循环移动载体生物膜反应器水力特性

循环移动载体生物膜反应器水力特性探讨

摘要：循环移动载体生物膜反应器是利用表面附着生物膜的填料，在好氧条件下，通过曝气来实现填料的循环移动，使水流与填料充分接触，达到高效处理有机废水的一种新型工艺，具有生物量高、不堵塞且无需反冲洗等特点。

关键字：循环移动载体生物膜反应器水力特性HydraulicCharaotristicsOfCirculatedMovingCarrierBiofilmReactor

Abstract:Thecirculatedmovingcanierbiofilmreactor(CMCBR)isanewwastewatertreatmenttechniquethatfillerswithbiofilIngrOwingontheirsurfacecireulateinthereactor,thusincreasingcontacteffectbetweenflowandallers.Inthispaper,ithasbeenpmvedthatCMCBRismorelikeaCSTRaccordingtothehydrauliccharacteristicex-periment.usingenergyequationthenowingcharactersarediscussedandsomemainfactorsarepointedout.AerationperfOnnanceisalsocomparedandanalyZedinthedifferentgasflowratesandfillingrates.

Keywords:wastewatertreatment;biofilmreactor;fillingrate;CSTR引言循环移动载体生物膜反应器是利用表面附着生物膜的填料，在好氧条件下，通过曝气来实现填料的循环移动，使水流与填料充分接触，达到高效处理有机废水的一种新型工艺，具有生物量高、不堵塞且无需反冲洗等特点。在本研究中，填料由聚乙烯材料制成，密度为0.96g／cm3，形状为小圆柱体（直径约10mm，高7mm），体内有米字支撑，外侧沿径向伸展许多尾翅。填料在反应器内的填充比根据实际需要确定，最高可达到70％。生物膜可附着的比表面积约为500m2／m3，由于生长在该柱形填料外表面的生物膜比内表面少得多，实际的附着表面积仅为350m2／m3左右[1]。1流态特征1．1反应器构造

循环移动载体生物膜反应器的有效水深1.20m．有效容积172L，由导流板将其分成提升区和回落区，见图1。准1章．狗2候径水跪流济流铁态

搏讽扛在笑连梳续说污洞水热生蒸物棕处喊理愤反瓦应都器砌中谎，等水永的持流拔态艺存辞在鞠两椅种捞型办式嫂—予—往推情流男式烘和母完估全闸混浸合学式液。即但既在戚大缎多粪数独反楚应炼器婚中炭，景水揪的乖流颂态美介海于碑两针者缓之洽间岩。

瓣犯杜循孤环菜移识动宽载钓体辉生孔物佣膜叛反充应旋器僻大薯致腾符死合渴完拔全鲜混订合撒的穷特黑征挎，冠载驱体咳在丹反柿应遭器赛内鼻循午环饶移谊动粗时遵，奋污产水柿被筒不线断仙提逝升智形危成渣循列环榨，铲而趁且昨循快环互水乘量滚远后大害于站进富水猴量钱。缸当些原主水臂进墙人遇反议应短器缘后晕，掌会抗很失快盈与迅循劈环包水汗混吗合纳而涌被增稀岔释化，酷从播而纵被敬均退匀傍分撑散蹄到捧整滨个螺反灿应祖器静的昂容激积拼内哲。宾具见体亮表远现辨为嗽，域在笨不虾同栗进答水叙流脉量胃下准，料反滤应妥器葱内怒各受区狠域疾的纷C参O功D思值跨相掠差耻不揉大僻，筋而全且孤随辟着职进傍水坝流代量林的膏增茂大校，弟不永同额区殃域任C杜O钢D有的趣差你值兽越四来翠越驰小太，尽数么据己见烤表智1名。

饥1笑．思3熊喊水蜂力朋性郑能

欲集场在眠反恶应亭器相内住，牲废腾水茎循股环鞋的末动组力粉来刮源匙于顽提巡升借区筝和肉回丑落鲜区会的幅压顽差村，蝴此勾压珠差照等号于凡流菠体服流枯动料的搁动极能筐、痛沿杀程野阻盖力枣损滩失闯以圈及滚局编部拾阻位力咬损章失独之蚀和计[芳2忧]萌。轧以押反队应仁器亚底宋部糊质称量典为肠m院的夕微点元饥为孩研案究埋对霞象庙，他根兵据驱能亩量辽方圆程才，版得膨：劲（1-Zh）mgh-（1-Zt）mgh

＝mut2／2-muh2/2+∑ξimut2/2(1)

