CJ T 475-2015 微孔曝气器清水氧传质性能测定.pdf

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1、ICS 91.140 p 41 E中华人民共和国城镇建设行业标准CJ/T 475-2015 代替CJ/T3015.2-1993 微孔曝气器清水氧传质性能测定Measurement of oxygen m割stransfer in clean water for fine bubble diffuser 2015-03-04发布2015-09-01实施h飞飞回呵地叫、南W制vtf华肌辄中华人民共和国住房和城乡建设部发布CJ/T 475-2015 目次E112223334445555667789uu 法氧方解算溶计唔制叫的中K下定器温测气水失曝同损孔不力微L阻算归的计俨器法，吵气归nn曝回山型性山

2、类线U同数非四不系率率扎扎倾附牌贼和和和附附附ii阳一mbf据路锚刚刚制精防队辅揪删性性性定方试试设试试气骤一一一理准准准准力定告范料范和和测测和测测供步第第处标标标标阻判涌明喷明围语理置试据面ABC言范术原UU装UUU测UU数UUUU“测录录录前1234567附附附I C.J/T 475-2015 前吉同本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。本标准代替CJ/T3015.2-1993曝气器清水充氧性能测定。本标准与CJ/T3015.2-1993相比主要技术变化如下z一一修改了术语和定义的表述，与国际主流表述相一致z增加了第一次测试要求，限定了常用曝气器的测试条件p改用非线性回归法计

3、算氧总传质系数，并修改了标准氧传质速率的计算；一修正了鼓风曝气器理论功率的计算方法p一一增加了阻力损失的测定z一一删除了机械曝气器和射流曝气器理论功率的计算。本标准由住房和城乡建设部际准定额研究所提出。本标准由住房和城乡建设部市政给水排水标准化技术委员会归口。本标准起草单位z中国人民大学、宜兴市产品质量监督检验所、江苏菲力环保工程有限公司、北京碧福生环保工程设备有限公司、北京世华康达水务工程技术有限公司。本标准主要起草人z王洪臣、齐鲁、李小冬、王子、宋黎明、邵中平、邵珉娓、董福贵、董鸣。本标准所代替标准的历次版本发布情况z一一CJ/T3015.2 19930 皿CJ/T 475-2015 微孔

4、曝气器清水氧传质性能测定1 范围本标准规定了微孔曝气器清水氧传质性能测定的范围、术语和定义、原理和方法、装置和设备、测试步骤、数据处理和测试报告本标准适用于不同材质、不同类型微孔曝气器清水氧传质性能的测定。其他各类鼓风曝气器清水氧传质性能测定可参照使用。2 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。2.1 微孔曝气器fine bubble diffuser 向水中传递氧气，并且产生的气泡直径小于或等于3mm的鼓风曝气器。2.2 标准状森stand盯dconditions 大气压为101.325kPa、水温为20的状态，2.3 制试条件me描町ementconditions 曝气器氧传质性能测试时的

5、水深、气量、曝气密度。2.4 氯总传质系数。町gentransfer coefficient 表征曝气器在一定测试条件下的氧总传质性能特征量，单位为l/min，用KLa表示。在数值上与曝气器在测试条件下、单位传质推动力作用时，单位时间内向单位体积水中传递的氧气质量相同。2.5 标准氧总传质系数stand町doxygen transfer coefficient 表征曝气器在标准状态、一定测试条件下的氧总传质性能特征量，单位为I/min，用KLa.表示。在数值上与曝气器在标准状态、测试条件下，单位传质推动力作用时，单位时间内向单位体积水中传递的氧气质量相同。2.6 标准氧传质速率standard

6、 o町gen仕ansferrate 曝气器在标准状态、测试条件下，单位时间内向榕解氧浓度为零的水中传递的氧气质量，单位为kg/h。2.7 标准氧传质效率standard oxygen transfer efficiency 曝气器在标准状态、测试条件下，单位时间内传递到水中的氧气质量占曝气器供氧量的百分比，以%表示。1 CJ/T 475-2015 2.8 标准睡气效率standard aeration efficiency 曝气器在标准状态、测试条件下，消耗单位有用功所传递到水中的氧气质量，单位为国（kWh）。2.9 阻力强失resistance loss 101.325 kPa大气压条件下，

