Penjelasan Terperinci Mengenai Permintaan Oksigen Dan Kaedah Pengiraan Kadar Pengudaraan dalam Tangki Pengudaraan

Dalam proses rawatan biologi air sisa, tangki pengudaraan adalah unit tindak balas teras. Fungsi terasnya adalah untuk memindahkan oksigen kepada minuman keras campuran melalui peralatan pengudaraan untuk memenuhi keperluan metabolisme mikrob dan degradasi bahan pencemar. Permintaan oksigen (permintaan O₂) merujuk kepada jumlah oksigen yang diperlukan oleh mikroorganisma untuk merendahkan bahan organik dan mengoksidakan nitrogen ammonia, manakala kadar pengudaraan ialah keluaran sebenar peralatan pengudaraan yang dikira berdasarkan permintaan oksigen dan parameter seperti kecekapan pemindahan oksigen. Pengiraan yang tepat bagi permintaan oksigen dan kadar pengudaraan bukan sahaja memastikan keberkesanan rawatan air sisa tetapi juga mengoptimumkan penggunaan tenaga dan mengurangkan kos operasi. Artikel ini akan memecahkan logik pengiraan, formula teras dan faktor pengaruh utama kedua-dua parameter ini secara terperinci, memberikan rujukan untuk reka bentuk kejuruteraan dan pelarasan operasi.

Pengiraan permintaan oksigen adalah berdasarkan tindak balas metabolik mikrob, merangkumi permintaan oksigen pengkarbonan (degradasi bahan organik) dan permintaan oksigen nitrifikasi (pengoksidaan nitrogen ammonia). Ia juga memerlukan penolakan oksigen yang digunakan oleh pengecilan pernafasan endogen dan oksigen yang dibawa oleh oksigen terlarut dalam efluen, akhirnya menghasilkan jumlah permintaan oksigen sebenar yang diperlukan.

1. Asas dan Formula Pengiraan Teras

Pengiraan permintaan oksigen (OD) adalah berdasarkan parameter utama seperti kualiti air pengaruh (BOD₅, COD, NH₄⁺-N), kecekapan rawatan dan kepekatan enapcemar. Formula teras adalah seperti berikut:

Jumlah Permintaan Oksigen (O₂ₜₒₜₐₗ)=Keperluan Oksigen Pengkarbonan (O₂₍ₙ₎) + Keperluan Oksigen Nitrifikasi (O₂₍ₙᵢₜ₎) - Permintaan Oksigen Permintaan Endogen (O₂₍ₑₙₐₐ₎) - Oksigen dibawa oleh DO dalam efluen (O₂₍ₒᵤₜ₎)

(1) Permintaan oksigen pengkarbonan (O₂₍ₙ₎)
Permintaan oksigen pengkarbonan ialah jumlah oksigen yang diperlukan untuk penguraian mikrob bahan organik terbiodegradasi. Menggunakan BOD₅ sebagai penunjuk teras, formula pengiraan ialah:

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

Penjelasan parameter dalam formula:

1a': Pekali permintaan oksigen untuk degradasi bahan organik (kg O₂/kg) BOD₅: Untuk air buangan domestik konvensional, a' diambil sebagai 0.42~0.53; untuk air sisa industri, nilainya perlu diselaraskan mengikut kebolehbiodegradan (nilai yang lebih tinggi untuk kebolehbiodegradan yang lemah, nilai yang lebih rendah untuk kebolehbiodegradan yang baik);

1S: Isipadu rawatan (m³/d);

1Sᵢₙ,Sₒᵤₜ: Kepekatan BOD₅ influen dan efluen (kg/m³, iaitu, g/L);

1b': Pekali penggunaan oksigen respirasi endogen enapcemar (kg O₂/(kg MLSS·d)), untuk air sisa domestik, b' diambil sebagai 0.10~0.15;

1V: Isipadu berkesan tangki pengudaraan (m³);

1X: Kepekatan pepejal terampai campuran dalam tangki pengudaraan (MLSS, kg/m³).

Nota: Jika COD digunakan sebagai penunjuk pengiraan, COD perlu ditukar kepada BOD₅ terlebih dahulu (untuk air buangan domestik konvensional, BOD₅/COD≈0.5; untuk air sisa industri, ukuran sebenar diperlukan).

