CN103776570B - 一种水平轴表面曝气设备充氧效率的在线测试方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水平轴表面曝气设备充氧效率的在线测试方法与装置，其包括以下步骤：1）测量水平轴表面曝气设备的轴功率N；2）在水平轴表面曝气设备前选取测点一，在水平轴表面曝气设备后间隔选取测点二和测点三，并测量测点一到测点三的以下参数：①测量测点一、二和三处的溶解氧浓度DO₁、DO₂、DO₃和流速v₁、v₂、v₃，并取测点一、二和三处流速的平均值作为氧化沟内混合液流速v＝1/3(v₁+v₂+v₃)；②测量测点一和测点二的水平距离L₁，以及测点二和测点三的水平距离L₂；③测量氧化沟横截面积A，并计算氧化沟内瞬时流量Q＝v·A；3）计算水平轴表面曝气设备的充氧效率E。本发明可以广泛用于污水厂运行管理及智能控制领域。

Description

一种水平轴表面曝气设备充氧效率的在线测试方法与装置

技术领域

本发明涉及一种曝气设备充氧效率的测试方法与装置，特别是关于一种水平轴表面曝气设备充氧效率的在线测试方法与装置。

背景技术

污水处理中氧化沟工艺以其处理流程简单、处理效果稳定、管理维护方便、投资和运行费用较低、排泥量少及抗冲击负荷能力强等特点，在我国污水处理行业得到了广泛的应用。随着出水水质标准的不断提高以及节能降耗的要求，污水处理厂在实际运行过程中需要对曝气设备进行精细化管理。而根据曝气设备在实际工况下的充氧效率，可以有步骤地改善工艺运行效果和降低运行成本。因此，测试和分析曝气设备在实际工况下的充氧效率十分重要。在曝气设备中，水平轴表面曝气设备是氧化沟处理工艺的关键设备，该设备兼有充氧、推进、混合等功能，类型多样，应用广泛，其一般包括曝气转碟机和曝气转刷机。考察水平轴曝气设备充氧能力和能量利用率的重要指标是充氧效率，充氧效率是曝气设备在输入单位功率时氧的转移量,充氧效率的高低会影响到氧化沟对化学需氧量（COD，Chemical Oxygen Demand）和氨氮的去除效率，同时也影响到运行能耗的高低，其为一个综合性的重要经济参数。水平轴表面曝气设备充氧效率取决于该设备的性能、污水水质和运行条件等。

水平轴表面曝气设备充氧性能参数一般由设备生产厂家提供的清水充氧效率，然后乘以经验系数近似计算实际工况下的充氧能力。清水充氧测试原理为“消氧-复氧”过程，方法概括如下：首先，利用亚硫酸钠和氯化钴将测试水池内的清水脱氧为零。然后，开启曝气转碟或转刷充氧直至氧化沟内清水溶解氧接近饱和溶解氧值，记录清水溶解氧上升曲线，利用双膜扩散理论计算得出氧传质系数（K_La），再根据水池体积与饱和溶解氧值计算得出水平轴表面曝气设备的充氧量。然而在实际工况下直接测试水平轴表面曝气设备的充氧性能时，不适合采用清水测试的“消氧-复氧”方法，这是因为大型反应池内“消氧”的代价高、时间长，且氧化沟内水体为活性污泥和污水的混合液，该过程不仅会消耗大量的亚硫酸钠和氯化钴药品，而且会引入大量的盐，因此改变污泥的渗透压，同时氯化钴有一定的毒性，这些都会影响活性污泥的活性。因此，水平轴表面曝气设备在污水和清水中的充氧能力有较大不同；此外，水平轴表面曝气设备充氧能力还受到淹没深度、水温等条件的综合影响。因此，根据清水测试结果近似估算的方法难以满足设备精细控制的要求，亟需研究在不影响氧化沟正常运行的情况下，原位测试曝气转碟或转刷在污水中的实际充氧效率的方法，从而支持污水处理厂的优化运行和精细管理，弥补清水充氧参数的不足。

