臺灣博碩士論文加值系統

　本研究旨在針對深層活性污泥之曝氣系統，在符合維持曝氣池中之生物污泥混合均勻，且有效懸浮之要求下，研發較省動力之曝氣方式，以提高曝氣之效率建立較佳之曝氣系統組合，因應此類系統發展之所需。研究中採用併同魯式鼓風機與沉水式曝氣機方式，並利用9 m及11 m水深深層曝氣槽模型廠，進行現場規模之曝氣測試，一方面進行實驗驗證，一方面也藉以進行必要之系統調整，以符合節能之需求。本研究主要之研究內容包括：進行實廠規模之現場曝氣試驗，量測傳統散氣式以及併用魯式鼓風機噴流式之曝氣效能；利用流場分析軟體，模擬分析曝氣槽之流場與攪拌特徵，分析曝氣池中流況與傳氧係數之關係；計算併用式曝氣系統之動力消耗，研發適用於深層活性污泥之曝氣系統，之低耗能曝氣模組。
本研究重要的研究結果包括：散氣式曝氣系統在水深9 m及11 m時KLa值為2.035 hr-1與1.870 hr-1，均小於併用式曝氣系統的2.938 hr-1及2.537 hr-1；在氧傳輸速率併用式曝氣系統以在9 m水深時的0.378 kg-O2/KW-hr，以及11 m水深時的0.429 kg-O2/KW-hr，其優於散氣式曝氣系統的0.246 kg-O2/KW-hr與0.248 kg-O2/KW-hr，比較深層曝氣程序使用併用式曝氣系統動力耗用與散氣式曝氣系統之動力，前者動力約節省7.24~31.93 %的動力消耗；併用式曝氣系統的循環泵，因能夠提供較高的水平速度與攪拌能力，曝氣池中之混合情況較理想，氣泡周圍液體之更新率較快，故曝氣效率較高。此外，併用式曝氣系統因採用文氏管，降低鼓風機所需提供的風壓，也是導致節省動力之原因；本研究也發現曝氣風量與循環水量比在0.8時，可獲得最佳的曝氣效果。

The oxygen transferring efficiencies for deep-shaft aeration processes was investigated in this study to develop energy-saving aerator systems. Both diffusers and jet aerators were tested in the study and their oxygen transferring efficiencies were compared, too. Several research objectives including to conduct aerator tests in a full-scale pilot aeration tank, to measure aeration efficiencies of both diffuser and jet aeration systems, to adopt computational fluid dynamics (CFD) software to simulate both fluid and oxygen concentration fields in the reaction tank and to elucidate their relationships, and, finally, to develop a energy-saving aerator system for deep-shaft aeration processes were interested in this study. Series of purging experiments were conducted in a deep-shaft aeration tank by using ambient air as an oxygen source. At least two water depths of 9 m and 11 m, respectively, were tested in this study. Before aeration testes, proper amount of Na2SO3 and CoCl2 was added to the tank to consume the residual D.O. in water and more than 4 D.O. meters with data logs were assembled in the deep-shaft aeration tank to measure dissolved oxygen concentrations during the experiments. Both oxygen transfer coefficients (KLa) and oxygen transfer rates (OTR) for the aeration systems were calculated for the tests.
The experimental results showed the KLa value for traditional diffuser was 2.035 hr-1 and 1.870 hr-1 for the water depth of 9 m and 11m, respectively. But they were lower than those in the jet aeration system. 2.937 hr-1 and 2.537 hr-1 of KLa for water depth of 9 m and 11m, respectively, could be achieved in jet abreaction systems. The oxygen transfer rates for the jet aeration system were 0.378 kg-O2/KW-hr of water depth of 9 m and 0.429 kg-O2/KW-hr of water depth 11 m, respectively, and both of them were higher than diffuser aerator system. The jet aeration system can save 7.24-31.93 % energy consumption than the diffuser. There are several reasons that may cause jet aeration system achieving higher oxygen transfer efficiencies. The jet aeration system produces higher mixing conditions, which can enhance oxygen transfer rates, is one reason and less power consumption in the Ventric pipe also cause it save more energy. This research also indicates that the highest aeration efficiencies can be achieved as the flowrate ratio of the aeration air to circle water equal to 0.8.

