर भी 20% से 30% की सीमा में है। इसके अलावा, प्रदूषित नदियों के उपचार के लिए माइक्रोपोरस वातन प्रौद्योगिकी का उपयोग करने के लिए चीन में अधिक क्षेत्र हैं, लेकिन विभिन्न जल स्थितियों के लिए माइक्रोपोरस वातन का उचित चयन कैसे किया जाए, इस पर कोई शोध नहीं हुआ है। इसलिए, वास्तविक उत्पादन और अनुप्रयोग के लिए माइक्रोपोरस एरेटर ऑक्सीजनेशन प्रदर्शन मापदंडों का अनुकूलन बहुत महत्वपूर्ण है।

माइक्रोपोरस वातन और ऑक्सीजनेशन के प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले कई कारक हैं, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण वातन मात्रा, छिद्र आकार और पानी की गहराई की स्थापना हैं।

वर्तमान में, देश और विदेश में माइक्रोपोरस एरेटर के ऑक्सीजनेशन प्रदर्शन और छिद्र आकार और स्थापना गहराई के बीच संबंधों पर कम अध्ययन हुए हैं। शोध कुल ऑक्सीजन द्रव्यमान स्थानांतरण गुणांक और ऑक्सीजनेशन क्षमता में सुधार पर अधिक ध्यान केंद्रित करता है, और वातन प्रक्रिया में ऊर्जा खपत की समस्या की उपेक्षा करता है। हम सैद्धांतिक शक्ति दक्षता को मुख्य अनुसंधान सूचकांक के रूप में लेते हैं, ऑक्सीजनेशन क्षमता और ऑक्सीजन उपयोग की प्रवृत्ति के साथ मिलकर, शुरुआत में वातन मात्रा, एपर्चर व्यास और स्थापना गहराई को अनुकूलित करते हैं जब वातन दक्षता उच्चतम होती है, ताकि आवेदन के लिए एक संदर्भ प्रदान किया जा सके। वास्तविक परियोजना में माइक्रोपोरस वातन प्रौद्योगिकी का।

1.सामग्री और विधियाँ

1.1 टेस्ट सेटअप
परीक्षण सेटअप प्लेक्सीग्लास से बना था, और मुख्य निकाय एक डी 0.4 मीटर × 2 मीटर बेलनाकार वातन टैंक था जिसमें पानी की सतह से 0.5 मीटर नीचे स्थित एक घुलनशील ऑक्सीजन जांच थी (चित्रा 1 में दिखाया गया है)।


चित्र 1 वातन और ऑक्सीजनेशन परीक्षण सेटअप

1.2 परीक्षण सामग्री
रबर झिल्ली से बना सूक्ष्म छिद्रयुक्त जलवाहक, व्यास 215 मिमी, छिद्र आकार 50, 100, 200, 500, 1000 माइक्रोमीटर। सेंशन378 बेंचटॉप घुलित ऑक्सीजन परीक्षक, एचएसीएच, यूएसए। गैस रोटर फ्लो मीटर, रेंज 0~3 m3/h, सटीकता ±0.2%। एचसी-एस ब्लोअर। उत्प्रेरक: CoCl2-6H2O, विश्लेषणात्मक रूप से शुद्ध; डीऑक्सीडेंट: Na2SO3, विश्लेषणात्मक रूप से शुद्ध।



1.3 परीक्षण विधि
परीक्षण स्थैतिक गैर-स्थिर विधि का उपयोग करके आयोजित किया गया था, यानी, Na2SO3 और CoCl2-6H2O को परीक्षण के दौरान डीऑक्सीजनेशन के लिए पहली बार खुराक दिया गया था, और पानी में घुलित ऑक्सीजन 0 तक कम होने पर वातन शुरू किया गया था। घुलित ऑक्सीजन सांद्रता में परिवर्तन समय के साथ पानी में दर्ज किए गए, और KLa मान की गणना की गई। ऑक्सीजनेशन प्रदर्शन का परीक्षण विभिन्न वातन मात्रा (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 m3/h), विभिन्न छिद्र आकार (50, 100, 200, 500, 1,000 μm), और विभिन्न जल गहराई (0.8, 1.1) के तहत किया गया था। 1.3, 1.5, 1.8, 2.0 मीटर), और सीजे/टी का भी संदर्भ दिया गया था
3015.2 -1993 "एरेटर साफ़ पानी ऑक्सीजनेशन प्रदर्शन निर्धारण" और संयुक्त राज्य अमेरिका साफ़ पानी ऑक्सीजनेशन परीक्षण मानक।

