好氧生物流化复合反应器中迷宫式生物载体分离器的设计研究.pdf

3 由修改后 Velz 方程在不同填料深度处计算 所得的 BOD5的浓度和实际测得的数据相比 , 可以发 现,在计算值和测量值之间有着很好的相关性。然 而,该公式计算所得的 BOD5的去除量稍微有点 偏高 。 4 本试验所用废水的 BOD5浓度比较低 , 对滤 池的运行也有着一定的影响。 这些观测对某些特定运行条件下填料的选择将 有一定的帮助。 参考文献 1 Brown and Caldwell,“Converting Rock Trickling Filters to Plastic Media . ” Report to the U. S. Environ. Prot. Agency ,EPA 600 2- 80-120. 1980. 2 Brown and Caldwell , “West Point Pilot Study Volume Ⅲ-Fixed Gr woth Reactors. ” Prepared for the Municipality of Metropolitan Seattle , Wash. 1978. 3 CH2M HIll , “A Comparison of Trickling Filter Media. ” Internal Project Report, Denver, Colo. 1984. 4 Grady , C. P. L . , Jr. , and Lim, H. C. , “Biological Wastewater Treatment Theory and Applications. ” Marcel Dekker, Inc. , New York, N. Y. 1980. 5 Gromiec , M . J. , et al. , “ Perance of Plastic Medium in Trickling Filters. ” Presented at the IAWPR Conference, Jerusalem. 1972. 6 Hutchinson, E. G. , “A Comparison Study of Biological Filter Media. ” Presented at Biotechnology Conference , Massey University , Palmerston North, New Zealand. 1975. 作者通讯处 布库鲁, 200092 上海市四平路 1239号 同济大学环境 科学与工程学院 电话 021 65985026 E -mail qbukurucaramail. com 联系人 杨健 200092 上海市四平路 1239 号 同济大学环境科学 与工程学院 电话 021 65981470 O 2003- 04-22 收稿 好氧生物流化复合反应器中迷宫式生物 载体分离器的设计研究 ＊ 张玉魁 施汉昌 清华大学环境科学与工程系, 环境模拟与污染控制国家重点联合实验室, 北京 100084 摘要 迷宫式生物载体分离器是研究开发的好氧生物流化复合反应器中的一个重要组成部分 。该载体分离器能有效 的进行固、液、气的三相分离, 保证整个反应器正常运行。 载体分离器的分离效果受结构因素和运行参数的影响, 研究 结果表明 载体分离器在整个反应器中的安装位置和载体分离器三层反射锥之间的距离都存在最佳值; 分离器分离效 果随供气量的变化存在临界值。 设计的好氧生物流化复合反应器处理污水时, 所需的供气量在临界值之下, 因此分离 器能达到 100的分离效果。 关键词 迷宫式 生物载体分离器 生物流化复合反应器 ＊国家 863 资助课题“ 高效厌氧和好氧生物反应器研制与应用 2002AA601200 ” 1 引言 内循环三相生物流化床是一种新型的流化反应 器,具有混合性能好, 传质速率高 , 污泥浓度大 ,有机 负荷高,占地面积小等一系列优点 。目前应用最广泛 的一类内循环三相生物流化床是反应器主体采用内 外筒结构 ,顶部采用沉淀原理为基础的固液气的三相 分离器 [ 1,2] 。在该分离器中 ,剩余气体从顶部溢出 ,悬 浮污泥通过沉淀作用返回反应器,处理后的出水从反 应器上部流出, 除此之外 ,该分离器还有截留生物载 体防止其流失的作用 。但该类流化床由于反应时间 较短, 与此配套的沉淀区停留时间必然较短 ,因此会 影响悬浮物的分离效果。 本研究在利用内循环三相生物流化床处理石化 废水的实验 [ 1] 中 , 观察到了较为严重的载体流失现 象,载体的流失直接关系到运行费用的高低。此外, 在运行中可以观察到沉淀区微小的气泡冒出 ,其作用 25 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 类似于“气浮”。故可断言 ,载体的流失是三相分离器 设计不够合理造成的 。因此, 对三相分离器放大设计 的研究显得尤为重要 。 本研究采用气浮对悬浮固体进行分离,用迷宫式 载体分离器对生物载体进行分离, 反应器中的气体从 反应器顶部自动溢出 。该方法提高了固液分离的速 度,改善了分离效果 。 2 迷宫式生物载体分离器 2. 1 分离器构造及分离原理 载体分离器的目的是将悬浮流化状态的生物载 体限制在好氧反应区 ,防止载体和附着在载体上的微 生物进入气浮分离区 ,同时使循环液体返回反应区, 出水部分进入气浮分离区 ; 剩余气体从反应器顶部排 出反应器 。该分离器通道为迷宫式 ,主要由 3 层相互 交错的三角形反射锥构成 ,如图1 所示。在好氧生物 流化床类反应器中, 液体在循环反应区的纵向流速一 般较高 可达 0. 2 m s [ 2] ,而在反应器上部分离区液 体纵向流速一般都比较低 1 ～ 3 m h 。因此造成 载体上浮乃至随出水流失的动力主要是上浮的空气, 这也是循环流化反应器能够得以循环流化的原理所 在。一般循环流化反应器升流区和降流区的面积比 Ar Ad接近或等于 1 [ 2～ 4] , 因此当上升空气从升流区 进入上部分离缓冲区时, 流速大约为升流区的 1 2,如 图2 所示。由图 1 可见 ,影响迷宫式生物载体分离器 结构的尺寸主要有反射锥的顶角 β、底面宽度 b 、同 一层相邻反射锥之间的距离 a 、 以及相邻两层反射锥 之间的距离 h 。 图 1 迷宫式生物载体分离器结构 该分离器分离载体的基本原理为 上升的生物载 体首先到达分离器最下面一层 ,若碰到反射锥下面的 平面则改变向上的方向, 随混合液进入下降区从而达 到分离的目的; 若刚好穿过最下面一层反射锥的间 隔,向上则碰到分离器中间一层反射锥下面的平面从 而起到分离作用。若少量生物载体穿过了下面两层 反射锥,则最上面一层反射锥将进一步分离这少量的 生物载体 ,从而提高分离器的分离效果 。分离器反射 图2 反应器结构 锥上面的斜面是为了防止载体在反射锥上停留。 2. 2 影响分离器分离效果的结构因素 迷宫式生物载体分离器的分离效果不仅与其结 构有关 ,还与进、出水流量、水力停留时间 、 曝气量等 工艺参数和反应器的升流区与降流区面积比 Ar Ad 有关 。此外还受分离器设置位置的影响 ,即与分离器 距升降流区隔板距离以及距上部出水口自由水面的 距离有关。