中文摘要………………………………………………………i
英文摘要………………………………………………………ii
誌謝……………………………………………………………iv
目錄……………………………………………………………v
表目錄…………………………………………………………ix
圖目錄…………………………………………………………xi
符號說明 ………………………………………………………xiv
第一章 緒論
1.1. 研究緣起………………………………………………1
1.2. 研究目的………………………………………………3
第二章 文獻回顧
2.1.深層活性污泥法……………………………………………7
2.2. 氣體吸收理論 ……………………………………………11
2.2.1氣體吸收動力學………………………………………11
2.2.1.1雙薄膜理論………………………………………12
2.2.1.2穿透理論…………………………………………15
2.2.1.3表面更新理論……………………………………16
2.2.2 氧傳輸校正係數 ……………………………………17
2.2.2.1溫度係數θ值……………………………………17
2.2.2.2功能係數α值 …………………………………19
2.2.2.3 鹽度校正係數β值 ……………………………20
2.2.2.4 攪拌作用…………………………………………20
2.2.4.5 溶氧傳輸效率……………………………………21
2.3 氣泡動力學 ………………………………………………21
2.4 曝氣設備與類別 …………………………………………22
2.4.1 散氣式曝氣系統 ……………………………………22
2.4.2 機械式曝氣系統 ……………………………………26
2.4.3 水中曝氣系統 ………………………………………29
2.5 曝氣機械動力學 …………………………………………34
2.5.1 鼓風機動力消耗 ……………………………………34
2.5.2 文氏管效應 …………………………………………36
2.5.3 動力分析 ……………………………………………37
2.6 曝氣槽流場模擬與分析 …………………………………40
2.6.1 統御方程式 …………………………………………40
2.6.2 紊流模式 ……………………………………………42
2.6.3 空氣在水中的擴散作用 ……………………………46
第三章 實驗設備及方法
3.1 實驗材料與儀器 …………………………………………47
3.2 溶氧性能測試流程 ………………………………………49
3.3氧質傳係數與動力計算……………………………………51
3.3.1 氧質傳係數與速率計算 ……………………………51
3.3.2 電動機動力計算 ……………………………………51
第四章 結果與討論
4.1. 深層曝氣系統溶氧變化與傳氧速率 ……………………52
4.1.1. 散氣式曝氣系統傳氧速率 …………………………52
4.1.2 併用式曝氣系統傳氧速率 …………………………63
4.1.3 氣液比與曝氣效率 …………………………………74
4.3 曝氣槽流場模擬 …………………………………………77
4.3.1 邊界條件與初始條件 ………………………………77
4.3.2 數值方法 ……………………………………………77
4.3.3 CFD Model……………………………………………78
4.3.4 模擬結果 ……………………………………………81
4.3.4.1併用式曝氣系統模擬 ……………………………81
4.3.4.2 散氣式曝氣系統模擬……………………………87
4.4 併用式曝氣系統於好氧生物處理系統動力分析………91
4.4.1 現有曝氣系統動力分析……………………………91
4.4.2 曝氣系統評估 ………………………………………92
第五章 結論與建議 …………………………………………97
第六章 參考文獻………………………………………………99
第七章 附錄……………………………………………………104
附錄1 飽和溶氧表………………………………………104
附錄2 某石化公司深層曝氣槽操作資料………………105
附錄3 某石化公司深層曝氣槽操作資料………………106
附錄4 南部某科技工業區污水處理廠噴流式曝氣槽操作資料 …………………………………………107
附錄5 南部某科技工業區污水處理廠噴流式曝氣槽操作資料 …………………………………………108
附錄6 曝氣系統操作成本評估表………………………109
附錄7 Star-CD操作程序…………………………………110

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