ऑक्सीजन उपयोग (एसओटीई,%) समीकरण (4) द्वारा व्यक्त किया गया है।

कहा पे: क्यू - मानक स्थिति में वातन मात्रा, एम3/एच।

सैद्धांतिक शक्ति दक्षता [ई, किग्रा/(किलोवाट)] समीकरण (5) द्वारा व्यक्त की जाती है।

कहा पे: पी - वातन उपकरण शक्ति, किलोवाट।

जलवाहक ऑक्सीजनेशन प्रदर्शन के मूल्यांकन के लिए आम तौर पर उपयोग किए जाने वाले संकेतक कुल ऑक्सीजन द्रव्यमान स्थानांतरण गुणांक केएलए, ऑक्सीजनेशन क्षमता ओसी, ऑक्सीजन उपयोग दर एसओटीई और सैद्धांतिक शक्ति दक्षता ई [7] हैं। मौजूदा अध्ययनों ने कुल ऑक्सीजन द्रव्यमान स्थानांतरण गुणांक, ऑक्सीजनेशन क्षमता और ऑक्सीजन उपयोग के रुझानों पर अधिक ध्यान केंद्रित किया है, और सैद्धांतिक शक्ति दक्षता पर कम [8, 9]। सैद्धांतिक शक्ति दक्षता, एकमात्र दक्षता सूचकांक [10] के रूप में, वातन प्रक्रिया में ऊर्जा खपत की समस्या को प्रतिबिंबित कर सकती है, जो इस प्रयोग का फोकस है।

2.2 ऑक्सीजनेशन प्रदर्शन पर वातन का प्रभाव

विभिन्न वातन स्तरों पर ऑक्सीजनेशन प्रदर्शन का मूल्यांकन 200 माइक्रोन के छिद्र आकार के साथ जलवाहक के निचले 2 मीटर पर वातन द्वारा किया गया था, और परिणाम चित्र 2 में दिखाए गए हैं।

चित्र 2 वातन दर के साथ K और ऑक्सीजन के उपयोग में भिन्नता

जैसा कि चित्र 2 से देखा जा सकता है, वातन मात्रा में वृद्धि के साथ केएलए धीरे-धीरे बढ़ता है। इसका मुख्य कारण यह है कि वातन की मात्रा जितनी बड़ी होगी, गैस-तरल संपर्क क्षेत्र उतना ही बड़ा होगा और ऑक्सीजनेशन दक्षता उतनी ही अधिक होगी। दूसरी ओर, कुछ शोधकर्ताओं ने पाया कि वातन मात्रा में वृद्धि के साथ ऑक्सीजन उपयोग दर में कमी आई और इस प्रयोग में भी ऐसी ही स्थिति पाई गई। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक निश्चित पानी की गहराई के तहत, वातन की मात्रा छोटी होने पर पानी में बुलबुले का निवास समय बढ़ जाता है, और गैस-तरल संपर्क का समय लंबा हो जाता है; जब वातन की मात्रा बड़ी होती है, तो जल निकाय में अशांति मजबूत होती है, और अधिकांश ऑक्सीजन का प्रभावी ढंग से उपयोग नहीं किया जाता है, और अंततः पानी की सतह से बुलबुले के रूप में हवा में छोड़ दिया जाता है। इस प्रयोग से प्राप्त ऑक्सीजन उपयोग दर साहित्य की तुलना में अधिक नहीं थी, शायद इसलिए क्योंकि रिएक्टर की ऊंचाई पर्याप्त नहीं थी, और बड़ी मात्रा में ऑक्सीजन पानी के स्तंभ से संपर्क किए बिना निकल गई, जिससे ऑक्सीजन उपयोग दर कम हो गई।