(2) Permintaan Oksigen Nitrifikasi (O₂₍ₙᵢₜ₎)

Jika proses memerlukan nitrifikasi (pengoksidaan nitrogen ammonia kepada nitrogen nitrat), permintaan oksigen nitrifikasi perlu dikira secara berasingan. Formulanya ialah:

O₂₍ₙᵢₜ₎=4.57 × Q × (NH₄⁺-Nᵢₙ - NH₄⁺-Nₒᵤₜ) - 0.12 × Q × (NO₃⁻ₙ-6 NO₃⁻-Nᵢₙ)

Penjelasan parameter dalam formula:

14.57: Pekali permintaan oksigen teori untuk pengoksidaan nitrogen ammonia kepada nitrogen nitrat (kg O₂/kg) NH₄⁺-N);

10.12: Pekali mengimbangi penggunaan oksigen untuk denitrifikasi nitrat (ini boleh diabaikan jika tiada denitrifikasi);

1NH₄⁺-Nᵢₙ, NH₄⁺-Nₒᵤₜ: Kepekatan nitrogen ammonia dalam influen dan efluen (kg/m³);

1NO₃⁻-Nᵢₙ, NO₃⁻-Nₒᵤₜ: Kepekatan nitrogen nitrat dalam influen dan efluen (kg/m³).

(3) Penggunaan Oksigen daripada Respirasi Endogen dan Pemindahan Oksigen oleh DO dalam Efluen
Penggunaan oksigen daripada respirasi endogen sudah dicerminkan dalam formula permintaan oksigen pengkarbonan melalui parameter b' dan tidak perlu dikira semula; formula untuk mengira pemindahan oksigen oleh DO dalam efluen ialah:

O₂₍ₒᵤₜ₎=8.33 × Q × (DOₒᵤₜ - DOᵢₙ)

Di mana: 8.33 ialah faktor penukaran ketumpatan oksigen (kg O₂/(m³·mg/L)), DOᵢₙ dan DOₒᵤₜ masing-masing ialah kepekatan oksigen terlarut bagi influen dan efluen (mg/L). Dalam kes biasa, DO dalam influen boleh diabaikan (diambil sebagai 0), dan DO dalam efluen dikawal pada 2~3 mg/L.

2. Contoh Pengiraan Keperluan Oksigen (OD) Diberikan loji rawatan air sisa domestik dengan kapasiti rawatan Q=1000 m³/d, isipadu tangki pengudaraan berkesan V=300 m³, BOD₅ influen=200 mg/L, efluen BOD₅=20 mg/L,}}influen mg/L,}}MLSS/L NH₄⁺-N=30 mg/L, efluen NH₄⁺-N=1 mg/L, dan efluen DO=2 mg/L, ambil a'=0.5 dan b'=0.12.

(1) Permintaan oksigen pengkarbonan: O₂₍ₙ₎=0.5 × 1000 × (0.2 - 0.02) - 0.12 × 300 × 3=90 - 108=-18 (Nilai negatif menunjukkan bahawa permintaan oksigen respirasi endogen lebih besar daripada permintaan oksigen pengkarbonan, jadi kita ambil 0);

(2) Permintaan oksigen nitrifikasi: O₂₍ₙᵢₜ₎=4.57 × 1000 × (0.03 - 0.001)=4.57 × 29 ≈ 132.53 kg O₂/d;

(3) Oksigen dibawa pergi oleh DO dalam efluen: O₂₍ₒᵤₜ₎=8.33 × 1000 × (2 - 0)=16.66 kg O₂/d;

(4) Jumlah Permintaan Oksigen: O₂ₜₒₜₐₗ=0 + 132.53 - 16.66≈115.87kg O₂/d.

Isipadu pengudaraan merujuk kepada jumlah udara yang peralatan pengudaraan perlu dimasukkan ke dalam tangki pengudaraan. Ia perlu dikira berdasarkan jumlah permintaan oksigen, digabungkan dengan parameter seperti kecekapan pemindahan oksigen dan kandungan oksigen udara. Pembetulan untuk pemindahan oksigen disebabkan faktor seperti suhu air dan tekanan udara juga perlu dipertimbangkan.

