当前位置：文档之家 › 侧向流曝气生物滤池水力混合特性研究

侧向流曝气生物滤池水力混合特性研究

  • 格式：pdf
  • 大小：295.34 KB
  • 文档页数：5

第29卷　第5期重庆建筑大学学报Vol.29　No.52007年10月Journal of Cho ngqing Jianzhu UniversityOct.2007侧向流曝气生物滤池水力混合特性研究3　3收稿日期:2007-03-21基金项目:国家十五攻关项目(2001BA604A01)作者简介:张红晶(1967-)女,重庆人,博士,主要从事水处理技术的研究张红晶1,2　龙腾锐2　何　强2　王　胤2(1.重庆大学　化学化工学院　2.重庆大学　城市建设与环境工程学院,重庆　400045)摘要:从反应器理论出发,采用脉冲刺激响应技术对新型侧向流曝气生物滤池进行了流态试验。

对液龄分布函数的数据统计得出,无因次方差σθ2在0.12～0.20,P e 准数在8～15,说明反应器流态介于全混流和平推流之间,偏于平推流。

根据试验结果,运用轴向扩散模型建立了滤池的流态模型。

进水流量和曝气量是影响LBA F 水力混合特性的重要因素。

曝气和增加进水流量有利于减少反应器的返混程度,使反应器的流态更接近于平推流。

经理论分析认为,该流态有利于生物种群的空间分布,保证了反应器的容积利用率,提高了处理效能,是一种较好的流态形式。

关键词:侧向流曝气生物滤池,水力混合特性,有机物降解中图分类号:TU982.29;X32 文献标志码:A 文章编号:1006-7329(2007)05-0139-05R esearch of the H ydrodynamic B ehavior in LateralFlow Biological Aerated FilterZHAN G Hong -jing ,L ON G Teng -rui ,H E Qing ,WAN G Y ing(1College of Chemistry and Chemical Engineering ;2College of Urban Construction and Environmental Engineering ,Chongqing Uni 2versity ,Chongqing ,400044,China )Abstract :Lateral flow biological aerated filter (LBA F )is a new type of wastewater t reat ment equip ment.In orderto research t he hydrodynamic behavior ,t he p ulse stimulus response technique is used to perform t he tracer test s.Based on t he experiment result s ,auaxial dispersion model is used to analyse t he flow pattern of LBA F ,it is found t hat t he flow pattern is similar to t hat of plug flow reactor (PFR ).Wit h analysis ,t he hydrodynamic behavior of LBA F is helpf ul to f ull use of volume and nit rogen removal performance.K eyw ords :lateral flow biological aerated filter ;hydrodynamic behavior ;degradation of organic pollutant 侧向流曝气生物滤池(Lateral Flow Biological A 2erated Filter ,简称LBA F )是在传统曝气生物滤池的基础上开发的新型曝气生物滤池,该滤池与传统曝气生物滤池的最大区别是侧向进水,侧向出水,易于调整沿程的溶解氧浓度和填料填装方式,可针对不同的进水水质和处理要求,通过改变曝气方式、强度和填料填装方式实现多种不同的运行模式。

由于反应器的污水处理效能与反应器的构型及物料在反应器内的流动与混合状况有极大关系,反应器的流体力学特征、气速和液速的大小又影响着传质性能和生物膜的附着生长,而且影响反应器处理效率与反应器的容积利用率。

而滤池的流态则直接与反应器的动力学模型相联系。

研究表明,反应器愈接近推流式,对氨氮的硝化作用和对悬浮物的去除效果愈好[1]。

所以通过LBA F 反应器水力混合特性的研究,对该反应器中物料的流动与混合状况进行分析,可为反应动力学模型的建立提供依据,并为反应器的合理设计、工程实践提供参考。