वातन के साथ सैद्धांतिक शक्ति दक्षता (ई) की भिन्नता चित्र 3 में दिखाई गई है।

चित्र 3 सैद्धांतिक शक्ति दक्षता बनाम वातन मात्रा

जैसा कि चित्र 3 में देखा जा सकता है, बढ़ते वातन के साथ सैद्धांतिक शक्ति दक्षता धीरे-धीरे कम हो जाती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि पानी की गहराई की कुछ स्थितियों के तहत वातन मात्रा में वृद्धि के साथ मानक ऑक्सीजन स्थानांतरण दर बढ़ जाती है, लेकिन ब्लोअर द्वारा उपभोग किए गए उपयोगी कार्य में वृद्धि मानक ऑक्सीजन स्थानांतरण दर में वृद्धि से अधिक महत्वपूर्ण है, इसलिए सैद्धांतिक शक्ति दक्षता प्रयोग में जांच की गई वातन मात्रा की सीमा के भीतर वातन मात्रा में वृद्धि के साथ घट जाती है। अंजीर में रुझानों का संयोजन। 2 और 3, यह पाया जा सकता है कि सर्वोत्तम ऑक्सीजनेशन प्रदर्शन 0.5 एम3/एच की वातन मात्रा पर प्राप्त किया जाता है।

2.3 ऑक्सीजनेशन प्रदर्शन पर छिद्र आकार का प्रभाव

छिद्रों के आकार का बुलबुले के निर्माण पर बहुत प्रभाव पड़ता है, छिद्रों का आकार जितना बड़ा होगा, बुलबुले का आकार उतना ही बड़ा होगा। प्रभाव के ऑक्सीजनेशन प्रदर्शन पर बुलबुले मुख्य रूप से दो पहलुओं में प्रकट होते हैं: सबसे पहले, व्यक्तिगत बुलबुले जितने छोटे होंगे, समग्र बुलबुला विशिष्ट सतह क्षेत्र उतना बड़ा होगा, गैस-तरल द्रव्यमान स्थानांतरण संपर्क क्षेत्र जितना बड़ा होगा, स्थानांतरण के लिए उतना ही अधिक अनुकूल होगा ऑक्सीजन; दूसरे, बुलबुले जितने बड़े होंगे, पानी को हिलाने की भूमिका उतनी ही मजबूत होगी, गैस-तरल मिश्रण जितना तेज होगा, ऑक्सीजनेशन का प्रभाव उतना ही बेहतर होगा। बड़े पैमाने पर स्थानांतरण प्रक्रिया में अक्सर पहला बिंदु एक प्रमुख भूमिका निभाता है। KLa और ऑक्सीजन उपयोग पर छिद्र आकार के प्रभाव की जांच करने के लिए परीक्षण वातन मात्रा 0.5 m3/h पर सेट किया जाएगा, चित्र 4 देखें।


चित्र 4. छिद्र आकार के साथ केएलए और ऑक्सीजन उपयोग के विभिन्नता वक्र

जैसा कि चित्र 4 से देखा जा सकता है, छिद्र आकार में वृद्धि के साथ केएलए और ऑक्सीजन उपयोग दोनों में कमी आई है। समान पानी की गहराई और वातन मात्रा की स्थिति के तहत, 50 μm एपर्चर जलवाहक का KLa 1,000 μm एपर्चर जलवाहक का लगभग तीन गुना है। इसलिए, जब जलवाहक को पानी की एक निश्चित गहराई में स्थापित किया जाता है, तो जलवाहक का छिद्र जितना छोटा होता है ऑक्सीजनेशन क्षमता और ऑक्सीजन का उपयोग अधिक होता है।

