新型软结构ABR反应器水力特性的研究毕业设计

1、毕业设计（论文）材料之二（1）安徽工程大学本科毕业设计（论文）专 业： 环境工程 题 目： 新型软结构ABR反应器水力特性的研究 作 者 姓 名： 导师及职称： （教授） 导师所在单位： 生物与化学工程学院 2011年 6 月 日安徽工程大学本科生毕业设计（论文）任务书 2011 届 生物化学工程 学院 环 境 工 程 专业学生姓名： 毕业设计（论文）题目中文：新型软结构ABR反应器水力特性的研究英文：Study on the New soft structure ABR reactor hydraulic Characteristics 原始资料1. 林长松,袁旭峰,王小芬等. 炭纤维载体固

2、定床厌氧发酵启动运行效果实验. 环境工程学报.2009,3(9) :15571562. 毕业设计（论文）任务内容1. 课题研究的意义目前国内数百家焦化厂和煤气厂，年废水排放量达1亿吨以上。焦化废水一直是环境监测站重点监测对象。焦化厂废水主要有间接冷却水、除尘洗涤水和酚氰废水三类，其中酚氰废水是焦化厂主要污染源。酚氰废水主要由蒸氨、焦油精制、苯粗精加工、煤气终冷等工艺环节产生的，因含有挥发酚，硫化物和氰化物等有毒有害污染物，同时还含有高浓度氨氮，还存在一些难生物降解的杂环和稠环化合物（如吡啶、萘、吲哚、喹啉等），如不经处理直接排放水体，会使水生生物中毒甚至死亡；灌溉农田会使作物减产或枯死；人饮用

3、被其污染的水或食用被污染的鱼类和农作物，会引起慢性中毒，出现头晕、呕吐、贫血等症状。据国家冶金局的统计，90%以上的焦化企业对焦化废水的处理效果不理想，难以达标排放，其中最为突出的是COD去除率80%，氨氮去除率仅为60%左右，因水质波动引起系统失效20多天难以恢复，为国家行业重点解决的技术难题。本课题是安徽省自然科学基金重点课题“利用选煤厂洗水系统实现焦化废水零排放新工艺基础研究”的部分内容。为解决焦化厂焦化废水处理达标提出有效途径进行应用基础研究。本研究的意义在于提出新型软结构厌氧折流板反应器结构的设想，以焦化废水为研究对象，研究新反应器对焦化废水的处理效果，解决目前焦化行业中出水超标的问

4、题。为提高焦化废水处理效果，实现焦化废水零排放新工艺提供理论支持。2. 本课题研究的主要内容（1）自制折流反应器，以活性炭纤维毡为反应器内部主体材料的新型软结构折流反应器，寻找反应器最佳结构。（2）清水实验以有机玻璃板为反应器内挡板，用活性艳红作为示踪剂，进行清水实验，检测反应器内部流体运动参数，确定流体的水力特性；以活性炭纤维毡为反应器内部挡板，进行清水实验，比较两种条件下，反应器内部流体水力特性的差异。3. 提交的成果（1）毕业设计（论文）正文；（2）实验数据记录；（3）系统结构图；（4）外文文献及其译文；（5）主要参考文献的题录及提要。指导教师（签字） 教研室主任（签字）批 准 日 期接

5、受任务书日期完 成 日 期接受任务书学生（签字）新型软结构ABR反应器水力特性的研究摘要厌氧折流板(ABR)反应器是一种新型高效的厌氧生物反应器，但是目前国内对于其机理分析方面的研究较少。本课题主要是设计活性炭纤维毡为反应器内部主体材料的新型软结构ABR反应器，对常规ABR反应器和新型软结构ABR反应器进行清水实验，测试其水力特性，寻找反应器的最佳结构。本次实验研究结果：以有机玻璃为ABR反应器内部挡板时，在没有污泥的时候的反应器停留时间分布只与反应器本身构造相关；当隔室数一定时，随着HRT的增大由推流向完全混流转变。当以活性炭纤维毡为反应器内部挡板时，活性炭纤维毡挡板对ABR反应器的水力停留

