大型生物膜反应器的宏观水流混合特性研究

第50卷第6期中山大学学报(自然科学版)20l1年11月ACTASCIENTIARUMNATURALIUMUNIVERSITATISSUNYATSENIV01．5ONo．6NOV．2011大型生物膜反应器的宏观水流混合特性研究孙国胜，贾晓珊(1．中山大学环境科学与工程学院，广东广州510006；2．广东粤港供水有限公司，广东深圳518021)摘要：基于多级理想完全混合反应器(CSTR)串联假设，以东深供水原水生物预处理工程(目前世界同类工程之最大规模工程)的生物接触氧化池为研究对象，采用罗丹明B作示踪剂试验，运用MATHLAB编程对各级反应器出口浓度系数和混合距离作曲线拟合，推算反应器的串联级数。结果表明：生物池单级CSTR长约13I11，全池270m的CSTR反应器串联级数n=21；将生物池水流模型简单地视为推流式模型，将产生较大偏差；曝气管层的水流在每隔4．5Ill区段有71．8％的水体发生交换，每级CSTR不存在短流情况。关键词：生物膜反应器；水流模型；示踪剂；微污染原水；曝气中图分类号：X505文献标志码：A文章编号：0529—6579(2011)06—0125—05StudyonFlowMixingCharacteristicsoftheLarge·-scaleBio--filmReactorSUNGuosheng，JIAXiaoshan(1．SchoolofEnvironmentalScienceandEngineeringSunrat—senUniversity，Guangzhou510006，China；2．GuangdongYuegangWaterSupplyCO，LTD，Shenzhen518021，China)Abstract：Basedonthehypothesisofseriesmultistagecontinuousstirredreactor(CSTR)，rodamineBtracingexperimentswerecarriedoutinthebio--contactoxidationtankofDong--shenrawwaterbio·-pretreat--mentengineering，thelargestengineeringintheworld，inordertogetthefittingcurveoftheoutletcon—centrationcoeficientandmixeddistanceofCSTRstagesusingMathlab，andthencalculateseriesnumberofthereactor．Resultsshowthatthelengthofasingle—stageCSTRis13m．ThewholetankseriesnumberofCSTRwithalengthof270mis21．Itisincorectthatthebio—tankisconsideredsimplyasaplugflowreactor．About71．8％waterexchangeOccursevery4．5mattheaerationtubelayer．Theshortflowdoesnotexistinasingle-stageCSTR．Keywords：biofilmreactor；flowmodel；tracer；micro-pollutedrawwater；aeration生物反应器中水流的混合特性直接影响微生物对底物和溶解氧的获取，最终影响污染物的去除效率。实际生物反应器的处理效能不仅依赖于生物反应过程本身，而且与反应器的流态和混合形式密切相关。随着原水水质受污染程度加剧，生物接触氧化法应用于饮用水预处理越来越受青睐。一般认为，生物接触氧化法兼有生物膜法和活性污泥法的特点，其流态从整体上视为推流式。生物反应器常用的实时控制参数有溶解氧、pH和ORP-8]，但对于生物接触氧化法进行原水预处理的实际工程应用中，由于基质浓度低，反应过程中上述参数与生物反应难于实现线性对应。运行过程水中溶解氧很高，供氧量远超过需氧量，而曝气量的变化对处理效果却又有明显影响，这与反应器推流式假设相矛盾。因为推流式反应器沿水流方向的物料彼此不混合，而垂直于水流的所有物料充分混合J，推流式模型无法反映生物反应对曝}收稿日期：2010—11—15基金项目：国家重大科学专项基金资助项目(2008ZX07211—003)作者简介：孙国胜(1971年生)，男，博士研究生，高级工程师；通讯作者：贾晓珊；E-mail：eesjxs@mail．sysu．edu．cn中山大学学报(自然科学版)第5O卷气量的需求变化。曝气量过多将增加能耗，不足则影响处理效果。要研究基质传递对生物反应的影响，首先要研究流动