7、一定大小的通气量通过曝气器前后的压力差，单位为Pa.2.10 曝气密度diffuser placement density 曝气器出气表面积占测试装置底面寂的百分比，以%表示。2., 1 晌应时间response time 将溶解氧测定仪探头丛低溶解氧水移至高溶解氧水中，从低溶解氧值到达高溶解氧值的63%时所用的时间。3 原理和方法3.1 测试原理曝气充氧过程属于氧传质过程，在氧由气相向液相传递过程中，阻力主要来自于液膜，液膜氧传质微分方程式见式(1）。将式(1）积分并整理可得式（2）或式（3），氧总传质系数可按式（2）或式（3）计算z主KLa(C二C）（1 ) 式中zlnCC二C)=ln(C

8、; -Co)-KLa t C=C二一cc；一C0)exp(-KLa t) c 与曝气时间t相对应的水中溶解氧浓度值，单位为毫克每升（mg/L);t 二曝气时间，单位为分钟（min);KLa 曝气器在测试点处的氧总传质系数，单位为每分(1/min);( 2 ) ( 3 ) c；一一时间趋于无限大，测试点达到稳定状态时的饱和溶解氧浓度值，单位为毫克每升（mg/L);Co 测试点在时刻为零时的溶解氧浓度值，单位为毫克每升Cmg/L).3.2 测试方法3.2.1 本标准采用非稳态测定法，测试水池中的水不进不出。以氯化钻为催化剂，亚硫酸铀为脱氧剂，将水中榕解氧降至零后曝气使之达到稳定状态。3.2.2 可

9、采用静态启动或动态启动两种测试方法，静态启动是指测定时先加药脱氧，待溶解氧降至零后开始曝气z动态启动是在启动曝气的同时加药脱氧。3.2.3 在测试装置中选取上、中、下3个溶解氧浓度测试点，测试点1在测试装置水面以下0.50m处，测试点2在测试装置1/2水深处，测试点3在测试装置池底以上0.50m处。各测试点距测试装置池壁不应小于0.60m（测试装置宽或直径小于1.20m时，测试点应位于池中心。对于较大的测试装置或者现场清水测试，在水平方向和垂直方向均应设置禧解氧测定仪，测点不应小于4个。3.2.4 记录曝气阶段不同时刻的水中潜解氧浓度值，得到每个测试点的溶解氧浓度随时间的变化关CJ/T 475

10、-2015 系，按式（3）采用非线性回归法处理数据，得到KLa4 装置和设备4.1 测试装置4. 1. 1 测试装置池型应与实际应用情况相近，并应避免边壁效应，测试装置连接示意图见图1.4.1.2 测试装置内不宜有影响曝气的其他构件，测试水深宜不小于4m，池深应满足不同曝气水深的要求。4.1.3 测试装置为不同服务面积的一组曝气试验池，应确保曝气密度在5%10%之间。4.1.4 生产验证测定可在实际生产池内进行。说明21 压力测定装置；2一一流量计F3一一空气z4一一曝气器F5 测试装置z6一一溶解氧记录仪p7一溶解氧测定仪。4.2 测试设备4.2. 1 溶解氧测定仪 旦3 - 圈1测试装置连

11、接示意图榕解氧测定仪应不少于3台，精度应为土0.5%，响应时间应小于0.02/KLa.4.2.2 溶解氧记录仪溶解氧记录仪应能实时记录溶解氧浓度值的变化，并应具有连接计算机的接口，精度应为土0.5%。4.2.3 流量计应能测量供气装置的通气量，可采用转子流量计，精度应为士2%。4.2.4 气温、水温测定仪测量气温、水温，可采用气温表和水温表，精度应为土0.1%。3 CJ/T 475-2015 4.2.5 压力测定装置测定通人空气的压力和当地大气压力，可采用压力表，精度应为士2%。4.2.6 u型压力计测定曝气器的阻力损失，精度应为士2.5%。4.3 供气装置根据测试需要的最小通气量要求确定，可

