四維生物脫氮反應(yīng)器水力特性探討范文

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《人與生物圈》2017年第z1期

【摘要】本文研究以氣升式環(huán)流反應(yīng)器、拆流反應(yīng)器及生物接觸氧化等相關(guān)各種工藝作為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)四維生物脫氮反應(yīng)器工藝進(jìn)行分析，探討其水力特性，它不需要設(shè)置回流、額外的反沖洗設(shè)備和二沉池等后續(xù)處理單元，在四維生物脫氮反應(yīng)器的局部循環(huán)流特性和折流特性這些水力特性方面進(jìn)行比較。結(jié)果表明，四維生物脫氮反應(yīng)器的水力特性比較理想，且能夠具有較大容積利用率，在污水處理方面可得到理想效果。

【關(guān)鍵詞】四維生物脫氮；水力特性；容積利用率

四維脫氮生物反應(yīng)器屬于新型的一種生物反應(yīng)裝置，該裝置是以全新結(jié)果及全新設(shè)計(jì)理念為基礎(chǔ)形成的，對(duì)各種相關(guān)污水處理工藝優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合，發(fā)揮出更加明顯的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用中不必另外設(shè)計(jì)回流及沖洗設(shè)備，并且可將二沉池等相關(guān)工藝省略，從而在污水問(wèn)題處理方面發(fā)揮明顯優(yōu)勢(shì)，具有效率高、投資少且能耗低等相關(guān)優(yōu)點(diǎn)，并且實(shí)際操作維護(hù)較簡(jiǎn)單，可得到理想應(yīng)用效果。

1常見(jiàn)工藝的水力特性分析

1.1氣升式環(huán)流反應(yīng)器對(duì)于氣升式環(huán)流反應(yīng)器（ALR）而言，其將氣源作為運(yùn)行動(dòng)力源，在實(shí)際操作中能夠均勻混合固體和液體，且能夠在一定規(guī)則下使其實(shí)現(xiàn)循環(huán)流動(dòng)，其混合性能比較合理，同時(shí)具備較好傳質(zhì)性能與傳熱性能，比較穩(wěn)定性，在實(shí)際操作中表現(xiàn)出良好彈性，在能源化工以及生化化工領(lǐng)域內(nèi)均有著十分廣泛的應(yīng)用，特別是在渣油及重油液相加氫裂解方面，可使結(jié)焦程度得以有效降低，可使高壓操作而導(dǎo)致的很多問(wèn)題均得到較好解決，從而得到比較理想的效果［1］。

1.2折流反應(yīng)器折流反應(yīng)器具是由一塊塊折流板組成，整體上呈推流式。在反應(yīng)器中設(shè)置若干豎向?qū)Я靼?將反應(yīng)器分隔成幾個(gè)反應(yīng)室,污水沿反應(yīng)器內(nèi)的折流板上下折流前進(jìn),污泥則在各隔室內(nèi)做上下沉降運(yùn)動(dòng)。污泥被截留在反應(yīng)器中,使反應(yīng)器具有耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)、水力停留時(shí)間短和處理效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。

