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10 第九章 充气和增氧.pptx

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本课件系统讲解充气与增氧:从亨利定律、菲克定律与双膜理论出发说明氧转移原理,介绍重力式、水面式、扩散式与涡轮式增氧方式及叶轮式、水车式、射流式等增氧机,进而展开纯氧接触装置、曝气器、空压机与鼓风机选型计算,最后讨论二氧化碳的管理与排除。

第九章开篇页,说明溶解氧的定义及其受温度气压与盐分影响
第一节开篇,区分氧的溶解度与非平衡状态下的溶解氧浓度
亨利定律说明,指出微溶气体在溶剂中的溶解度与气相分压成正比
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第1页:溶解氧的概念

第九章充气和增氧溶解氧(Dissolved Oxygen)是指溶解于水中分子状态的氧,即水中的O2,通常记作DO,用每升水里氧气的毫克数表示。影响溶解氧的因素:温度、气压、盐分等。温度越高,溶解的盐分越大,水中的溶解氧越低;气压越高,水中的溶解氧越高。溶解氧的消耗。天然水中溶解氧近于饱和值(9ppm)。健康的饮用水中溶解氧含量不得小于6mg/L。当溶解氧(DO)消耗速率大于氧气向水体中溶入的速率时,溶解氧的含量可趋近于0,此时厌氧菌得以繁殖,使水体恶化。所以溶解氧大小能够反映出水体受到的污染,特别是有机物污染的程度,它是水体污染程度的重要指标,也是衡量水质的综合指标。

第2页:氧在水中的溶解与转移

第一节氧在水中的溶解与转移氧在水中的溶解度:指的是水体和大气处于平衡时氧的最大溶解浓度,它与温度、压力、水中溶质的量等因素有关。水中溶解氧:是指非平衡状态下水中溶解氧的浓度。它的数值与水体曝气作用、光合作用、呼吸作用及水中有机污染物的氧化作用等因素有关。这两个概念之间的差异是由于大气和水体界面间氧气传质动力过程较慢而引起的。

第3页:亨利定律

9.1.1亨利(Henry)定律1803年,亨利(Henry W),通过实验研究发现,在一定温度下,微溶气体B在溶剂A中的溶解度与该气体在气相中的分压成正比。这就是亨利定律,其数学表达式为式中,k‘x,B为亨利系数,其单位为Pa-1。它与温度、压力以及溶剂、溶质的性质有关。实验表明,享利定律也适用于稀溶液中挥发性溶质的气、液平衡(如乙醇水溶液)。

第4页:亨利定律的另一表述

所以亨利定律又可表述为:一定温度下,稀溶液中挥发性溶质B在平衡气相中的分压力pB与该溶质B在平衡液相中的摩尔分数成正比。表达式为:式中,Kx,B叫亨利系数,单位为Pa,它也与温度、压力以及溶剂和溶质的性质均有关。PB为挥发性溶质B在气相中的平衡分压。XB代表挥发性溶质B在溶液中溶解的摩尔分数。严格地说,此式只适用于无限稀释溶液中的溶质,且其蒸气适合理想气体状态方程。

第5页:菲克定律

9.1.2氧转移原理1、一般物质的传递规律——菲克(Fick)定律式中:Vd——为物质的扩散速率,单位时间、单位断面上通过的物质数量DL——为扩散系数——为单位长度内的浓度变化值

第6页:双膜理论

2、双膜理论与氧总转移系数KLa空气中的氧向水中转移的理论,一般用双膜理论来解释。当气、水两相作相对运动时,气水两相接触面(界面)的两侧分别存在着气体边界层(气膜)和水边界层(水膜),氧在气相主体内以对流扩散方式到达气膜,以分子扩散通过气膜和液膜,最后以对流扩散方式转移到水相主体。由于对流扩散的阻力比分子扩散的阻力小得多,所以氧的转移阻力主要集中在双膜上,氧的输送过程主要由对流来完成。

第7页:双膜理论模型图

(紊流)气相主体(紊流)气膜(气体边界层)液膜(液体边界层)液相主体界面PgPiCCs图9.1双模理论模型对流分子扩散对流

第8页:氧转移的数学表达式

氧气传输是气液界面面积、氧气的浓度梯度、液膜系数和紊流等的函数。其数学表达式为:式中:——氧气浓度随时间的变化率KL——氧气输送系数(cm/h)A——气-液界面面积(cm2)V——水的体积(cm3)Cs——水中饱和溶解氧浓度(mg/L)。Ct——t时刻水中实际溶解氧浓度(mg/L)。[9-4]

第9页:氧气输送系数KL

氧气输送系数KL是薄膜上扩散率的函数,与氧气和水分子的属性、温度及水中表面活性物质的浓度等有关。A/V值是表面积与充氧液体体积的比。在其他参数不变的情况下,单位体积表面积愈大,氧气输送率就愈高。正在运行的充氧系统的A和KL往往难以测定。通常将A/V与KL合并成总的氧气输送系数KLa。[9-5]

第10页:氧总转移系数KLa

解式9-5得:[9-6]式中:KLa——试验条件下氧的总传递系数(min-1)Cs——水中饱和溶解氧浓度(mg/L)。tl、t2——氧转移过程中任意两个时刻(min)C1、C2——分别为t1和t2时刻水中实际溶解氧浓度(mg/L)。

第11页:标准状况下的KLa换算

清洁水在标准状况下溶解氧的总传递系数KLa(20)定义为20℃、标准大气压(760mmHg)、起始溶解氧为0时的值,为便于比较,将KLa换算成20℃的溶解氧传递系数。[9-7]

第12页:充氧能力的计算

计算增氧设备充氧能力QS:(kg/h) [9-8]或采用经验公式:(kg/h) [9-9]式中:0.55——单位换算系数。(Cs—C0)60/1000= 0.55Cs——标准状态下氧气在清水中的溶解度,Cs =9.17(mg/L)。C0——测定开始时间的溶解氧,对于脱氧清水,C0=060——充氧时间,由分化为时。1000——Css单位由mg/L化为kg /m3。b——KLa的修正系数,即将测定条件下的溶解氧换算成标准状态下的溶解氧可查表9.1。

第13页:溶解氧换算表

表9.1 溶解氧换算表:下表列出相关数据。

表9.1 溶解氧换算表
T (℃)Cs (mg/L)b
612.481.533
811.871.434
1011.331.344
1111.081.302
1210.831.263
1310.601.225
1410.371.189
1510.151.158
169.951.121
179.741.089
189.541.085
199.351.029
209.171.000
218.990.973
228.830.940
238.680.921
248.530.896
258.390.872
268.220.850
278.070.828
287.920.807

第14页:氧利用系数与动力效率

氧的利用系数按下式计算:式中,Q——充气量(m3/h)0.28——在标准状态下lm3空气含氧0.28kg。增氧设备的动力效率按下式计算:式中:Qs—充氧能力输入功率(kw)N—输入功率(kw)[9-10](kgO2/kw·h) [9-11]