12、选择空压机或鼓风机。5 测试步骤5.1 第一次测试5.1.1 安装好待测曝气器。5.1.2 提前0.50h开启榕解氧测定仪预热，对榕解氧测定仪进行校准。5.1.3 将溶解氧测定仪安装到指定测试点。5.1.4 待测装置中注水至所需液位高度。5.1.5 测试用水可采用自来水，TDS应不超过2000 mg/L，测试水温宜在1030。5.1.6 一次完整的测试过程中，水温变化不应大于2。5.1.7 测量并记录水温、TDS浓度及溶解氧浓度值。5.1.8 药剂投如za) 催化剂的投加。催化剂宜使用化学纯或试剂纯的氯化钻水合物（C0Cl2 6H20），或硫酸钻(CoS04）。水中Co2+浓度应保持在0.10

13、mg/L 0.50 mg/L.催化剂宜配成溶液后均匀加入测试装置中。测定过程不更换测试用水时，可投加一次催化剂。b) 亚硫酸铀的投加。脱氧剂宜使用试剂纯或工业纯的亚硫酸销，亚硫酸铀中不宜含有钻杂质。脱氧剂的加入应使测试装置中所有位置的榕解氧浓度降低到0.50mg/L以下的时间大于2 min.亚硫酸铀宜采用溶液的形式投加，溶液量不得超过测试水体积的0.2%.也可直接投加粉未状药剂，应确保药剂均句分散于水中。亚硫酸铀的投加量计算见式（4)I G=7.88 V C K ( 4 ) 式中zG一一亚硫酸铀的投加量，单位为克（g)I V一一测试装置内水的体积，单位为立方米（m3);C一一测试时水中的溶解氧

14、浓度值，单位为毫克每升（mg/L);k一一考虑到药剂中杂质等而设的安全系数，可取1.201.50。5.1.9启动供气装置。5.1. 10数据记录z4 a) 溶解氧浓度记录。采用记录仪自动记录，当溶解氧浓度在10min内变化小于0.10mg/L或5 min内基本保持不变时停止记录，截取饱和榕解氧浓度20%80%部分的测试数据进行计算。b) 其他数据记录。测试过程应保持通气量恒定，在每次测试开始和结束时记录气体流量和气体温度、压力、水温、环境温度和大气压等。 CJ/T 475-2015 5.1.11 结果分桥按式（2），作ln(C二C）随时间t的变化图，In(C二C）随时间的t的变化率即为KLa，

15、该值作为后续测试的初始KLa值。5.2 第二次测试5.2.1 测量并记录水温、TDS浓度及水中溶解氧浓度值。5.2.2 按5.1.8的要求再次进行药剂投加。5.2.3 启动供气装置。5.2.4数据记录za) 溶解氧浓度记录。榕解氧浓度从榕解氧被度不为0时开始计时，测试持续时间不小于4/KLa,KLa为第一次测试所得数据。b) 其他数据记录同第一次测试。6 数据处理6.1 标准氧总传质系数根据第二次测试记录的榕解氧浓度随时间的变化关系，选取测试条件下20%饱和溶解氧值至测试结束时的所有溶解氧浓度值，计算出氧总传质系数KLa和稳定榕解氧浓度c；，具体计算过程应符合附录A的规定。标准氧总传质系数计算

16、见式（5):KLa. =KLa8(20一T)式中zKLa.一一标准状态、测试条件下，曝气器氧总传质系数，单位为每分(1/min);KLa 测试水温条件下，曝气器氧总传质系数，单位为每分(1/min);。一一温度修正经验系数，可取1.024;T 测试期间的水温，取测试过程中的平均温度，单位为摄氏度（）。6.2 标准氧传质速率标准氧传质速率计算见式（6）式(10):式中zSOTR = B SOTR; 60 SOTR一一一KLa.: C二20i v . 1 000 h副C费C二z20i 一一一rQ C二T 一- s20 P Q二i bO SOTR一一标准氧传质速率，单位为千克每小时也g/h);SOT

