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膜片振动式微孔曝气器的曝气充氧机理研究

作　者: 于江忠
导　师: 孙毅
学　校: 浙江工业大学
专　业: 机械制造及自动化
关键词: 膜片振动式微孔曝气器气泡尺寸紊动程序氧传质充氧性能
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

传统微孔曝气器的机理研究无法在提高曝气效率上有突破性成果,因此,寻求新的曝气运动方式、充氧模式成为了较好的突破点。本文研究的膜片振动式微孔曝气器是通过膜片的运动减小气泡尺寸、增加池内水体紊动程度的作用,实现提高充氧效率,降低污水处理能耗的目的。本文首先在经典的传质模型基础上,提出了膜片振动式微孔曝气器的氧传质模型,分析影响曝气传质的因素,找出影响充氧效率的关键参数。然后通过对气泡形成理论的研究,建立了膜片振动式微孔曝气器的气泡生成过程的受力分析,论证了利用膜片的振动可减小气泡尺寸、提高水体的紊动程度的可行性。设计制作了自激振荡微孔曝气器、脉冲微孔曝气器和曝气充氧实验装置。最后,介绍评价曝气性能指标和计算方法,编写相应的MATLAB程序。将所设计的脉冲微孔曝气器进行曝气充氧实验,观察其工作状况,并通过试验数据分析发现,所设计脉冲曝气器在提高曝气充氧效果上有一定作用,验证膜片振动式微孔曝气理论的正确性,即通过膜片的振动减小气泡尺寸、增加液体紊流程度可进一步提高现有微孔曝气器的充氧效率。统计分析结果表明：膜片的振动,可增加曝气池内污水的紊流程度、加大液膜的扩散系数和减少液膜厚度,促进气液接触界面不断更新,提高气液接触时间和气泡的滞留率,从而提高氧转移速率；膜片的振动拉伸、挤压使气泡脱离孔口,形成小气泡。气泡越小,气液接触面积越大。气泡在液体中上升的时间越长,氧的转移效率就越高。试验还发现微孔膜片的凸起角度和膜片材料对其曝气充氧效果有一定影响。本文的研究,对探索微孔曝气器不同运动方式下的曝气充氧机理具有一定的参考价值,为提高充氧效率提供了新的方法。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 研究背景及微孔曝气器工作原理  11-13
    1.1.1 论文研究背景  11-13
    1.1.2 微孔曝气器工作原理  13
  1.2 微孔曝气器概述  13-16
    1.2.1 常用微孔曝气器的分类  14-15
    1.2.2 微孔曝气器的特点、作用  15-16
  1.3 膜片振动式微孔曝气器概述  16-19
    1.3.1 曝气器的主要曝气传质模式  16-17
    1.3.2 膜片振动式微孔曝气器  17-19
  1.4 课题主要研究内容  19-20
  1.5 本章小结  20-21
第2章曝气充氧基础理论分析  21-31
  2.1 曝气充氧传质理论  21-27
    2.1.1 双膜理论和菲克定律  21-23
    2.1.2 溶质渗透模型  23-24
    2.1.3 表面更新模型  24-25
    2.1.4 湍动传质理论  25-26
    2.1.5 最优气泡群理论模型  26
    2.1.6 传质理论在微孔曝气研究中的应用  26-27
  2.2 膜片振动式微孔曝气器氧传质模型的建立  27-28
  2.3 曝气传质的影响因素  28-30
    2.3.1 气泡尺寸与氧的溶解速率的关系  28-29
    2.3.2 液体的紊动与吸氧速率的关系  29
    2.3.3 气泡形成过程与吸氧速率的关系  29
    2.3.4 氧转移的推动力与吸氧速率的关系  29-30
    2.3.5 水温、水压与氧溶解度的关系  30
    2.3.6 水质与氧传递的关系  30
  2.4 本章小结  30-31
第3章微孔膜片的气泡形成过程理论分析  31-41
  3.1 气泡形成过程基础理论模型  31-35
    3.1.1 刚性孔气泡形成模型  32-33
    3.1.2 柔性孔气泡形成模型  33-35
  3.2 气泡形成过程与孔口特征、微孔膜片的关系  35-37
    3.2.1 气泡形成过程与孔口特性的关系  35
    3.2.2 气泡形成过程与微孔膜片的关系  35-37
  3.3 膜片振动式微孔曝气器气泡形成过程受力分析  37-40
  3.4 本章小结  40-41
第4章膜片振动式微孔曝气器的设计  41-53
  4.1 膜片振动式微孔曝气器构造  41-44
    4.1.1 自激振荡式微孔曝气器构造  41-42
    4.1.2 脉冲式微孔曝气器构造  42-43
    4.1.3 试验装置  43-44
    4.1.4 微孔曝气器  44
  4.2 试验仪器与药品  44-48
    4.2.1 试验仪器  44-48
    4.2.2 试验药品  48
  4.3 曝气器性能实验测定原理、方法和装置的设计及制作  48-51
    4.3.1 测定原理  49
    4.3.2 测定方法  49
    4.3.3 实验装置的设计及制作  49-51
  4.4 测试步骤及说明  51-52
  4.5 脉动调频原理  52
  4.6 本章小结  52-53
第5章脉冲微孔曝气器曝气充氧性能实验  53-69
  5.1 膜片振动式微孔曝气器充氧性能评价指标和计算方法  53-55
    5.1.1 氧的总传质系数K_Lα  53-54
    5.1.2 充氧能力OC  54
    5.1.3 理论动力效率E_p  54-55
    5.1.4 氧利用率E_A  55
  5.2 测试结果与分析  55-68
    5.2.1 普通微孔曝气器和脉冲微孔曝气器充氧性能实验  56-59
    5.2.2 清水充氧性能实验各项指标对比  59-64
    5.2.3 普通微孔曝气器和脉冲微孔曝气器性能对比记录  64-65
    5.2.4 微孔曝气器的微孔膜片凸起角度对曝气性能的影响  65-66
    5.2.5 微孔曝气器膜片材料  66-68
  5.3 本章小结  68-69
第6章结论与展望  69-71
  6.1 结论  69
  6.2 展望  69-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
攻读学位期间参加的科研项目和成果  75

膜片振动式微孔曝气器的曝气充氧机理研究

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