完全混合與推流式反應器對比

1、完全混合與推流式反應器的原理與對比1. 連續(xù)流完全混合反應器基本原理連續(xù)流完全混合反應器如圖1所示意, 物料進入反應器內(nèi)后迅速被水體稀釋至出水濃度。反應器作物料衡算：A進料濃度；F-進料的體積流FCp dO - FCdO -rVdO = VdC在穩(wěn)態(tài)情況下，反應器內(nèi)積累量為零，即VdC=O,得:e=V/F= (C-C)/(-r)(1)式中，V代表有效反應容積，r代表反應速度，0代表反應時間。由式(1)中可以看出，連續(xù)流完全混合反應器設計反應時間應與進出 水物料濃度差成正比；當對出水的要求很高1(即C«CF)時，在反應速率不變的情況下, 設計反應時間趨向于與進水物料濃度成正 比。圖2顯

2、示了完全混合反應器的空間利用 情況：陰影部分為所需總停留時間，與后文 中推流式或間歇式求解圖相比，在達到同樣去除率的條件下所需時間要長。由式(1)可以得出以下結(jié)論: 對零級反應：(-rA) =k,則有:Cf_C _XCf k 對一級反應：(-rA)=kC,則有:0 =k X 對二級反應：(rA)=kC2，則有:0 =ry(i_x)2以上各式中，X=(CF-C)/CFo在實際應用上，該反應方式具有如下特點：進入反應器的污水能得到稀釋，使波動的進水水質(zhì)得到均化，故能耐沖擊負荷，對毒物濃度高的工業(yè)廢水特別適合；能直接處理較高濃度的有機廢水，無需稀釋，只需控制曝氣時間；能把整個池子的工作情況控制在良好

3、的同一條件下進行，微生物的活性能夠充分發(fā)揮，污泥負荷率高；操作靈活，通過改變污泥負荷可使工作點處于污泥增長曲線上所期望的某一點，從而得到期望的水質(zhì)。2. 推流式反應器基本原理推流式反應器如圖3所示意，物料進入反應器內(nèi)后濃度呈梯度變化。對反應器微元體dVr作物料衡算，在穩(wěn)態(tài)情況下，得：T ( L z 、(2)呱(一匚)J()(G)式中，C代表物料濃度，r代表反應速度，T代表反應時間，X代表轉(zhuǎn)化率。為方便比較，將式(2)由圖解法求解，如圖4所示。圖中陰影部分代表反應器所需反應時間。對照連續(xù)流完全混合反應器反應 時間圖解，對于簡單反應而言，在入 流濃度、反應速率一致的情況下，達 到相同的預期出流濃度

4、時，推流所需 的反應時間更短。當然，上述結(jié)論是 基于水中有機污染物降解速率與其濃度呈遞增的條件下得出的。由式(2)可以得出以下結(jié)論： 對零級反應：(-rA) =k,則有：Cf-C _XCfk k 對一級反應：(-rA)=kC,則有：k U-X； 對二級反應：(-rA)=kC2，則有：_ 1 XSc。(1 X)以上各式中，X=(Co-C)/Coo在實際應用上，該反應方式具有如下特點：流型呈推流式，微生物所得到的營養(yǎng)及其生長特性沿池長變化，處理效率高；不具有進水即與池內(nèi)水體迅速混合的完全混合反應的特點，故對耐沖擊負荷能力低。3. 連續(xù)流完全混合反應器與推流式反應器的對比對于單個反應器，利用以上關于

5、停留時間的討論結(jié)果列于表1中。表1推流式反應器與連續(xù)流完全混合反應器反應時間的對比（相對于推流式反應器的反應時間為1）反應級數(shù)轉(zhuǎn)化率X推流式反應器T連續(xù)流完全混合反應器9零級反應90%1199%11一級反應90%199%1二級反應90%110從上表的數(shù)值可以看出：單級連續(xù)流完全混合反應器在化學反應級數(shù) 愈高、轉(zhuǎn)化率愈高時，所需反應時間愈大，即所需反應體積愈大（即容積 效率愈低）。因此，從理論的角度看，單級推流式反應器比完全混合反應器 要好得多。但在污水生物處理的實際應用中，由于受到種種條件的限制， 兩種反應器又各有自己的適應條件。現(xiàn)分析如下：推流式曝氣池曝氣池表面呈長方形狀，廢水從池首端進入，

