ABR反应器的水力特性研究综述

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1、ABR反应器的水力特性研究综述摘要：本文介绍了厌氧折流板反应器（ABR）的构造和特点，并对国内有关ABR反应器的研究作了简单的分析。着重介绍了关于ABR反应器的水力特性方面的研究。在做这方面的研究时，示踪试验和RTD曲线分析法是最常用的方法，本文对其原理作了介绍。详细论述了已有的实验研究实例，并对相关成果作了总结。关键词：厌氧折流板反应器（ABR）水力特性HRT构造1前言ABR（AnaerobicBaffledReactor），也称厌氧折流板反应器，是McCarty等于1982年左右提出的一种高效厌氧处理反应器。ABR在构造上可以看成是多个UASB的

2、串联，它在反应器内安装一系列垂直的折流板，使被处理的废水沿板上下折流前进，而污泥则在各格室内做上下沉降运动。ABR的最大优点是将产酸相与产甲烷相分离开来，在单一反应器内实现了多段分相（SMPA）的思想，使产酸细菌和产甲烷细菌都有各自适宜的生长环境。目前国内对ABR的研究逐渐多了起来，有对ABR处理各种废水时工艺参数与效果的研究，也有对其水力特性方面的研究。ABR反应器的水力特性，包括它的死区率、N值和离散程度等。这些水力特性决定着基质和微生物的接触程度，控制着反应器内物质的传输，是影响其处理效率的重要因素。本文要论述的就是ABR反应器水力特性方面的研

3、究成果。2水力特性研究的方法和原理在研究ABR反应器的水力特性时，常用停留时间分布法（RTD）——基于示踪试验的数据分析方法。6RTD方法因其实验简单，应用领域广等优点，几十年来一直是液相流动特性的主要研究方法。2.1示踪响应测定技术在反应器设计中一个较为重要的实际问题是如何达到理想状态，这是分析它们性能的前提。使用示踪剂测量停留时间的分布曲线是评价原尺寸反应器水力性能的最为简单和最为有效的方法之一。常用的示踪剂材料有茶红、氯化锂(LiCl)、高锰酸钾、氯化钠(NaCl)、滂酰亮桃红等。氯化锂一般用于对自然系统的研究。氯化钠在没有混合的情况下，是被广

4、泛使用的示踪剂。示踪剂的投加方法有两种：脉冲信号法和阶梯信号法。脉冲信号法是在短时间内注入大量的示踪剂；阶梯信号法法是将示踪剂连续分段地注入，直到出口的浓度与进口的浓度大致相等时中止示踪剂注入。大多数实验都采取了第一种投加方法。2.2RTD曲线的参数与计算公式采用快速脉冲注入示踪剂所测得的响应曲线，称作C曲线(浓度与时间的关系曲线)。为了对不同类型反应器的水力特性进行比较，对脉冲输入示踪响应曲线进行归一化处理，归一化的曲线通常称为停留时间分布曲线(RTD曲线)。下面的讨论内容将用于后面的反应器水力特性的分析。标准化质量浓度：式中，ρ0和ρ分别为反应器

5、内示踪剂初始和t时刻的质量浓度。标准化时间：式中，HRT为反应器的理论水力停留时间。停留时间分布曲线（RTD曲线）：是以标准化质量浓度ρ(θ)为纵轴，以标准化时间θ为横轴，作出的ρ(θ)-θ曲线称为RTD曲线，此曲线所围的面积为1。6按照Levenspiel于1972年提出的模型，舍去RTD曲线在θ=2以后的尾值，并对ρ曲线在区间[0，2]内进行数值分析，则其均值为：方差为：多级全混流模型即假设N个等体积的全混流反应器（CSTR）来模拟实际的反应器，以反应器串联级数N作为模型参数：N越大，串联个数越多，越趋于理想推流流态；反之，越趋于完全混合流态。即

6、N=1时为完全混合流态，N=∞时为理想推流流态。若反应器存在某种程度的返混，则采用轴向扩散模型，该模型的唯一参数是D/vL（D为轴向分散系数，v为流体速度，L为特征长度），其意义为轴向扩散流动与轴向对流流动的相对大小：轴向扩散模型只是计算出离散系数D/vL，Tomlinson等人定义D/vL=0.02为离散程度的“中间状态”，D/vL=0.2为“剧烈状态”（理想完全混合反应器D/vL=∞，而理想平推流D/vL=0）。反应器死区率的计算式如下：式中，A为RTD曲线下方θ∈[0，2]区域的面积，代表2倍HRT的时间段内示踪剂的流出量占注入量的比。Vd为反

7、应器死区体积，V为反应器有效容积。63实验装置对ABR反应器的水力特性经行研究时，常用的实验装置如图1所示。4研究实例分析在ABR反应器的水力特性实验中，变化因子可以是水力停留时间HRT，也可以是反应器的结构，如上、下流室宽度比、折流板底端距地板距离以及折角角度等。在这些因子变化时，监测反应器死区率、N值以及离散系数D/vL的变化，分析他们之间的关系，得出的结果便是反应器的设计依据。反应器的死区分为生物死区和水力死区。清水试验反应的是水力死区的情况，污水试验则能反应生物死区的情况。4.1以HRT为变化因子的实验郭静等[1]以NaCl为示踪剂，对污泥浓

8、度为24.12g/L的运行中的ABR反应器的水力死区进行了测试，并根据Levenspiel模式对反应器内的死