循环移动载体生物膜反应器水力特性探讨Word格式文档下载.docx

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　　而uh=（At／Ah）ut

At、Ah——分别为提升区和回落区的横截面积，得：

　　　　　Zt=ut2（1－At2／Ah2+∑ξi）／2gh　　　　（4）

　　假定提升区气体滞流量二；

与供气量Qg成正比，即Zt＝KQg，代入得：

　　　　KQg=ut2（1－At2／Ah2+∑ξi）／2gh　　　　　　（5）

　　由式（5）可知：

　　①气量Qg对反应器中液体的循环及混合情况影响很大。

当Qg和h一定时，循环速度与提升区和回落区的面积之比At／Ah、阻力系数有关。

　　②影响阻力系数ξi的主要因素是导流板底与反应器底之间的距离，因为回落区下向流动流体在导流板底部经180度转弯进人提升区而向上流动，这种流动方向的改变造成的水头损失较大。

当Qg和h固定时，导流板底与反应器底部的距离越大，则阻力越小，循环速度越大。

　　③若Qg固定，导流板上下位置固定，左右位置也固定（At／Ah固定），增大反应器的有效水深h，虽然流体的沿程阻力损失也增大，但其增大幅度小于h的增大，所以上升流速也增大。

　　④若At／Ah固定，h一定，气量Qg越大，ut越大，也就是说，在已经确定了反应器的设计参数后，只能通过控制气量Qg来控制反应器内的循环移动速度。

但Qg变大，能耗将增加而使处理工艺不经济。

　　本试验所用的循环移动载体生物膜反应器导流板距反应器底部的距离为250mm，提升区与回落区的横截面积比2／3，提升区的水流速度大于回落区，有利于载体的循环移动。

　　试验表明，反应器内的循环速度越大，越有利于流体通过剪切作用脱除过厚的生物膜，保持较高的生物活性。

但如果循环速度过大，则载体表面的生物膜很薄，大部分生物以悬浮状态存在而且如果发生在反应器的启动初期，将造成挂膜困难。

　　为了实现载体的提升循环，曝气量必定存在一个最低值。

随着气速的增加，载体在提升区的上升速度和回落区的下沉速度均增大；

随着填充比的增加，在相同气速下载体的运动速度减小。

在不同填充比时，填料的运动速度与气速的关系见表2。

2充氧性能

　　循环移动载体生物膜反应器采用鼓风曝气，空压机送出的压缩空气先进人贮气罐，在稳压阀控制下，用微孔曝气头曝气。

本试验用氧转移系数KLa来评价空气扩散装置的供氧能力，利用亚硫酸钠和催化剂氯化钻进行脱氧，化学反应式为：

　　　　Na2SO3+（1/2）O2→Na2SO4

表2在不同填充比时，填料的运动速度与气量的关系

气量（m3.h-1）

填料在提升区上升速度/（s.m-1）

填料在回落区上升速度/（s.m-1）

填充比50%

填充比30%

0.5

0.10

0.19

0.050

0.15

0.6

0.13

0.23

0.067

0.20

0.7

0.34

0.080

0.21

0.8

0.17

0.40

0.083

0.9

0.46

0.100

0.31

1.0

0.50

0.160

0.35

　　理论上与1mg的氧完全反应需要7.9mg的亚硫酸钠，但是为了使液体完全脱氧，向水中添加的量要大于理论值[3]，实际投加量为每1mg的氧投加8-12mgNa2SO3和0.2－0.5mg的CoCl2。