6、时间分布影响没有一定的规律；当隔室数一定时，随着HRT的曾由推流向完全混流转变。在隔室数一定及HRT相同的条件下，以活性炭纤维毡为反应器内部挡板比以有机玻璃为挡板的出现的曲线峰值高，且以活性炭纤维毡为反应器内部挡比以有机玻璃为挡板的推流现象有所减弱。关键词：ABR 清水实验 水力停留时间AbstractAnaerobic Baffled (ABR) reactor is a new and efficient anaerobic reactor, but at present the mechanism for its analysis of the domestic research les

7、s. The main subject is the design of activated carbon fiber felt is main material of the reactor internal structure of the new soft ABR reactor, conventional ABR reactor and a new structure of ABR reactor soft water experiments to test its hydraulic characteristics, find the best structure for the r

8、eactor .The experimental results: the glass as the ABR reactor internal baffle, in the absence of sludge when the reactor residence time distribution only structure associated with the reactor itself; When a certain number of compartments, with the push of HRT increases the flow completely mixed by

9、the change. When activated carbon fiber felt as the internal baffle reactor, the activated carbon fiber felt baffle the ABR reactor hydraulic residence time distribution does not necessarily affect the law; When a certain number of compartments, with the HRT, the flow was fully mixed by a push chang

10、e. Compartment and in a certain number of HRT under the same conditions, activated carbon fiber felt for the reactor internal baffle plate than to the emergence of plexiglass for the high peak of the curve, and the activated carbon fiber felt internal gear ratio for the reactor to plexiglass pushed

11、for the tailgate of the flow phenomenon has been weakened.Keywords: ABR Experimental of clean water HRT朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典名词 summaryabstract目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc296164723 引言 PAGEREF _Toc296164723 h - 1 - HYPERLINK l _Toc296164724 第1章 绪论 PAGEREF _Toc296164724 h - 2 - HYPERLINK l _Toc296164

12、725 1.1 课题背景 PAGEREF _Toc296164725 h - 2 - HYPERLINK l _Toc296164726 1.1.1 课题来源 PAGEREF _Toc296164726 h - 2 - HYPERLINK l _Toc296164727 课题研究的目的及意义 PAGEREF _Toc296164727 h - 2 - HYPERLINK l _Toc296164728 焦化废水概述 PAGEREF _Toc296164728 h - 2 - HYPERLINK l _Toc296164729 焦化废水的来源 PAGEREF _Toc296164729 h -

13、2 - HYPERLINK l _Toc296164730 焦化废水的特点及危害 PAGEREF _Toc296164730 h - 3 - HYPERLINK l _Toc296164731 1.2.3 现代焦化废水处理技术概况 PAGEREF _Toc296164731 h - 3 - HYPERLINK l _Toc296164732 1.3 折流板反应器的研究发展 PAGEREF _Toc296164732 h - 5 - HYPERLINK l _Toc296164733 1.3.1 折流板反应器的工作原理 PAGEREF _Toc296164733 h - 5 - HYPERLIN

14、K l _Toc296164734 1.3.2 厌氧折流板反应器的特点： PAGEREF _Toc296164734 h - 5 - HYPERLINK l _Toc296164735 1.3.3 厌氧折流板反应器的研究与应用现状 PAGEREF _Toc296164735 h - 6 - HYPERLINK l _Toc296164736 1.4 课题研究的主要内容 PAGEREF _Toc296164736 h - 7 - HYPERLINK l _Toc296164737 清水实验 PAGEREF _Toc296164737 h - 7 - HYPERLINK l _Toc2961647

15、38 停留时间分布函数的测定 PAGEREF _Toc296164738 h - 7 - HYPERLINK l _Toc296164739 1.4.3 模型的拟合及建立 PAGEREF _Toc296164739 h - 7 - HYPERLINK l _Toc296164740 第2章 实验装置与方案 PAGEREF _Toc296164740 h - 8 - HYPERLINK l _Toc296164741 2.1 实验装置 PAGEREF _Toc296164741 h - 8 - HYPERLINK l _Toc296164742 2.2 实验方案 PAGEREF _Toc2961

16、64742 h - 9 - HYPERLINK l _Toc296164743 试验测定技术 PAGEREF _Toc296164743 h - 9 - HYPERLINK l _Toc296164744 2.2.2 实验方法 PAGEREF _Toc296164744 h - 10 - HYPERLINK l _Toc296164745 2.3 实验主要仪器与药品 PAGEREF _Toc296164745 h - 10 - HYPERLINK l _Toc296164746 第3章 ABR反应器中物料混合状态分析方法 PAGEREF _Toc296164746 h - 11 - HYPER

