影响循环移动载体生物膜反应器性能的因素分析

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1、影响循环移动载体生物膜反应器性能的因素分析　　　　循环移动载体生物膜反应器是对传统移动载体生物膜反应器进行改良后的一种新型工艺。在本工艺中，表面附着生物膜的填料在反应器内循环移动，使水流与填料充分接触，消除死角与沟流，达到高效处理有机废水的目的。该工艺具有生物量高、能连续运行、无堵塞且不需反冲洗等特点。作为好氧生物污水处理工艺，氧转移效率的高低直接影响着反应器的处理效率和能耗的高低，对本工艺而言，反应器的结构和操作参数对反应器的充氧能力有着直接、关键的决定性作用。本文结合模拟反应器实验数据，在理论分析的基础上探讨了合适的反应罪结构和操作参数的选取范围。1实验装置及实验方法　　影

2、响反应器充氧性能的结构和操作参数主要为反应器升流区与降流区截面积之比、挡板上方的液面高度和底隙高度、曝气量和填充比的大小等，根据实际运行的移动床反应器的结构特点，本实验确定了如下实验装置和实验方法。1.1实验装置　　图1所示为本试验中采用的循环移动载体生物膜反应器实验装置，外形尺寸为L×W×H=1000mm×250mm×1400mm，由反应区和沉淀区两部分组成。反应区有效水深为1.2m，有效体积为172L，由导流隔板将其分成升流区和降流区。内装CLS-Ⅲ型空心圆柱填料(密度约为0.96g／cm3，比表面积为350m2／m3)，由微孔曝气管在升流区进行曝气充氧，造成升流区和降流区

3、污水的密度差，从而使液体夹带着填料在反应器中不断地循环移动。1.2实验方法　　在不同的结构和操作参数条件下，在进水中加适量Na2S03和催化剂CoCl2，使移动床中的溶解氧降为零，通人空气，同时将溶解氧测定仪放人反应器中，每隔一定时间测定溶解氧的变化，根据ln(Cs—C)与时间的直线关系，其斜率即为氧转移系数[1]。　　本实验所测定的数据均为清水实验数据，由于移动床反应器内水的流态大致符合完全混合的特征，反应器内务区域水的物理和化学性质相差不大，因此使用清水实验数据得出的结论同样适用于污水实验，也可用于实际生产。2实验结果及理论分析2.1升、降流区截面积之比(Ar／Ad)对充氧

4、能力的影响　　理论分析认为：当较小时Ar／Ad，升流区的流速快，导致气泡聚并，而且进入降流区时液体降流速低，不足以将气泡携带进入此区，因此降流区溶解氧浓度变小；当Ar／Ad较大时，升流区液流速度较慢，气泡聚并的机会减少，溶解氧变大。但若Ar／Ad过大，气泡在溶解到液体之前逃逸液面的机会增多，导致降流区的溶解氧浓度急剧下降，反应器总溶解氧量也会略有下降。当曝气量为0.75m3h，Ar／Ad取不同值时反应器内降流区混合液溶解氧含量比较见表1。　　从表1可以看出，当Ar／Ad取值范围在2/3左右时，(此时，底隙高度LB。取为250mm)可以得到较好的充氧效果，而其值变大或变小，都会使

5、反应器内氧转移效率下降。　表1不同Ar／Ad值时降流区溶解氧浓度变化Ar/Ad不同曝气时间的溶解氧ρ（O2）/(mg·L-1)3min5min8min1/45.86.16.81/36.06.87.52/36.47.28.43/46.27.08.22.2　挡板上方的液面高度LT，与底隙高度LB对充氧能力的影响　　反应器有效水深确定后，将反应器升流区和降流区隔开的挡板高低位置发生变化时，反应器的氧转移效率和液体循环速度都会发生相应的变化。实验中发现适当增大液面高度LT值，液体循环速度和氧转移系数均有所上升，原因可能是升流区气泡在逃逸液面之前与液体有更长时间的接触将能量传递给液相，从

6、而使降流区的液体下降速度加快。但LT过大，降流区内的填料就会有一部分通过挡板上端返回到升流区，影响反应器内填料的正常循环移动。表2　不同LT值时降流区溶解氧和液体循环速度的关系液面高度LT/mm溶解氧ρ（O2）/(mg·L-1)液体循环速度／(cm·s-1)1506.88.52006.99.62507.2103007.512.53507.613.3注：表2数据是在Ar/Ad值取为2/3的条件下测定的，曝气量为0.75m3/h。溶解氧的质量浓度为降流区内混合液曝气8min后测定的结果。　　从表2中可以看出，当LT值变大时，液体循环速度和溶解氧的质量浓度均有所上升但实验同时发现LT

7、值超过250mm后液面部分填料会出现短流现象，而加大液体循环速度至15cm／s后，LT值可达到350mm，但此时能耗将大幅度增加，因此当液体速度在10cm／s左右时，取LT值为250mm。　　底隙高度LB。是指曝气装置到挡板的垂直距离，它是一个重要的参数。如果LB过小，则液体流动阻力大，会降低液体循环速度和含气率，且生物载体在由降流区进入升流区时受到的剪切作用大，不利于生物膜的生长；如果LB过大，则由曝气装置出来的部分气泡会进入降流区，同样降低液体循环速度和含气率，甚至导致流型的改变，而影响