影響循環(huán)移動(dòng)載體生物膜反應(yīng)器性能的因素 2900字

影響循環(huán)移動(dòng)載體生物膜反應(yīng)器性能的因素2900字摘要：對(duì)循環(huán)移動(dòng)載體生物膜反饋器進(jìn)行了研究。通過改變循環(huán)移動(dòng)載體膜生物反饋器的結(jié)構(gòu)尺寸，研究了反饋器內(nèi)氧轉(zhuǎn)移系數(shù)變化。研究結(jié)果認(rèn)為在反饋器的升、降流區(qū)面積之比為2/3，擋板上方液面高度和底隙高度均為25mm，填料的填充比為50%時(shí)，氧轉(zhuǎn)移效率最高。

循環(huán)移動(dòng)載體生物膜反饋器是對(duì)傳統(tǒng)移動(dòng)載體生物膜反饋器進(jìn)行改進(jìn)后的一種新型工藝。在本工藝中，外表附著生物膜的填料在反饋器內(nèi)循環(huán)移動(dòng)，使水流與填料充沛接觸，打消死角與溝流，到達(dá)高效處理有機(jī)廢水的目的。該工藝具有生物量高、能連續(xù)運(yùn)行、無梗塞且不需反沖洗等特點(diǎn)。作為好氧生物污水處理工藝，氧轉(zhuǎn)移效率的上下直接影響著反饋器的處理效率和能耗的上下，對(duì)本工藝而言，反饋器的結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)對(duì)反饋器的充氧能力有著直接、關(guān)鍵的決定性作用。本文結(jié)合模擬反饋器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在理論分析的根底上探討了適宜的反饋?zhàn)锝Y(jié)構(gòu)和操作參數(shù)的選取范圍。

1實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)辦法

影響反饋器充氧性能的結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)主要為反饋器升流區(qū)與降流區(qū)截面積之比、擋板上方的液面高度和底隙高度、曝氣量和填充比的大小等，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的移動(dòng)床反饋器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)確定了如下實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)辦法。

1.1實(shí)驗(yàn)裝置

圖1所示為本試驗(yàn)中采用的循環(huán)移動(dòng)載體生物膜反饋器實(shí)驗(yàn)裝置，外形尺寸為l×w×h=1000mm×250mm×1400mm，由反饋區(qū)和沉淀區(qū)兩局部組成。反饋區(qū)有效水深為1.2m，有效體積為172l，由導(dǎo)流隔板將其分成升流區(qū)和降流區(qū)。內(nèi)裝cls-ⅲ型空心圓柱填料(密度約為0.96g/cm3，比外表積為350m2/m3)，由微孔曝氣管在升流區(qū)進(jìn)行曝氣充氧，造成升流區(qū)和降流區(qū)污水的密度差，從而使液體夾帶領(lǐng)填料在反饋器中不斷地循環(huán)移動(dòng)。

1.2實(shí)驗(yàn)辦法

在不同的結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)條件下，在進(jìn)水中加適量na2s03和催化劑cocl2，使移動(dòng)床中的溶解氧降為零，通人空氣，同時(shí)將溶解氧測定儀放人反饋器中，每隔一定時(shí)間測定溶解氧的變化，根據(jù)ln(cs—c)與時(shí)間的直線關(guān)系，其斜率即為氧轉(zhuǎn)移系數(shù)[1]。

本實(shí)驗(yàn)所測定的數(shù)據(jù)均為清水實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由于移動(dòng)床反饋器內(nèi)水的流態(tài)大致合乎完全混合的特征，反饋器內(nèi)務(wù)區(qū)域水的物理和化學(xué)性質(zhì)相差不大，因此使用清水實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的結(jié)論同樣適用于污水實(shí)驗(yàn)，也可用于實(shí)際生產(chǎn)。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及理論分析

2.1升、降流區(qū)截面積之比(ar/ad)對(duì)充氧能力的影響

理論分析認(rèn)為：當(dāng)較小時(shí)ar/ad，升流區(qū)的流速快，導(dǎo)致氣泡聚并，而且進(jìn)入降流區(qū)時(shí)液體降流速低，缺乏以將氣泡攜帶進(jìn)入此區(qū)，因此降流區(qū)溶解氧濃度變小;當(dāng)ar/ad較大時(shí)，升流區(qū)液流速度較慢，氣泡聚并的時(shí)機(jī)減少，溶解氧變大。但假設(shè)ar/ad過大，氣泡在溶解到液體之前逃逸液面的時(shí)機(jī)增多，導(dǎo)致降流區(qū)的溶解氧濃度急劇下降，反饋器總?cè)芙庋趿恳矔?huì)略有下降。當(dāng)曝氣量為0.75m3h，ar/ad取不同值時(shí)反饋器內(nèi)降流區(qū)混合液溶解氧含量比擬見表1。