第15页:提高氧转移速率的途径

根据双膜理论,氧的传递速率正比于氧在液膜中的浓度梯度。要提高氧转移速率,可以从两方面考虑。

  • 1、因为氧总转移系数KLa值与液膜厚度、气液接触面积有关,所以可以通过加强液相主体的紊流程度,降低液膜厚度,加速气液界面的更新,增大气液接触面积等措施来提高KLa值。
  • 2、可以通过提高气相中的氧分压,增大液相中的ρs值(氧在液体中的饱和度,kg/m3),提高氧转移速率。

第16页:增氧方式与增氧机概述

第二节、增氧方式与增氧机9.2.1增氧方式目前我国工厂化养殖增氧系统的电耗占总电耗的比例都在70%以上,不同的工厂化养殖模式,需要采用不同的增氧方式,除动力效率相差较大外,其所处的流态、作用水深、服务面积等均有较大差异,增氧方式的选择要充分考虑鱼类的生活习性、方便排污、池塘形状及面积、能量消耗等方面。目前我国水产养殖增氧方式,根据其工作机理主要分为以下四种:①重力式;②水面式;③扩散式;④涡轮式。有的增氧机是把其中的两种(或几种)联合成一体。增氧机输入的能量主要用于增大输送氧气与液体接触的表面积和搅拌液体加快氧气的输送速度。

第17页:重力式增氧

1、重力式重力式增氧机利用水下落时释放的能量来增加水-气的接触面积,从而提高水中的含氧量。水产养殖中常用堰来控制水位,通过设置一定的落差来达到增氧的目的。此类增氧机的形式:装有溅水板的堰、装有叶轮的堰、装有旋转刷的堰、带有横向皱纹的有孔和无孔斜板、格栅板及有凿孔平板的竖管等形式。依靠增氧机工作时所产生的水跃增加水与空气的接触面积和接触时间,同时涌水下落时重力拍打水面,使水分子之间的压力增加,从而降低液气界面的阻力,有利于氧气向水中的渗溶。提高水跃高度是提高该类增氧机增氧效率的主要途径。重力式增氧机的优点:利用免费的能量-重力。在水源比用水地点高的情况下采用比较合适,在高度条件不存在时,需把水抽到高处,再让水通过增氧机降回到用水处,此时要充分考虑泵的消耗。

第18页:水面式增氧

2、水面式水面增氧机是用击打或搅动水面的方法来提高氧气的输送效率。通过增氧机的提水作用,使气水液面不断更新,将底层缺氧水提到液面与空气充分接触,激起的波浪形成水幕裹入空气,从而扩大气液接触面。液面更新的频率越高增氧效果越好。增加提水量可有效提高增氧效率。影响水面增氧机增氧效率的因素:水体中的表面活性物质、水槽的几何形状、水的流量、氧气的浓度梯度等。表面活性物质能降低液体的表面张力,有利于小水滴的形成,湍流的形成能增加表面活性剂与氧气的接触面积,提高增氧效率,没有湍流时,表面活性剂将使氧气的输送效率减少。所以在水产养殖中,当水体没有湍流时,要及时将表面产生的蛋白质之类的活性物质清除。水产养殖系统中氧气的浓度一般要求在4ppm以上,而工业污水中氧气浓度一般在1.0ppm,所以水产养殖系统中氧气的浓度梯度比工业污水低,造成水产养殖系统中氧气输送率低。

第19页:扩散式增氧

3、扩散式将空气或氧气注入水中,通过一定的曝气方式产生气泡,气泡通过液膜的扩散作用给水输送氧气。气泡在水中上升的过程中,与水之间产生相对运动,增大了水与气泡之间的接触,从而加大氧气的输送量。提高真空度和减小气泡直径是提高增氧效率的有效途径。扩散式增氧机,除空气流量和浸入深度外,对增氧效率影响的主要是扩散器。扩散器的材料:塑料、金刚砂、木料等。扩散器的类型:曝气盘、微孔曝气管、文丘里管、U形管式、气泡下冲接触式及喷射式等。文丘里管式和喷射式增氧机只需要水泵,不需要空气泵。采用气石或其他扩散器的系统需要空气泵,不需要水泵。U形管式、气泡下冲接触式增氧机既需要气泵也需要水泵。在选择扩散式增氧机的具体类型时,要根据养殖场的空间、位置、经济性等进行综合考虑。

第20页:涡轮式增氧

4、涡轮式简单的涡轮式增氧机是涡轮浸没在水中,涡轮旋转带动流体旋转,使表面水的溶解氧增加。对于涡轮式增氧机常常与扩散式增氧机合一,在涡轮或螺旋桨下面安装扩散器。鱼类养殖水池中应用较少,因为螺旋桨会对鱼类产生伤害。

第21页:增氧机的作用

9.2.2增氧机增氧机的作用:

  • 1、通过机械方法加强水与空气的接触、混合,并通过池水上下对流使氧气溶入水中,从而增加水中的溶氧量;
  • 2、使水中的氨、一氧化碳、硫化氢等有害气体逸出水面,从而净化水质;
  • 3、使水温和水质均匀,促进鱼类的新陈代谢、增大摄食量、降低饲料系数、提高增肉率。因此增氧机已成为现代鱼虾养殖、特别是高密度养殖以及活鱼运输的必要设备之一。增氧设备的种类:水车式增氧机、喷水式增氧机、射流式增氧机、叶轮式增氧机、螺旋吸气式、气石和气泵充气系统等。

第22页:叶轮式增氧机

1、叶轮式增氧机该类增氧机运用搅拌水体和曝气原理增加水中的溶氧量,工作时叶轮旋转,搅动水体,使水层上下对流,将表层富氧水送到底层,把底层的水向上提升。但池水过浅时会把污泥泛起,搅浑池水,而且长期使用会因溏底的污泥不断泛起形成深凹,故要求池水深1.5~2m。增氧效果好,动力效率高,服务面积大,但噪声较大。这类增氧机按电机功率大小分多种型号,多用于鲢鱼、鳙鱼、青鱼等四大家鱼的饲养,若用于海水养殖则要配置防腐蚀部件。

第23页:叶轮式增氧机图

图9.1叶轮式增氧机

第24页:水车式增氧机

2、水车式增氧机该类增氧机工作时,桨叶高速击水,把空气搅入水中,达到增氧目的。其动力效果好、推流混合效果较强,不会搅动底泥,但噪声大、易形成水雾、机械故障率较高。其增氧动力效率是1.30~1.70kg/kw•h。这类增氧机器适用于水浅的池塘和大水面养殖,能满足淡水、海水鱼养殖的要求。

第25页:水车式增氧机图

图9.2水车式增氧机

第26页:射流式增氧机

3、射流式增氧机该类增氧机由潜水泵和射流管配套组合而成。工作时,水泵里的水从射流管内的喷嘴高速射出,产生负压,吸入空气,水和气在混合室里混合,然后由扩散管压出,溶解氧沿直线方向的水流扩散。其增氧效果好、无噪声、溶氧量高,但服务水面不大。这类增氧机在水下没有转动的机械,不会伤害鱼体。其增氧动力效率为0.60~0.90kg/kW•h。适合于高密度养殖、深水鱼池养殖及溶解氧量需求较高的鱼种养殖,如对虾、鲟鱼等。