1. Logik dan Formula Pengiraan Teras
Kandungan oksigen di udara adalah lebih kurang 21% (pecahan jisim). Kecekapan pemindahan oksigen (Eₚ) merujuk kepada bahagian oksigen yang sebenarnya dipindahkan dari udara ke minuman keras campuran. Kadar pengudaraan dikira menggunakan formula berikut:

Kadar Pengudaraan Sebenar (Gₛ)=Jumlah Permintaan Oksigen (O₂ₜₒₜₐₗ) / (Kandungan Oksigen Udara × Kecekapan Pemindahan Oksigen × Faktor Pembetulan)

Formula Penguraian Khusus:

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

Penjelasan parameter dalam formula:

10.21: Pecahan isipadu oksigen dalam udara (%);

11.205: Ketumpatan udara (kg/m³, dalam keadaan standard, 20 darjah , 1 atm);

1Eₚ: Kecekapan pemindahan oksigen (%), Eₚ sangat berbeza bergantung pada peralatan pengudaraan: pengudaraan blower (pengudara mikroporous) Eₚ=15%~25%, pengudaraan permukaan (pengudara pendesak) Eₚ=8% ~15%;

1Kₜ: Faktor pembetulan suhu air, Kₜ=1.024^(T-20), dengan T ialah suhu air sebenar dalam tangki pengudaraan ( darjah ). Apabila suhu air meningkat, keterlarutan oksigen berkurangan, dan Kₜ meningkat.

1Kₚ: Faktor pembetulan tekanan gas, Kₚ=P/1.013, dengan P ialah tekanan atmosfera setempat (atm). Apabila tekanan atmosfera meningkat, keterlarutan oksigen meningkat, dan Kₚ meningkat.

11000: Faktor penukaran unit (menukar kg O₂ kepada g O₂).

2. Contoh pengiraan kadar pengudaraan (mengikut contoh permintaan oksigen di atas) Diberi jumlah permintaan oksigen O₂ₜₒₜₐₗ=115.87kg O₂/d, menggunakan pengudara mikroporous, Eₚ=20%, suhu air tangki pengudaraan T=25 darjah , dan tekanan atmosfera P=1.0 setempat

(1) Kira faktor pembetulan: Kₜ=1.024^(25-20)=1.024⁵≈1.127, Kₚ=1.0/1.013≈0.987;

(2) Kira kadar pengudaraan: Gₛ=115.87×1000 / (0.21×1.205×20%×1.127×0.987)≈115870 / (0.21×1.205×0.2×1.127×0.987)≈ 0.056≈2069109 m³/h? Pengiraan di sini adalah salah dan perlu diperbetulkan seperti berikut:

Kira semula (unit konsisten): O₂ₜₒₜₐₗ=115.87 kg/d=115870 g/d;

Penyebut: 0.21 (pecahan isipadu oksigen) × 1.205 (ketumpatan udara kg/m³) × Eₚ (20%=0.2) × Kₜ (1.127) × Kₚ (0.987)=0.21 × 1.205 × 0.2 × ≈ 1.928 × 0.2 × 1.127 1.205 ≈ 0.253, 0.253 × 0.2 ≈ 0.0506, 0.0506 × 1.127 ≈ 0.057, 0.057 × 0.987 ≈ 0.056 kg O₂/m³

Oleh itu, Gₛ=115.87 kg/d / 0.056 kg O₂/m³ udara ≈ 2069 m³/h (lebih kurang 86.2 m³/j).

1. Faktor Kualiti Air
Kepekatan bahan organik influen (BOD₅, COD) dan nitrogen ammonia secara langsung menentukan permintaan oksigen: semakin tinggi kepekatan, semakin besar permintaan oksigen, dan kadar pengudaraan perlu ditingkatkan dengan sewajarnya; jika air sisa industri mengandungi bahan organik yang keras atau bahan toksik, ia akan menghalang aktiviti mikrob, memerlukan peningkatan kadar pengudaraan yang sesuai (meningkatkan kepekatan DO untuk mengurangkan perencatan ketoksikan).