6、 在曝氣和水力條件的推動下，混合液均衡地向前 流動，并從池尾端流出。從池首端到尾端，混合 液內(nèi)影響活性污泥凈化功能的各種因素，如F/M 值、；舌性疔泥微生物的組成和數(shù)量、基質(zhì)的組成 園只始；亦弍8接令 和數(shù)量等都在連續(xù)地變化，有機物降解速率、耗氧速率也都連續(xù)地變化?；钚晕勰嘣诔貎?nèi)是按增長曲線的一個區(qū)段進行增長，參見圖5o推流式曝氣池工藝系統(tǒng)如圖6所示。從圖可見，原污水從曝氣池首端進 入池內(nèi)，由二次沉淀池回流的回流污泥也同步注入。污水與回流污泥形成 的混合液在池內(nèi)呈推流式流動至池的末端，流出池外進入二次沉淀池，在 這里處理后的污水與活性污泥分離，部分污泥回流至曝氣池，部分污泥則 作為剩余污泥排出

7、系統(tǒng)。污水凈化過程中的第一階段的微生物代謝是在一個統(tǒng)一的曝氣池中連 續(xù)進行的，由于有機污染物濃度沿池長逐漸降低，需氧率沿池長也是降低 的（見圖7）。因此，在池首段和前段混合液中的溶解氧濃度較低，甚至可 能是不足的，沿池長逐漸增高，在池末端溶解氧含量就已經(jīng)很充足了，一 般都能夠達到規(guī)定的2mg/L左右。有機污染物在曝氣池內(nèi)的降解，經(jīng)歷了 第一階段的吸附和第二階段代謝的完整過程，活性污泥以經(jīng)歷了一個從池 首段的對數(shù)增長，經(jīng)減速增長到池末段的內(nèi)源呼吸期的完全生長期?；钚晕勰鄮缀踅?jīng)歷了一個生長周期，處理效果很高，特別適用于處理要求高而水質(zhì)較穩(wěn)定的污水。推流式曝氣池系統(tǒng)具有如下各 項優(yōu)點：在曝氣池任何兩

8、個斷面 都存在有機質(zhì)的濃度梯度，因此存 在著基質(zhì)降解動力，BOD降解菌為優(yōu) 占菌種，可避免產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象; 運行靈活，可采用多種運行方式;對污水處理的效果極好，BOD去除率可達90%以上，適于處理凈化程度和 穩(wěn)定程度要求較高的污水；運行得當能夠增加凈化功能，如脫氮、除磷 等。經(jīng)多年運行實踐證實，推流式曝氣池系統(tǒng)存在著下列各項問題：(1) 曝氣池首端有機污染物負荷高，耗氧速度也高，為了避免由于缺 氧形成厭氧狀態(tài)，進水有機物負荷不宜過高，因此，曝氣池容積大，占用 的土地較多，基建費用高；(2) 耗氧速度沿池長是變化的(參見圖刀，需氧量前大后小，而空氣 的供應往往是均勻分布，這就形成前段無足夠的溶

9、解氧，后段氧的供應將 大大超過需要，造成浪費，增加動力費用。對此，采用漸減供氧方式，可 在一定程度上解決這一問題(參見圖刀。(3) 對進水水質(zhì)、水量變化的適應性較低，運行效果易受水質(zhì)、水量 變化的影響。進水濃度尤其是含有抑制物質(zhì)的濃度不能高，不能適應沖擊 負荷。這是因為其流型是推流式，進入池中的污水與回流污泥在理論上是不與池中原有的混合液相混合，進水水質(zhì)的變化對活性污泥影響較大，容易損害活性污泥，因此限制了對某些工業(yè)廢水的應用。推流式曝氣池一般呈廊道型，根據(jù)所需長度，可為單廊道、二廊道以及圖8廊道型推流式曝氣池平面三廊道的四廊道(參見圖8)。為了避免短路，推流式曝氣池的布置一般按 以下進行。(

10、D平面布置：推流式曝氣池的長寬比一般為510。進水方式多樣，出 水一般采用溢流堰。(2) 橫斷面布置：推流曝氣池的池寬和有效水深之比一般為廣2。有 效水深最小為3m,最大為9m。根據(jù)橫斷面上的水流情況，又可分為平移推 流和旋轉(zhuǎn)推流。平移推流式曝氣池底鋪滿擴散器，池中的水流只有沿池長方向的流動。這種池型的橫斷面寬深比可以大些。旋轉(zhuǎn)推流是在這種曝氣池中，擴散器裝于橫斷面的一側(cè)。由于氣泡形 成的密度差，池水產(chǎn)生旋流，形成了旋轉(zhuǎn)推流。完全混合曝氣池完全混合曝氣池的池型可以分為圓形也可 以為方形或矩形。曝氣設備可采用表面曝氣機， 置于池的頂部的中心。園Q學仝溫弍曝污水與回流污泥一進池，在表面曝氣機的攪拌