这些参数涉及到分离器本身 、 反应器结构 尺寸以及运行参数等多方面。 2. 2. 1 反射锥顶角 β 反射锥顶角 β 的大小主要关系到两方面 , 一是 反射锥斜面的倾斜度 ,二是反射锥的高度 。反射锥斜 面主要是防止载体在其上停留, 因此 β 角较小对此 有利 。但是 β 角角度变小后 , 在反射锥底面宽度 b 确定的情况下, 会使反射锥高度增加 。而反射锥高度 增加会使整个分离器的厚度增加。在整个反应器为 塔状结构的情况下, 并不希望因为分离器厚度增加而 使反应器高度增加。 2. 2. 2 反射锥之间的距离 a 和底面宽度b 反射锥之间的距离 a 和反射锥底面宽度b 的比 值a b 关系到在同一层反射锥之间气体的最高速度。 a b 增大则气体和上升液体过流断面增大, 速度减 小,载体被气体挟带穿过分离器的可能性减小, 有利 于分离效果的提高 。但是另一方面 a b 增大 , 则载 体穿过每层反射锥的几率增大 ,从而不利于载体分离 效果的提高 。同理, a b 减小的利弊与此相反 。但是 a 不应太小, 因为 a 太小之后在运行过程中产生的 污泥和悬浮的载体会造成分离器堵塞。另外 ,应满足 a 或 这个距离分离器的分离效 果都会降低。这可能是和特定尺寸的分离器相关的 一个数值, 但是可以判断在载体分离器的设计中, 可 能存在一个最佳的 h 值 。存在最佳 h 的原因可以理 解为 在该 h 值下 ,载体在 2 层反射锥之间既能够得 到缓冲使上升速度有所降低, 但该距离又不会使载体 受上升气流和水流的影响太大 ,使载体进入上一层反 射锥之间的空隙 。 从图 3～ 5 可以看到, 在实验范围内存在一个临 界供气量 0. 5 m 3 h, 在供气量 此值时 , 载体流失量 为零, 载体分离器分离效果为 100。对于实际废水 处理, 若处理对象为较易降解的生活污水 ,污水在该 反应器中的停留时间为 1～ 2 h ,对于实验中使用的有 效体积为 110 L 的反应 器, 则处理 水量为 55 ～ 110 L h。 根据采用轻质载体处理污水的实验结果, 供 气量满足气水比 3∶ 1 时, 即能达到很好的流化效果; 供气量满足气水比 4∶ 1 时,可以对好氧微生物提供足 够的氧气, 此时的供气量为 0. 22～ 0. 44 m 3 h ,可见此 时的供气量在分离器临界供气量以下 。即在处理生 活污水正常运行情况下, 该种分离器能达到 100的 分离效果。 若处理污水为难降解或高浓度工业废水 ,由于水 力停留时间增长 ,处理水量减小, 在保证反应器正常 流化的前提下, 仍能供给生物反应充足的氧气, 此时 供气量仍可在临界供气量之下 。 4 结论 1 该迷宫式载体分离器分离效果随供气量的变 化存在一个临界值 0. 5 m 3 h 。在此临界值以下 ,分离 器能达到 100 的分离效果 。 2 设计的生物流化复合反应器在处理污水时, 所需的供气量在临界供气量之下。 3 迷宫式生物载体分离器在整个反应器中的安 装位置存在最佳值。 4 迷宫式生物载体分离器 3 层反射锥之间的距 离存在最佳值。 5 作为新型生物流化复合反应器的重要组成部 分,迷宫式生物载体分离器对反应器的正常运行起到 了关键作用 。 参考文献 1 周平, 汪诚文, 吴晓磊,钱易. 内循环生物流化床处理石化废水的中 试研究. 环境科学,1997. 18 1 26～ 29. 2 周平, 钱易. 空气提升内循环生物流化床反应器动力学研究. 环境 科学, 1996. 17 6 9～ 12. 3 R. Ade Bello , Campbell W. Robinson, Murray Moo-Young . Gas holdup and overallvolumetricoxygentransfercoefficientinairliftcontactors. Biotechnology and Bioengineering, 1985. 27 3 369～ 381. 4 L. Nikolov, D. Karamanew. Experimental stuy of the inverse fluidized bed biofilm reactor. The Canadian Journal of Chemical Engineering , 1987. 65 April 214～ 217. 5 J. J. Heijnen, A. Mulder, R. Weltevrede, J. Hols and H. L . J. M . van Leewen. Large scale anaerobic-aerobic treatment of complex industrial waste water using biofilm reactors. Wat. Sci. Tech, 1991. 23 1427～ 1436. 作者通讯处 张玉魁 100084 清华大学环境科学与工程系, 环境模 拟与污染控制国家重点实验室 电话 010 62777823 E -mail zhangyukui00 mails. tsinghua. edu. cn 2003- 06-20 收稿 28 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 reached BOD5removals efficiency with an average of 80. It has been foundby obsarvations that BOD5concentrations can be well reflected by a design equation based on hydraulic loading. Keywords biological treatment of wastewater, high-rate biofilter, hydraulic loading and filter kinetics DESIGN AND STUDYONMAZETYPEBIO -CARRIERSEPARATORFOR AERATED BIOLOGICAL FLUIDIZED REACTORZhang Yukui et al 25 Abstract Maze type bio -carrier separator is an important part of the new aerated biological fluidized reactor. This bio -carrier separator can effectively separate carrier, liquid and gas to ensure normal running of the reactor. Separated effect of the bio -carrier separator is affected by structural factors and running parameters. Study results indicate both the position of the separator in the reactor and