2. Parameter Operasi
Kepekatan MLSS yang terlalu tinggi akan meningkatkan penggunaan oksigen respirasi endogen dan mengurangkan kecekapan pemindahan oksigen (peningkatan kelikatan minuman keras campuran), memerlukan keseimbangan antara MLSS dan kadar pengudaraan; masa pengekalan enap cemar (SRT) menjejaskan kecekapan nitrifikasi, proses nitrifikasi perlu mengawal SRT Lebih daripada atau sama dengan 10 hari (20 darjah ) dan memadankan permintaan oksigen nitrifikasi yang mencukupi.

3. Faktor Persekitaran
Peningkatan suhu air mengurangkan keterlarutan oksigen dan mengurangkan kecekapan pemindahan oksigen, memerlukan peningkatan pengudaraan. Tekanan udara berkurangan (cth, di kawasan ketinggian-tinggi) seterusnya mengurangkan keterlarutan oksigen, memerlukan pengudaraan yang dipertingkatkan untuk mengimbangi. pH minuman keras campuran mempengaruhi nitrifikasi (pH optimum=7.5~8.5); pH yang tidak normal memerlukan keutamaan pelarasan kualiti air sebelum mengoptimumkan pengudaraan.

4. Pemilihan Peralatan Pengudaraan
Jenis peralatan pengudaraan yang berbeza menawarkan kecekapan pemindahan oksigen yang berbeza dengan ketara. Pengudara mikroporous mempunyai kecekapan pemindahan oksigen tertinggi dan sesuai untuk tangki pengudaraan yang besar. Pengudara permukaan mudah dipasang dan sesuai untuk loji rawatan air sisa kecil. Apabila memilih peralatan, adalah penting untuk mempertimbangkan permintaan oksigen dan jenis tangki, mengutamakan peralatan penggunaan-tinggi,{4}}tenaga-yang rendah untuk mengurangkan volum pengudaraan dan kos operasi.

1. Nilai Parameter Tepat: Pekali seperti a', b', dan Eₚ perlu dilaraskan berdasarkan jenis air sisa (kumbahan domestik/air sisa industri), model peralatan pengudaraan, dan data yang diukur untuk mengelakkan sisihan pengiraan yang disebabkan oleh penggunaan nilai empirikal secara langsung.

2. Ketekalan Unit adalah Kunci: Sebelum pengiraan, semua unit parameter mestilah konsisten (cth, mg/L kepada kg/m³, m³/d kepada m³/j) untuk mengelakkan kekeliruan unit yang membawa kepada ralat.

3. Margin Reka Bentuk: Dalam projek sebenar, faktor keselamatan 1.1~1.2 harus didarabkan dengan kadar pengudaraan yang dikira untuk menangani penurunan kecekapan pemindahan oksigen yang disebabkan oleh faktor seperti turun naik kualiti air dan penuaan peralatan.

4. Pelarasan Berdasarkan Operasi Sebenar: Nilai yang dikira adalah nilai teori. Dalam operasi sebenar, kadar pengudaraan perlu dilaraskan secara dinamik berdasarkan kepekatan DO minuman keras campuran (dikawal pada 2~3 mg/L) dan kualiti efluen (BOD₅, NH₄⁺-N) untuk mencapai keseimbangan antara kecekapan dan penggunaan tenaga.

Mengira permintaan oksigen dan kadar pengudaraan dalam tangki pengudaraan ialah aspek teras reka bentuk kejuruteraan rawatan air sisa dan pengoptimuman operasi. Pada asasnya, ia melibatkan pengiraan keperluan metabolik mikroorganisma dan kecekapan pemindahan oksigen untuk mencapai "bekalan oksigen atas-permintaan." Pengiraan permintaan oksigen mesti mematuhi parameter kualiti air dan corak metabolik mikrob, manakala pengiraan kadar pengudaraan perlu diselaraskan bersama dengan prestasi peralatan dan faktor persekitaran. Dalam aplikasi praktikal, rangka kerja asas perlu diwujudkan melalui pengiraan teori, diikuti dengan pelarasan dinamik berdasarkan data yang diukur. Ini memastikan hasil rawatan air sisa memenuhi piawaian sambil meminimumkan penggunaan tenaga pengudaraan, mencapai operasi proses yang cekap dan menjimatkan.