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《人與生物圈》2017年第z1期

【摘要】本文研究以氣升式環流反應器、拆流反應器及生物接觸氧化等相關各種工藝作為出發點，對四維生物脫氮反應器工藝進行分析，探討其水力特性，它不需要設置回流、額外的反沖洗設備和二沉池等后續處理單元，在四維生物脫氮反應器的局部循環流特性和折流特性這些水力特性方面進行比較。結果表明，四維生物脫氮反應器的水力特性比較理想，且能夠具有較大容積利用率，在污水處理方面可得到理想效果。

【關鍵詞】四維生物脫氮；水力特性；容積利用率

四維脫氮生物反應器屬于新型的一種生物反應裝置，該裝置是以全新結果及全新設計理念為基礎形成的，對各種相關污水處理工藝優點進行結合，發揮出更加明顯的優勢，在實際應用中不必另外設計回流及沖洗設備，并且可將二沉池等相關工藝省略，從而在污水問題處理方面發揮明顯優勢，具有效率高、投資少且能耗低等相關優點，并且實際操作維護較簡單，可得到理想應用效果。

1常見工藝的水力特性分析

1.1氣升式環流反應器對于氣升式環流反應器（ALR）而言，其將氣源作為運行動力源，在實際操作中能夠均勻混合固體和液體，且能夠在一定規則下使其實現循環流動，其混合性能比較合理，同時具備較好傳質性能與傳熱性能，比較穩定性，在實際操作中表現出良好彈性，在能源化工以及生化化工領域內均有著十分廣泛的應用，特別是在渣油及重油液相加氫裂解方面，可使結焦程度得以有效降低，可使高壓操作而導致的很多問題均得到較好解決，從而得到比較理想的效果［1］。

1.2折流反應器折流反應器具是由一塊塊折流板組成，整體上呈推流式。在反應器中設置若干豎向導流板,將反應器分隔成幾個反應室,污水沿反應器內的折流板上下折流前進,污泥則在各隔室內做上下沉降運動。污泥被截留在反應器中,使反應器具有耐沖擊負荷強、水力停留時間短和處理效率高等一系列優點。

1.3生物接觸氧化該方法屬于生物膜法處理工藝，介于活性污泥法及生物濾池之間。在實際應用過程中，在池內需要以填料進行填充，充入氧氣的污水浸沒全部填料，同時以一定流速由填料流過，又稱為“淹沒式生物濾池”。廢水與生物膜接觸過程中，水中的有機物被微生物吸附、氧化分解和轉化為新的生物膜和無機分解物。從填料上脫落的生物膜，隨水流到二沉池后被去除，廢水得到凈化。采用與曝氣池相同的曝氣方法，又稱“接觸曝氣法”。該工藝需要使用填料，在曝氣作用下會導致在池內有三相體系共同存在，即液相、固相及氣相，有利于實現氧轉移，可使氧氣實現充分溶解，并且對于微生物存活以及進一步增殖十分有利。對于生物膜而言，其上面有較豐富微生物存在，這些微生物中不但包含細菌以及原生動物與后生動物，并且還具有絲狀菌，且不會發生污泥膨脹問題。同時，在該工藝應用中生物膜可布滿填料表面，可使生物膜主體結構得以形成，在絲狀菌不斷滋生情況下，可能形成立體結構生物網，且該結構網比較密集，在其中有污水通過的情況下，可發揮出類似過于作用，從而可使凈化效果得以有效提升[2]。

