自生动态膜

2生物反应器结构优化的研究

鹿道强

,

范彬

3

,

曲丹

,

王军

,

范经华

,

栾兆坤

(

中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室

,

北京 　

100085)

摘要

:

针对自生动态膜

2生物反应器内部结构进行了动力学运行的理论分析

,

通过能量平衡机理对自生动态膜

2生物反应器体

系进行了讨论

,

基于体系总能耗最小的原理推导出液相循环流动方程

.

建立的混合液流速与清水流速之间的关系模型可以很

好地反映混合液流速与清水流速之间的关系

.

通过建立的清水流速测定方法得出反应器结构与清水膜面错流流速之间的关

系

:

调整降流区横截面积

( A

d

)

与底部通道截面积

( A

b

)

的比值为

0

1

7

以及升流区横截面积

( A

r

)

与顶部通道截面积

( A

u

)

的比值

为

0

1

9 ,

调整降流区横截面积与升流区横截面积的比值在

1

1

2

～

1

1

5

范围内以及增加反应器的有效高度

H

D

都可以在不改变曝

气强度的条件下增加膜面错流速度

,

此结果与推导出的循环流动方程可以很好地吻合

.

关键词

:

自生动态膜

2生物反应器

;

膜面错流速度

;

能量守恒

;

反应器结构

中图分类号

: X703

1

1

　文献标识码

:A

　文章编号

:0250

2

3301 (2007) 01

2

0137

2

05

收稿日期

:2006

2

01

2

11 ;

修订日期

:2006

2

02

2

22

基金项目

:

国家自然科学基金项目

(50308028)

作者简介

:

鹿道强

(1979

～

) ,

男

,

硕士研究生

,

主要研究方向为水污染

控制技术的研究与应用

, E

2

mail : ludaoq @hotmail . com

3 通讯联系人

, E

2

mail : fanbin @rcees. ac. cn

Theoretical Analysis and Experimentation about Conf iguration Optimization of Self

2

Forming Dyna mic Membrane Bio

2

Reactor

LU Dao

2qiang , FAN Bin , QU Dan , WANGJun , FAN Jing2hua , LUAN Zhao2kun

(State Key Laboratory of Environmental Aquatic Chemistry , Research Center for Eco

2

Environmental Sciences , Chinese Academy of Sciences ,

Beijing 100085 , China)

Abstract : The local hydrodynamic properties of the configuration in self

2

forming dynamic membrane bio

2

reactor ( SFDMBR) were investigated.

Basing on energy balance analysis , we discussed the hydrodynamics of SFDMBR and established its loop flow equations according to the

minimum energy consumption principle. Using clear water as simulating mixed liquor , the cross

2

flow velocity of the SFDMBR was gained by the

microscopy and Pitot tube testing method. The results fitted well with the loop flow equation. In the view of energy consumption , the ways for

optimizing the structure of the reactor are : decreased the ratio of A

d

Π

A

b

to 0

1

7 and A

r

Π

A

u

to 0

1

9 , adjusted the ratio of A

d

Π

A

r

into 1

1

2

～

1

1

5

and increased the value of H

D

.

Key words :self

2

forming dynamic membrane bio

2

reactor ; membrane cross

2

flow velocity ; energy balance ; configuration of reactor

　　作为一种新型的污水处理与工艺 ,自生动态膜

2

生物反应器 (SFDMBR) 是一种利用自生生物动态膜

(SFDM) 作为过滤介质的膜

2生物反应器 (MBR)

[1 ]

.

SFDMBR 基本上继承了 MBR 工艺的优点. 与传统固

定膜 MBR 相比 ,SFDMBR 具有过滤组件造价低廉和
自流出水等优点

[2 ]

,因而具备良好的应用前景. 与传

统一体式 MBR 一样 ,SFDMBR 是 1 种气提式内循环
反应器 ,由曝气装置与导流装置形成的内部气

2液2

固三相循环不仅控制着反应器内氧的传递效率和活
性污泥体系的混合效果 ,还对 SFDM 过滤阻力的发
展有重要影响. 因此 ,通过优化反应器结构 ,改善反
应 器 的 水 力 循 环 特 性 , 对 减 少 能 量 损 耗 以 及

SFDMBR 的实际应用有着重要意义

[3 ,4 ]

. 本文尝试通

过理论以及实验研究 SFDMBR 内部的水动力学特
性 ,探讨反应器结构参数对膜面错流速度的影响. 通
过建立的数学模型 ,以期为反应器的合理设计提供
一定的理论依据.

1 　理论模型

SFDMBR 采取在膜室另一侧进行曝气 (侧向曝

气) 的气升内循环方式运行. 在气升式内循环过程
中 ,气泡的运动主要有 3 种方式

[5 ]

: ①液相流速小于

气泡流速 ,膜室混合液中没有气泡存在 ; ②液相流速
等于气泡流速 ,膜室混合液中气液两相分布稳定 ,气
泡到达反应器底部时的速度为 0 ; ③液相流速大于
气泡速度 ,气泡产生内部循环. 如图 1 所示 3 种运行
方式. 对于 SFDMBR 而言 ,由于 SFDM 需要的膜面错
流速度比传统一体式 MBR 要小很多 (约 1 个数量
级) ,可以近似认为在 SFDMBR 中气泡运动主要是方
式 1 ,即气泡仅存在于液相升流区 (侧室) ,而在液相

第

28

卷第

1

期

2007

年

1

月

环 　　境 　　科 　　学

ENVIRONMENTAL SCIENCE

Vol. 28 ,No. 1

Jan. ,2007