在目前已有的原位测试曝气设备充氧性能的方法中，针对鼓风曝气系统，已有尾气法和呼吸速率法。在尾气法中，通过测试逸散气体中氧含量，对比新鲜空气中的氧含量，可以计算氧的转移效率，从而估算鼓风曝气系统的充氧性能。由于水平表面曝气设备没有逸散气体，因此无法应用尾气法来测试水平轴表面曝气设备的充氧性能。在呼吸速率法中，通过离线测试活性污泥的呼吸速率，根据充氧速率和耗氧速率相等的假设，可以估算鼓风曝气系统的充氧系数。由于水平轴表面曝气设备安装在固定位置曝气，因此不存在鼓风曝气的连续充氧特征，也就不存在充氧速率和耗氧速率的平衡过程，因此上述测试方法也不适合水平轴表面曝气设备。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种在不影响氧化沟实际运行的水平轴表面曝气设备充氧效率的在线测试方法与装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种水平轴表面曝气设备充氧效率的在线测试方法，其包括以下步骤：1）测量水平轴表面曝气设备的轴功率N；2）在水平轴表面曝气设备前选取测点一，在水平轴表面曝气设备后间隔选取测点二和测点三，并测量测点一到测点三的以下参数：①测量测点一、二和三处的溶解氧浓度DO₁、DO₂、DO₃和流速v₁、v₂、v₃，并取测点一、二和三处流速的平均值作为氧化沟内混合液流速v＝1/3(v₁+v₂+v₃)；②测量测点一和测点二的水平距离L₁，以及测点二和测点三的水平距离L₂；③测量氧化沟横截面积A，并计算氧化沟内瞬时流量Q＝v·A；3）通过以下公式计算水平轴表面曝气设备的充氧效率E： $E=3.6\×(-{\mathrm{DO}}_1+\frac{L_1}{L_2}{\mathrm{DO}}_2-\frac{L_1-L_2}{L_2}{\mathrm{DO}}_3)\·\frac{Q}{N};$ 上式中，3.6是单位转化系数。

上述水平轴表面曝气设备的充氧效率E的推导过程如下：在氧化沟内混合液流动的过程中，在水平轴表面曝气设备的前、后位置，氧化沟内溶解氧存在如下的物质平衡表达式：

(DO₃-DO₁)·V+OUR·V·Δt-S·Δt＝0 （1）

V＝L₁·A （2）

$\mathrm{OUR}=\frac{{\mathrm{DO}}_2-{\mathrm{DO}}_3}{L_2/v}---\left(3\right)$

Δt＝L₁/v （4）

上式中，V是测点一到测点三之间的混合液体积，OUR是混合液中活性污泥的总耗氧速率，Δt是混合液流过测点一和测点三的时间，S是水平轴表面曝气设备单位时间内的充氧量；将上述公式（2）-（4）代入公式（1），整理可以得到充氧量S的公式如下：

$S=3.6\×(-{\mathrm{DO}}_1+\frac{L_1}{L_2}{\mathrm{DO}}_2-\frac{L_1-L_2}{L_2}{\mathrm{DO}}_3)\·Q---\left(5\right)$

上式中，3.6是单位转化系数；

则水平轴表面曝气设备的充氧效率E：

$E=\frac{S}{N}=3.6\×(-{\mathrm{DO}}_1+\frac{L_1}{L_2}{\mathrm{DO}}_2-\frac{L_1-L_2}{L_2}{\mathrm{DO}}_3)\·\frac{Q}{N}.---\left(6\right)$

当水平轴表面曝气设备采用转碟曝气机时，单台碟片充氧效率S_DN： $S_{\mathrm{DN}}=\frac{S}{\mathrm{DN}}=3.6\×(-{\mathrm{DO}}_1+\frac{L_1}{L_2}{\mathrm{DO}}_2-\frac{L_1-L_2}{L_2}{\mathrm{DO}}_3)\·\frac{Q}{\mathrm{DN}};$ 上式中，DN是转碟曝气机片数。

一种实现水平轴表面曝气设备充氧效率的在线测试方法的装置，其特征在于：它包括一测量杆、一流速探头、一溶解氧探头、一测试仪表显示器和一套筒；所述测量杆外表面具有刻度线，其底端与所述流速探头紧固连接，所述溶解氧探头紧固连接在所述流速探头的上方的所述测量杆上，所述流速探头和所述溶解氧探头分别电连接所述测试仪表显示器；所述套筒为轴向具有一圆弧开口的圆管，圆管外壁上从上至下依次设置一挂钩和两圆环；所述挂钩固定在氧化沟外设置的护栏的水平扶手上，两所述圆环分别连接在与水平扶手相连的两侧栏杆上；将连接所述流速探头和所述溶解氧探头的所述测量杆从所述套筒的圆弧开口处放入所述套筒内。

