四维生物脱氮反应器水力特性探讨范文

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《人与生物圈》2017年第z1期

【摘要】本文研究以气升式环流反应器、拆流反应器及生物接触氧化等相关各种工艺作为出发点，对四维生物脱氮反应器工艺进行分析，探讨其水力特性，它不需要设置回流、额外的反冲洗设备和二沉池等后续处理单元，在四维生物脱氮反应器的局部循环流特性和折流特性这些水力特性方面进行比较。结果表明，四维生物脱氮反应器的水力特性比较理想，且能够具有较大容积利用率，在污水处理方面可得到理想效果。

【关键词】四维生物脱氮；水力特性；容积利用率

四维脱氮生物反应器属于新型的一种生物反应装置，该装置是以全新结果及全新设计理念为基础形成的，对各种相关污水处理工艺优点进行结合，发挥出更加明显的优势，在实际应用中不必另外设计回流及冲洗设备，并且可将二沉池等相关工艺省略，从而在污水问题处理方面发挥明显优势，具有效率高、投资少且能耗低等相关优点，并且实际操作维护较简单，可得到理想应用效果。

1常见工艺的水力特性分析

1.1气升式环流反应器对于气升式环流反应器（ALR）而言，其将气源作为运行动力源，在实际操作中能够均匀混合固体和液体，且能够在一定规则下使其实现循环流动，其混合性能比较合理，同时具备较好传质性能与传热性能，比较稳定性，在实际操作中表现出良好弹性，在能源化工以及生化化工领域内均有着十分广泛的应用，特别是在渣油及重油液相加氢裂解方面，可使结焦程度得以有效降低，可使高压操作而导致的很多问题均得到较好解决，从而得到比较理想的效果［1］。

1.2折流反应器折流反应器具是由一块块折流板组成，整体上呈推流式。在反应器中设置若干竖向导流板,将反应器分隔成几个反应室,污水沿反应器内的折流板上下折流前进,污泥则在各隔室内做上下沉降运动。污泥被截留在反应器中,使反应器具有耐冲击负荷强、水力停留时间短和处理效率高等一系列优点。

1.3生物接触氧化该方法属于生物膜法处理工艺，介于活性污泥法及生物滤池之间。在实际应用过程中，在池内需要以填料进行填充，充入氧气的污水浸没全部填料，同时以一定流速由填料流过，又称为“淹没式生物滤池”。废水与生物膜接触过程中，水中的有机物被微生物吸附、氧化分解和转化为新的生物膜和无机分解物。从填料上脱落的生物膜，随水流到二沉池后被去除，废水得到净化。采用与曝气池相同的曝气方法，又称“接触曝气法”。该工艺需要使用填料，在曝气作用下会导致在池内有三相体系共同存在，即液相、固相及气相，有利于实现氧转移，可使氧气实现充分溶解，并且对于微生物存活以及进一步增殖十分有利。对于生物膜而言，其上面有较丰富微生物存在，这些微生物中不但包含细菌以及原生动物与后生动物，并且还具有丝状菌，且不会发生污泥膨胀问题。同时，在该工艺应用中生物膜可布满填料表面，可使生物膜主体结构得以形成，在丝状菌不断滋生情况下，可能形成立体结构生物网，且该结构网比较密集，在其中有污水通过的情况下，可发挥出类似过于作用，从而可使净化效果得以有效提升[2]。