式中：m——元体的质量，g；

g——重力加速度，m/s2

Zh——回落区气体的滞留量，无量纲；

Zt——提升区气体的滞留量，无量纲；

uh——回落区液体流速，m／s；

ut——提升区液体流速，m／s；

h——反应器的高度，m；

∑ξi——沿程阻力和局部阻力系数之和。

（1）式两边同时除以mg，得：

（1-Zh）h-（1-Zt）h

＝ut2／2g－ut2／2g+∑ξiut2/2g（2）

由于在提升区曝气，大量气体在提升区上部逸出，回落区夹带的气体滞留量很小，与提升区相比可忽略不计，即Zh≈0上式可简化得：

Zth＝ut2/2g-ut2/2g+∑ξiut2/2g（3）

而uh=(At／Ah）ut

式中：At、Ah——分别为提升区和回落区的横截面积，得：

Zt=ut2（1－At2／Ah2+∑ξi)／2gh鉴佩舌垫施宜（驴4晚）

筐怖崭假术定类提励升傍区须气燕体厦滞梦流这量唇二送；律与肉供快气怕量晃Q滑g描成呼正慎比明，朋即道Z盯t作＝昆K妇Q亭g街，血代络入狠得筐：

筒城假搭仗K蜂Q续g赚=哪u集t赖2加（席1狮－瓶A升t丽2界／妥A垃h却2送+狡∑吵ξ大i缝）贪／凑2崇g刘h处药疲毕容精茫愤纺（鞋5掏）

机锯漠旦由呀式合（粘5敲）芳可魔知位：

也刚醉①贵气的量多Q唤g卷对痛反挤应六器垂中第液缩体固的黑循呜环壶及谷混更合粒情弟况畏影齐响才很像大届。钻当驳Q扰g刘和替h祖一筋定育时籍，慧循摘环饶速停度厉与六提求升价区鸡和毁回厦落侵区搏的蚁面飘积尼之警比语A归t房／帆A煌h兔、腰阻粮力能系药数幻有铁关咏。

针律挖②拒影闲响欢阻掘力佣系葱数街ξ堂i般的占主饲要葡因担素闷是款导迎流惑板耳底蛙与抽反隔应抚器芬底台之羽间激的摄距鄙离熔，厨因贫为冷回素落艇区列下里向芹流塑动动流奔体盲在身导呼流耳板盆底他部蛾经逆1拨8三0店度淘转洗弯术进妥人非提前升艰区格而金向扩上抢流摩动霜，欢这溪种鉴流阵动税方乎向饭的充改睡变茎造狐成圣的骄水祸头祝损厨失岭较镜大仪。誉当搁Q哥g决和毒h刃固鞋定构时侵，归导鞭流绣板裂底爬与弊反锡应火器罪底呈部律的话距塞离合越茎大移，胞则沃阻即力赖越膏小朗，例循喘环乞速欧度嫌越只大题。

惊持表③怨若交Q到g驰固月定源，单导蓬流倡板思上茧下章位葛置鸟固听定堵，剧左夸右宇位相置彻也缘固掩定姓（收A领t基／棒A辜h皇固测定苹）雕，冶增庭大丢反登应上器缘的桶有渠效泰水笨深秘h他，赶虽总然救流亚体掘的格沿钢程田阻诚力党损屯失茄也阴增坏大漠，致但同其承增杯大丛幅客度忍小妨于喇h迫的物增私大息，龟所暗以概上锦升弓流拿速注也般增弟大魄。

驰滋爹④照若弟A逗t责／洪A赤h位固哑定潜，倘h驾一虑定胸，偿气辨量先Q懒g计越痰大肃，孕u蝶t堂越池大轰，赖也学就映是版说泰，搭在塌已膏经船确位定汽了栏反葱应驻器你的继设望计芦参壶数凤后芦，罪只仇能稠通魔过骗控械制办气博量叔Q轨g捏来月控甩制艘反思应蜜器拒内收的阵循咽环蛮移勉动续速楼度肉。渣但惧Q霉g讲变牵大句，迎能豆耗挡将普增新加宜而核使维处篇理枝工颈艺杏不云经岂济秤。

积并贡本雹试级验拦所摸用泛的剧循唱环歉移迟动桥载积体烫生享物炸膜桐反仰应盘器家导略流吗板梢距程反房应阀器勿底超部促的均距救离向为章2挣5油0斩m您m勿，但提嚷升数区岂与雕回配落苍区才的汪横么截半面何积荒比假2现／斩3孔，破提耗升翅区钉的格水骗流羊速释度掘大叛于炸回哥落满区谈，修有硬利水于愁载气体川的趁循粗环但移郑动恳。

必滤橡试者验嫁表志明梦，势反奇应业器粥内胜的另循当环见速福度遭越偿大缎，脂越陪有京利誓于忆流荷体呼通慧过久剪弱切炕作谅用泥脱犯除或过猜厚鼠的丘生粒物泪膜凭，伏保你持穷较真高险的乖生府物羡活勿性掩。肌但泻如谈果促循及环慌速逼度什过幻大青，监则填载核体脊表害面盲的跪生咱物餐膜叨很样薄仗，机大庭部朽分掏生杜物聋以印悬旁浮娘状突态槐存何在仆而抬且智如蹄果舒发常生醒在娘反粪应洋器酱的汽启播动美初辛期烘，丸将丙造使成境挂寨膜拒困望难思。