所述测量杆由两节以上中空圆形杆组成，所述中空圆形杆的一端为具有外螺纹的公接头，另一端为具有内螺纹的母接头，且公接头和母接头的长度在3cm以上，相邻两个所述中空圆形杆之间螺纹连接；所述中空圆形杆采用公称直径为20mm、壁厚3mm以上且长度为1m的钢管。

所述套筒采用公称直径为40mm的钢管，且沿轴向切开弦长30mm开口。

所述流速探头与所述溶解氧探头之间的垂直距离优选为20cm。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明方法根据大气向氧化沟内混合液中充氧与混合液中氧向大气扩散为平衡状态的理论，测试水平轴表面曝气设备前后的溶解氧浓度、流速和测量点之间的距离计算出水平轴表面曝气设备的充氧效率，采用上述方法可以不影响水平轴表面曝气设备实际运行且原位测试水平轴表面曝气设备在污水中的充氧性能，因此有效弥补了水平轴表面曝气设备只能在清水中测试充氧效率的不足，真实测量水平轴表面曝气设备在污水处理过程中的实际充氧效率，使污水处理厂通过简单、易行、可靠的方法，以便随时掌握水平轴表面曝气设备的曝气效果、运行效率，为污水处理厂的正常运转和降低污水处理成本提供依据，还为评价各种水平轴表面曝气设备在实际运转中的效果提供了理想的方法与测试装置。2、本发明装置既可以同时测定单台或多台水平轴表面曝气设备的充氧效率，又可以测试不同时间单台水平轴表面曝气设备的充氧效率，还可以同时测试多台水平轴表面曝气设备的充氧效率。通过该装置能够得到曝气转碟或转刷的实际充氧量，支持污水处理厂运行人员合理调控水平轴表面曝气设备。本发明可以广泛用于污水厂运行管理及智能控制领域。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图

图2是本发明装置的应用状态示意图

图3是本发明的测量杆示意图

图4是本发明测试方法示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2所示，本发明装置包括一测量杆1、一流速探头2、一溶解氧探头3、一测试仪表显示器4和一套筒5。

其中，测量杆1外表面具有刻度线，其底端与流速探头2紧固连接，溶解氧探头3紧固连接在流速探头2的上方的测量杆1上，流速探头2和溶解氧探头3分别通过电缆线连接测试仪表显示器4。套筒5为轴向具有一圆弧开口的圆管，圆管外壁上从上至下依次设置一挂钩51和两圆环52。套筒5上的挂钩51固定在氧化沟外设置的护栏的水平扶手6上，两圆环52分别通过尼龙绳紧固连接在与水平扶手相连的两侧栏杆7上，以保持套筒5与氧化沟内混合液液面垂直。将连接流速探头2和溶解氧探头3的测量杆1从套筒5的圆弧开口处放入套筒5内，手扶测量杆1未浸入水中的一端并逐渐向下移动测量杆1至需要测试的深度位置，测试仪表显示器4上的数值即为该测量点的流速及溶解氧值，待数据稳定后记录数据。

上述实施例中，如图3所示，测量杆1由两节以上中空圆形杆组成，中空圆形杆的一端为具有外螺纹的公接头，另一端为具有内螺纹的母接头，且公接头和母接头的长度在3cm以上，相邻两个中空圆形杆之间螺纹连接，并根据实际测量中测量需要选取中空圆形杆的个数，从而延伸为需要长度的现场测量杆。

上述实施例中，中空圆形杆采用公称直径为20mm、壁厚3mm以上且长度为1m的钢管。

上述实施例中，流速探头2与溶解氧探头3之间的垂直距离优选为20cm。

上述实施例中，套筒5采用公称直径为40mm的钢管，且沿轴向切开弦长30mm开口。

本发明的方法基于以下原理：如图4所示，以混合液流向从左至右为例进行说明，在氧化沟内水平轴表面曝气设备8前选取测点一，在水平轴表面曝气设备8后间隔选取测点二和测点三。在氧化沟内混合液流动的过程中，在曝气区存在大气中的氧向水中转移的过程：水平轴表面曝气设备8的转碟或转刷一部分浸没入混合液中，通过驱动装置带动转碟或转刷转动，将氧化沟内混合液抛向空中形成微小液滴；由于液滴中的溶解氧含量较低，空气中的氧向微小液滴中迅速扩散，完成充氧过程。混合液经过转碟或转刷时，完成一次充氧，且混合液流到下一个转碟或转刷时，才会继续充氧。在充氧区之间的自由液面上（非曝气区），也存在大气与水中溶解氧的相互扩散过程。但是一般认为大气通过流体自由液面向混合液中充氧与混合液溶解氧向大气扩散处于平衡状态，因此该区域净输入的溶解氧量可以忽略。因此，在水平轴表面曝气设备8的前后位置，氧化沟内溶解氧存在如下的物质平衡表达式：

