HCR工艺的充氧性能研究

2012-10-16孙广垠郝威尔

河北工程大学学报(自然科学版) 2012年4期

孙广垠，郝威尔，陈锐，付民

(1.河北工程大学城市建设学院，河北邯郸056038 2.华侨大学化工学院，福建厦门361021 3.邯郸市市政污水处理有限责任公司，河北邯郸056001)

随着社会的迅猛发展，城市建设日新月异，而市政设施的建设往往跟不上城市发展的需要，导致一些城乡结合部居住区、别墅等居住区的生活污水不能排入城市污水管网，尤其是一些旅游景点、部队的驻扎营房和部分远离城市的工业厂房排出的有机污水更不能得到处理就直接进入自然水体。因此，亟待开发一种小型、高效的生活污水降解与处理装置来解决目前这些问题。HCR工艺(High Performance Compact Reactor)占地面积小，氧的转移速率高，反应器的容积负荷大，水力停留时间短，是当前为西方国家所广泛接受的一种高效好氧生物处理方法［1]。

本实验就是对HCR反应器内的清水进行紊流变流量曝气试验，来研究其充氧性能，并通过试验数据分析考察自制反应器的内径、射流水量、温度对其充氧效果的影响，确定该工艺较佳工况条件，为HCR反应器的推广应用提供理论依据。

1 氧转移的基本规律及参数

1.1 氧转移的基本规律

目前在水处理领域，气体分子在通过气膜和液膜间的传递理论中应用较广的是"双膜理论"［2]，根据双膜理论推导出氧转移速率公式

式中C、Cs－曝气时间为t(min)时和饱和时的溶解氧浓度(mg/L);KLa－氧总转移系数(1/min)。

1.2 曝气充氧性能主要评价指标［3]

氧总转移系数KLa:将式(1)积分整理后有

将上述试验中得到的KLs转换成KLas得

式中KLas－标准状态、测试条件下，曝气器氧总转移系数(1/min);T－测试水温(℃);θ－温度修正系数(1.024)。

充氧能力qc

式中V－测试水池中水的体积(m3);Cs(20)－20℃水中饱和溶解氧浓度(9.17mg/L)。

理论动力效率E

式中E－标准状态下曝气器充氧理论动力效率(kg/kW·h);NT－射流曝气器理论功率(kW·h)。

射流曝气按供气方式分为供气式和自吸式两种［4]，本试验采用自吸式。

自吸式射流曝气器理论功率

式中NT－水泵理论功率(kW·h);H－水泵扬程(m);Q－通过射流量(m3/h);γ－水的容重(kg/m3)。

2 实验部分

2.1 实验装置

HCR反应器装置外筒直径为13 cm，高度为70 cm。利用循环泵把试验水提升增压在反应器中进行射流曝气充氧。水流沿导流筒向下与反应器底部接触后在内筒与外筒之间向上流动，之后受高速射流的剪切作用向下形成往复循环。

2.2 实验方法

本实验采用清水作为试验对象，把反应器加满后，保持进水阀门、出水阀门和污泥回流阀门处于关闭状态。启动循环水泵前，用无水亚硫酸钠对清水进行完全脱氧处理，试验过程中间隔一段时间测定溶解氧量，直至饱和为止。水中溶解氧的变化率见公式(2)。根据充氧过程的C～t关系，作t～ln(Cs－C)关系坐标图，得直线，直线的斜率即为KLa值，进而通过计算可求出充氧能力和理论动力效率值。