第27页:射流式增氧机图

图9.3射流式增氧机图

第28页:螺旋吸气式增氧机

4、螺旋吸气式增氧机该类增氧机由电机、空心轴、螺旋器、扩散器等组成。工作时电机带动螺旋器联通扩散器高速旋转,在螺旋器叶背区域及扩散器周围形成负压流场,空心轴上端与大气相同,在压差的作用下,空气经空心转轴,由扩散器将气体吸入水体中,同时在高速旋转水流的剪切作用下,形成由微气泡组成的气水混合体,并以一定的速度进行扩散,形成循环水流。

第29页:螺旋吸气式增氧机图

9.4螺旋吸气式增氧机

第30页:喷水式增氧机

5、喷水式增氧机该类增氧机利用水泵把水送入装在鱼池中部和岸边的喷头,使水喷出并呈降雨落下,借此与空气接触达到增加水中溶解氧浓度的目的。其增氧动力效率是130~220g/kW•h,只适用于浅水小鱼塘使用。

第31页:聚氧活化曝气增氧机

6、聚氧活化曝气增氧机该类增氧机是根据法拉弟导磁原理制造聚氧活化器和螺旋磁化器,从空气中制取富氧活化气体,通过向心加压、离心增压及负压等技术,将其充入经磁化处理的污水中,提高污水充氧能力。该类增氧机不但对污水增氧效果好,而且能够将污水以对流的形式射向更深更远的服务水域,使整个污水池无死点区域。污染比较严重的地方可以选购该机型。

第32页:增氧机种类及性能特点表

表9.2 水产养殖增氧机的种类及性能特点:下表列出相关数据。

表9.2 水产养殖增氧机的种类及性能特点
增氧机的种类特点动力效率(kg/kw·h)
水车式增氧机结构简单、造价低。表面增氧,能形成直线方向的水流,浅水池塘增氧效果好,适用于鳗鱼、对虾等水体较浅的池塘1.30~1.70
喷水式增氧机结构简单、重量轻。喷水扬程高,能耗大、增氧效果差。除喷水外没有搅动特性,也形不成水流。适用于公园、游览区观赏鱼类的养殖0.65
射流式增氧机水泵喷出的高速水通过射流器,在喉管处产生负压,将空气吸入并加速进入喷射扩张器,达到气水混合增氧的目的,工作时水流由速度能转变成压力能,在射流器内产生能量消耗0.60~0.90
涡流式增氧机电机直接驱动水下涡轮,涡轮高速旋转产生高速水流,涡流室中产生负压将空气不断吸入水体,涡轮同时搅拌水体,使气水充分混合。作用水体范围小,适用于小鱼池或流水养殖池,特别是越冬池塘大于0.68
叶轮式增氧机有三方面的作用:增氧、搅水、曝气,即水跃、液面更新、负压进气联合作用。在较大范围搅动水体曝气效果好,可形成中上层旋流,使中上层水体溶氧均匀,较大池塘底层水体增氧效果差1.14~1.90
管式增氧机叶片在电机驱动下高速旋转,管内的水体由叶片推向水面,通过提水管四周开设的喷水孔成雾状喷向空气进行增氧。喷孔阻力较大,水量交换、水流和波浪小,因而增氧效果较差0.9~1.0

第33页:

第34页:纯氧增氧方式与系统组成

工厂化养殖纯氧增氧方式:高压氧气液态氧纯氧制氧机。纯氧增氧接触系统的组成:氧气发生装置控制氧气流速的控制组件促进氧气和水接触的设备。纯氧接触装置的种类:主要包括U型管、喷射塔、低速气泡接触器、侧流氧气喷射器和填充塔等等。

  • 第三节纯氧接触系统

第35页:纯氧提高饱和浓度的作用

纯氧接触装置能够增加溶解氧的饱和浓度。从而使出水溶解氧的浓度高于空气中的饱和浓度。例如,15度时,溶解氧在水中的饱和浓度为10.17 mg/L。这样的水暴露在纯氧环境中饱和浓度会达到48.1 mg/L,纯氧引起的溶氧差为42.1 mg/L。在流入水中溶解氧的浓度为6mg/L时,空气导致的溶氧差为4.17 mg/L。将水暴露在富氧环境中,除了可以加速氧气的转移,还能够降低氮气的饱和浓度,使氮气从溶液中脱出,降低氮气的转移比率有利于创造一个纯氧的环境。气体成分的改变主要由氧气供给比率决定,同时也与水中溶解气体的浓度、温度、压力和设备的转移特性有关。

第36页:纯氧U型管系统的组成

•纯氧U型管系统的组成:气体扩散装置,U型接触环路,泄出气体的收集装置U型管图9.5U型管构造在应用过程中,氧气在进水口以一定比率混合。气液混合物从一端进入另一端排出。水流的速度比气泡的上升速度快。当气-液混合物通过接触环路的同时,流体静压力升高带来溶解氧的增加,促进了氧气的吸收。

第37页:U型管效率的影响因素

  • 影响U型管纯氧接触系统效率的因素:
  • 1、氧气接触管的深度2、进气速度3、水的流速4、进入水中的溶解气体的浓度5、排出气体的循环利用比率•当氧气接触管的深度在25-60米、进水速度在1.8-3 m/s,操作成本最低。

第38页:U型管的优缺点

  • U型管的优点
  • 可以在较低的水压下操作(2-3 m)
  • 可以处理水中携带的微粒物质
  • U型管的缺点:
  • 当气液的比率超过25%时,存在断流的可能
  • 基础的投资过大。

第39页:低速气泡接触器

低速气泡接触器(氧气锥)•该系统为一倒圆锥体或三段式的氧气饱和器(图9.6和图9.7)。

  • 水和氧由顶端进入,由于接触器底部的容量较大,速率减低,产生的气泡留在接触器内并在其中溶解。
  • 进水的速度约为1.8 m/s,高出气泡的上升速度(0.3 m/s)。出水的速度在0.15m/s以下。因此,气泡可以较长时间的保留在接触装置中。
  • 与制氧机或氧气罐、纯氧储槽配合使用,可提高水中溶氧达15-25mg/升图9.7三段式的氧气饱和器

第40页:气泡接触器的效率因素

  • 影响气泡接触器的充氧和曝气效率的因素:
  • 水和空气的流动速率
  • 溶解气体的浓度
  • 气体的排放率
  • 锥体的几何形状
  • 操作压头(由锥体的深度决定)
  • 低速气泡接触器的优点:
  • 进水口压力小(1m)
  • 结构简单
  • 可以处理水中的固体颗粒

第41页:侧流氧气喷射器

侧流氧气喷射器

  • 通过提升操作压来增加气体交换的程度和比率
  • 水和氧气在射流管中进行混合,形成气液混合物,被压入管路,充过氧的水和未被溶解的气体,通过扩张的管口(压力释放)导入接受装置,实现气体与周围水的快速混合,促进了气体的进一步溶解。图9.8侧流氧气喷射器