छिद्र आकार के साथ सैद्धांतिक शक्ति दक्षता की भिन्नता चित्र में दिखाई गई है।

चित्र 5 सैद्धांतिक शक्ति दक्षता बनाम छिद्र आकार
जैसा कि चित्र 5 से देखा जा सकता है, सैद्धांतिक शक्ति दक्षता एपर्चर आकार में वृद्धि के साथ बढ़ने और फिर घटने की प्रवृत्ति दिखाती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक ओर, छोटे एपर्चर जलवाहक में बड़ी केएलए और ऑक्सीजनेशन क्षमता होती है, जो ऑक्सीजनेशन के लिए अनुकूल होती है। दूसरी ओर, एपर्चर व्यास में कमी के साथ एक निश्चित पानी की गहराई के तहत प्रतिरोध हानि बढ़ जाती है। जब पदोन्नति प्रभाव के प्रतिरोध हानि पर छिद्र आकार में कमी ऑक्सीजन द्रव्यमान हस्तांतरण की भूमिका से अधिक होती है, तो छिद्र आकार में कमी के साथ सैद्धांतिक शक्ति दक्षता कम हो जाएगी। इसलिए, जब एपर्चर व्यास छोटा होता है, तो एपर्चर व्यास की वृद्धि के साथ सैद्धांतिक शक्ति दक्षता बढ़ जाएगी, और 200 μm का एपर्चर व्यास 1.91 किग्रा/(किलोवाट-एच) के अधिकतम मूल्य तक पहुंच जाएगा; जब एपर्चर व्यास> 200 माइक्रोन, वातन प्रक्रिया में प्रतिरोध हानि अब वातन प्रक्रिया में एक प्रमुख भूमिका नहीं निभाती है, जलवाहक के एपर्चर व्यास में वृद्धि के साथ केएलए और ऑक्सीजनेशन क्षमता कम हो जाएगी, और इसलिए, सैद्धांतिक बिजली दक्षता में उल्लेखनीय गिरावट देखी गई है।

2.4 ऑक्सीजनेशन प्रदर्शन पर स्थापना जल की गहराई का प्रभाव

पानी की गहराई जिसमें जलवाहक स्थापित किया गया है, वातन और ऑक्सीजनेशन प्रभाव पर बहुत महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। प्रायोगिक अध्ययन का लक्ष्य 2 मीटर से कम का उथला जल चैनल था। जलवाहक की वातन गहराई पूल के पानी की गहराई से निर्धारित की जाती थी। मौजूदा अध्ययन मुख्य रूप से जलवाहक की जलमग्न गहराई पर ध्यान केंद्रित करते हैं (यानी, जलवाहक को पूल के तल पर स्थापित किया जाता है, और पानी की मात्रा बढ़ाकर पानी की गहराई बढ़ाई जाती है), और परीक्षण मुख्य रूप से जलवाहक की स्थापना गहराई पर केंद्रित है जलवाहक (यानी, पूल में पानी की मात्रा स्थिर रखी जाती है, और वायुयान प्रभाव के लिए पानी की सबसे अच्छी गहराई खोजने के लिए जलवाहक की स्थापना ऊंचाई को समायोजित किया जाता है), और पानी की गहराई के साथ केएलए और ऑक्सीजन के उपयोग में परिवर्तन होता है चित्र 6 में दिखाया गया है।


चित्र: पानी की गहराई के साथ K और ऑक्सीजन उपयोग के 6 भिन्नता वक्र
चित्र 6 से पता चलता है कि पानी की गहराई में वृद्धि के साथ, केएलए और ऑक्सीजन उपयोग दोनों में स्पष्ट वृद्धि की प्रवृत्ति दिखाई देती है, जिसमें केएलए में 0.8 मीटर पानी की गहराई और 2 मीटर पानी की गहराई पर चार गुना से अधिक का अंतर होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि पानी जितना गहरा होगा, पानी के स्तंभ में बुलबुले का रहने का समय उतना ही लंबा होगा, गैस-तरल संपर्क का समय जितना लंबा होगा, ऑक्सीजन हस्तांतरण प्रभाव उतना ही बेहतर होगा। इसलिए, जलवाहक जितना गहरा स्थापित किया जाएगा, ऑक्सीजन क्षमता और ऑक्सीजन उपयोग के लिए उतना ही अधिक अनुकूल होगा। लेकिन पानी की गहराई बढ़ने के साथ-साथ प्रतिरोध हानि भी बढ़ेगी, प्रतिरोध हानि को दूर करने के लिए, वातन की मात्रा में वृद्धि करना आवश्यक है, जिससे अनिवार्य रूप से ऊर्जा खपत और परिचालन लागत में वृद्धि होगी। इसलिए, इष्टतम स्थापना गहराई प्राप्त करने के लिए, सैद्धांतिक बिजली दक्षता और पानी की गहराई के बीच संबंध का मूल्यांकन करना आवश्यक है, तालिका 1 देखें।