2四維生物脫氮反應器水力特性

2.1反應器結構及其工藝特點四維生物脫氮反應器是根據《氣升式交替循環流復合濾料濾池》（專利號ZL200610038692.4）為基礎進行組合設計的一種新型的污水處理設備，通過將多個標準化的氣提升交替循環流復合濾料濾池單元（以下簡稱反應單元）進行串聯式排列，在此基礎上可使縱向上有連續反應裝置形成，同時該裝置能夠實現折流。就時間軸而言，在對曝氣變化進行控制的基礎上，可實現反應器的分區及分段，并且在不同時段所表現出的處理狀態水流及其動力學特性也存在一定差異。對于這種在時間增長情況下，不同時段處理狀態發生變化的特點，被稱為思維特性，同時由于這種特性在生物脫氮過程中比較適用，故而以四維生物脫氮反應器進行命名。四維生物脫氮反應器屬于全新的一種污水處理裝置，同時具備上述各種污水處理工藝特點，能夠充分發揮出各種不同工藝所具備優點，在此基礎上也就能夠形成獨特工藝特點。對于四維生物脫氮反應器而言，在實際應用中的優勢主要體現在以下幾個方面：（1）該反應器具備生物接觸氧化法工藝特點，在實際應用中產泥量比較少，且能夠實現過濾功能，在出水時其內部所含懸浮物比較少，也不需要另外設置反沖洗裝置，也不需要設置二沉池。在反應器中所存在的沉泥，只需要在對設備進行檢修過程中將其抽取，不必設置專門設備進行排泥。（2）對于這種類型反應器而言，其不但具備循環功能，且具備折流運行功能，可使折流及循環流兩種運行流態實現有效結合，從而也就能夠使裝置容積利用率得以有效提升，在實際應用中所存在水力死區相對較小，并且在設備啟動運行及設備管理方便能夠比較簡便，具有比較穩定的高效工作狀態。（3）反應器內部存在兩種不同局部溶解氧梯度，分別為宏觀狀態與微觀狀態，對于生物脫氮中關于溶氧環境相關要求，其能夠符合，可同步高效去除有機物以及氮，且對于總氮具備較好同步去除能力。

2.2折流水力特性分析就折流式反應器實際應用情況而言，其首先應用于厭氧折流反應器內，由于折流反應器具有比較良好的水力條件，沿著水流方向微生物群落表現出較明顯遞變，具有較穩定處理效果，在化工及水處理領域具有十分廣泛的應用。目前，對于折流反應器很多學者均實行大量實驗及理論研究，主要研究內容就是在反應器實際運行過程中不同結構條件之間所存在關系，且取得較理想成果，為折流反應器更好應用奠定比較理想的基礎。

2.3循環流水力特性分析在四維脫氮生物反應器中，其反應屬于比較典型的氣升式內環流反應器，對于這種類型反應器而言，其內部水流具有比較復雜的流態，且池內所存在填料會在很大程度上對水流態產生影響，由于這一特點的存在，也就很難直接研究其內部有關流體特點。另外，這種類型反應器主要包括兩種不同形式，其中一種為內環流反應器，另一種為外環流反應器，其原理相同，同時相互間所存在聯系較密切，其中對于內循環流而言，可對其進行簡化，使其成為多個外循環流并聯組合。因此，可利用實驗方式研究反應器的水力特性，在建立模型之后，再將其在內環流反應器中進行應用[3]。根據相關文章從液體含氣率、循環液體流速和氧傳質特性方面的分析，四維生物脫氮反應器與其他式反應器相比，交替循環流較明顯的特點就是具備較理想的曝氣充氧能力及載體脫模能力，同時具備較好進水均質能力，另外，在時間軸曝氣控制的基礎上，可導致反應器內部的局部出現水力特性的不斷改變，在此基礎上也就能夠減少反應器內部水力死區，并且折流可使反應器內部污水流經長度增加，可有效延長生化反應時間，通過三者共同作用，可使反應器表現出較理想水力特性，同時使容積利用率達到最大，理論上而言可得到比較理想的污水處理效果。

3結語

本文分別從氣升式環流反應器、折流反應器、曝氣生物濾池和生物接觸氧化各種工藝的特點出發，分析這四種工藝的水力學特性，四維生物脫氮反應器結合了這四種工藝的優點，分析反應器的折流水力特性和循環流水力特性。

參考文獻

[1]丁富新,李飛,袁乃駒.環流反應器的發展和應用[J].石油化工,2004,33(9):801-807．

[2]王麗朋,張文飛,劉永民.高長徑比環流反應器中氣、固含率的軸向分布研究[J].化工科技,2011,19(5):12-15.

[3]徐金蘭,劉茵,黃廷林.多隔室厭氧折流板反應器(ABR)的水力特性試驗研究[J].環境工程學報,2005,6(12):52-55.

作者：彭永麗 單位：安徽工業大學工商學院建筑工程系