distance between two layers reflection cones have optimum values. According to different air supply, there is a critical value to separated effect of separator. When treating wastewater with designed aerated biological fludized reactor, air supply needed is less than critical value, so the bio -carrier separator can reach to 100 separated effect. Keywords maze type, bio -carrier separator and biological fluidized reactor EFFECTS OF pH ON ACTIVATED SLUDGE BULKING IN INDUSTRIAL WASTEWATER TREATMENT BY SBRDing Feng et al 29 Abstract The paper introduced the effects of pH on activated sludge bulking in brewery chemical wastewater treatment by SBR. The results showed that SVI less than 100 mL g during the stages while pH of intake wastewater was from 5. 0 to 6. 0 and 5. 0 individual stage of brewery s keeping a long period. Sludge activation was restrained sludge floated when pH was from 5. 5 to 2. 5 especially in chemical wastewater . SVI of two kinds of wasrtewater was rising slightly during pH was from 9. 0 to 12. 0, but when SVI was less than 110 mL g, the restraint of sludge activation and its disintegration can be found. Activated sludge floatwas aggravated and more serious of chemicalswhenpH was from 3. 5 to 7. 0 while keeping the period pH as intakes. Excessive fungi and other filamentous bacteria were not found by microscope detection during the experiment. So, over -high or over -low pHwas not sure to cause activated sludge bulking in industrial wastewater treatment by SBR. Keywords pH, SVI, SBR and activated sludge bulking THE ANALYSIS OF SIMULTANEOUS DENITRIFYING AND DEPHOSPHORIZATION WITH NITRATE AS ELECTRONIC RECEIVERLuo Guyuan et al 32 Abstract It was found through test that the activated sludge with nitrate as electronic receiver could absorb phosphorus at the condition of anoxia and remove nitrogen through denitrification at the same time. The test ulteriorly discussed the possibility of simultaneous denitrifying and dephosphorization by using the “ double sludge” system. The results show that the concentration of phosphate tends to zero, TP ≤0. 23 mg L, NH3-H≤0. 5 mg L, TN≤8 mg L and CODCr≤25 mg L in effluent by using“double” phosphorus absorbability and denitrifying of inner carbon source in the “ double sludge” system. Keywords denitrifying phosphate removal, biological treatment, SBR system, “double” phosphorus absorbability and denitrifying of inner carbon source TREATING TECHNIQUE FOR LARGE FLOW FLUE GAS CONTAINING VOCs QiaoHuixian et al 36 Abstract Several treating techniques for VOCs flue gas in common use were analyzed. The synthetic technique of adsorption -catalytic combustion was introduced mainly. The characteristics and applicationsof FCJ organic exhaust purification equipmentwasdescribedindetail, which is a typical technique based on the adsorption-catalytic combustion and the honeycomb activated carbon is used as an absorbent. Keywords VOCs, adsorption, catalytic combustion and honeycomb activated carbon 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 22,No. 1, February , 2004