循環(huán)移動載體生物膜反應(yīng)器水力特性

循環(huán)移動載體生物膜反應(yīng)器水力特性探討

摘要：循環(huán)移動載體生物膜反應(yīng)器是利用表面附著生物膜的填料，在好氧條件下，通過曝氣來實現(xiàn)填料的循環(huán)移動，使水流與填料充分接觸，達到高效處理有機廢水的一種新型工藝，具有生物量高、不堵塞且無需反沖洗等特點。

關(guān)鍵字：循環(huán)移動載體生物膜反應(yīng)器水力特性HydraulicCharaotristicsOfCirculatedMovingCarrierBiofilmReactor

Abstract:Thecirculatedmovingcanierbiofilmreactor(CMCBR)isanewwastewatertreatmenttechniquethatfillerswithbiofilIngrOwingontheirsurfacecireulateinthereactor,thusincreasingcontacteffectbetweenflowandallers.Inthispaper,ithasbeenpmvedthatCMCBRismorelikeaCSTRaccordingtothehydrauliccharacteristicex-periment.usingenergyequationthenowingcharactersarediscussedandsomemainfactorsarepointedout.AerationperfOnnanceisalsocomparedandanalyZedinthedifferentgasflowratesandfillingrates.

Keywords:wastewatertreatment;biofilmreactor;fillingrate;CSTR引言循環(huán)移動載體生物膜反應(yīng)器是利用表面附著生物膜的填料，在好氧條件下，通過曝氣來實現(xiàn)填料的循環(huán)移動，使水流與填料充分接觸，達到高效處理有機廢水的一種新型工藝，具有生物量高、不堵塞且無需反沖洗等特點。在本研究中，填料由聚乙烯材料制成，密度為0.96g／cm3，形狀為小圓柱體（直徑約10mm，高7mm），體內(nèi)有米字支撐，外側(cè)沿徑向伸展許多尾翅。填料在反應(yīng)器內(nèi)的填充比根據(jù)實際需要確定，最高可達到70％。生物膜可附著的比表面積約為500m2／m3，由于生長在該柱形填料外表面的生物膜比內(nèi)表面少得多，實際的附著表面積僅為350m2／m3左右[1]。1流態(tài)特征1．1反應(yīng)器構(gòu)造

循環(huán)移動載體生物膜反應(yīng)器的有效水深1.20m．有效容積172L，由導流板將其分成提升區(qū)和回落區(qū)，見圖1。準1章．狗2候徑水跪流濟流鐵態(tài)

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＝mut2／2-muh2/2+∑ξimut2/2(1)