(DO₃-DO₁)·V+OUR·V·Δt-S·Δt＝0 （1）

V＝L₁·A （2）

$\mathrm{OUR}=\frac{{\mathrm{DO}}_2-{\mathrm{DO}}_3}{L_2/v}---\left(3\right)$

Δt＝L₁/v （4）

上式中，DO₃是水平轴表面曝气设备8后测点三的混合液溶解氧浓度，单位是mg/L；DO₁是水平轴表面曝气设备8前测点一的混合液溶解氧浓度，单位是mg/L；V是测点一到测点三之间的混合液体积，单位是m³；L₁是测点一和测点三之间的水平距离，单位是m；A是氧化沟内混合液横截面积，单位是m²；OUR是混合液中活性污泥的总耗氧速率，单位是mg/(L·min)；DO₂是水平轴表面曝气设备8后测点二的混合溶液溶解氧浓度，单位是mg/L；L₂是测点二和测点三之间的水平距离，单位是m；v是氧化沟内混合液流速，单位是m/s；Δt是混合液流过测点一和测点三的时间，单位是s；S是水平轴表面曝气设备8单位时间内的充氧量，单位是KgO₂/h。

将上述公式（2）-（4）代入公式（1），整理可以得到充氧量S的公式如下：

$S=3.6\×(-{\mathrm{DO}}_1+\frac{L_1}{L_2}{\mathrm{DO}}_2-\frac{L_1-L_2}{L_2}{\mathrm{DO}}_3)\·Q---\left(5\right)$

上式中，3.6是单位转化系数；Q＝v·A是氧化沟内的瞬时流量，单位是m³/s。由公式（5）可知，充氧量S取决于实际测定的测点一、二、三之间相对的水平距离L₁、L₂、L₃，测点一、二、三处的溶解氧浓度DO₁、DO₂、DO₃和氧化沟内的瞬时流量Q。

则水平轴表面曝气设备8的充氧效率E：

$E=\frac{S}{N}=3.6\×(-{\mathrm{DO}}_1+\frac{L_1}{L_2}{\mathrm{DO}}_2-\frac{L_1-L_2}{L_2}{\mathrm{DO}}_3)\·\frac{Q}{N}---\left(6\right)$

上式中，E是水平轴表面曝气设备8的充氧效率，单位是KgO₂/(kW·h)；N是水平轴表面曝气设备8的轴功率，单位是kW。

当水平轴表面曝气设备8采用转碟曝气机时，单台碟片充氧效率S_DN：

$S_{\mathrm{DN}}=\frac{S}{\mathrm{DN}}=3.6\×(-{\mathrm{DO}}_1+\frac{L_1}{L_2}{\mathrm{DO}}_2-\frac{L_1-L_2}{L_2}{\mathrm{DO}}_3)\·\frac{Q}{\mathrm{DN}}---\left(7\right)$

上式中，S_DN是转碟曝气机的单台碟片充氧效率，单位是KgO₂/h；DN是转碟曝气机的转碟片数，单位是ds。

基于以上原理，本发明还提出一种水平轴表面曝气设备充氧效率的在线测试方法，其包括以下步骤：

1）利用功率表测试该水平轴表面曝气设备8的轴功率N；

2）沿氧化沟内混合液流向，水平轴表面曝气设备8前为混合液流向的上游，水平轴表面曝气设备8后为混合液流向的下游，在水平轴表面曝气设备8前选取测点一，在水平轴表面曝气设备8后间隔选取测点二和测点三；

①采用本发明装置分别测量测点一、二和三处的溶解氧浓度DO₁、DO₂、DO₃和流速v₁、v₂、v₃，采用测点一、二、三处流速的平均值作为氧化沟内混合液流速：v＝1/3(v₁+v₂+v₃)；