17、民一一测试点处的标准氧传质速率，单位为千克每小时（kg/h);KLa.，一一某一测试点的标准氧总传质系数，单位为每分(1/min);( 5 ) ( 6 ) . ( 7 ) ( 8) -( 9 ) -( 10 ) 5 CJ/T 475-2015 v 一一测试装置中水的体积，单位为立方米（m3);C二2田一一标准状态下测试点的饱和榕解氧浓度值，单位为毫克每升（mg/L);C二4一测试点稳定状态饱和溶解氧的估算值，计算应符合附录A的规定，单位为毫克每升(mg/L); t 一温度修正系数5Q 一一压力校正因子zc; 一一101.325kPa大气压、测试水温下的饱和溶解氧浓度值，单位为毫克每升（mg/L

18、);Co 标准状态下的饱和榕解氧浓度值，参见附录B，单位为毫克每升（mg/L);Pb 一一测试时气体的绝对压力，单位为千帕（kPa);PbO 101.325 kPa。6.3 标准曝气效率标准曝气效率计算见式(11）式(13):nu nu 叹一TPMUN一Svb一O4一E-3 UM= N -( 11 ) . ( 12 ) qb=qbO . ( 13 ) 式中zSAE 一一标准曝气效率，单位为千克每千瓦时kg/(kW h); SOTR一一标准氧传质速率，单位为千克每小时也g/h);NT 一一曝气充氧过程中所耗理论功率，单位为千瓦（kW);p 一一进气管的气体压力，单位为帕（Pa);qb 一一气体的

19、实际流量，单位为立方米每小时（m3/h) 1 qbO 测试时转子流量计的刻度流量，单位为立方米每小时（m3/h); pbO 一一一101.325kPa; Pb 一一测试时气体的绝对压力，单位为千帕（kPa);Tb 测试时气体的绝对温度，单位为开尔文（K);TbO 一一刻度标定时的绝对温度，293.15K. 6.4 标准氧传质效率标准氧传质效率计算见式(14）、式(15):SOTR SOTR SOTE一一一一一一一Wo, 0.28 q T.Pb q=qb TbP. ( 14 ) . ( 15 ) 式中zSOTE一一标准氧传质效率，%；Wo, 一一空气中氧气的质量流量，单位为千克每小时也g/h);

20、q 一1个标准大气压、20气温时，曝气装置的通气量，单位为立方米每小时（旷h);qb 一一气体的实际流量，单位为立方米每小时（m3/h);Pb 测试时气体的绝对压力，单位为千帕（kPa);6 Tb 一一测试时气体的绝对温度，单位为开尔文CK)T, 一一293.15K; P, 一一一101.325kPa。6.5 阻力损失6.5., 管路连接微孔曝气器阻力损失测定管路连接见图2.说明g1 一流量计52一一迸气口z3 曝气器z4一测试装置p5一u型压力计。6.5.2. 测试方法I 2 图2阻力损失测定曹路连接圄CJ/T 475-2015 将曝气器放人测试装置中，按图2连接好管路加水至水面超过曝气器顶

21、部20cm，通人测试所需气量，该气量应与测试水深的实际气量相同，用U形压力计测量通气阻力。对于通过接口连接的曝气器阻力损失测定，应加测在相同通气量时接口本身的阻力损失。6.5.3 阻力损失计算曝气器阻力损失计算见式(16)I RL=H-h 10 . ( 16 ) 式中ERL一一曝气装置阻力损失，单位为帕（Pa);H一u型压力计测试所得压力，单位为帕CPa);h 一一曝气器中心距水面的距离，不同曝气器h的计算应符合附录C的规定，单位为毫米（mm）。6.6 判定规则6.6.1 每组测试所有测点的KLa值与其均值的误差应在士5%以内。6.6.2 每种测试条件下的重复测定不得少于3次，各组KLa值与其