17、LINK l _Toc296164747 3.1 停留时间分布 PAGEREF _Toc296164747 h - 11 - HYPERLINK l _Toc296164748 停留时间分布密度 PAGEREF _Toc296164748 h - 11 - HYPERLINK l _Toc296164749 停留时间分布函数 PAGEREF _Toc296164749 h - 11 - HYPERLINK l _Toc296164750 阶跃法 PAGEREF _Toc296164750 h - 12 - HYPERLINK l _Toc296164751 3.2 停留时间分布的数字特征 PA

18、GEREF _Toc296164751 h - 12 - HYPERLINK l _Toc296164752 数学期望 PAGEREF _Toc296164752 h - 13 - HYPERLINK l _Toc296164753 方差 PAGEREF _Toc296164753 h - 13 - HYPERLINK l _Toc296164754 对比时间 PAGEREF _Toc296164754 h - 14 - HYPERLINK l _Toc296164755 非理想流动模型 PAGEREF _Toc296164755 h - 14 - HYPERLINK l _Toc296164

19、756 多釜串联模型 PAGEREF _Toc296164756 h - 14 - HYPERLINK l _Toc296164757 轴向扩散模型 PAGEREF _Toc296164757 h - 15 - HYPERLINK l _Toc296164758 第四章 实验结果及分析 PAGEREF _Toc296164758 h - 16 - HYPERLINK l _Toc296164759 4.1 艳红溶液的标准曲线 PAGEREF _Toc296164759 h - 16 - HYPERLINK l _Toc296164760 清水实验结果的分析 PAGEREF _Toc296164

20、760 h - 16 - HYPERLINK l _Toc296164761 4.2.1 有机玻璃挡板实验的停留时间分布结果的分析 PAGEREF _Toc296164761 h - 16 - HYPERLINK l _Toc296164762 4.2.2 活性炭纤维毡挡板实验的停留时间分布结果的分析 PAGEREF _Toc296164762 h - 18 - HYPERLINK l _Toc296164763 4.2.3 两次清水实验结果比较 PAGEREF _Toc296164763 h - 20 - HYPERLINK l _Toc296164764 结论与展望 PAGEREF _To

21、c296164764 h - 23 - HYPERLINK l _Toc296164765 致谢 PAGEREF _Toc296164765 h - 24 - HYPERLINK l _Toc296164766 参考文献： PAGEREF _Toc296164766 h - 25 - HYPERLINK l _Toc296164767 附录1 实验原始数据 PAGEREF _Toc296164767 h - 26 - HYPERLINK l _Toc296164768 附录2 外文翻译 PAGEREF _Toc296164768 h - 33 - HYPERLINK l _Toc2961647

22、69 附录3 PAGEREF _Toc296164769 h - 47 -插图清单 TOC h z c 图表 HYPERLINK l _Toc296006044 图 21折流板反应器结构图 PAGEREF _Toc296006044 h - 8 - HYPERLINK l _Toc296006045 图 22折流板反应器实物图 PAGEREF _Toc296006045 h - 9 - HYPERLINK l _Toc296006046 图41艳红溶液标准曲线 PAGEREF _Toc296006046 h - 16 - HYPERLINK l _Toc296006047 图 42清水实验（1

23、）不同HRT条件下ABR反应器的实验结果 PAGEREF _Toc296006047 h - 18 - HYPERLINK l _Toc296006048 图 43清水实验（2）不同HRT条件下ABR反应器的实验结果 PAGEREF _Toc296006048 h - 19 - HYPERLINK l _Toc296006049 图 44不同挡板5号隔室实验结果比较 PAGEREF _Toc296006049 h - 21 -表格清单 TOC h z c 表格 HYPERLINK l _Toc296005669 表 41清水实验（1）结果统计表 PAGEREF _Toc296005669 h