तालिका 1 पानी की गहराई के आधार पर सैद्धांतिक शक्ति दक्षता
गहराई/मी	ई/(किलो.किलोवाट-1.एच-1)	गहराई/मी	ई/(किलो.किलोवाट-1.एच-1)
0.8	0.50	1.1	1.10

तालिका 1 से पता चलता है कि सैद्धांतिक बिजली दक्षता 0.8 मीटर की स्थापना गहराई पर बेहद कम है, केवल 0.5 किग्रा/(किलोवाट-एच) के साथ, जिससे उथले पानी का वातन अनुपयुक्त हो जाता है। 1.1 ~ 1.5 मीटर रेंज की पानी की गहराई की स्थापना, ऑक्सीजनेशन क्षमता में उल्लेखनीय वृद्धि के कारण, जबकि प्रतिरोध प्रभाव से जलवाहक स्पष्ट नहीं है, इसलिए सैद्धांतिक शक्ति दक्षता तेजी से बढ़ जाती है। जैसे-जैसे पानी की गहराई 1.8 मीटर तक बढ़ती है, ऑक्सीजनेशन प्रदर्शन पर प्रतिरोध हानि का प्रभाव अधिक से अधिक महत्वपूर्ण हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप सैद्धांतिक बिजली दक्षता में वृद्धि कम हो जाती है, लेकिन फिर भी बढ़ती प्रवृत्ति दिखाई देती है, और स्थापना में 2 मीटर की पानी की गहराई पर, सैद्धांतिक ऊर्जा दक्षता अधिकतम 1.97 किग्रा/(किलोवाट-घंटा) तक पहुंच जाती है। इसलिए, चैनलों के लिए <2 मीटर, इष्टतम ऑक्सीजनेशन के लिए नीचे वातन को प्राथमिकता दी जाती है।

3.निष्कर्ष

परीक्षण में पानी की गहराई (<2 मीटर) और छिद्र आकार (50 ~ 1 000 माइक्रोन) स्थितियों में माइक्रोपोरस वातन साफ़ पानी ऑक्सीजनेशन परीक्षण के लिए स्थिर गैर-स्थिर विधि का उपयोग करते हुए, कुल ऑक्सीजन द्रव्यमान स्थानांतरण गुणांक KLa और ऑक्सीजन उपयोग में वृद्धि हुई पानी की गहराई की स्थापना; छिद्रों के आकार में वृद्धि और कमी के साथ। वातन मात्रा को 0.5 एम3/एच से 3 एम3/एच तक बढ़ाने की प्रक्रिया में, कुल ऑक्सीजन द्रव्यमान स्थानांतरण गुणांक और ऑक्सीजनेशन क्षमता धीरे-धीरे बढ़ी, और ऑक्सीजन उपयोग दर में कमी आई।

सैद्धांतिक शक्ति दक्षता प्रभावशीलता का एकमात्र संकेतक है। परीक्षण स्थितियों में, वातन और पानी की गहराई की स्थापना के साथ सैद्धांतिक शक्ति दक्षता बढ़ जाती है, एपर्चर में वृद्धि के साथ पहले वृद्धि होती है और फिर कमी आती है। ऑक्सीजनेशन प्रदर्शन को सर्वोत्तम प्राप्त करने के लिए पानी की गहराई और एपर्चर की स्थापना एक उचित संयोजन होना चाहिए, सामान्य तौर पर, जलवाहक एपर्चर के पानी के चयन की गहराई जितनी अधिक होगी।

परीक्षण के नतीजे बताते हैं कि उथले पानी के वातन का उपयोग नहीं किया जाना चाहिए। 2 मीटर की स्थापना गहराई पर, 0.5 m3/h की वातन मात्रा और 200 μm के छिद्र आकार वाले एक जलवाहक के परिणामस्वरूप 1.97 kg/(kW-h) की अधिकतम सैद्धांतिक शक्ति दक्षता प्राप्त हुई।

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