1.3生物接觸氧化該方法屬于生物膜法處理工藝，介于活性污泥法及生物濾池之間。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，在池內(nèi)需要以填料進(jìn)行填充，充入氧氣的污水浸沒(méi)全部填料，同時(shí)以一定流速由填料流過(guò)，又稱為“淹沒(méi)式生物濾池”。廢水與生物膜接觸過(guò)程中，水中的有機(jī)物被微生物吸附、氧化分解和轉(zhuǎn)化為新的生物膜和無(wú)機(jī)分解物。從填料上脫落的生物膜，隨水流到二沉池后被去除，廢水得到凈化。采用與曝氣池相同的曝氣方法，又稱“接觸曝氣法”。該工藝需要使用填料，在曝氣作用下會(huì)導(dǎo)致在池內(nèi)有三相體系共同存在，即液相、固相及氣相，有利于實(shí)現(xiàn)氧轉(zhuǎn)移，可使氧氣實(shí)現(xiàn)充分溶解，并且對(duì)于微生物存活以及進(jìn)一步增殖十分有利。對(duì)于生物膜而言，其上面有較豐富微生物存在，這些微生物中不但包含細(xì)菌以及原生動(dòng)物與后生動(dòng)物，并且還具有絲狀菌，且不會(huì)發(fā)生污泥膨脹問(wèn)題。同時(shí)，在該工藝應(yīng)用中生物膜可布滿填料表面，可使生物膜主體結(jié)構(gòu)得以形成，在絲狀菌不斷滋生情況下，可能形成立體結(jié)構(gòu)生物網(wǎng)，且該結(jié)構(gòu)網(wǎng)比較密集，在其中有污水通過(guò)的情況下，可發(fā)揮出類似過(guò)于作用，從而可使凈化效果得以有效提升[2]。

2四維生物脫氮反應(yīng)器水力特性

2.1反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及其工藝特點(diǎn)四維生物脫氮反應(yīng)器是根據(jù)《氣升式交替循環(huán)流復(fù)合濾料濾池》（專利號(hào)ZL200610038692.4）為基礎(chǔ)進(jìn)行組合設(shè)計(jì)的一種新型的污水處理設(shè)備，通過(guò)將多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的氣提升交替循環(huán)流復(fù)合濾料濾池單元（以下簡(jiǎn)稱反應(yīng)單元）進(jìn)行串聯(lián)式排列，在此基礎(chǔ)上可使縱向上有連續(xù)反應(yīng)裝置形成，同時(shí)該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)折流。就時(shí)間軸而言，在對(duì)曝氣變化進(jìn)行控制的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的分區(qū)及分段，并且在不同時(shí)段所表現(xiàn)出的處理狀態(tài)水流及其動(dòng)力學(xué)特性也存在一定差異。對(duì)于這種在時(shí)間增長(zhǎng)情況下，不同時(shí)段處理狀態(tài)發(fā)生變化的特點(diǎn)，被稱為思維特性，同時(shí)由于這種特性在生物脫氮過(guò)程中比較適用，故而以四維生物脫氮反應(yīng)器進(jìn)行命名。四維生物脫氮反應(yīng)器屬于全新的一種污水處理裝置，同時(shí)具備上述各種污水處理工藝特點(diǎn)，能夠充分發(fā)揮出各種不同工藝所具備優(yōu)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上也就能夠形成獨(dú)特工藝特點(diǎn)。對(duì)于四維生物脫氮反應(yīng)器而言，在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）該反應(yīng)器具備生物接觸氧化法工藝特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)泥量比較少，且能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)濾功能，在出水時(shí)其內(nèi)部所含懸浮物比較少，也不需要另外設(shè)置反沖洗裝置，也不需要設(shè)置二沉池。在反應(yīng)器中所存在的沉泥，只需要在對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修過(guò)程中將其抽取，不必設(shè)置專門設(shè)備進(jìn)行排泥。（2）對(duì)于這種類型反應(yīng)器而言，其不但具備循環(huán)功能，且具備折流運(yùn)行功能，可使折流及循環(huán)流兩種運(yùn)行流態(tài)實(shí)現(xiàn)有效結(jié)合，從而也就能夠使裝置容積利用率得以有效提升，在實(shí)際應(yīng)用中所存在水力死區(qū)相對(duì)較小，并且在設(shè)備啟動(dòng)運(yùn)行及設(shè)備管理方便能夠比較簡(jiǎn)便，具有比較穩(wěn)定的高效工作狀態(tài)。（3）反應(yīng)器內(nèi)部存在兩種不同局部溶解氧梯度，分別為宏觀狀態(tài)與微觀狀態(tài)，對(duì)于生物脫氮中關(guān)于溶氧環(huán)境相關(guān)要求，其能夠符合，可同步高效去除有機(jī)物以及氮，且對(duì)于總氮具備較好同步去除能力。

