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EGSB反应器的流态模拟研究.doc

EGSB反应器的流态模拟研究

陈小小小小华
2017-10-24 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《EGSB反应器的流态模拟研究doc》,可适用于综合领域

EGSB反应器的流态模拟研究EGSB反应器的流态模拟研究INDusTRIALwATERWASTEWATER工业用水与废水VoNoEGSB反应器的流态模拟研究颜智勇,胡勇有,肖继波,谢磊,仲海涛(华南理工大学造纸与环境工程学院,广东广州)摘要:l用自来水加葡萄糖配成mgL的溶液模拟废水,用强碱性阴离子树脂模拟生物颗粒污泥,用注入空气的方式模拟反应器中产生的沼气的方法,研究了颗粒污泥膨胀床反应器中的流态情况结果表明:上升流速"是影响EGSB反应器膨胀性能的主要参数,小于mh时,模拟的颗粒污泥不会流失"为,和mh时通过示踪剂浓度计算出的试验平均停留时间分别为,,rain,均小于各自的理论平均停留时间,说明反应器中存在死区,在理论停留时间为,,nlin时,反应器中的死区百分比分别为,,,离散数分别为,,关键词:EGSB反应器:流态研究:污水处理颗粒污泥中图分类号:X文献标识码:A文章编号:l()SimulationofFlowPatternsinEGSBReactorYANZhiyong,HUYongyou,XIAOJibo,XIELei,ZHONGHaitao(CollegeofPaperEnvironmentalEn#neering,SouthChinaUniversit)ofTechnology,Guangzhou,China)Abstract:TheflowpatternsinexpandedgranularsludgebedwasstudiedAmgLsolutionpreparedwithportablewaterandglucosewasusedtosimulatethewastewater,astrongalkalineanionexchangeresinwasusedtosimulatethebiologicalgranularsludge,whilethemethaneproducedintheEGSBreactorwassimulatedbyinjectingairTheresultindicatedthattheflowingupvelocityupwastheprimaryparameteraffectingtheexpandabilityoftheEGSBreactorwhenVpwaslowerthanmh,thesimulatedgranularsludgedidnotflowaway,whilewhenwasmh,mhandmh,theexperimentalaverageresidencetimecalculatedagainsttheconcentrationofthetracerwasmin,minandrainrespectively,eachofwhichwassmallerthanitsrespectivetheoreticalaverageresidencetime,whichindicatedtheexistenceofdeadzonesWhenthetheraticalresidencetimewasmin,minandmin,thepercentagesofdeadzoneinthereactorwere,and,andthedispersionnumberswere,andrespectivelyKeywords:EGSBreactorstudyofflowpatternswastewatertreatmentgranularsludgeEGSB用于处理高浓度有机废水已日益受到人们的重视流态对任何一种生化反应器的性能都有重要的影响,在EGSB反应器中,固,液,气混合共存使得研究EGSB实际流态是非常困难的在研究EGSB反应器内的水力学行为方面,尽管作了不少努力,但是结果仍然不能令人信服本文模拟EGSB反应器中的环境(颗粒污泥,沼气和废水),通过不同水力条件的停留时间分布和流态观察方法,来研究EGSB反应器中的流态行为为反应器的设计提供理论依据试验材料与方法试验装置与流程模拟试验是在小试EGSB反应器中进行该装置有效容积OL'边长为m,有效高度为m的有机玻璃柱体该装置中安装有三层集气罩的三相分离器放入反应器中的树脂质量为Okg,填充高度为m,占有效容积的曝气头均匀放置在反应器的底部,反应器内的温度控收稿日期::修回日期:基金项目:广东省科技攻关资助项目(C),广州市科技攻关资助项曰()INDUSTRIALWATERWASTEWATER工业用水与废水VNoo制在具体流程如图废水槽EGSB反应器储水箱空气压缩机曝气头注射器水封储气罐(带刻度),,导气管图lEGSB反应器流态试验流程模拟废水从废水槽中泵入反应器底端液体从反应器顶部排出:气体收集于三相分离器中然后进入水封罐水封罐有助于保持集气室里的气体压力,防止浮渣堵塞出气孔水封罐出来的气体通过一个带有刻度的储气罐来收集根据压出的水量计算出气体的量试验材料颗粒污泥:用强碱性苯乙烯阴离子交换树脂来模拟颗粒污泥它的湿真密度(×,×krVm)与颗粒污泥密度(×,×kgm)非常接近并且树脂的粒径(,mm)与文献报道的颗粒污泥粒径(,mm)相差不大,所以选用该树脂模拟颗粒污泥具有较强的相似性树脂颜色为淡黄色有利于观察流态情况,真实厌氧颗粒污泥取自武汉某啤酒厂EGSB反应器沼气:沼气用外加空气的方式来模拟因空气和甲烷都难溶于水,故收集空气的体积作为产甲烷的值是比较准确的(在实验前使空气在液体中过饱和),所以以空气模拟反应器中的沼气也具有较好的相似性废水:据文献报道,在cC时,EGSB反应器中废水的粘度一般为mPas,用自来水加葡萄糖在cC时配制成mgL的溶液粘度为mPas,与反应器中的废水粘度相近试验方法运用脉冲示踪剂法来研究流动模式和水力停留时间在反应器中的分布即在反应器的进液口处瞬时注入示踪剂(LiSOH:O),脉冲信号为mgL的示踪剂溶液,用一个注射器吸取mL溶液迅速(,s,被认为是瞬时的)注入到进料口处,在出口处取样分析示踪剂浓度在注入示踪后,再立即注入适当的红色墨水来进行流态的观察颗粒污泥及树脂的粒径测定采用湿式筛法示踪剂浓度采用原子吸收法进行分析结果与分析颗粒污泥及树脂粒径分布采自EGSB反应器中的颗粒污泥是椭球形的而树脂是球形的尽管如此实际颗粒污泥的直径仍可以通过采用树脂的等体积当量直径计算采用标准筛对厌氧颗粒污泥及树脂的粒径进行筛分结果见图,图卿喀瞧lOOdOd=O,d粒径dmm图树脂的粒径分布dOdlldd颗粒污泥粒径dmm图颗粒污泥粒径分布从图,图可知,粒径在,mm之间的树脂占以上而粒径在,mm之间的颗粒污泥占以上说明两者在粒径分布上具有较好的一致性产气模拟产气用外加空气来模拟气量根据文献资料来确定厌氧法在理论上每去除lkgCOD可以产生In的纯甲烷气(oC,×Pa下)设甲烷产量为理论产量的沼气中含甲烷,废水的COD为mgL每天处理废水L,根据反应器稳定运行时,处理容积负荷加o颜智勇,胡勇有,肖继波,等:EGSB反应器的流态模拟研究(以COD计)为lkg(md),COD去除率为计算,则平均产沼气量为Lh布气系统采用微孑L曝气头,气泡直径在,mm左右,与实际反应器中的气泡接近膨胀试验模拟研究进水表面上升流速皿和厌氧过程产生的沼气量Q是影响EGSB中颗粒污泥膨胀程度,进而影响反应器运行稳定性的重要参数,因此研究和Q与颗粒污泥膨胀床膨胀率的关系,对指导EGSB反应器的运行和放大具有重要的指导意义水力上升流速与膨胀