在溶解氧为时稳定的状态下，进行曝气充氧，待反应器内的载体循环移动后再控制气量，每隔一段时间测定溶解氧值，直到饱和为止。

水中溶解氧的变化率或转移率，可用如下公式[4]表示：

　　　　　　dC／dt＝KLa（Cs－C）　（6）

　　积分得：

　　　　　　Ln（Cs－C）＝－KLat＋b（7）

KLa——氧总转移系数，表示在曝气过程中氧的总传递性；

　　　　　Cs——饱和溶解氧浓度，mg／L；

　　　　　C——溶解氧浓度，mg／L；

　　　　　t——时间，min；

　　　　　b——积分常数。

　　根据充氧过程中C－t关系，作Ln（Cs－C）-t的曲线，可得到一条直线，其斜率为-KLa，曲线越陡，说明KLa值越大，氧传递的阻力越小，氧传递的速度也越快。

　　本试验采用0.6、0.8和1.0m3／h三组不同的气量，在填料填充比为0、30％和50％时进行试验，数据见表3。

表3 

KLa与填充比及气量的关系

填充比/%

气量/（m3.h-1）

KLa/min-1

0.1228

0.1927

0.1310

30

0.1453

0.1433

0.1369

50

0.2229

0.1980

0.2076

　　在0、30％和50％三个不同的填充比下，其氧转移系数的平均值分别为0.14、0.142和0.21。

可见，随着填充比的增加，氧转移系数呈上升的趋势。

在较低的通气量时，随着气量的增加，反应器氧转移系数增加。

这是因为气体由孔口释放后，在上升过程中，除受到紊动水流的剪切力外，还在上升过程中由势能转化为动能，利用其自身的动能撞击载体表面，使气泡破裂，直径进一步减小，相应增大了接触面积。

而且，小气泡在载体空隙内顶托水流，迫使空隙内的水流迅速循环，相互混合，使气泡在上升过程中由接触到更多水流。

同时，水流紊动的加强，也有利于气液两相界面的更新，从而可促进氧的利用率。

但是氧传递系数并不总随气量的增加而增加，当气量大幅度提高时，形成的气泡直径增大，在液相中停留的时间短，氧的利用率反而会下降。

3小结

　　①CMCBR的水流流态为完全混合，原水进入反应器中与循环水混合稀释，均匀分散到整个反应器中。

　　②反应器中液体循环混合状况与供气量、导流板距反应器底部的距离及提升区和回落区面积之比有关，权衡去除效率和经济因素，实验中导流板距反应器底部的距离取250mm，提升区与回落区面积之比2／3。

　　③随着填充比的增加．氧转移系数逐渐上升，鉴于循环流速的限制，50％的填充比较合适。

　　④水流紊动的加强也有利于氧的利用，但气量过高时，氧的利用率反而会下降。

压力溶气气浮+低压膜工艺在中水回用中的应用

一、概述

　　水问题已经成为我国经济可持续发展的制约因素，并将成为21世纪我国经济发展最突出的问题。

实现污水资源化具有明显的环境效益、经济效益和社会效益，是保护水资源和使水资源增值的有效途径，同时也会大大的缓解我国水资源的紧缺。

　　在水的社会循环中，污水的再生与回用是关键的环节。

将大部分的废水经过再生处理后回用，一方面可以缓解水资源短缺的局面，高效地利用有限的淡水资源，同时又减少了排放至自然水体的污染物总量，具有多方面的功效。

因此，水的再生与回用是环境保护、水污染防治的主要途径，是社会和经济可持续发展战略的重要环节，已经成为世界各国解决水问题的必选策略。

　　随着现代环保技术的日益完善和发展，膜技术作为中水回用处理的主体技术得到了广泛的应用和认可。

传统膜技术为主体的中水回用处理技术前置处理均以机械过滤、多介质过滤、活性炭过滤为主，均需要反冲洗和活性炭的再生利用，整体设备运行费用较高，占地面积大。

而采用压力溶气气浮代替传统机械过滤进行前处理，能收到良好的效果，而且能够节约占地面积和运行费用。

工艺流程

工艺说明：

　　本处理工艺分为前置处理和后续处理两个阶段，前置处理根据不同的水质在管道中投加由我公司配备的高效絮凝剂，压力溶气罐提供压缩空气产生细小气泡，气浮反应罐中去除大量有机物、金属离子、色度、溶解性固体、盐分等物质。

前置处理后出水进入保安过滤器、膜过滤进行后续处理，出水用于生产或生活回用。

工艺特点：

　　本工艺采用物理方法取代传统的机械过滤、多介质过滤、活性炭过滤，无需活性炭再生、反洗等维护保养，在气浮反应罐中有机物分离快，时间短，处理出水稳定、效果显著，能够减小后续膜处理的进水负荷。