第42页:喷射器的效率影响因素

  • 影响效率的主要因素包括:
  • 负压腔构造
  • 气体和水流速率
  • 接触管长度
  • 压力
  • 喷射器构造
  • 一般来讲,工作压力为190-860 kpa,水流速为3.5-4.5m/s,接触时间6-12s,系统中的溶解氧浓度可以超过100 mg/L

第43页:封闭喷射塔

封闭喷射塔喷射塔从接触室的顶部喷洒细小的水雾,水流通过一打孔的装置被分散。一方面提供接触面积,同时又可以使气体进行有效地交换,降低水的厚度。图9.9喷射塔

第44页:喷射塔效率的影响因素

影响效率的主要因素包括:

  • 喷嘴的几何形状
  • 分散装置
  • 注入的溶解气体的浓度
  • 气体液体的流动比率
  • 内部压力
  • 塔的直径采用喷射塔将会对设备周边的微粒物质产生的积垢进行清理带来极大的方便。

第45页:封闭表面搅拌器

封闭表面搅拌器该装置是采用在一个密闭空间中装有一个搅拌推进设备并将其沉入水下搅动打散水。潜水泵带动推进器旋转。通过搅拌加强气液混合。该装置还可以处理含有固体颗粒的水体。图9.10封闭表面搅拌器

第46页:表面搅拌器的效率因素

影响该装置效率的因素:

  • 注入的溶解气体浓度;
  • 注入水的含氧量;
  • 装置的几何形状;
  • 推进器的设计、速度;
  • 操作的深度等。

第47页:多级低压纯氧接触器

多级低压纯氧接触器•结合了喷射塔和填充塔的优点,重复的接触扩大了氧气和氮气的溶解比率,促进了气体交换。由于不需要泵,降低了能源成本和系统瘫痪的风险。

  • 影响该装置效率的因素:
  • 1、水和气体的流动比率2、进入的溶解气体浓度3、工作的操作室的数量4、操作室中是否存在填充物等。图9.12多阶段低压头纯氧接触器

第48页:纯氧接触装置性能参数表

表9.3 纯氧接触装置的性能参数:下表列出相关数据。

表9.3 纯氧接触装置的性能参数
纯氧接触装置预期氮气曝气能力渗透效率(kg/kwh)吸收率(%)
U型管良好1.0-1.530-50
U型管(废气循环)不好2.0-3.060-90
下向流低速气泡接触器良好3.980-90
侧流氧气喷射器不好<0.515-75
喷射塔好0.5-1.040-55
填料塔好0.5-2.040-80
压力填料塔不好1.095-100
密闭立式泵良好0.3-1.030-70
多级低压纯氧接触装置良好2.0-5.530-95

源文本为图片提取文字,装置名称位于各行的末尾,此处按出现顺序将数值与名称对应录入,建议对照原课件图片核对。

第49页:第四节曝气设备概述

第四节曝气设备随着水产养殖业不断向高密度集约化方向发展,新的增氧技术不断出现,水下曝气增氧技术是近几年来产生的一种新的增氧方式。曝气增氧是通过风机(或压缩机)将空气压缩,通过管路进入放置于水体中的扩散器(曝气器),扩散器产生微孔气泡流,随着微孔气泡的上升,逐渐将氧气释放到水体中,达到增氧的目的。曝气增氧方式具有增氧效率高,节电效果好,结构简单等特点。并且曝气增氧能保证水体底部溶解氧含量高,加速水体底部沉积的有机物和亚硝酸盐等有害物质的氧化分解,并把有毒有害气体带出水面,从而改善和稳定水质。

第50页:曝气器与气体转移率

9.4.1曝气器气体转移率由溶解气体以及上升气泡的数量、规格、相对速度决定。气泡大小除了与液体的性质及水深有关外,主要与曝气器的性能有关。曝气器的材料:聚乙烯,橡胶软管,陶瓷硅或玻璃硅等。曝气器的种类主要有:气泡石、曝气管、曝气盘、膜片曝气器、可扩张式曝气器、旋混式曝气器等。

第51页:扩散器性能指标表

表9.4 扩散器的性能指标:下表列出相关数据。

表9.4 扩散器的性能指标
名称性能特点备注
气泡石采用超硬金刚砂经过高温烧结,散气性好,过滤性好,耐臭氧腐蚀,经济实惠,在工厂化养殖中广泛采用增氧效率较差
软管曝气器周径表面都能曝气,布气均匀,氧利用率高;曝气时鼓胀而不曝气时受静水压力被压扁,可避免污泥倒灌;不需空气过滤设备,随时可停止曝气,不易堵塞;池底输气管与曝气管合一,价格低,包装运输方便适用压力范围宽:10~80 KPa,适用水深范围:0~5米
微孔管曝气器微孔直径 0.01~0.05mm,工作压力 0.2~0.3MPa,气泡直径 0.5~2mm,水平扩散距离约 1.5~3m;结构简单、氧利用率高、性能可靠、气孔不堵塞、污水不倒灌、环向受力均匀、寿命长、安装维修方便、系统价格低廉—
膜片式微孔曝气器气泡小,气液界面大,气泡扩散均匀,孔眼不易堵塞,耐腐蚀,比常规曝气器、散流式曝气器和孔管曝气器能耗降低约40%,主要用于城市污水处理成本高
球冠形可张微孔曝气器防堵及防水体倒流性能好,表面不易积泥;孔眼张开受力均匀,抗疲劳变形能力强,回弹性好,不易撕裂,寿命长;布气均匀,节能高效,充氧效率高,低气量时尤为突出,运行管理方便,耐老化、抗腐蚀,主要用于城市污水处理成本高

源文本为图片提取文字,名称、性能特点与备注三列交错粘连(表头顺序为备注、性能特点、名称),此处按语义整理为名称、性能特点、备注三列,建议对照原课件图片核对。

第52页:曝气器的种类

球冠形可张微孔曝气器膜片式微孔曝气器管式橡胶微孔曝气器气泡石曝气器陶瓷微孔半刚玉曝气器软管曝气器旋混式曝气器图9.13曝气器的种类

第53页:气压发生器与空气压缩机

9.4.2气压发生器曝气式增氧装置的主体是气压发生装置,目前水产养殖用气压发生装置主要有鼓风机和空气压缩机。

  • 一、空气压缩机它是将原动机的机械能转换成气体压力能的装置。空气压缩机的分类:
  • 1、按工作原理分:容积型和速度型。容积型是靠压缩空气的方法,使单位体积内空气分子密度增加,来提高空气压力的。速度型是利用提高气体分子的运动速度的方法,使气体分子的动能转化成气体的压力能。

第54页:

第55页:空压机的压力与流量分类

2、按排气压力分:

  • 低压(0.2<P≤1.0)
  • 中压(1.0<P≤10)
  • 高压(10<P≤100)空压机。
  • 3、按输出流量qt分:
  • 微型空压机(qt≤0.017m3/s)
  • 小型空压机(0.017 m3/s <qt≤0.17 m3/s)
  • 中型空压机(0.17 m3/s <qt≤1.7 m3/s)
  • 大型空压机(qt>1.7 m3/s)。