22、均值的误差应在土10%以内。7 CJ/T 475-2015 7 测试报告8 测试报告应包括下列内容za) 注明本标准Fb) 委托单位zc) 曝气装置规格、溶解氧测定仪型号及精度；d) 测试用水的水质（总搭解性固体、电导率）及水温se) 测试时的气体温度、压力及环境温度、大气压zf) 测试时使用的亚硫酸锅和催化剂的等级和使用量Fg）测试时水的体积、测试水深和曝气器布置密度，测试时的通气量，每次平行测试的KLa，、SOTR、SOTE、SAE和阻力损失zh) 原始数据及测试结果zi) 测定单位、人员、日期及盖章。A.1 计算方法附录A规范性附录）非线性回归法计算辙孔曝气器KLa值A.1.1 清水中榕

23、解氧浓度值与曝气时间的关系可用式（A.1)表示zC=C；一（C；一C0)exp(-KLa t) 式中zc 一一与曝气时间t相对应的水中禧解氧浓度，单位为毫克每升（mg/L);CJ/T 475-2015 ( A.1 ) C二一一时间趋于无限大，测试点达到稳定状态时的饱和禧解氧浓度，单位为毫克每升（mg/L);c。一一测试点零时刻的溶解氧浓度值，单位为毫克每升（mg/L);KLa一一测试点的氧总传质系数，单位为每分Cl/min);t 一一曝气时间，单位为分钟（min）。A.1.2 为实测所得的C-t数据组选配回归方程式，见式（A.2):C(P ,t) = P1一（Pi- Pz)exp(- P3 t

24、) . ( A.2) 式中zP1=C二，P2=Co ,P3 =KLa，为特定参数。A. l.3 利用迭代法将式（A.2）在P）点展为泰勒级数，并弃去一阶导数后的高阶项，见式A.3):ac 1 C(P) + P) ,t) =C(P) ,t) + 2: （一一）P)(i =1.2,3) . ( A.3 ) aP, 式中zPi的上标l表示用迭峙的第一次计算，刊第一次计算时给出的估值J乒1为在p：点处C对矶的偏导数值，P）十p；表示P）点处附近的一点（i=l,2，白，令其为抖，见式（A.4）和式（A.曰：PP)+AP：“1,2,3) . ( A.4) 令ES=2:;C，一C(P)+ LP) ,t）了

25、( A.5 ) 式中zC，与时刻t相对应的溶解氧测量值，单位为毫克每升（mg/L);S一一剩余差方或剩余平方和，即整个测试时间内，时刻t的需解氧浓度测量值与估计值之差的平方和。对S-6.P：进行最小二乘法计算得正规方程组，解之得AP：，再由式（A.4）计算出肘。按迭代法进行第二次重复计算，将式（A.2）在p(i=l,2,3）点展开为泰勒级数，重复第一次计算过程得t:i.P及t:i.P(i=l,2,3）。重复同样的计算过程直到第j次，得A町，若IAPI110，则p1即为待求参数KLa。A.2 计算步骤A.2.1 测量曝气过程中不同时刻t=t1(I =1,2,3，N）水中的潜解氧浓度值C，获得C-

26、t数据组。A.2.2 检查测试数据的完整性、可靠性，并选择从榕解氧被度为Omg/L到测试结束时的所有数据作CJ/T 475-2015 为待分析数据。A.2.3 给出第1次计算的初始值P！，即参数Pf=C.,PCo, PKLa的初始假定值。A.2.4 根据选择的C-t数据组，计算AP：和p: a) 计算运算因子。l)见式CA.6）式CA.13):Cc =P一CP- PD exp(-P t) ”C A.6) 式中zCc 一不同时刻trCI=l,2,3，N）溶解氧浓度计算值，单位为毫克每升（mg/L）。W=CM一Cc C A. 7 ) 式中ECM一一不同时刻trCI=l,2,3，N）测定的溶解氧浓度

27、值，单位为毫克每升（mg/L）。设zZ1 =1- exp(-P t) Z2 =exp(- Pi t) Z3 =t(P - PD exp(- Pi t) z =1- exp(-p t)2 Z =exp(- Pi t)2 Z =t(P-P)expC-P! t)2 b) 计算正规方程组中的系数见式CA.14）式CA.19):au Z az2 Z a33 Z a1z =a21 Z1Zz a13 =a31 Z1Z3 az3 =a3z =I:ZzZ3 c) 求方程组的解见式CA.20）式CA.27):C1 =I:WZ1 Cz WZz C3 WZ3 设zd1 =azza11 -az1a1z dz =a11C