1　试验部分1.1　试验装置LBA F 试验装置如图1所示,长2.28m ,宽0.70m ,高1.35m ,由A 、B 两段填料串联组成,A 段交错填装五框粒径为10～15mm 的沸石,每筐内放置一根微孔曝气器,其特点是在池体内交错布置填料框,大部分污水穿过填料,小部分污水会绕过填料框,通过填料框与池壁间的空隙,与穿过填料框的污水汇合进入下一个填料框,这样填料利用率高,可适当延长反冲洗周期,B 段每间隔28cm 放置一根微孔曝气器,装填粒径为3～6mm 的沸石。

填料层自下而上的构造为:沸石填料,反冲洗进水管,曝气器,反冲洗进气管,沸石填料。

041重庆建筑大学学报 第29卷图1　LBAF试验设备图表1　沸石填料的性能参数填料位置粒径/mm 含水堆积密度3/g ・cm -3含水表观密度33/g ・cm -3内部孔隙率外部空隙率A 段10～150.85 1.860.140.54B 段3～81.822.850.320.353堆积密度指包括填料内部空隙率和堆集颗粒间空隙率的填料密度,33表观密度指仅包含填料内部空隙率的填料密度。

1.2　试验方法采用脉冲刺激响应技术测定滤池在不同条件下的示踪剂浓度随时间的变化[7],然后计算出液龄分布函数E (t ),表征流态特性的平均停留时间(t )、方差(σt 2)及无因次方差(σθ2)等特征值。

以上各个参数分别用式(1)%式(4)通过试验数据进行计算[2][3]:E (t )=C (t )∫∞C (t )d t (1)t =∫tC (t )d t ∫C (t )d t (2)σ2t=∫∞(t -t )2C (t )d t ∫∞C (t )d t (3)σ2θ=σt2t2(4)式中:C (t )—在时间为t 时出口处的示踪剂浓度。

2　滤池流态2.1　滤池流态试验滤池流态试验是将电导仪放在滤池出口处。

根据曝气生物滤池常见的气水比进行了4次试验,每次试验运行参数如表2所示。

图2～图5分别为试验Ⅰ～试验Ⅳ得到的液龄分布函数曲线,表3为试验Ⅰ～试验Ⅳ的平均停留时间(t )、方差(σt 2)及无因次方差(σθ2)等特征值。

表2　整池流态试验运行参数运行工况试验Ⅰ试验Ⅱ试验Ⅲ试验Ⅳ水流量/m 3・h -10.110.220.430.43曝气量/m 3・h -100.650.65 1.30气水比3∶11.5∶13∶1图2　试验Ⅰ的液龄分布函数曲线图3　试验Ⅱ的液龄分布函数曲线图4　试验Ⅲ的液龄分布函数曲线141第5期 张红晶,等:侧向流曝气生物滤池水力混合特性研究图5　试验Ⅳ的液龄分布函数曲线表3　滤池流态特性参数一览表参数试验Ⅱ试验Ⅲ试验Ⅳ平均停留时间t/min180.9694.73105.05方差σt2/min26549.301103.771386.17无因次方差σθ20.2000.1230.124理论停留时间τ/min205.27101.86103.732.2　滤池流态模型的建立由表3可看出,返混较小,可用轴向扩散模型对流态进行判断。

轴向扩散模型特别适应于返混程度不大的系统,如管式、塔式以及其他非均相物系,其模型方程可表示为[2]:5C5t=D 52C5l2-u5C5l(5)式中:D为轴向扩散系数,l为反应器轴向距离,u为流速。

引入无因次变量C3=C/C0、θ=t/t、Z=l/L分别表示无因次的浓度、时间、和长度,其中C0为初始浓度,L为反应器轴向总长度。

将上述无因次变量代入(1)式中得到该模型的无因次表达式:5C35θ=1Pe52C35Z2-5C35Z(6)式中,Pe=ul/D为Peclet准数,它的倒数D/ul是表征返混大小的一个无因次准数。

当D/ul=0时,滤池为平推流;当D/ul→∞时,滤池为全混流;对“闭”式容器,在采用脉冲示踪法并在出口连续检测示踪剂浓度时,式(6)的解为[2]:σ2θ=2(1P e)-2(1P e)2(1-e-Pe)(7) 由式(7)可得各试验条件下的Peclet准数如表4所示。