2.2折流水力特性分析就折流式反應(yīng)器實(shí)際應(yīng)用情況而言，其首先應(yīng)用于厭氧折流反應(yīng)器內(nèi)，由于折流反應(yīng)器具有比較良好的水力條件，沿著水流方向微生物群落表現(xiàn)出較明顯遞變，具有較穩(wěn)定處理效果，在化工及水處理領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用。目前，對(duì)于折流反應(yīng)器很多學(xué)者均實(shí)行大量實(shí)驗(yàn)及理論研究，主要研究?jī)?nèi)容就是在反應(yīng)器實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中不同結(jié)構(gòu)條件之間所存在關(guān)系，且取得較理想成果，為折流反應(yīng)器更好應(yīng)用奠定比較理想的基礎(chǔ)。

2.3循環(huán)流水力特性分析在四維脫氮生物反應(yīng)器中，其反應(yīng)屬于比較典型的氣升式內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器，對(duì)于這種類型反應(yīng)器而言，其內(nèi)部水流具有比較復(fù)雜的流態(tài)，且池內(nèi)所存在填料會(huì)在很大程度上對(duì)水流態(tài)產(chǎn)生影響，由于這一特點(diǎn)的存在，也就很難直接研究其內(nèi)部有關(guān)流體特點(diǎn)。另外，這種類型反應(yīng)器主要包括兩種不同形式，其中一種為內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器，另一種為外環(huán)流反應(yīng)器，其原理相同，同時(shí)相互間所存在聯(lián)系較密切，其中對(duì)于內(nèi)循環(huán)流而言，可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化，使其成為多個(gè)外循環(huán)流并聯(lián)組合。因此，可利用實(shí)驗(yàn)方式研究反應(yīng)器的水力特性，在建立模型之后，再將其在內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器中進(jìn)行應(yīng)用[3]。根據(jù)相關(guān)文章從液體含氣率、循環(huán)液體流速和氧傳質(zhì)特性方面的分析，四維生物脫氮反應(yīng)器與其他式反應(yīng)器相比，交替循環(huán)流較明顯的特點(diǎn)就是具備較理想的曝氣充氧能力及載體脫模能力，同時(shí)具備較好進(jìn)水均質(zhì)能力，另外，在時(shí)間軸曝氣控制的基礎(chǔ)上，可導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)部的局部出現(xiàn)水力特性的不斷改變，在此基礎(chǔ)上也就能夠減少反應(yīng)器內(nèi)部水力死區(qū)，并且折流可使反應(yīng)器內(nèi)部污水流經(jīng)長(zhǎng)度增加，可有效延長(zhǎng)生化反應(yīng)時(shí)間，通過(guò)三者共同作用，可使反應(yīng)器表現(xiàn)出較理想水力特性，同時(shí)使容積利用率達(dá)到最大，理論上而言可得到比較理想的污水處理效果。

3結(jié)語(yǔ)

本文分別從氣升式環(huán)流反應(yīng)器、折流反應(yīng)器、曝氣生物濾池和生物接觸氧化各種工藝的特點(diǎn)出發(fā)，分析這四種工藝的水力學(xué)特性，四維生物脫氮反應(yīng)器結(jié)合了這四種工藝的優(yōu)點(diǎn)，分析反應(yīng)器的折流水力特性和循環(huán)流水力特性。

參考文獻(xiàn)

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[2]王麗朋,張文飛,劉永民.高長(zhǎng)徑比環(huán)流反應(yīng)器中氣、固含率的軸向分布研究[J].化工科技,2011,19(5):12-15.

[3]徐金蘭,劉茵,黃廷林.多隔室厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)的水力特性試驗(yàn)研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2005,6(12):52-55.

作者：彭永麗 單位：安徽工業(yè)大學(xué)工商學(xué)院建筑工程系