哄湖觉为绩了笼实酱现魂载牲体划的洗提华升赛循乏环像，姥曝欧气蠢量迷必张定碗存籍在晕一迹个裁最栏低程值洲。迷随日着才气辉速买的肝增塘加槐，佩载勿体颠在羽提在升炎区腹的傻上牵升词速粒度栏和诵回紧落河区蔑的麻下定沉川速柜度析均戒增翅大毫；遭随五着乱填采充太比露的栏增捷加食，玻在肉相寄同慕气伸速袋下跳载茎体漆的脖运帖动农速猪度骆减植小房。巨在辉不案同飘填帜充尿比逆时喘，鼠填研料缘的冷运报动然速讽度宽与腐气守速尼的所关脾系趟见叛表旦2黎。聋2充氧性能循环移动载体生物膜反应器采用鼓风曝气，空压机送出的压缩空气先进人贮气罐，在稳压阀控制下，用微孔曝气头曝气。本试验用氧转移系数KLa来评价空气扩散装置的供氧能力，利用亚硫酸钠和催化剂氯化钻进行脱氧，化学反应式为：

Na2SO3+(1/2)O2→Na2SO4表2在不同填充比时，填料的运动速度与气量的关系气量（m3.h-1)填料在提升区上升速度/（s.m-1)填料在回落区上升速度/（s.m-1)填充比50%填充比30%填充比50%填充比30%0.50.100.190.0500.150.60.130.230.0670.200.70.150.340.0800.210.80.170.400.0830.230.90.200.460.1000.311.00.230.500.1600.35理论上与1mg的氧完全反应需要7.9mg的亚硫酸钠，但是为了使液体完全脱氧，向水中添加的量要大于理论值[3]，实际投加量为每1mg的氧投加8-12mgNa2SO3和0.2－0.5mg的CoCl2。在溶解氧为时稳定的状态下，进行曝气充氧，待反应器内的载体循环移动后再控制气量，每隔一段时间测定溶解氧值，直到饱和为止。水中溶解氧的变化率或转移率，可用如下公式[4]表示：

dC／dt＝KLa（Cs－C）（6）

积分得：

Ln（Cs－C）＝－KLat＋b（7）

式中：KLa——氧总转移系数，表示在曝气过程中氧的总传递性；

Cs——饱和溶解氧浓度，mg／L；

C——溶解氧浓度，mg／L；

t——时间，min；

b——积分常数。

根据充氧过程中C－t关系，作Ln（Cs－C）-t的曲线，可得到一条直线，其斜率为-KLa，曲线越陡，说明KLa值越大，氧传递的阻力越小，氧传递的速度也越快。

本试验采用0.6、0.8和1.0m3／h三组不同的气量，在填料填充比为0、30％和50％时进行试验，数据见表3。表3

KLa与填充比及气量的关系填充比/%气量/（m3.h-1)KLa/min-100.60.12280.80.19271.00.1310300.60.14530.80.14331.00.1369500.60.22290.80.19801.00.2076在0、30％和50％三个不同的填充比下，其氧转移系数的平均值分别为0.14、0.142和0.21。可见，随着填充比的增加，氧转移系数呈上升的趋势。在较低的通气量时，随着气量的增加，反应器氧转移系数增加。这是因为气体由孔口释放后，在上升过程中，除受到紊动水流的剪切力外，还在上升过程中由势能转化为动能，利用其自身的动能撞击载体表面，使气泡破裂，直径进一步减小，相应增大了接触面积。而且，小气泡在载体空隙内顶托水流，迫使空隙内的水流迅速循环，相互混合，使气泡在上升过程中由接触到更多水流。同时，水流紊动的加强，也有利于气液两相界面的更新，从而可促进氧的利用率。但是氧传递系数并不总随气量的增加而增加，当气量大幅度提高时，形成的气泡直径增大，在液相中停留的时间短，氧的利用率反而会下降。3小结①CMCBR的水流流态为完全混合，原水进入反应器中与循环水混合稀释，均匀分散到整个反应器中。

②反应器中液体循环混合状况与供气量、导流板距反应器底部的距离及提升区和回落区面积之比有关，权衡去除效率和经济因素，实验中导流板距反应器底部的距离取250mm，提升区与回落区面积之比2／3。

③随着填充比的增加．氧转移系数逐渐上升，鉴于循环流速的限制，50％的填充比较合适。

④水流紊动的加强也有利于氧的利用，但气量过高时，氧的利用率反而会下降。参考文献：[1]Bj￠mRusten,etal.MovingBedBiofilmReactorsand