供气式低压射流曝气器的能耗分析及性能优化研究

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1、论文分类号：２学校代码：１０７０８学号：１５０１０３２ＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔ’ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ供气式低压射流曝气器的能耗分析性能优研究雑＃ＩＩＩＷｔ佳晔ｉ张指导教师姓名：张安龙教授，王先宝副教授＾学科名称：环境工程１８｜论文提交日期：２０年３月ｌｙＩＩ１论文答辩日期：２０８年５月学位授予单位：陕西科技大学■——＾＾―—■——申请工学硕士学位论文论文题目：供气式低压射流曝气器的能耗分析及性能优化研究学科

2、门类：工学一级学科：环境科学与工程培养单位：环境科学与工程学院硕士生：张佳晔导师：张安龙教授，王先宝副教授2018年5月EnergyConsumptionAnalysisandPerformanceOptimizationStudiesofAir-forcedTypeLow-pressureJetAerationAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScie

3、nceMay2018供气式低压射流曝气器的能耗分析及性能优化研究摘要随着我国污水处理厂数量的逐渐提升及污水处理量的逐渐增加，水污染问题得到很大程度缓解，与此同时污水处理厂的能耗问题逐步受到研究人员的关注。在污水的处理过程中，曝气系统是主要的耗能单元之一，它的电耗约占污水处理厂总电耗的50%～70%。因为传统的微孔曝气设备虽然氧传质效率高，但存在易堵塞，动力消耗大的问题，所以研发新型高效率低能耗的曝气设备成为当前污水处理面临的重要课题。射流曝气器是介于机械曝气器和微孔曝气器之间的一种曝气设备，它利用气泡扩散和水力剪切这两个作用达到曝气和气液混合的目的，具有氧传质效率高，不

4、易堵塞，服务面积大，使用寿命长的优势，目前已广泛应用在城镇生活污水和各类工业废水处理过程中。本文应用FLUENT数值模拟软件对一代供气式低压射流曝气器进行三维建模及数值模拟计算，得出了工作过程中曝气器内部的气液两相分布变化、两相流流速、压力分布及气液两相湍流强度等流场性质，发现其中气液两相的混合效果较差，进而提出在混合室中增设扩散孔板的二代供气式低压射流曝气器，并应用软件对其进行数值模拟，从理论上揭示了在混合室中增设扩散孔板、双管进气、改变混合室结构参数等优化改进方案的可行性及优势，得出了它们对于曝气器性能有何影响，其中孔板的安放位置、进气管的数量、孔板的孔径和开孔数量

5、、一级喷嘴直径和二级喷嘴直径这五个结构参数对于曝气器中气液两相的混合效果，湍流强度影响较大，而混合室长度、混合室直径和进气管通入角度这三个结构参数对于曝气器的性能影响较小。最终得出当安装在进气管前面的分散孔板的开孔数为19孔，开孔孔径为15mm，双管进气，一级喷嘴直径为36mm，二级喷嘴直径为55mm，混合室长度为360mm，混合室直径为90mm，进气管的通入角度为90°时，二代供气式低压射流曝气器的气液混合效果较优，为以后的供气式低压射流曝气器的设计及研究工作提供参考。结果表明，二代射流曝气器较原曝气器的气液混合效果更好，湍流强度更强，两相流动结构稳定。I并通过充氧性

6、能研究装置分别对一代和二代射流曝气器进行清水充氧实验，计算比较两代曝气器的清水充氧性能参数，为供气式低压射流曝气设备优化与节能降耗提供理论与技术支撑。通过实验得出在循环水量相同的条件下，随着气水比从2：1增大至4：1，标准氧总传质系数（KLas）和标准氧传质速率（SOTR）也随之增大，而标准氧传质效率（SOTE）和标准曝气效率（SAE）都随之减小。同时在提供相同的循环水量和供气量的情况下，二代曝气器较一代曝气器的KLas可提高16~18%，SOTE可提高15~20%，SAE平均提高20%左右，二代射流器的最大SOTE为29.22%，SAE为3.043kg/(kW·h)。

7、证明二代改进型曝气器较一代曝气器的充氧能力更佳，能耗更低。在水深3m至5m的区间内，随着水深的增加，射流曝气器的充氧性能逐渐增加，说明水深对射流曝气器的充氧性能有较大影响，只有水深足够深时才更能显示出射流曝气器的出色的充氧性能。同时通过充氧性能研究装置对盘式微孔曝气器进行清水充氧实验，对比微孔曝气器与两种射流曝气器的清水充氧性能参数，研究结果表明，随着供气流量的逐渐增加，无论是射流曝气器还是微孔曝气器的标准氧传质速率（SOTR）都呈增长趋势，标准氧传质效率（SOTE）和标准曝气效率（SAE）都呈下降趋势。由于射流曝气器的充氧机理独特，当供