第56页:活塞式空压机的工作原理

活塞式空压机的工作原理在气压传动中,通常都采用容积型活塞式空压机,该空压机按结构又可分立式和卧式两种。

  • (1)立式空气压缩机的工作原理吸气过程排气过程图9.14立式空压机工作原理图1-活塞;2-气缸;3-排气阀;4-排气管;5-空气滤清器;6-进气管;7-进气阀

第57页:

第58页:卧式空压机工作原理图

图9.15卧式空压机工作原理图1-排气阀;2-气缸;3-活塞;4-活塞杆;5-滑块;6-连杆;7-曲柄;8-吸气阀;9-阀门弹簧(2)卧式空气压缩机的工作原理

第59页:空压机的选择

2、空压机的选择选择空压机主要依据气压系统的工作压力和流量两个主要参数。

  • 输出压力的选择
  • 若系统中各执行机构对空压机的工作压力有不同要求,可按其中最大压力来考虑。
  • 若气压系统中某些气压装置的工作压力要求较低,则可采用减压阀进行减压的方式供气。
  • 气源压力应考虑供气系统管道的沿程压力损失和局部压力损失。气源压力应高于设备中最高工作压力的20%左右,并以此压力来选空压机。

第60页:供气量的计算

•供气量的选择空压机供气量(自由空气流量)的选择可按下面经验公式计算:式中:——空压机供气量——气压设备利用系数——漏损系数——备用系数——单台设备的平均自由空气耗量

第61页:气动设备利用系数

图9.16气动设备利用系数气压设备利用系数:表示气压系统的设备较多时一般不会同时使用,故尚需考虑同时使用的情况,其数值与气压设备多少有关,由图9.16来选取。

第62页:漏损系数与备用系数

漏损系数:凡是考虑到各管道、接头和元件等处的泄漏,尤其是风动工具等磨损泄漏,应使供气量增加15%一50%。一般K1=1.15-1.5有风动工具或管路复杂时取大值。备用系数K2:考虑各工作时间用气量不等以及考虑今后增加气压装置还能满足供气的需要。通常K2= 1.3-1.6。

第63页:压缩空气流量的换算

压缩空气流量与自由空气流量间的换算关系:由于每台气压设备工作压力不同,将不同压力下的压缩空气的流量都转换成未经压缩的自由状态下的空气,即自由空气流量来计算的。压缩空气流量与自由空气流量之间的换算关系为:式中:——自由空气流量——压缩空气流量——自由空气的绝对压力——压缩空气的绝对压力——自由空气热力学温度——压缩气热力学温度

第64页:空压机的选型注意事项

根据以上计算并结合实际使用情况,可从产品样本上选择适当型号和规格的空压机。值得注意的是空气压缩机铭牌上标明的空气流量是指自由空气流量(未经压缩的自由状态下的空气),因此,在选择空气压缩机时应按自由空气流量选择,需将压缩空气流量转换为自由空气流量。

第65页:鼓风机的类型

二、鼓风机水产产养殖常用的鼓风机主要有罗茨鼓风机和离心鼓风机两种。

  • 1、鼓风机的工作原理离心式鼓风机是利用电机通过传动装置带动叶轮旋转,叶片流道间的空气随叶片旋转并得到加速,使动能(速度)转变成势能(压力),获得离心力。经叶端被抛出叶轮,进入机壳。在机壳内速度逐渐减小,压力升高,然后经扩散器排出。与此同时,在叶片入口(叶根)形成较低的压力(低于吸风口压力),吸风口的风流便在此压差的作用下流入叶道,自叶根流入,在叶端流出,如此源源不断,形成连续的流动。

第66页:罗茨鼓风机工作原理

图9.17罗茨鼓风机工作原理图罗茨鼓风机系属容积回转鼓风机,利用两个叶形转子在气缸内作相对运动来压缩和输送气体。靠转子轴端的同步齿轮使两转子保持啮合,转子上每一凹入的曲面部分与气缸内壁组成工作容积,在转子回转过程中从吸气口带走气体,当移到排气口附近与排气口相连通的瞬时,因有较高压力的气体回流,这时工作容积中的压力突然升高,然后将气体输送到排气通道。两转子依次交替工作,互不接触,它们之间靠严密控制的间隙实现密封,故排出的气体不受润滑油污染。

第67页:鼓风机出口压力的选择

2、鼓风机的选择和计算(1)鼓风机出口压力的选择:容积式鼓风机排气压力的高低取决于气体由鼓风机排出后装置的情况,即所谓“背压”决定的。鼓风机铭牌上标出的排气压力是风机的额定排气压力。鼓风机可以在低于额定排气压力下工作,也可超过额定排气压力工作。水产养殖用鼓风机,排气系统所产生的绝对压力(背压)为管路系统的压力损失值、养殖池水深和环境大气压力之和。若由于曝气头或管路堵塞,使管路系统的压力损失增加,“背压”也会升高,于是鼓风机的压力也就相应升高;若曝气头破裂或管路泄漏等原因,管路系统的压力损失则会减少“,背压”便不断降低,鼓风机的压力也随之降低。

第68页:曝气鼓风机压力的确定

综上所述,确定曝气鼓风机压力时,只需要鼓风机在标准状态下所能达到的绝对压力等于使用状态下的大气压力、养殖池水深和管路损失之和。一般希望管道及扩散设备的总压力损失不大于15kPa,其中管道损失控制在5kPa内,余为扩散设备的压力损失。

第69页:鼓风机空气流量的选择

(2)鼓风机空气流量的选择:在计算需氧量时,其结果为标准状态下所需氧的质量流量qm(kg/ min) ,应将其换算成标准状态下所需空气的容积流量qv1(m3/ min)如果鼓风机的使用状态不是标准状态,例如在高原地区使用,则空气密度、含湿量会发生变化,鼓风机所供应的空气容积流量与标准状态是相同的,而所供空气的质量流量将减少,有可能导致供氧量不足。因此,必须计算出能供应相同质量流量的容积流量,即换算流量qv2。在高原地区使用时,环境大气压力也会发生变化,压力比相应升高,那么,罗茨鼓风机的泄漏流量qvb则会增大,导致鼓风机所供应的空气容积流量减少,也可能造成供氧量不足。因此,设计时必须考虑使用条件发生变化时各种因素的影响,以保证风机所供应的实际空气流量能够满足使用要求,并需计算出换算流量qv2和泄漏流量qvb2。

第70页:鼓风曝气设备的选择计算

(3)鼓风曝气设备的选择和计算鼓风曝气设备的设计内容包括:

  • 空气扩散器的选择及其布置;
  • 空气管路布置及其计算;
  • 选择鼓风机并计算需要的台数。扩散器按需氧量要求的氧转移量选择,鼓风机台数及管路计算都是根据供气量确定的。管路计算包括:布置管道系统,确定每段最大输气量,根据流量和经济流速计算管径,计算压力损失。从鼓风机房到曝气池上的空气干管,可按经济流速为10~15m/s计算管径。