24、- 18 - HYPERLINK l _Toc296005670 表 42清水实验（2）结果统计表 PAGEREF _Toc296005670 h - 20 - HYPERLINK l _Toc296005671 表 43不同挡板情况下方差比较 PAGEREF _Toc296005671 h - 21 -引言目前国内数百家焦化厂和煤化厂，年废水排放量达1亿吨以上。焦化废水一直是环境监测重点监测对象。焦化厂废水主要有间接冷却水、除尘洗涤水河酚氰废水三类，其中酚氰废水是焦化厂主要污染源。酚氰废水主要由蒸氨、焦油精制、苯粗精加工、煤气终冷等工艺环节产生的，因含有挥发酚，硫化物和氰化物等有毒有害污染物

25、，同时还含有高浓度氨氮，还存在一些难生物降解的杂环和稠环化合物（如吡啶、萘、吲哚、喹啉等），如不经处理直接排放水体，会使水生生物中毒甚至死亡；灌溉农田会使作物减产或枯死；人引用被其污染的水或食用被污染的鱼类和农作物，会引起慢性中毒，会出现头晕、呕吐、贫血等症状。 据国家冶金局的统计，90%以上的焦化企业对焦化废水的处理效果不理想，难以达标排放，其中最为突出的是COD去除率80%，氨氮去除率仅为60%左右，因水质波动而引起的系统失效20多天难以恢复，为国家行业重点解决的技术难题。自70年代初开始焦化废水的治理工作，通过多年的不懈努力，焦化废水治理已取得了较大的进展，污染基本得到控制了；高浓度的酚

26、氰废水进处理浓度有所降低，出水COD也有所降低，但是离达标排放仍有一段距离。为了探索ABR反应器处理焦化废水的效果，本文对ABR的水力特性进行了研究。焦化废水之所以难于生物降解，主要是废水中含有大量的高浓度生物难降解物质，甚至是生物毒性物质。所以，一方面，降低废水的生物抑制作用或生物毒性，提高废水的可生化性就成为问题的关键所在；另一方面，寻求除生物法以外的其他处理方法或可与生物法联合的方法，往往也可达到同样的目的甚至取得更好的效果。现今，国内外污水处理界之所以大量采用生物法处理废水，主要是由于生物法较之其他方法成本低廉，产物对环境基本无影响甚至可以回收副产物，创造经济效益。而其他方法，比如化学

27、法、物理化学法、电化学法、土地处理法等，存在运行成本较高，产物会对环境造成较大的影响，在操作运行上依赖于现有资源条件或难于控制等诸多现实问题。但是，在很好解决这些方法的附带问题后，其中的一些方法在其适用范围内有着较好的处理效果。随着我国经济建设的发展,废水排放量逐年增加,水环境受到严重污染,急需建设大批水处理设施,但却面临着资金和技术上的困难。ARB作为一种新型高效厌氧处理工艺,结合了第二代反应器的优点,并克服了一些反应器的不足之处,如厌氧滤池所需的成本较高的滤料和UASB反应器所需的工艺复杂的三相分离器,因而ARB具有工艺简单,造价较低的优点。另外,ARB还具有生物截留能力强,运行管理方便,

28、性能可靠等优点。因此,ARB在我国高浓度工业有机废水(如酿造、造纸、制革废水等)的污染控制中有很好的研究开发价值和推广应用前景。但对于ABR反应器在实际工程中进一步推广之前,仍需要进行大量的试验,结合机理分析,以便深入地了解其工艺特性。例如,关于反应器构造的优化设计研究,以及反应器内生物的分布状况还需要进一步深入探讨。目前尤为缺乏的是对ABR处理工艺的机理研究。第1章 绪论1.1 课题背景1.1.1 课题来源本课题是安徽省自然科学基金重点课题“利用选煤厂洗水系统实现焦化废水零排放新工艺基础研究”部分内容。为解决焦化厂焦化废水的处理达标提出有效途径进行应用基础研究。目前国内数百家焦化厂和煤化厂，

29、年废水排放量达1亿吨以上。焦化废水一直是环境监测重点监测对象。焦化厂废水主要有间接冷却水、除尘洗涤水河酚氰废水三类，其中酚氰废水是焦化厂主要污染源。酚氰废水主要由蒸氨、焦油精制、苯粗精加工、煤气终冷等工艺环节产生的，因含有挥发酚，硫化物和氰化物等有毒有害污染物，同时还含有高浓度氨氮，还存在一些难生物降解的杂环和稠环化合物（如吡啶、萘、吲哚、喹啉等），如不经处理直接排放水体，会使水生生物中毒甚至死亡；灌溉农田会使作物减产或枯死；人引用被其污染的水或食用被污染的鱼类和农作物，会引起慢性中毒，会出现头晕、呕吐、贫血等症状。 据国家冶金局的统计，90%以上的焦化企业对焦化废水的处理效果不理想，难以达标