②测点一和测点二的水平距离L₁，测点二和测点三的水平距离L₂；

③测得氧化沟内混合液横截面积A，可知氧化沟内瞬时流量Q＝v·A；

3）采用上述公式（6）计算水平轴表面曝气设备8的充氧效率E。

上述实施例中，将测点一处氧化沟面均匀分为垂直于混合液流向的两部分，并在这两部分内分别取一测点A₁、A₂，将测点A₁、A₂又分别取垂直于混合液流向的上下两层，采用本发明装置分别测量其上、下两层的溶解氧浓度及流速，并取平均值作为水平轴表面曝气设备8前测点一的溶解氧浓度DO₁。同理，分别在测点二处取B₁、B₂，得到测点二的混合溶液溶解氧浓度DO₂，在测点三处取B₃、B₄，得到测点三的混合溶液溶解氧浓度DO₃，仅以每个测点处分别取两点，其两点又分为两层测量为例，每个测点可以分为多各点，其多点又可以分成多成进行测量，并不限于此。

本发明方法既可以用于单台水平轴表面曝气设备瞬时充氧效率测试，又可以测试不同时间单台水平轴表面曝气设备的充氧效率和同时测试多台水平轴表面曝气设备的充氧效率，以便污水处理厂运行管理人员掌握设备的实际运行工况，还可以为智能控制系统提供数据支持。

实施例1：

单台转碟曝气机充氧效率测试：某污水处理厂Orbal（奥贝尔）氧化沟工艺，外沟采用1800mm曝气转碟，型号为LZ-1.8*550，外沟宽12m，水深4m，栏杆高约1m，采用本发明方法及装置测试外沟直沟段转碟曝气机的充氧效率。

需要测试水面下0.5m处的流速及溶解氧，因此共选用四个测量杆1螺纹连接为现场测杆，测杆上流速探头2与溶解氧探头3之间的垂直距离为20cm。本发明装置中底端的测量杆1没入水面0.5m后停止，观察测试仪表显示器4数据，待数据稳定后记录所测数据。

选定测量位置：测点一的A₁、A₂，测点二的B₁、B₂，测点三的B₃、B₄；各点A₁、A₂、B₁、B₂、B₃、B₄对应垂直向下的深度分别为0.5m、1.5m、2.5m和3.5m处。采用本发明装置分别测量上述24个点的流速及溶解氧，取各自的平均值作为相应测点一、二、三的流速及溶解氧。结果为：测点一的溶解氧浓度DO₁=0.26mg/L，测点二的溶解氧浓度DO₂=0.8mg/L，测点三的溶解氧浓度DO₃=0.29mg/L，氧化沟内混合液流速v＝0.556m/s，测点一和测点二的水平距离L₁=42m，测点二和测点三的水平距离L₂=36m，轴功率N=57.3kW，氧化沟内的瞬时流量Q＝v·A＝0.556×12×4＝26.688m³/s，代入公式（3）可得外沟直沟段单台转碟曝气机的充氧效率E：

$E=3.6\×(-0.26+\frac{42}{36}\×0.8-\frac{42-36}{36}\×0.29)\×\frac{26.688}{57.3}=1.05\mathrm{kg}{O}_2/(\mathrm{kW}\·h)---\left(8\right)$

实施例2：

同一台转碟曝气机在不同时间的充氧效率：根据实施例1的测试方法分别测试某污水厂Orbal氧化沟8#曝气转碟在10点、13点、15点时的充氧效率。测点一到测点三的水平距离L₁=48m，测点二到测点三的水平距离L₂=48m。

测试结果如下：

①时间1（10点）：测点一的溶解氧浓度DO₁=0.41mg/L，测点二的溶解氧浓度DO₂=1.01mg/L，测点三的溶解氧浓度DO₃=0.31mg/L，氧化沟内混合液流速v＝0.516m/s，氧化沟内瞬时流量Q＝v·A＝0.516×12×4＝24.768m³/s，轴功率N=53.1kW，可知转碟曝气机的充氧效率：

$E=3.6\×(-0.41+\frac{48}{42}\×1.01-\frac{48-42}{42}\×0.31)\×\frac{24.768}{53.1}=1.17\mathrm{kg}{O}_2/(\mathrm{kW}\·h)---\left(9\right)$