率的关系水力上升流速与膨胀率关系见图瓣漤J(mh)图水力上升流速和膨胀率的关系从图可知,印越大,膨胀率就越大,当在mh时,颗粒膨胀较小,膨胀率只有,而当为mh时,膨胀率达到了,颗粒层界面接近三相分离器底部此时的三相分离器顶端距出水口的距离为em由此可知EGSB中如果用颗粒污泥接种适合采用较大的水力上升流速在此过程中观察到无论哪一种流速都出现清晰的固一液界面层从该试验的个不同与所对应的膨胀率进行回归计算得:相关系数尺为回归方程为:膨胀率()=皿,查相关系数临界值表得:尺()=本试验R尺Q(),说明膨胀率与之间的线性关系非常显着,所求得的回归方程是可信的气量与膨胀率的关系如果不进水,单进气,随着Q的增大,颗粒界面层反而减小颗粒界面层上至三相分离器之间出现一个颗粒悬浮区这是因为随着Q的增大,小颗粒在气泡的作用下,脱离颗粒界面层越来越多,致使悬浮区的颗粒越来越多,呈模糊态颗粒和气泡经过三相分离器后气泡被收集颗粒在失去气泡的作用力下,沿着三相分离器斜壁滑下,进入颗粒悬浮区,沉降区中基本没有颗粒物的存在从图也可以看出,在只有气体的情况下,床层是减小的,p越大,床层高度就越小当然就不会出现床层膨胀的现象当气量为Lh时,床层高度降低也不过,说明气量对床层高度的影响比水力上升流速对床层高度的影响小很多,因此,在及Q共同作用下,计算床层膨胀率时,往往可以忽略Q的影响,而只考虑叩的影响就可以了瓣漤Q(Lh)图Q和膨胀率的关系及Q共同作用下s在高程上的分布EGSB反应器应用于处理高浓度废水的关键在于保持高浓度的污泥量和良好的废水与微生物的混合程度研究反应器中的颗粒污泥床层的动态变化对确定反应器一次性污泥接种量和反应器的高径比等参数有重要的指导意义模拟气体流量需要根据实际工程中产气量来确定,这样才具有模拟放大的意义以反应器中稳定运行时的平均产气量为Lh来试验,在,,,mh时,研究反应器内各取样口处颗粒s的分布情况设出水口为,从上往下每间距cm设置一个取样口,共设置个取样口在三相分离器上部其它取样口在三相分离器的下面结果见图取样口编号图"对反应器不同高程的S的影响加如加mOINDusTRIALwATERWASTEWATER工业用水与废水VoNo由图可知,从各个取样口取出颗粒SV来看,随着上升流速的增大,各个取样口处颗粒SV就越大当水力上升流速为,,,mh时,取样口的SV都很小,几乎为,说明三相分离器的分离效果非常好而在mh时,出水口有小的颗粒流失,出水的SV为说明上升流速大于mh,反应器内的颗粒会被出水带走,这在实际废水处理中是很不利的因此在EGSB反应器设计中,水力上升流速应控制在mh以下水力混合特性通过脉冲示踪剂法图描绘了不同水力停留时间的C一曲线为了对不同水力停留时间的各混合情况进行比较,将试验数据(取倍理论停留时间)进行归一,即引入无因次浓度C(C=C,是以反应器容积为基础的初始示踪剂浓度)和无因次时间(:tt一,t是试验平均停留时间)并作图试验数据经过归一化后,再利用式()和()计算出t和图不同水力停留时间的C一曲线(,,)(cCi)(,一,)=三nl(CiG)("一)lnl(ff)(c…c)(f…一f)=旦一,(GCi)(f一f)()式()和()中t为第i次取样时间距开始取样的时间间隔,t川为第i次取样时间距开始取样的时间间隔,C,为第i次取样的出口水流中示踪剂的浓度G为第i次取样的出口水流中示踪剂的浓度Vd=(一ttHRT)×()从图可以看出所有平均停留时间都低于理论值,这说明反应器中的死区确实存在,在试验阶段可以观察到颗粒床层一些区域没有红色墨水或颜色很浅死区的比例见表l表EGSB死区百分率及离散数当tHRT为min时,死区百分率占了,而在tnm为minmin时,死区百分率只有,,说明增大水力负荷,可以减小反应器内的死区,提高反应器的有效体积因此在实际工程中可以通过增加水力负荷来减少反应器的死区容积在试验过程中可以看到,随着f哪的减小,反应器内的返混