实验四 水中充氧
一、实验目的
1.了解实验室利用清水测定氧转移系数的方法； 2.掌握试验的方法步骤及数据的整理。 二、实验原理
先用还原剂亚硫酸钠将清水中的氧消除，用氯化钴作催化剂。当水中氧的浓度为零后，测出不同时间水中的复氧浓度。
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)(图1)，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，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，所以氧的转移阻力集中在双膜上。 根据传质原理，氧向水中转移速率与水中亏氧量及水、气接触面积成正比。
图1 双膜理论示意图
dc
=KL⋅a(CS-CL)(毫克／升·分) (1) dt
2
3
式中：KL——氧转移系数(米／分)； a＝A／V，米／米；
Cs——水中饱和溶解氧，毫克／升； CL——t时间水中实际溶解氧，毫克／升。
(1)式中，氧转移系数KL及接触界面积A难于计量，实验上采用总转移系数KLα。 即：
dc
=KLa(CS-CL) (2) dt
分离变量积分，得：1n(Cs-Ct)＝1n(Cs—C0)- KLα
t
或lg(CS-Ct)=lg(CS-C0)-
KLa
t (3) 2.3
(3)式是关于(Cs—Ct)与t的单对数直线方程，KLa/2.3为直线的斜率，所以可以通过实测的一组不同时间复氧浓度数据，来求出KLa等参数。 三、实验仪器及设备
1.穿孔管鼓风曝气机或平板叶轮表曝机。 2.溶解氧测定仪。 3.水槽。 4.量筒。 四、实验步骤
1.在水槽中装入一定量的清水，用量筒测定其体积。用溶氧仪测定清水中的溶解氧含量。 2.计算并加入一定量的还原剂亚硫酸钠和氯化钴。 计算方法：
1
O2→Na2SO4 21
则有 Na2SO3/O2=126/16=7.9
2
据反应式：Na2SO3+
一般在20℃水温时，氧的饱和浓度是9.17mg／Ｌ，而每还原１mg的氧需7.9mg的Na2SO3。所以亚硫酸钠用量为72.4mg／Ｌ，一般实用量为100mg/L。
氯化钴的用量按8mg/L计算。
根据水槽中水体积计算出用药量，并加入水中搅拌、混和。一般1-2分钟即可将氧全部消除掉。
3.当水中氧显示为零时，开动曝气装置，并用溶氧仪每隔一段时间测定水中的溶解氧(5分钟以前半分钟或一分钟测一次，5分钟以后，5分钟或10分钟测一次)。溶氧仪的探头应放置在水一半深处。
4.实验过程中，应测定清水溶解氧、温度、空气溶解氧、室温等有关数据。
图2 直线图解示意图
五、实验结果
①由于在清水中做试验，所以(3)式中C0＝0，即： lg(CS-Ct)=lgCS-
KLa
t (4) 2.3
式中：Cs——试验条件下清水的溶解氧饱和浓度(mg／L)； Ct——不同t时间的溶解氧浓度(mg/L)； KLa——氧总转移系数(1／分)。
利用（4）式，将实测资料在单对数纸上绘成直线图（见图2）。量出相应的KLα及Cs， 可用KLa(20)=
KLa(T)
进行修正。 (T-20)
1.024
1.013⨯105
CS(760)=CS(p)
p
dc
=KLaCS(mgO2/L⋅h) ②氧传递速率dt
③充氧能力OC=KLa⋅CS⋅V
(mgO2/h)
实验四 水中充氧
一、实验目的
1.了解实验室利用清水测定氧转移系数的方法； 2.掌握试验的方法步骤及数据的整理。 二、实验原理
先用还原剂亚硫酸钠将清水中的氧消除，用氯化钴作催化剂。当水中氧的浓度为零后，测出不同时间水中的复氧浓度。
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)(图1)，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，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，所以氧的转移阻力集中在双膜上。 根据传质原理，氧向水中转移速率与水中亏氧量及水、气接触面积成正比。
图1 双膜理论示意图
dc
=KL⋅a(CS-CL)(毫克／升·分) (1) dt
2
3
式中：KL——氧转移系数(米／分)； a＝A／V，米／米；
Cs——水中饱和溶解氧，毫克／升； CL——t时间水中实际溶解氧，毫克／升。
(1)式中，氧转移系数KL及接触界面积A难于计量，实验上采用总转移系数KLα。 即：
dc
=KLa(CS-CL) (2) dt
分离变量积分，得：1n(Cs-Ct)＝1n(Cs—C0)- KLα
t
或lg(CS-Ct)=lg(CS-C0)-
KLa
t (3) 2.3
(3)式是关于(Cs—Ct)与t的单对数直线方程，KLa/2.3为直线的斜率，所以可以通过实测的一组不同时间复氧浓度数据，来求出KLa等参数。 三、实验仪器及设备
1.穿孔管鼓风曝气机或平板叶轮表曝机。 2.溶解氧测定仪。 3.水槽。 4.量筒。 四、实验步骤
1.在水槽中装入一定量的清水，用量筒测定其体积。用溶氧仪测定清水中的溶解氧含量。 2.计算并加入一定量的还原剂亚硫酸钠和氯化钴。 计算方法：
1
O2→Na2SO4 21
则有 Na2SO3/O2=126/16=7.9
2
据反应式：Na2SO3+
一般在20℃水温时，氧的饱和浓度是9.17mg／Ｌ，而每还原１mg的氧需7.9mg的Na2SO3。所以亚硫酸钠用量为72.4mg／Ｌ，一般实用量为100mg/L。
氯化钴的用量按8mg/L计算。
根据水槽中水体积计算出用药量，并加入水中搅拌、混和。一般1-2分钟即可将氧全部消除掉。
3.当水中氧显示为零时，开动曝气装置，并用溶氧仪每隔一段时间测定水中的溶解氧(5分钟以前半分钟或一分钟测一次，5分钟以后，5分钟或10分钟测一次)。溶氧仪的探头应放置在水一半深处。
4.实验过程中，应测定清水溶解氧、温度、空气溶解氧、室温等有关数据。
图2 直线图解示意图
五、实验结果
①由于在清水中做试验，所以(3)式中C0＝0，即： lg(CS-Ct)=lgCS-
KLa
t (4) 2.3
式中：Cs——试验条件下清水的溶解氧饱和浓度(mg／L)； Ct——不同t时间的溶解氧浓度(mg/L)； KLa——氧总转移系数(1／分)。
利用（4）式，将实测资料在单对数纸上绘成直线图（见图2）。量出相应的KLα及Cs， 可用KLa(20)=
KLa(T)
进行修正。 (T-20)
1.024
1.013⨯105
CS(760)=CS(p)
p
dc
=KLaCS(mgO2/L⋅h) ②氧传递速率dt
③充氧能力OC=KLa⋅CS⋅V
(mgO2/h)