②时间2（13点）：测点一的溶解氧浓度DO₁=0.26mg/L，测点二的溶解氧浓度DO₂=0.8mg/L，测点三的溶解氧浓度DO₃=0.29mg/L，氧化沟内混合液流速v＝0.523m/s，氧化沟内瞬时流量Q＝v·A＝0.523×12×4＝25.104m³/s，轴功率N=49.6kW，可知转碟曝气机的充氧效率：

$E=3.6\×(-0.26+\frac{48}{42}\×0.8-\frac{48-42}{42}\×0.29)\×\frac{25.104}{49.6}=1.12\mathrm{kg}{O}_2/(\mathrm{kW}\·h)---\left(10\right)$

③时间3（15点）：测点一的溶解氧浓度DO₁=0.41mg/L，测点二的溶解氧浓度DO₂=0.91mg/L，测点三的溶解氧浓度DO₃=0.43mg/L，氧化沟内混合液流速v＝0.607m/s，氧化沟内瞬时流速Q＝v·A＝0.607×12×4＝29.136m³/s，轴功率N=63.9kW，可知转碟曝气机的充氧效率：

$E=3.6\×(-0.41+\frac{48}{42}\×0.91-\frac{48-42}{42}\×0.43)\×\frac{29.136}{63.9}=0.93\mathrm{kg}{O}_2/(\mathrm{kW}\·h)---\left(11\right)$

由实施例2可知：同一台水平轴表面曝气设备在一天不同时间内，充氧效率也是不同的。

实施例3：

同一类型转碟在不同安装位置的充氧效率：根据实施例1的测试方法分别测试某污水厂Orbal氧化沟6#、8#曝气转碟的充氧效率，两台转碟为同一厂家、同一型号产品，均都安装在外沟，6#安装在直沟段，8#安装在弯沟段。

测试结果如下：

①安装位置1安装6#转碟：测点一的溶解氧浓度DO₁=0.46mg/L，测点二的溶解氧浓度DO₂=1.08mg/L，测点三的溶解氧浓度DO₃=0.6mg/L，氧化沟内混合液流速v＝0.472m/s，氧化沟内瞬时流速Q＝v·A＝0.472×12×4＝22.656m³/s，轴功率N=50.9kW，可知曝气转碟的充氧效率：测点一和测点二的水平距离L₁=35m，测点二和测点三的水平距离L₂=29m，可知曝气转碟的充氧效率：

$E=3.6\×(-0.46+\frac{35}{29}\×1.08-\frac{35-29}{29}\×0.6)\×\frac{22.656}{50.9}=1.16\mathrm{kg}{O}_2/(\mathrm{kW}\·h)---\left(12\right)$

②安装位置2安装8#转碟：测点一的溶解氧浓度DO₁=0.45mg/L，测点二的溶解氧浓度DO₂=0.99mg/L，测点三的溶解氧浓度DO₃=0.37mg/L，氧化沟内混合液流速v＝0.529m/s，氧化沟内瞬时流速Q＝v·A＝0.529×12×4＝25.392m³/s，轴功率N=58.6kW，可知曝气转碟的充氧效率：测点一和测点二的水平距离L₁=48m，测点二和测点三的水平距离L₂=42m，可知曝气转碟的充氧效率：

$E=3.6\×(-0.45+\frac{48}{42}\×0.99-\frac{48-42}{42}\×0.37)\×\frac{25.392}{58.6}=0.98\mathrm{kg}{O}_2/(\mathrm{kW}\·h)---\left(13\right)$

由实施例3可知：相同型号的水平轴表面曝气设备因安装位置不同，其充氧效率也是不同的。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种水平轴表面曝气设备充氧效率的在线测试方法，其包括以下步骤：

1)测量水平轴表面曝气设备的轴功率N；

2)在水平轴表面曝气设备前选取测点一，在水平轴表面曝气设备后间隔选取测点二和测点三，并测量测点一到测点三的以下参数：

①测量测点一、二和三处的溶解氧浓度DO₁、DO₂、DO₃和流速v₁、v₂、v₃，并取测点一、二和三处流速的平均值作为氧化沟内混合液流速v＝1/3(v₁+v₂+v₃)；