2四维生物脱氮反应器水力特性

2.1反应器结构及其工艺特点四维生物脱氮反应器是根据《气升式交替循环流复合滤料滤池》（专利号ZL200610038692.4）为基础进行组合设计的一种新型的污水处理设备，通过将多个标准化的气提升交替循环流复合滤料滤池单元（以下简称反应单元）进行串联式排列，在此基础上可使纵向上有连续反应装置形成，同时该装置能够实现折流。就时间轴而言，在对曝气变化进行控制的基础上，可实现反应器的分区及分段，并且在不同时段所表现出的处理状态水流及其动力学特性也存在一定差异。对于这种在时间增长情况下，不同时段处理状态发生变化的特点，被称为思维特性，同时由于这种特性在生物脱氮过程中比较适用，故而以四维生物脱氮反应器进行命名。四维生物脱氮反应器属于全新的一种污水处理装置，同时具备上述各种污水处理工艺特点，能够充分发挥出各种不同工艺所具备优点，在此基础上也就能够形成独特工艺特点。对于四维生物脱氮反应器而言，在实际应用中的优势主要体现在以下几个方面：（1）该反应器具备生物接触氧化法工艺特点，在实际应用中产泥量比较少，且能够实现过滤功能，在出水时其内部所含悬浮物比较少，也不需要另外设置反冲洗装置，也不需要设置二沉池。在反应器中所存在的沉泥，只需要在对设备进行检修过程中将其抽取，不必设置专门设备进行排泥。（2）对于这种类型反应器而言，其不但具备循环功能，且具备折流运行功能，可使折流及循环流两种运行流态实现有效结合，从而也就能够使装置容积利用率得以有效提升，在实际应用中所存在水力死区相对较小，并且在设备启动运行及设备管理方便能够比较简便，具有比较稳定的高效工作状态。（3）反应器内部存在两种不同局部溶解氧梯度，分别为宏观状态与微观状态，对于生物脱氮中关于溶氧环境相关要求，其能够符合，可同步高效去除有机物以及氮，且对于总氮具备较好同步去除能力。

2.2折流水力特性分析就折流式反应器实际应用情况而言，其首先应用于厌氧折流反应器内，由于折流反应器具有比较良好的水力条件，沿着水流方向微生物群落表现出较明显递变，具有较稳定处理效果，在化工及水处理领域具有十分广泛的应用。目前，对于折流反应器很多学者均实行大量实验及理论研究，主要研究内容就是在反应器实际运行过程中不同结构条件之间所存在关系，且取得较理想成果，为折流反应器更好应用奠定比较理想的基础。

2.3循环流水力特性分析在四维脱氮生物反应器中，其反应属于比较典型的气升式内环流反应器，对于这种类型反应器而言，其内部水流具有比较复杂的流态，且池内所存在填料会在很大程度上对水流态产生影响，由于这一特点的存在，也就很难直接研究其内部有关流体特点。另外，这种类型反应器主要包括两种不同形式，其中一种为内环流反应器，另一种为外环流反应器，其原理相同，同时相互间所存在联系较密切，其中对于内循环流而言，可对其进行简化，使其成为多个外循环流并联组合。因此，可利用实验方式研究反应器的水力特性，在建立模型之后，再将其在内环流反应器中进行应用[3]。根据相关文章从液体含气率、循环液体流速和氧传质特性方面的分析，四维生物脱氮反应器与其他式反应器相比，交替循环流较明显的特点就是具备较理想的曝气充氧能力及载体脱模能力，同时具备较好进水均质能力，另外，在时间轴曝气控制的基础上，可导致反应器内部的局部出现水力特性的不断改变，在此基础上也就能够减少反应器内部水力死区，并且折流可使反应器内部污水流经长度增加，可有效延长生化反应时间，通过三者共同作用，可使反应器表现出较理想水力特性，同时使容积利用率达到最大，理论上而言可得到比较理想的污水处理效果。

3结语

本文分别从气升式环流反应器、折流反应器、曝气生物滤池和生物接触氧化各种工艺的特点出发，分析这四种工艺的水力学特性，四维生物脱氮反应器结合了这四种工艺的优点，分析反应器的折流水力特性和循环流水力特性。

参考文献

[1]丁富新,李飞,袁乃驹.环流反应器的发展和应用[J].石油化工,2004,33(9):801-807．

[2]王丽朋,张文飞,刘永民.高长径比环流反应器中气、固含率的轴向分布研究[J].化工科技,2011,19(5):12-15.

[3]徐金兰,刘茵,黄廷林.多隔室厌氧折流板反应器(ABR)的水力特性试验研究[J].环境工程学报,2005,6(12):52-55.

作者：彭永丽 单位：安徽工业大学工商学院建筑工程系