第71页:空气管管径的计算

通向扩散设备的支管,按空气流速为4~5m/s计算管径。计算简图见图9.18。图9.18空气管管径计算图

第72页:配件折算长度与K值表

各配件的折算长度 L0 按下式计算,式中 D 为配件的直径(m),K 为折算系数(表9.5)。

表9.5 长度折算系数K
配件名称K值
闸阀0.25
角阀0.9
球阀2.0
大小头0.1~0.2
弯头0.4~0.7
转弯三通1.33
异径直流三通0.42~0.67
等径直流三通0.33
  • 鼓风机台数不少于 2 台,其中一台备用,以适应负荷的变化

第73页:摩擦损失计算图

图9.19摩擦损失计算图

第74页:输气干管计算例

例:已知曝气池要求的供气量Gs=5040m3/h,鼓风机房至曝气池干管总长44m,管段上有弯头5个,闸阀2个,计算输气干管的直径和压力损失。解干管上无支管,故采用同一直径。查图9.18,通过Gs=5040m3/h和v=15m/s,两点作一直线,交管径线于一点,得管径为350mm。配件折算长度为:故干管计算长度为:44+55.2=99.2(m)。计算水温为30℃,管内空气压力为60kPa,查图9.19,空气量84m3/min ,管径350mm温度30℃,空气压力60kPa ,摩擦损失h=5.3kPa/1000m。故管道压力损失:kPa支管的计算可仿干管的计算步骤进行。

第75页:

第76页:氧源的类型与性价比

氧源

  • 氧源1.气态纯氧2.液态纯氧3.制氧机制氧
  • 性价比1.气态纯氧:方便,便宜,基础投资高2.液态纯氧:方便,较贵,基础投资少3.制氧机制氧:最为方便,投资高,配套设施多

第77页:充氧量检控

充氧量检控监控策略和方法1.控制气液混合比通过测定水流量,测定和调节气流量2.自动化控制系统首先测定养殖池出水溶氧浓度,反馈给中央控制器,根据设定的溶解氧浓度,通过电磁阀,自动控制供气阀开启的大小。

第78页:纯氧接触系统设计流程

纯氧接触系统设计流程基本设计流程1.确定养殖场基本环境因素水温,水流,入流溶解气体浓度,气压。

  • 2.确定养殖品种对溶解气体的要求氧气,二氧化碳和氮气3.根据养殖量和养殖场条件估算需氧量4.确定适合供氧量的充氧机类型

第79页:纯氧系统的设计依据

设计依据设定一个养殖池为单位,耗氧量为ECOC,平衡式为,(△DO)AB=ECOC+(DOout)RV-(DO)AB相应的溶解氮气的平衡方程式为,(△DN)=[BP+(△Pout)-(DOout)(FO2)-VP]/FN2-DNin纯氧接触系统设计流程

第80页:纯氧系统选择与设计原则

纯氧系统选择依据依据纯氧系统的性能和养殖场的特点, (△DO)AB由几个不同的应用环境因素决定,包括气压,氧气输送速率,渗透系数设计原则通盘考虑以上因素,减少费用设计方法设计软件利用分压率纯氧接触系统设计流程

第81页:纯氧接触装置的操作特性

纯氧接触装置主要的操作特性

第82页:填充塔设计目标与假定

设计目标深度填充类型横截面积使用压力氧气输送速率假定条件1.所有气体在填充塔内是均匀混合的2.(△DO)AB是正值,(△DN)AB是负值填充塔设计流程

第83页:气体渗透系数的修正

第一步:选择初始层深度和填充类型并计算气体相应的渗透系数(G)20℃。(G)20℃用温度t,表面活性剂(当α可知时),气体种类Φ来修正:(G)t,i= Φα(G)20℃1.024t-20第二步:应用公式中的(△DO)AB和(△DN)AB,并用步骤一中修正后的(G)t,i值来分别计算塔内溶解氧和溶解氮的饱和浓度:(C*O2)AB=(△DO)AB/ (1-e-(G)t,i)+(DOin)AB(C*N2)AB=(△DN)AB/ (1-e-(G)t,i)+(DNin)AB填充塔设计流程

第84页:填充塔设计流程

填充塔设计流程

第85页:气体局部分压计算

第三步:用亨利定律并结合步骤二得出的气体饱和浓度,计算氧气和氮气相位的局部分压PP:PPO2= (C*O2/ BO2KO21000)ABPPN2= (C*N2/ BN2KN21000)AB(Bi Ki1000由温度公式给出)第四步:现在,塔内的总压力可用PPO2,PPN2计算得出(水蒸气的压力VP由表给出)CP = 760 ( PPO2 + PPN2 ) + VP填充塔设计流程

第86页:气相摩尔系数与摩尔流量

第五步:计算氮氧的气相摩尔系数(Xi),XO2=(C*O2)AB/((CP-VP)/760)(BO2KO21000)XN2= 1-XO2第六步:塔内氧的摩尔流速度(QM)O2:(QM)O2=( XO2/ XN2)〔|(△DN)AB|QL/MWN2〕+(△DO)ABQL /MWO2填充塔设计流程

第87页:氧摩尔流量与标准容积流量

第七步:将氧气的摩尔流速度转变为标准的容量流速度(21.1℃;760mmHg),用理想气体定律:(QV)O2= 0.0821(QM)O2(273.15°+21.1°)第八步:计算有效气液比(G/L):G/L= (QV)O2/QL填充塔设计流程

第88页:气液比与塔横截面积

第九步:根据水力负荷率和QL负荷确定填料塔的横截面积A = QL/(HL60)第十步:建立一个包含AE(氧气渗透效率)和TE(氧气吸收效率)的标准执行指数AE = (△DO)ABQL/ (MW)O2(QM)O2TE = (△DO)ABQL/PW填充塔设计流程

第89页:填充塔设计流程讨论

设计的出发点是要知道填料的性能如果AE和TE不够合理,通过改变深度等重复设计计算填充塔设计流程讨论

第90页:空气接触系统的特性

空气接触系统设计空气接触系统的特性空气和水接触设备中高气液比确保了气液接触面的氧气含量近似于标准空气(20.946%)。这一特性简化了曝气计算。但也限制了水的溶氧量或饱和浓度。溶解超饱和气体的水处理将导致气体向周围大气扩散。空气—水接触装置包括:气液接触器,空气源,控制水流或空气流速度的设备。

第91页:空气来源与设备选择

空气来源1.空气接触系统要求无油压缩空气。空气压缩需要用到各种设备,包括横膈膜,活塞,旋转叶片,离心机等。虽然设备的选择主要基于空气流和排放压,也要考虑资金成本,维护要求和噪声问题2.空气压缩机排放压由空气排放系统的布局,压力差和空气排放深度等决定的,系统的排放压标准度量很少超过2米水柱。

  • 3.空气压缩机的类型包括活塞式和叶轮式等。空气接触系统设计

第92页:控制与监视

控制与监示为了与不同的氧气需求相匹配,通过控制设备功率输入(水面搅动设备),水流速度(重力和喷射器)或空气流速(水面下设备)来改变氧气渗透率。目的是节省能源,延长设备寿命。水面搅动设备通过独立的开关来控制。可手动控制,也可通过设定时间或溶氧量用程序控制。循环系统中的水流依整个系统中交换率而定。因此,不提倡通过调节水流速度来控制重力和喷射器性能空气接触系统设计