30、排放，其中最为突出的是COD去除率80%，氨氮去除率仅为60%左右，因水质波动而引起的系统失效20多天难以恢复，为国家行业重点解决的技术难题。 本研究的意义在于提出新型软结构厌氧折流板反应器结构的设想，以焦化废水为研究对象，研究新反应器对焦化废水的处理效果，解决目前焦化行业中出水超标的问题。为提高焦化废水处理效果，实现焦化废水零排放新工艺提供理论支持。焦化废水是在煤高温裂解得到焦炭和煤气的生产过程中回收焦油、苯等副产品而产生的，其主要来源有：（1）煤高温干馏和荒煤气冷却过程中产生的剩余氨水；（2）煤气净化过程中产生的煤气终冷水及粗苯分离水；（3）粗焦油加工、苯精制、精酚生产及古马隆生产等过程产

31、生的污水；（4）接触煤、焦粉尘等物质的废水。这几种废水中，一般剩余氨水占废水总量的5070，是焦化废水处理的重点。对于典型的焦化废水，其水质具有如下特点及危害：（1）成分复杂、浓度高。焦化废水所含污染物可分为无机物和有机物两大类，无机物一般以铵盐形式存在，包括（NH4）2CO3、（NH4）HCO3、（NH4）2SO4、NH4Cl、NH4CN、NH4HS、NH4SCN、（NH4）2S2O3等，它们是焦化废水中NH4N的一部分；有机物以酚类化合物为主，包括苯酚、酚的同系物以及萘、蒽、苯并比等多环类化合物，另外还有杂环类化合物，包括二氮杂苯、氮杂苊、氮杂菲、吡啶、喹啉、吲哚等。典型焦化废水的CODC

32、r一般为2 500 mg/L4 500 mg/L，甚至更高，BOD5为1200mg/L2000mg/L，NH4N为400mg/L1000 mg/L。另外，焦化废水中的油分、酚、氰化物、硫化物也分别高达200mg/L1 000 mg/L、150 mg/L200 mg/L、10 mg/L20 mg/L、6 mg/L15mg/L。（2）含有大量的难降解及有毒有害物质。焦化废水中有多种有机成分、无机成分，其中大部分是生物难降解甚至生物毒性物质，这些物质对微生物尤其是硝化菌和反硝化菌的生长繁殖具有较强的抑制作用。（3）NH4N浓度大。典型焦化废水中的NH44N一般为400mg/L1 000 mg/L。N

33、H4N浓度太高，会严重抑制硝化菌的活性发挥，且NH4N经硝化生成NO4N、NO4N，消耗水中的溶解氧，会造成水体缺氧使水质恶化，并且NO3N也是一种致癌物质。（4）含有危害水生生物和人体的剧毒及致癌物质。剧毒物质包括一些氰化物和硫氰化物，通过反应可以转化为HCN，以低浓度致死；或者转化为NH4N，对硝化菌产生抑制作用。废水中的不少多环芳烃和杂环化合物是“三致”物质，危害人体健康。（5）可生化性较差。典型焦化废水的m（BOD5/CODC）r值较低，约为0.30.4或更低；氰化物一般在10 mg/L20 mg/L之间，在毒物抑制条件下更增加了生物处理难度。陈启斌等人对经预处理的焦化废水水解酸化10

34、 h后，其m（BOD5/CODC）r值由原来的0.270.29提高到0.320.39，可平均提高14。但在焦化废水的生物处理实践中，仍有诸多技术和经济问题需深入研究。1.2.3 现代焦化废水处理技术概况1. 化学法与物理化学法（1） Fenton试剂法Fenton试剂是Fe2和H2O2混合得到的一种强氧化剂（可产生氧化能力很强的OH自由基），对于难生物降解的有机废水，该法具有反应迅速、温度和压力等反应条件易于满足、无二次污染等优势，近年来越来越受到业内人士的关注并给予较为广泛的研究。刘红等人采用Fenton试剂催化氧化混凝法处理焦化废水，结果表明，将废水温度控制在80左右，投加0.6 g/L的