28、3 -a31C1 d3 =aua23 - a13a1z d4 =a ua33 - a 13a31 ds =au Cz - az1 C1 按式CA.28）式CA.33）所示公式计算6.P：和p(i =l,2,3,N): d,d，一d理d.p = . - ” d1d4 -d , ds -ddP! tP， d，司1 c 1 - a IZ .iP - a 13 p Pl= au P =P P P =P +tP 10 C A.8 ) C A.9 ) C A.10 ) ( A.11) ( A.12 ) ( A.13) 飞，、，、，、，飞，、JA哇aFO吁nny唱E品，. 唱EA矗咱EA咽AAAAAAA ，

29、、，、，、，、，、，、EJ、】，、，nU唱i内Ln4nLnL AAA ，、，、，、. . . . . . . . . . C A.23 ) C A.24 ) ( A.25) ( A.26) ( A.27 ) ( A.28 ) 、，nu qL A rk . . 、，、，、Jnu唱inLquqdqd AAA ，、，E、，、. . . . . . . . . . CJ/T 475-2015 P =Pl+ !1Pl ( A.33 ) A.2.5 按上述步骤重复计算，直至第j组，计算出AP。如果I!1P I110，则p！即为待求参数KLaa同理，如果！API110，则P+I即为待求参数C;a 11 CJ

30、/T 475-2015 附录B（资料性附录）101.325 kPa大气压、不同水温下的饱和溶解氧B.1 101.325 kPa大气压、不同水温下的饱和榕解氧浓度见表B.1.表B.1101.325 kPa大气压、不同水温下的饱和溶解草浓度表温度饱和溶解氧（mg/L)温度饱和榕解氧（mg/L)。14.62 21 8.91 1 14.22 22 8.74 2 13.83 23 8.58 3 13.46 24 8.42 4 13.11 25 8.26 5 12.77 26 8.11 6 12.45 27 7.97 7 12.14 28 7.83 8 11.84 29 7.69 9 11.56 30 7

31、.56 10 11.29 31 7.43 11 11.03 32 7.30 12 10.78 33 7.18 13 10.54 34 7.07 14 10.31 35 6.95 15 10.08 36 6.84 16 9.87 37 6.73 17 9.66 38 6.63 18 9.47 39 6.53 19 9.28 40 6.43 20 9.09 12 附录C规范性附录）不同类型曝气器的阻力损失测定中h的计算方法C.1 盘式、板式曝气器对于盘式、板式曝气器，h为水面与盘、板面的距离。C.2 管式曝气器对于管式曝气器，h的计算见式（C.D:h =h1 式中zh1 水面距曝气器上表面的距离，

32、单位为毫米（mm);D 曝气器外径，单位为毫米（mm）。C.3 钟罩形、球冠形曝气器对于钟罩形、球冠形曝气器，h的计算见式（C.2):h=ha+-i-式中zh2-水面距曝气器上表面的距离，单位为毫米（mm);r 曝气器圆切面中心点至曝气器上表面的高度，单位为毫米（mm）。C.4 球型曝气器对于球形曝气器，h的计算见式（C.3):h =h3 +R 式中zh3一一水面距曝气器上表面的距离，单位为毫米（mm);R 曝气器上表面至曝气器上、下半球结合面处的高度，单位为毫米（mm）。C.5 其他类型曝气器对于其他类型的曝气器，视其形状根据相关的几何公式计算。CJ/T 475-2015 ( C.1) (

33、C.2 ) ( C.3 ) 的FONmGH口中华人民共和国城镇建设行业标准微孔晦气器清水氧传质性能测定CJ/T 475-2015 * 中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100029)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址.enJ总编室，（010)68533533发行中心，（010)51780238读者服务部，（010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销* 印张1.25字数28千字2015年6月第一次印刷开本88012301/16 2015年6月第一版* 21. 00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话：（010)68510107书号z155066 2 28781定价CJ/T 475-2015 打印日期：2015年7月7日F002