式中：m——元體的質(zhì)量，g；

g——重力加速度，m/s2

Zh——回落區(qū)氣體的滯留量，無量綱；

Zt——提升區(qū)氣體的滯留量，無量綱；

uh——回落區(qū)液體流速，m／s；

ut——提升區(qū)液體流速，m／s；

h——反應(yīng)器的高度，m；

∑ξi——沿程阻力和局部阻力系數(shù)之和。

（1）式兩邊同時除以mg，得：

（1-Zh）h-（1-Zt）h

＝ut2／2g－ut2／2g+∑ξiut2/2g（2）

由于在提升區(qū)曝氣，大量氣體在提升區(qū)上部逸出，回落區(qū)夾帶的氣體滯留量很小，與提升區(qū)相比可忽略不計，即Zh≈0上式可簡化得：

Zth＝ut2/2g-ut2/2g+∑ξiut2/2g（3）

而uh=(At／Ah）ut

式中：At、Ah——分別為提升區(qū)和回落區(qū)的橫截面積，得：

Zt=ut2（1－At2／Ah2+∑ξi)／2gh鑒佩舌墊施宜（驢4晚）

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Na2SO3+(1/2)O2→Na2SO4表2在不同填充比時，填料的運動速度與氣量的關(guān)系氣量（m3.h-1)填料在提升區(qū)上升速度/（s.m-1)填料在回落區(qū)上升速度/（s.m-1)填充比50%填充比30%填充比50%填充比30%0.50.100.190.0500.150.60.130.230.0670.200.70.150.340.0800.210.80.170.400.0830.230.90.200.460.1000.311.00.230.500.1600.35理論上與1mg的氧完全反應(yīng)需要7.9mg的亞硫酸鈉，但是為了使液體完全脫氧，向水中添加的量要大于理論值[3]，實際投加量為每1mg的氧投加8-12mgNa2SO3和0.2－0.5mg的CoCl2。在溶解氧為時穩(wěn)定的狀態(tài)下，進行曝氣充氧，待反應(yīng)器內(nèi)的載體循環(huán)移動后再控制氣量，每隔一段時間測定溶解氧值，直到飽和為止。水中溶解氧的變化率或轉(zhuǎn)移率，可用如下公式[4]表示：

dC／dt＝KLa（Cs－C）（6）

積分得：

Ln（Cs－C）＝－KLat＋b（7）

式中：KLa——氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)，表示在曝氣過程中氧的總傳遞性；

Cs——飽和溶解氧濃度，mg／L；

C——溶解氧濃度，mg／L；

t——時間，min；

b——積分常數(shù)。

根據(jù)充氧過程中C－t關(guān)系，作Ln（Cs－C）-t的曲線，可得到一條直線，其斜率為-KLa，曲線越陡，說明KLa值越大，氧傳遞的阻力越小，氧傳遞的速度也越快。

本試驗采用0.6、0.8和1.0m3／h三組不同的氣量，在填料填充比為0、30％和50％時進行試驗，數(shù)據(jù)見表3。表3

KLa與填充比及氣量的關(guān)系填充比/%氣量/（m3.h-1)KLa/min-100.60.12280.80.19271.00.1310300.60.14530.80.14331.00.1369500.60.22290.80.19801.00.2076在0、30％和50％三個不同的填充比下，其氧轉(zhuǎn)移系數(shù)的平均值分別為0.14、0.142和0.21?？梢?，隨著填充比的增加，氧轉(zhuǎn)移系數(shù)呈上升的趨勢。在較低的通氣量時，隨著氣量的增加，反應(yīng)器氧轉(zhuǎn)移系數(shù)增加。這是因為氣體由孔口釋放后，在上升過程中，除受到紊動水流的剪切力外，還在上升過程中由勢能轉(zhuǎn)化為動能，利用其自身的動能撞擊載體表面，使氣泡破裂，直徑進一步減小，相應(yīng)增大了接觸面積。而且，小氣泡在載體空隙內(nèi)頂托水流，迫使空隙內(nèi)的水流迅速循環(huán)，相互混合，使氣泡在上升過程中由接觸到更多水流。同時，水流紊動的加強，也有利于氣液兩相界面的更新，從而可促進氧的利用率。但是氧傳遞系數(shù)并不總隨氣量的增加而增加，當氣量大幅度提高時，形成的氣泡直徑增大，在液相中停留的時間短，氧的利用率反而會下降。3小結(jié)①CMCBR的水流流態(tài)為完全混合，原水進入反應(yīng)器中與循環(huán)水混合稀釋，均勻分散到整個反應(yīng)器中。

②反應(yīng)器中液體循環(huán)混合狀況與供氣量、導流板距反應(yīng)器底部的距離及提升區(qū)和回落區(qū)面積之比有關(guān)，權(quán)衡去除效率和經(jīng)濟因素，實驗中導流板距反應(yīng)器底部的距離取250mm，提升區(qū)與回落區(qū)面積之比2／3。

③隨著填充比的增加．氧轉(zhuǎn)移系數(shù)逐漸上升，鑒于循環(huán)流速的限制，50％的填充比較合適。

④水流紊動的加強也有利于氧的利用，但氣量過高時，氧的利用率反而會下降。參考文獻：[1]Bj￠mRusten,etal.MovingBedBiofilmReactorsand