第93页:空气接触器设计步骤

空气接触器的合理设计步骤包括:设定地理条件,明确溶解气体标准,测算气体渗透需求,选择仪器类型和构造。与纯氧接触系统系统设计上的不同1.排水的溶氧浓度应低于标准状况下的溶氧浓度C*O2,避免排出的溶氧浓度接近C*O2,因为会导致AOTR和AAE过低。

  • 2.通常空气接触设备以很高的气液比运转,对空气进出水体造成的氮氧组成影响可忽略不计。可以简化设计。空气接触系统设计流程

第94页:排水溶氧浓度的计算

第一步:明确反应器送出的水流在排水道的溶氧,内部的溶氧浓度,需要的氧气转移率,DOout = DOin +((OTR·16,666)/QL)第二步:用亨利定律建立当地的氧的C*值,水温,当地的大气压,β,表6.1给的VP,Bi Ki1000值C*o2 =β{Bi Ki1000[Xi(TP-VP)/760]}立式泵设计流程

第95页:当地氧饱和浓度与标准氧转移率

第三步:计算标准的氧气转移率STOR = AOTR/[(βC*o2-DOout/9.07)1.024^(t-20)α]第四步:再选好的混合池中,用搅拌器提供第三步计算出的STOR。第五步:计算搅拌器反应器联合装置的标准曝气效率(SAE)( Kla)20℃ = STOR/ (C*o2) 20℃V10^-3立式泵设计流程

第96页:喷水式曝气机效率比较

喷水式曝气机效率比较

第97页:第二部分曝气系统

第二部分曝气系统

第98页:二氧化碳管理综述

综述二氧化碳的管理是工厂化养殖要考虑的许多因素之一。二氧化碳可能会使PH值降到产生胁迫的水平。即使在有氧的情况下,也能使动物窒息,还会降低生物滤膜的工作效率。养殖水体中的二氧化碳浓度可通过PH值管理或水体交换来控制。通过管理PH值来控制二氧化碳的实验总体上来说是根据碳酸盐的化学性质进行的。

第99页:二氧化碳排除的计算难点

综述通过气体转移来排除二氧化碳是比较容易实现的。但它的数量计算需要许多步骤,因其受到气流和水流的相对比例、气流特征和几种碳酸物质间的化学反应的影响通过气体转移来排除二氧化碳受到气态二氧化碳增多的限制,它要求气液流动速度比例应足够高,至少应高于其他重要的气体如氧气和氮气所需要的比例

第100页:二氧化碳富集的背景

简介历史上,在水生养殖系统中二氧化碳的富集并没有对水产养殖有机体的产量造成影响。低密度养殖系统不会造成二氧化碳富集,使它超过安全水平,原因是频率和相对高的水体交换或曝气率。现在水体再利用技术的发展是水交换的速度明显减少,于是二氧化碳可能积累到产生胁迫的水平或不安全水平。另外,伴随着传统充气方法的使用减少,纯氧的使用作为工厂化养殖系统中溶解氧的一个来源,一个副作用就是别的气体的浓度可能会高于饱和浓度。所以,必须提供一些手段来排除二氧化碳,防止它积累到一定水平而导致鱼类中毒或使PH值低到影响鱼类生长或生物过滤过程。

第101页:二氧化碳的化学特性

简介二氧化碳是鱼类进行呼吸作用的一个产物。二氧化碳与其它溶解气体如氧气和氮气一个最重要的区别就是二氧化碳是一个化学平衡反应系统的一部分,它在溶液中的浓度受PH值的影响。这种PH值依赖性的一个好处就是水体中二氧化碳的浓度能通过化学或物理的方法降低。化学方法直接改变溶液中的PH值,导致碳的无机物(有可能转化为二氧化碳的)的相对比例发生改变。通过PH来预测化学效果需要知道二氧化碳浓度以及水体的属性如:碱度、初始PH值和温度。物理排除法是将二氧化碳从水中转移到空气中。随着二氧化碳的排除,水体的PH值发生变化,即二氧化碳形式存在的无机碳比例也发生变化。物理方法的排除效果计算是复杂的,是气态转移的物理过程和酸碱反应的化学过程的相互作用。

第102页:二氧化碳排除的估算方法

简介排除二氧化碳的粗略估计可通过忽略气体成分变化和化学反应过程来实现。另一方面,排除二氧化碳的精确估计要求考虑气体转移过程和碳酸盐系统的化学反应过程。本部分首先集中讨论了在填充塔内二氧化碳的排除,提到了估计在填充塔内二氧化碳的浓度的一个四步骤的方法。这个多步骤方法每一步都是以前一个步骤为基础,逐渐增加最后二氧化碳浓度的准确度。

第103页:呼吸作用与二氧化碳产生量

曝气基础在工厂化养殖系统中,产生的二氧化碳的数量是与被消耗的氧气的数量成比例的。一个简化的呼吸作用的化学方程式:nO2+ (CH2O)n = nCO2+ nH2O在这个简化的方程式里,每消耗1mole的氧气就会产生1mole二氧化碳。换算成质量就是每消耗1.00克氧气,就会产生1.27克二氧化碳。

第104页:纯氧系统下的二氧化碳积累

曝气基础随着水的回收再利用,特别是氧气的需求是通过纯氧来满足的,系统中二氧化碳的产生和排除的平衡关系被修改,浓度不断上升,即可能达到二氧化碳的不安全水平。它取决于水体的质量参数像:温度、碱度,还有生物的和管理的参数像投饵率和被养殖鱼类的具体的忍受能力。

第105页:二氧化碳对鱼类的影响

二氧化碳的影响1.二氧化碳已被证实阻碍了鱼类的呼吸,原因是它减少了血液运输氧气的能力,随着水中二氧化碳浓度的增加,血液中二氧化碳的浓度也增加。血液中二氧化碳的存在束缚了血色素运输氧分子的能力。在许多情况下,即使氧气浓度保持在饱和浓度以上,高浓度的二氧化碳也会使鱼类窒息。

  • 2.二氧化碳降低了PH值可能同样也会影响到水产动物和细菌。二氧化碳加入水中能够往往会降低PH值。低PH值的水体会给养殖的动物带来额外的胁迫,也可能包括寄居的细菌,特别是那些硝化过程中的细菌,亚硝化单胞菌和硝化细菌的新陈代谢率已被证实对PH值非常敏感。曝气基础

第106页:二氧化碳富集的另一面

3.水产环境中二氧化碳富集的影响并不都是负面的。总氨量对鱼的毒性受PH值的影响,低PH值使氨变得“毒性较小”,因为以有毒形式NH3存在的氨氮的比例较少。所以二氧化碳的富集及其导致的PH值的降低,增加了系统中可存留的氨的总浓度。

  • 4.在对鱼的直接影响方面。从某些角度上讲,低PH值的好处大于胁迫和给用于氧气运输的血色素带来的负面影响大。显然,在循环水养殖养殖里二氧化碳的管理必须进行讨论研究。曝气基础

第107页:无水体交换下的浓度变化

曝气基础在没有水体交换的水体中二氧化碳和非离子氨的浓度变化。水体的条件如下:温度:25℃;非离子氨的流入:0mg/L;初始PH值:7.5;碱度:4.0meq/L;投饵率:每天体重的2%。