现象却增强了,这可以通过离散数D(无因次)的增大反映出来对于理想推流式反应器,D=,不存在返混现象对于理想完全混合式反应器,D=,反混极大实际的反应器都介于理想推流式和完全混合式之间,即D离散数D由停留时间分布函数E()确定根据理论推导H求出D:E():CCo=C()o=of=D一D(一e)()从图可以看出,C一曲线偏斜度较大说明离散数大,式()中的第二项可以略去,由式()和式()分别求出f和z,从而算出离散数D的值计算的结果列于表l中当tHm"分别为minmin和min时D分别为和该试验结果D在,可见EGSB反应器介于理想推流式和完全混合式之间随着f的减小,EGSB中返混现象更明显反应器中流体的行为在试验期间通过注入红色墨水的方法来观察反应器中的流态,用以证明液相的路径,气体的形颜智勇,胡勇有,肖继波,等:EGSB反应器的流态模拟研究成以及颗粒沿着反应器的运动在模拟时,气体大多数形成在污泥床里面,且大多数气泡附着在颗粒上并上升到反应器的顶部,被三相分离器收集,气体在沉降区的量可以忽略,一些颗粒由于粘着气泡,在浮力的作用下,也上升到反应器的顶部,它们进人三相分离器,可以很明显的观察到气泡分离并直接进入气室,而颗粒则沉降下来几个死区和短流现象也可以观察到,这种情况主要是在大的气泡形成时,偶尔在反应器进水口处形成结论通过流态实验得出以下结论:模拟的颗粒粒径与真实厌氧颗粒污泥粒径有较好的一致性两者都在,mlTI之间占总颗粒的以上水力上升流速是影响颗粒床层膨胀率的主要因素膨胀率与水力上升流速之间的关系可定量的表示为:膨胀率()=一当气量在Lh,水力上升流速大于rnh时出现颗粒流失的现象示踪试验表明,trmT为min,min和Omin时,死区容积占反应器有效容积的,tta~T减小死区就减小试验得到的离散数D在,之间表明反应器介于理想推流式和完全混合式之间,在本试验条件下,随着tta~T的减小,返混现象加剧,混合效果好EGSB内存在死区偶尔有短流现象参考文献:废水的厌氧生物处理M北京:中国轻工业出版社,贺延龄lECPires,WSHanisch,MANAndradeAnoriginalprocedureforphysicalsimulationofupflowanaerobicsludgeblanketreactorsJBioprocessandBiosystemsEngineering,,():周琪,胡纪萃,顾夏声,升流式厌氧污泥层反应器水力混合特性研究J,环境科学,,():许保玖,龙腾锐当代给水与废水处理原理(第二版)M北京:高等教育出版社作者简介:颜智勇(一),男,湖南宁乡人,在读博士,主要从事水环境和水处理技术方面的研究电话(),zhyyanlsohucon::岛每每每岛与i山东莱州冷却塔风机制造有限公司宁波江南塑胶容器有限公司南京化工学院武进水质稳定剂厂上海久安水质稳定剂厂宁波市北仑防腐阀门厂南海市九江永兴阀门制造有限公司南京纳科精细化工技术发展公司株洲南方阀门制造有限公司上海冠龙阀门机械有限公司浙江德安新技术发展有限公司浙江德安新技术发展有限公司山东山大华特科技股份有限公司天津国威给排水设备制造有限公司成都齐达科技开发公司德国连恩舍过滤有限公司上海代表处广告索引封面封二封三封底前插一前插二前插三前插四中插一中插二中插三中插四后插一后插二后插三北京民和电气有限公司山东莱州冷却塔风机制造有限公司济宁齐鲁工矿设备有限公司上海佳麟泵阀有限公司贵州省绿色环保有限公司深圳欧泰华环保技术有限公司常州市双辉制冷设备有限公司上海绿华环保技术有限公司上海石化环保器材厂菲利特流体设备制造有限公司常州市远大木结构冷却塔有限公司第五届中国(上海)国际环保技术设备展览会中国(南昌)环保科技产品暨水工业博览会无锡市科林机械设备厂后插四JJJJJJJJJJJlJP

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