表4　试验Ⅱ～试验Ⅳ中滤池的Pe准数表运行工况试验Ⅱ试验Ⅲ试验Ⅳ水流量/m3・h-10.220.430.43曝气量/m3・h-10.650.65 1.30气水比3∶1 1.5∶13∶1Pe8.8515.1515.02 解式(6)可得到轴向扩散模型的液龄分布函数为[2]:C(t)=12π/p eexp-1-tt24P e(8)在脉冲试验中,C(t)曲线与E(t)曲线一样[2],所以可以将试验Ⅱ～试验Ⅳ中的t和Pe代入式(8),模型拟合结果如表5和图3～图5所示。

由表5和图3～图5可见,轴向扩散模型较好地模拟了侧向流曝气生物滤池。

表5　试验Ⅰ～试验Ⅳ中E(t)的试验值与模拟值试验Ⅱ试验Ⅲ试验Ⅳ时间/minE(t)试验值模拟值时间/minE(t)试验值模拟值时间/minE(t)试验值模拟值000.000515000.000263000.000244 500.0006140.00148200.0004050.00110200.001310.00153 900.004820.00269300.001420.00198500.004950.00372 1000.004800.00302500.006030.00499700.006950.00687 1500.004860.00441700.01060.008971000.01040.0103 1600.004900.00459800.01110.01061100.01030.0103 2000.004210.004601000.01010.01151300.008140.00844 2500.002720.003411200.007670.008871500.005030.00524 3000.001360.001811400.005330.004891600.003660.00373 3500.0006030.0006831500.003970.003201700.002680.00248 4000.0004200.0001841700.001150.001061900.001040.000895 4500.0002400.00003541800.0005270.0005402000.0004850.0004852.3　滤池流态的试验结果分析从图2-图5可见,无曝气时流态十分混乱,出现几个递降的峰值,这表明滤池内可能有循环流动,当加入曝气后,流态接近平推流,但试验Ⅲ和试验Ⅳ中显示,在水流量不变的条件下,曝气量增加一倍时,P e准数基本相同,说明曝气量对流态并无太大影响,曝气只241重庆建筑大学学报 第29卷是促进了反应器在纵向的混合,这是轴向呈现近似平推流流态的必要条件。

合集下载

曝气生物滤池处理城市污水的效能与微生物特性研究

曝气生物滤池处理城市污水的效能与微生物特性研究

曝气生物滤池处理城市污水的效能与微生物特性研究曝气生物滤池是一种常用于处理城市污水的生物处理设施，它利用微生物来降解污水中的有机物和氮、磷等污染物，达到净化水体的目的。