第108页:碳酸盐平衡与pH控制

碳酸盐的平衡和利用PH值来控制二氧化碳通过控制PH值来排除二氧化碳是通过移动几种碳酸盐之间的平衡浓度来实现的。碳酸物质中碳的平衡是根据PH值来决定CO2,H2CO3,HCO3-和CO3-2离子之间的关系CO2(gas)CO2(aq)CO2(aq)+H2O H2CO3H2CO3HCO3-+ H+HCO3CO3-2+ H+总碳酸碳(CtCO3)是指水中CO2,H2CO3,HCO3-和CO3-2的总量。

第109页:pH和碱度的关系

pH和碱度的关系1.PH值的变化会引起二氧化碳浓度的变化。固定的PH值变化引起的二氧化碳浓度的变化量主要取决于水体的碱度。碱度是指水体中和酸的能力。在大多数自然水体中,HCO3-,CO3-2和OH-离子浓度减去H+离子浓度就大体上等于碱度2.注意到二氧化碳并不是碱度的组成部分。虽然排除二氧化碳的过程中HCO3-和CO3-2也在减少,但是碱度组成部分的摩尔数保持不变,所以,碱度不随着二氧化碳的增加或减少而发生改变碳酸盐的平衡和利用PH值来控制二氧化碳

第110页:添加强碱降低二氧化碳

减少二氧化碳可通过添加一定浓度的强碱溶液如NaOH、石灰来实现。碱度增加将导致PH值上升,从而引发几种碳的化合物的重新平衡,其结果是二氧化碳浓度降低,HCO3-和CO3-2离子的浓度相应的升高。但是总的碳酸碳量并没有改变。另一种化学控制方法是使用其它材料。材料像Ca(OH)2,Na2CO3,CaMg(CO3)2或CaO都可以使用。其它材料的添加,结果是增加了碱度。预测由于添加上面提到的任何物质而引起的二氧化碳浓度的变化可通过使用碳酸盐系统的化学方程来实现。碳酸盐的平衡和利用PH值来控制二氧化碳

第111页:25℃下二氧化碳与pH关系图

在25℃不同的碱度(0.25到4.0meq/L)和总碳酸碳(0.25到4.0mmole/L)下,水体中的二氧化碳浓度和PH值的关系图

第112页:15℃下二氧化碳与pH关系图

在15℃不同的碱度(0.25到4.0meq/L)和总碳酸碳(0.25到4.0mmole/L)下,水体中的二氧化碳浓度和PH值的关系图

第113页:化学控制的副作用

二氧化碳浓度的化学控制会导致总碳酸碳浓度和系统中碱度的不断增加,除非能将多余的水进行交换。利用添加化学药品来控制二氧化碳产生的系统故障一般是通过彻底的水体混合和其他阻止PH值过度上升的方法来解决。虽然添加化学药品看起来像是控制二氧化碳浓度的一种简便方法,但是由于材料来源问题,化学药品成本,添加试剂可能的副作用和潜在的可能发生的系统故障使其变的并不是一个最理想的方法。碳酸盐的平衡和利用PH值来控制二氧化碳

第114页:气体交换控制二氧化碳

通过气体交换控制二氧化碳通过一个气体交换过程很容易的排除二氧化碳,预测气体交换或曝气排除的二氧化碳的量是复杂的。不像其他重要的溶解气体(氧气、氮气),二氧化碳在溶液中作为化学平衡系统的一部分而存在。随着二氧化碳从溶液中的排出,碳酸盐的平衡发生了移动,HCO3-作为后备的二氧化碳补充了从溶液中排出的二氧化碳。HCO3-对二氧化碳的缓冲作用不是即时的反应。

第115页:二氧化碳的过饱和溢出

气体交换二氧化碳在过饱和时会溢出液面。使液态变为气态可通过几种途径来实现。尽管如此,由于工厂化养殖系统中二氧化碳浓度通常为周围饱和浓度的20倍以上,所以曝气难度较大。例如,单个气泡在它到达水表面前,溶解的二氧化碳浓度已接近平衡。二氧化碳在与水体接触的空气中累积,导致气体交换率的下降。应保持高的气/液比例来增加可带走转移的二氧化碳的气体数量。气/液比例是影响填充塔排除二氧化碳最重要的变量。一般说来,G/L比例应维持在3.0以上(体积比)。气液比低于3.0的曝气装置不是排除二氧化碳的重要工具。

第116页:气体转移速率与KLa

气体交换•气体在液态和气态之间转移速率与气液接触面积,气体的扩散性和牵引力(饱和浓度和实际浓度之间的差值)有关。在大多数曝气系统中,气液接触面积无法准确测量。一个整体的渗透系数,KLa就是用来表示气体的扩散性和每单位体积中接触面积。在一定的流速范围内,气体在填充塔内的转移与流速无关,但取决于柱体深度和总体的整体的渗透系数。同时,渗透系数与滤料类型和滤料具体的表面积有关。

第117页:填充塔曝气系统设计流程

填充塔曝气系统设计设计流程第一步根据进水浓度,确定排出浓度第二步计算气液比的影响第三步考虑填充塔内气流形态的影响第四步重复以上步骤设计难点无法确定填充塔内气流状态

第118页:填充塔脱二氧化碳的实际应用

实际应用在一个填充塔中准确计算二氧化碳排除速率取决于G/L比例、气体流动参数和化学动态平衡。4个步骤的计算二氧化碳排除的方法中,每一步都是以前一步为基础,并提高了前一步的准确度。在一个PCA中,要考虑水泵成本、吹风成本和曝气装置成本,特别是一个系统的特定操作条件。对于每一套操作条件,都有一个最优的G/L比例和装置指数。

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第121页:空压机的工作原理

空压机的工作原理

第122页:射流式曝气器

射流式曝气器

第123页:空气压缩机的类型

1、空气压缩机(1)类型:按工作原理分:按输出压力p分类:鼓风机:p≤0.2MPa低压空压机:0.2 MPa<p≤1MPa中压空压机:1MPa<p≤10MPa高压空压机:10MPa<p≤100MPa超高压空压机:p>100MPa

第124页:空压机流量分类

按输出流量(即铭牌流量或自由流量)分类:微型空压机:qz0.017 m3/s ( 1m3/min )小型空压机:0.017 m3/s<qz0.17 m3/s中型空压机:0.17 m3/s<qz1.7 m3/s大型空压机:qz>1.7 m3/s≤≤≤(2)空气压缩机的工作原理吸气过程压缩过程排气过程膨胀过程

第125页:空压机的选用

(3)空压机的选用依据是:工作压力和流量。一般气动系统的工作压力为0.4~0.8MPa,故常选用低压空压机,特殊需要亦可选用中、高压或超高压空压机。空压机或空压站的供气量(自由流量) qz可按下式估算:式中:qimax为第i台设备的最大自由空气耗量;n为系统内所用气动设备总台数;为利用系数(查图);K1为漏损系数,取1.15-1.5;K2为备用系数,取1.3-1.6m3/s

第126页:空压机的职能符号

(4)空压机的职能符号

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