整体设备占地面积比机械过滤节省50%，运行费用节省40%。

二、工程实际效果

　　以下是10吨/小时中试设备处理效果：

（监测主要指标）

（一） 

中国石化某炼油公司污水处理厂排水处理效果：

（表1）

监测时间：

2004年11月15日~2004年11月20日

检测项目

进水水质

膜出水水质

去除率

生活饮用水标准

PH

7.1

7.3

6.5~8.5

色度

35

3

91.43%

不超过15度

CODcr

49

10

79.59%

石油类

3.12

0.2

93.59%

挥发酚

0.26

未检出

99.99%

0.002

硫化物

0.43

76.74%

（二） 

某塑料电镀厂污水处理厂排水处理效果：

（表2）

2004年11月5日~2004年11月10日

总铜

0.198

0.029

85.35%

总锌

0.489

0.034

93.05%

总铬

0.295

0.05

总镍

0.645

0.024

96.28%

（三） 

宁波某纸业公司污水处理厂排水处理效果：

（表3）

2004年11月11日~2004年11月16日

7.5

碱度（mmol/L）

3.2

1.27

60.31%

硬度

720.72

232.53

67.74%

450

85.0

2.1

97.53%

氯化物

425.08

149.74

64.77%

250

98.26

23.06

76.53%

（四） 

宁波某纺织品有限公司漂染厂污水处理厂排水处理效果：

（表4）

2004年11月20日~2004年11月25日

7.8

6.7

总碱度（mmol/L）

0.63

0.11

357

32.6

90.87%

总硬度

860

120

86.05%

92.85

25.00

73.07%

总铁

0.142

0.035

75.35%

0.3

总锰

0.126

0.040

68.25%

0.1

（五） 

深圳某工程设备有限公司磷化喷涂废水处理效果：

（表5）

2004年12月8日~2004年12月13日

5.6

1

97.14%

75

14

81.33%

23

5

78.26%

554.51

100.10

81.95%

PO43-（以P计）

69.77%

SS

81

93.83%

10吨/小时中试设备设计参数指标：

（表6）

项 

目

单 

位

参 

数

处理量

M3/h

表面负荷

M3/m2·

h

2~3

反应时间

Min

6

接触时间

清水上升时间

mm/s

2.0

出水浊度

mg/L

≤5

压力

Kg/cm2

采用膜组件参数：

（表7）

结构

毛细管式中空纤维膜丝

切割分子量

10万道尔顿（葡聚糖）

标称膜面积

约4.84m2

工作压力

0.2Mpa

PH范围

2~13

最高耐压

0.4Mpa

　　从以上效果可以明显看出，改用压力溶气气浮工艺取代机械过滤工艺出水水质效果良好明显优于《生活饮用水标准》（GB5749-85），而且可降低成本。

三、经济分析

（一）、实际运行成本分析（10吨/小时中试设备）：

　　设备总装机容量4Kw，调节池提升泵撞装机容量1Kw，每天运行24小时计，则该中水回用系统单位能耗为0.5Kw·

h/m3。

运行过程中加入药剂为高效絮凝剂和阻垢剂，设备自动化程度较高进出水均配备在线监测设备，24小时运行仅需一人监测。

表8运行成本分析

项目

定额

单价

运行费用

电费

0.5Kw·

h/m3

0.8元/Kw·

0.40元/吨

折旧费

0.31元/吨

人工费

1200元/月·

人

0.02元/吨

药剂费

0.05元/吨

运行成本

0.78元/吨

　　以上数据均为实地运行检测结果。

结果表明该工艺运行成本比传统机械过滤运行成本（1.30元/吨）节约40%。

（二）、设备占地面积：

（以10吨/小时设备实测）

　　压力溶气气浮和膜处理一体化整体设备占地面积：

7.14m2（长3400mm×

宽2100mm），

　　设备占地容积：

18.56m3（高2600mm）。

　　以上结果表明该工艺和膜处理工艺结合制成整体一体化设备后占地面积比传统机械过滤的整体化设备节约50%占地面积。

四、结论

　　综合以上资料表明，采用压力溶气气浮工艺取代传统机械过滤是完全可行的，出水水质

　　完全可达自来水标准，而且可节约投资成本，运行成本以及节约占地面积。