本研究旨在探讨曝气生物滤池在处理城市污水方面的效能及其微生物特性。

一、曝气生物滤池的工作原理曝气生物滤池通常由水箱、生物膜、曝气器组成。

城市污水经过预处理后，流入水箱。

在水箱中，曝气器通过给水箱提供氧气，不断向水中注入气泡，同时提供搅拌功能。

随着曝气的进行，气泡的上升和水流的对流将有机污染物附着在生物膜上，微生物将通过附着在生物膜上的有机物进行降解，并分泌酶类加速反应。

经过一段时间的处理，经过生物膜的污水被排出系统。

二、曝气生物滤池的效能研究1. 溶解氧和曝气速度对效能的影响溶解氧是影响微生物生长和降解效率的重要因素之一。

在曝气生物滤池中，气泡的注入可以提供曝气速度，使污水与氧气充分接触。

实验研究表明，当曝气速度较高时，溶解氧浓度较高，微生物的生长和降解活性也相应提高，处理效果良好。

而当曝气速度过低时，溶解氧浓度不足，微生物的降解能力受限，处理效果下降。

2. 曝气生物滤池的去除效果曝气生物滤池对有机物和氮、磷等污染物的去除效果都很显著。

有机物的去除主要通过生物膜上的微生物进行生物降解实现，而氮、磷等营养元素的去除则与微生物的生长和降解有关。

实验研究发现，曝气生物滤池对COD（化学需氧量）的去除率通常在80%以上，对氨氮和总磷去除率也能达到70%以上，表明其在处理城市污水方面的效果较好。

三、曝气生物滤池的微生物特性研究曝气生物滤池中的微生物主要包括细菌和真菌两类。

这些微生物通过附着在生物膜上形成生物膜群落，共同参与有机物和污染物的降解。

研究表明，微生物群落的组成和结构与曝气生物滤池的处理效果密切相关。

不同污水源的微生物群落存在一定的差异，这可能是其处理效果的差异所在。

因此，研究微生物群落的组成和结构对于进一步优化曝气生物滤池的效能具有重要意义。

循环曝气生物滤池空气-水两相流数值模拟研究

循环曝气生物滤池空气-水两相流数值模拟研究

循环曝气生物滤池空气-水两相流数值模拟研究黄健光;钟理【摘要】采用计算流体动力学和FLUENT软件模拟了循环曝气生物滤池中空气和水两相以不同的体积流量比接触时水中溶解氧的浓度分布和滤池内循环水的流动状况.模拟结果表明,随着qv(空气)∶qv(水)的增大,溶解氧在水中分布更加均匀,水中溶解氧的平均浓度也不断上升,但增速逐渐变小,当qv(空气)∶qv(水)＞24∶1时变化已不明显;循环水的流速随着qv(空气)∶qv(水)的增大而上升,循环流量可以达到进水量的20倍以上;生物滤池填料层中水的流动状态为层流,曝气筒中水的流动状态为湍流,既有利于强化气液两相的传质,也有利于废水生物降解和提高系统抗冲击能力.【期刊名称】《化工科技》【年(卷),期】2015(023)004【总页数】6页(P9-14)【关键词】循环曝气生物滤池;数值模拟;计算流体动力学【作者】黄健光;钟理【作者单位】顺德职业技术学院应用化工技术学院,广东佛山528333;华南理工大学化学与化工学院,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】X703石油炼制过程会产生大量的各类废水。

其中，炼油碱水碱渣主要来自汽油、柴油和液化气等产品的碱洗精制过程，是一种含有大量硫化物、硫醇、挥发酚、石油类物质和环烷酸等有毒有害污染物的碱性废液，呈黑褐色，并带有恶臭气味。

该碱性废液排放量不大，仅占炼油污水排放量的5%～10%，但其COD、硫化物和酚类等污染物的排放量却占炼油厂污染物排放量的40%～50%，是炼油厂的主要恶臭污染源[1]。

课题组开发的循环曝气生物滤池工艺(Circulating Biological Aerated Filter，CBAF)处理该类废水，取得了良好的效果[1-9]。

溶解氧浓度是影响废水生物降解的最重要因素之一。

采用循环曝气生物滤池是基于生物氧化原理处理废水的装置，课题组前期研究表明[4-5]，CBAF溶解氧浓度变化对废水处理效果影响显著，溶解氧浓度越高，对废水处理越有利，CBAF另一特点是废水生物处理效率高和抗冲击力强，这与CBAF内的流体流动状况和结构有关。