從表1可以看出，當(dāng)ar/ad取值范圍在2/3左右時(shí)，(此時(shí)，底隙高度lb。取為250mm)可以得到較好的充氧效果，而其值變大或變小，都會(huì)使反饋器內(nèi)氧轉(zhuǎn)移效率下降。

2.2擋板上方的液面高度lt，與底隙高度lb對(duì)充氧能力的影響

反饋器有效水深確定后，將反饋器升流區(qū)和降流區(qū)隔開的擋板上下位置發(fā)生變化時(shí)，反饋器的氧轉(zhuǎn)移效率和液體循環(huán)速度都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)適當(dāng)增大液面高度lt值，液體循環(huán)速度和氧轉(zhuǎn)移系數(shù)均有所回升，原因可能是升流區(qū)氣泡在逃逸液面之前與液體有更長時(shí)間的接觸將能量傳遞給液相，從而使降流區(qū)的液體下降速度加快。但lt過大，降流區(qū)內(nèi)的填料就會(huì)有一局部通過擋板上端返回到升流區(qū)，影響反饋器內(nèi)填料的正常循環(huán)移動(dòng)。

注：表2數(shù)據(jù)是在ar/ad值取為2/3的條件下測定的，曝氣量為0.75m3/h。溶解氧的質(zhì)量濃度為降流區(qū)內(nèi)混合液曝氣8min后測定的結(jié)果。

從表2中可以看出，當(dāng)lt值變大時(shí)，液體循環(huán)速度和溶解氧的質(zhì)量濃度均有所回升但實(shí)驗(yàn)同時(shí)發(fā)現(xiàn)lt值超過250mm后液面局部填料會(huì)出現(xiàn)短流現(xiàn)象，而加大液體循環(huán)速度至15cm/s后，lt值可到達(dá)350mm，但此時(shí)能耗將大幅度增加，因此當(dāng)液體速度在10cm/s左右時(shí)，取lt值為250mm。

底隙高度lb。是指曝氣裝置到擋板的垂直距離，它是一個(gè)重要的參數(shù)。如果lb過小，那么液體流動(dòng)阻力大，會(huì)降低液體循環(huán)速度和含氣率，且生物載體在由降流區(qū)進(jìn)入升流區(qū)時(shí)受到的剪切作用大，不利于生物膜的生長;如果lb過大，那么由曝氣裝置出來的局部氣泡會(huì)進(jìn)入降流區(qū)，同樣降低液體循環(huán)速度和含氣率，甚至導(dǎo)致流型的改變，而影響反饋器的性能。本試驗(yàn)取底隙高度lb值為250mm，表1的試驗(yàn)結(jié)果證明這一取值是合理的。

2.3曝氣量與填充比對(duì)氧轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響

曝氣量和填充比是移動(dòng)床反饋器關(guān)鍵性的操作參數(shù)之一，它們的取值直接影響著反饋器氧轉(zhuǎn)移效率的大小，不同填充比下氧轉(zhuǎn)移系數(shù)隨氣量的變化關(guān)系曲線見圖2，不同氣量下氧轉(zhuǎn)移系數(shù)隨填充比的變化關(guān)系曲線見圖3。

試驗(yàn)說明：曝氣量和填充比同時(shí)影響著氧轉(zhuǎn)移系數(shù)。在無填料的情況下，曝氣量是主導(dǎo)因素：氧轉(zhuǎn)移系數(shù)隨著曝氣量的增加先增大而又減小。因?yàn)樵诘蜌饬康臈l件下，隨著氣體流量的增大，含氣率增大，相應(yīng)地增大了氣液接觸面積;而當(dāng)氣體流量增大到一定程度后，曝氣產(chǎn)生的氣泡直徑變大，回升速度快，氣泡更易于逃逸，使氧轉(zhuǎn)移系數(shù)降低。

在一定的填充比的情況下，一方面由于填料占據(jù)本來的一局部液體空間導(dǎo)致反饋器內(nèi)含氣率下降，另一方面由于填料切割氣泡的作用使氣泡直徑變小而增大轉(zhuǎn)移系數(shù)。從圖中可以看出，在氣量為0.8m3/h時(shí)，填充比為0時(shí)的kla。值大于填充比為30%時(shí)的kla。這可能是因?yàn)樵跓o填料填充時(shí)，0.8m3/h左右的曝氣量使氧轉(zhuǎn)移系數(shù)到達(dá)最大。而參加30%的填料后，填料占據(jù)液體空間使含氣率下降的作用占主導(dǎo)地位，因此氧轉(zhuǎn)移系數(shù)隨著填料的參加變小。但當(dāng)填充比大于30%后，隨著填充比的增加氧轉(zhuǎn)移系數(shù)增大。

3小結(jié)

①在移動(dòng)床反饋器氧轉(zhuǎn)移效率的各項(xiàng)影響因素中，曝氣量的影響最大，但同時(shí)也不可忽略其他影響因素。

②權(quán)衡反饋器流體狀態(tài)和經(jīng)濟(jì)因