11、下，立即和池內(nèi)混合液 充分混合，水質(zhì)均勻，不像推流那樣前后段有明顯的區(qū)別。池內(nèi)混合液的 組成以及F/M值，活性污泥微生物的數(shù)量等因素是完全均勻一致的，有機 物降解的速率，耗氧速率都是不變的，而且在池內(nèi)各部位都是相同的。微生物在池內(nèi)的增值速率是不變的，在增值曲線上的位置是一個點， 而不是一個區(qū)段（參見圖9）o美國1950年以前建造的曝氣池全是狹長的條形池，按推流設計。由于 前段需氧量很大，因而通過漸減曝氣池來解決。但是，一般池子只有中段 （約為全長的1/3處）需氧速率與氧傳遞速率配合的比較好一些，見圖10o 在池的前段，因食料多，微生物的生長率高，需氧率也就很大，因而即使 漸減曝氣也不能根本解決

12、問題，實際的需氧速率受供氧速率控制和制約。圖中需氧率和供氧率之間其前后兩塊面積應當相等。這樣的供氧和需氧情況，當受到?jīng)_擊負荷時，前段陰影面積擴大，后段陰影面積縮小，嚴重時，后段面積全部消失，出現(xiàn)全池缺氧情況。從上面二種運行方式看，推理式曝氣池系統(tǒng)的根本矛盾是供氧和需氧的 矛盾，為了解決這個矛盾，漸減曝氣是通過布氣的方法來改善，分步曝氣 則是通過進料分配的均勻性來改善。為了根本上改善各式各樣形式池子中混合液不均勻的狀態(tài)，在分步曝 氣的基礎上，進一步大大增加進水點，同時相應增加回流污泥的入流點， 見圖門。那么池子的混合液的不均勻性大大改善了。入流廢水和回流污泥 在曝氣池中和原有的池子中的池液迅速混

13、合，這就是完全混合的概念。完全混合活性污泥法系統(tǒng)具有如下各項優(yōu)點：(1) 進入曝氣池的污水很快即被池內(nèi)已存在的混合液所稀釋、均化。 當入流出現(xiàn)沖擊負荷時，池液的組成變化較小，因而驟然增加的負荷可為 全池混合液所分扌旦，而不是象推流中僅由部分回流污泥承擔。因而完全混 合池從某種意義上來說，是一個大的緩沖器和均勻池，它不僅能緩和有機 負荷的沖擊，也減少有毒物質(zhì)的影響，適用于處理工業(yè)廢水，特別是濃度 較高的工業(yè)廢水。(2) 污水在曝氣池內(nèi)分布均勻，各部位的水質(zhì)相同，F(xiàn)：M值相等，微 生物群體的組成和數(shù)量幾近一致，生活環(huán)境也基本相同，各部位有機污染 物降解工況相同，因此，有可能通過對F:M值的調(diào)整，將

14、整個曝氣池的工 況控制在最佳條件，此時工作點處于微生物增殖曲線上的一個點上。活性 污泥的凈化功能得以良好發(fā)揮。在處理效果相同的條件下，其負荷率較高 與推流式曝氣池。(3) 曝氣池內(nèi)混合液的需氧速度均衡，動力消耗低于推流式曝氣池。(4) 可使曝氣池與沉淀池合建，勿需單獨設置污泥回流系統(tǒng)，易于運 行管理。完全混合活性污泥法系統(tǒng)存在的主要問題是：在曝氣池混合液內(nèi)，各 部位的有機污染物質(zhì)量相同、能的含量相同、活性污泥微生物質(zhì)與量相同， 在這種情況下，微生物對有機物的降解動力低下，因此，活性污泥易于產(chǎn) 生膨脹現(xiàn)象。與此相對，在推流式曝氣池內(nèi)，相鄰的兩個過水斷面，由于 后一斷面上的有機物濃度、微生物質(zhì)與量均高于前者，存在著有機物的降 解動力，因此，活性污泥產(chǎn)生膨脹的可能性較低。此外，在一般情況下， 其處理水水質(zhì)低于采用推流式曝氣池的活性污泥法系統(tǒng)。多級反應器系統(tǒng)當原污水含有高濃度的有機污染物而又要求較高的去除率時，可以考 慮采用兩級或三級活性污泥法處理系統(tǒng)。而每級都是獨立的處理系統(tǒng)，都 有自己的二次沉淀池和污泥回流系統(tǒng)，這樣有利于回流污泥對污水的適用 與接種。剩余污泥則可以每級分別排放，也可以集中于最后一級處理系統(tǒng) 排放。運行經(jīng)驗證實，當原污水B0