②测量测点一和测点三的水平距离L₁，以及测点二和测点三的水平距离L₂；

③测量氧化沟横截面积A，并计算氧化沟内瞬时流量Q＝v·A；

3)通过以下公式计算水平轴表面曝气设备的充氧效率E：

$E=3.6\×(-{\mathrm{DO}}_1+\frac{L_1}{L_2}{\mathrm{DO}}_2-\frac{L_1-L_2}{L_2}{\mathrm{DO}}_3)\·\frac{Q}{N}$

上式中，3.6是单位转化系数。

2.如权利要求1所述的一种水平轴表面曝气设备充氧效率的在线测试方法，其特征在于：上述水平轴表面曝气设备的充氧效率E的推导过程如下：

在氧化沟内混合液流动的过程中，在水平轴表面曝气设备的前、后位置，氧化沟内溶解氧存在如下的物质平衡表达式：

(DO₃-DO₁)·V+OUR·V·△t-S·△t＝0 (1)

V＝L₁·A (2)

$OUR=\frac{{\mathrm{DO}}_2-{\mathrm{DO}}_3}{L_2/v}---\left(3\right)$

△t＝L₁/v (4)

上式中，V是测点一到测点三之间的混合液体积，OUR是混合液中活性污泥的总耗氧速率，Δt是混合液流过测点一和测点三的时间，S是水平轴表面曝气设备单位时间内的充氧量；

将上述公式(2)-(4)代入公式(1)，整理可以得到充氧量S的公式如下：

$S=3.6\×(-{\mathrm{DO}}_1+\frac{L_1}{L_2}{\mathrm{DO}}_2-\frac{L_1-L_2}{L_2}{\mathrm{DO}}_3)\·Q---\left(5\right)$

上式中，3.6是单位转化系数；

则水平轴表面曝气设备的充氧效率E：

$E=\frac{S}{N}=3.6\×(-{\mathrm{DO}}_1+\frac{L_1}{L_2}{\mathrm{DO}}_2-\frac{L_1-L_2}{L_2}{\mathrm{DO}}_3)\·\frac{Q}{N}.---\left(6\right)$

3.如权利要求2所述的一种水平轴表面曝气设备充氧效率的在线测试方法，其特征在于：当水平轴表面曝气设备采用转碟曝气机时，单台碟片充氧效率S_DN：

$S_{DN}=\frac{S}{DN}=3.6\×(-{\mathrm{DO}}_1+\frac{L_1}{L_2}{\mathrm{DO}}_2-\frac{L_1-L_2}{L_2}{\mathrm{DO}}_3)\·\frac{Q}{DN}$

上式中，DN是转碟曝气机片数。

4.一种实现如权利要求1～3任一项所述方法的水平轴表面曝气设备充氧效率的在线测试装置，其特征在于：它包括一测量杆、一流速探头、一溶解氧探头、一测试仪表显示器和一套筒；

所述测量杆外表面具有刻度线，其底端与所述流速探头紧固连接，所述溶解氧探头紧固连接在所述流速探头的上方的所述测量杆上，所述流速探头和所述溶解氧探头分别电连接所述测试仪表显示器；所述套筒为轴向具有一圆弧开口的圆管，圆管外壁上从上至下依次设置一挂钩和两圆环；所述挂钩固定在氧化沟外设置的护栏的水平扶手上，两所述圆环分别连接在与水平扶手相连的两侧栏杆上；将连接所述流速探头和所述溶解氧探头的所述测量杆从所述套筒的圆弧开口处放入所述套筒内。

5.如权利要求4所述的一种水平轴表面曝气设备充氧效率的在线测试装置，其特征在于：所述测量杆由两节以上中空圆形杆组成，所述中空圆形杆的一端为具有外螺纹的公接头，另一端为具有内螺纹的母接头，且公接头和母接头的长度在3cm以上，相邻两个所述中空圆形杆之间螺纹连接；所述中空圆形杆采用公称直径为20mm、壁厚3mm以上且长度为1m的钢管。

6.如权利要求4所述的一种水平轴表面曝气设备充氧效率的在线测试装置，其特征在于：所述套筒采用公称直径为40mm的钢管，且沿轴向切开弦长30mm开口。

7.如权利要求5所述的一种水平轴表面曝气设备充氧效率的在线测试装置，其特征在于：所述套筒采用公称直径为40mm的钢管，且沿轴向切开弦长30mm开口。

8.如权利要求5或6或7所述的一种水平轴表面曝气设备充氧效率的在线测试装置，其特征在于：所述流速探头与所述溶解氧探头之间的垂直距离为20cm。