曝气生物滤池技术研究进展及其工艺改良

曝气生物滤池技术研究进展及其工艺改良

曝气生物滤池技术研究进展及其工艺改良曝气生物滤池技术研究进展及其工艺改良随着人口的增加和城市化的进程，废水处理成为一个越来越重要的环境问题。

曝气生物滤池技术作为一种常见的废水处理方法，具有处理效果好、工艺简单、投资和运行费用低等优点，在废水处理领域得到广泛应用。

本文将介绍曝气生物滤池技术的研究进展，并探讨一些工艺改良的方法。

一、曝气生物滤池技术的原理曝气生物滤池是一种利用特定材料作为滤料，通过生物膜附着在滤料上的微生物降解废水中的有机物的方法。

通常情况下，曝气生物滤池由一个或多个滤池组成，进水经过预处理后进入滤池，在滤料表面的生物膜的作用下，废水中的有机物被降解成较低浓度的有机酸和二氧化碳等无害物质。

同时，滤料具有一定的吸附作用，能够去除废水中的悬浮颗粒物和胶体颗粒，从而高效净化废水。

二、曝气生物滤池技术的研究进展曝气生物滤池技术的研究起源于20世纪60年代初，随着研究的深入和技术的改进，其应用领域逐渐扩大。

目前，曝气生物滤池技术已经被广泛应用于城市污水处理厂、工业废水处理系统以及一些农村地区的集中式和分散式废水处理。

在国内外学者的不懈努力下，该技术在以下几个方面取得了重要进展： 1. 曝气方式的改进：原始的曝气方式仅采用喷射曝气，阻力大、传质效果差。

近年来，科研工作者提出了多种曝气方式的改进，如曝气空间的优化设计、曝气方式的多模式切换等，大大提高了曝气效果和废水的处理效率。

2. 滤料的优化选择：滤料的选用直接影响到生物膜的附着效果和废水处理效果。

传统的滤料主要包括河石、石英砂等，但这些滤料比表面积小、附着微生物的能力较弱。

近年来，学者们通过改变滤料的形状、材质和表面处理等方法，优化了滤料的性能，提高了废水处理的效率。

3. 生物膜形成与处理效果探究：生物膜的形成和稳定性是曝气生物滤池技术的关键。

学者们通过研究生物膜的形成机理、优化滤料表面性质以及生物膜的修复方法等，不断改进曝气生物滤池技术，提高了其降解废水的处理效果。

曝气生物滤池的研究进展

曝气生物滤池的研究进展

曝气生物滤池的研究进展曝气生物滤池的研究进展摘要：阐述了曝气生物滤池的工艺原理和特点，对曝气生物滤池的结构形式、功能、启动和滤料等方面的最新研究进展和发展趋势进行了综述，同时提出了曝气生物滤池今后的研究方向。

关键词：曝气生物滤池负荷滤料污水处理 曝气生物滤池(biological aerated filter)与普通活性污泥法相比，具有有机负荷高、占地面积小(是普通活性污泥法的1/3 )、投资少(节约30%)、不会产生污泥膨胀、氧传输效率高、出水水质好等优点［1～3］，但它对进水SS要求较严(一般要求SS≤100 mg/L，最好SS≤60mg/L)，因此对进水需要进行预处理。

同时，它的反冲洗水量、水头损失都较大。

世界上首座曝气生物滤池于1981年在法国投产，随后在欧洲各国得到广泛应用。

美国和加拿大等美洲国家在20世纪80年代末引进此工艺，日本、韩国和中国台湾也先后引进了此项技术。

目前世界上较大的环保公司如法国得利满公司、德国菲力普穆勒公司、法国OTV公司均把它作为拳头产品在全世界推广。

在中国内地，曝气生物滤池正处于推广阶段。

大连市马栏河污水处理厂是我国第一个采用曝气生物滤池工艺的城市污水处理厂，目前正处于试运行阶段。

另外，我国一部分工业废水的处理也采用了此项技术。

清华大学、太原理工大学等科研单位对曝气生物滤池也进行了试验研究。

随着曝气生物滤池在世界范围内不断推广和普及，很多学者在其结构形式、功能、启动和滤料等方面进行了详细的研究，取得了很多成果。

1 结构形式曝气生物滤池的结构与普通快滤池基本相同，不同之处在于曝气生物滤池下部或底部增加了曝气系统。

根据水流方向其可分为上向流和下向流两种，早期的曝气生物滤池多采用下向流，如BIOCARBON［4］。

由于下向流曝气生物滤池的纳污效率不高、易堵塞、运行周期短，因此现在多采用上向流方式(即采用气水同向流)，使布水、布气更加均匀。

同时，在水气上升过程中可把底部截留的SS带入滤池中上部，增加了滤池的纳污能力，延长了工作周期。