35、Fe2及7.2 g/L的H2O2，反应1.5 h后，调pH值到7.6左右，投加10mL/L的混凝剂聚硅硫酸铝混凝沉降，废水中CODCr的去除率可达96.7。同时发现，Fenton试剂有自动将废水反应体系的pH值调到2.53.0的特性，从而减少了处理的药剂成本与设备投资，简化了运行操作。(2) TiO2光催化氧化法TiO2光催化法是一项新兴的废水治理技术，其可将废水中的多种生物难降解有机物，甚至是一些低价毒性金属氧化物，完全矿化为二氧化碳、水和无毒性的氧化物，而且反应过程操作简便、设备易得、无二次污染、具有良好的经济性。徐长城等人采用TiO2光催化法降解含酚焦化废水，结果发现，在550下焙烧Ti

36、O2薄膜玻片60 min、高压汞灯光照5 h、废水pH值在2.0左右，废水中的苯酚可得到较好的去除；而且，废水的初始浓度较低时苯酚光解率较高，投加氧化剂（如H2O2）可大幅提高废水中苯酚的光解率。(3) 催化湿式氧化法催化湿式氧化技术一般是指在一定的温度（高温150350）和压力（高压0.5 MPa20 MPa）下，在催化剂作用下，用氧气将废水中的有机物和氨氮等污染物氧化，最终转化为CO2和N2等无害物质的技术。该技术具有氧化速度快、处理效率高、设备体积小、二次污染小等诸多优点，对处理高浓度难降解有机废水有其独特的优势。但同时也要注意催化剂的溶出，以及对反应设备耐高温、高压和酸腐蚀的要求。朱静

37、等人采用载银活性炭/过氧化氢催化氧化法对焦化废水进行处理后发现，用5.0的AgNO3溶液浸泡活性炭，在250下活化作为吸附催化剂；并在pH值为3的条件下，用3.4的H2O2溶液作氧化剂，可使焦化废水的，CODCr去除率达87.67以上。2电化学方法近年来，电化学方法被证明是一种快捷、有效的污水处理方法，它可以高效处理多种高浓度、难（生物）降解有机废水。目前，较多研究的用于处理难降解废水的电化学方法主要有3类：超声波及其与其他方法（生物、物化等）的组合方法，脉冲放电方法和微电解方法。(1) 超声波及其组合方法用超声波辐照处理废水，可使废水中的易降解有机物降解，并使部分难降解有机物转化成易降解有机

38、物，并使惰性有机物量减少，生物毒性物质丧失毒性。宁平、徐金球等人在应用超声空化效应结合活性污泥法预处理焦化废水的研究中发现，当焦化废水，CODCr初始值为807mg/L时，pH值为8.17，水温T为25，经声能密度为0.220 W/m3的超声波辐照并曝气240 min后，CODCr的降解率达到76.9。(2) 脉冲放电法脉冲放电等离子体用于废水处理是基于：超窄脉冲电晕放电产生的非平衡等离子体是一种无需辐射屏蔽的高能电子源，其具有形成自由基所需的能量；而且，超窄脉冲电晕上升时间短，其能量基本上不消耗在对产生自由基无用的离子加速迁移上，而是作用在电子上，使电子获得充足的能量，促进激发裂解或电离，产

39、生自由基；同时，该技术不仅利用放电所产生的高能电子，还利用放电所产生的紫外线和臭氧，形成高能电子、紫外线、臭氧的综合作用效果。何正浩等人采用脉冲电晕放电非平衡等离子体技术对焦化废水进行处理，研究发现，焦化废水喷雾形式的脉冲电晕放电对废水中氰化物的脱除率达90以上，酚的脱除率接近70，对NH4N和COD的脱除效果不明显，但可使废水的可生化性得到提高。(3) 微电解法微电解法（也称内电解法或铁屑过滤法）是利用金属腐蚀原理，以FeC形成原电池对废水进行处理的工艺。其主要反应和作用有：阳极铁与阴极Fe3C杂质的原电池反应；Fe2和废水中有机物的氧化还原反应；铁与碳化铁杂质原电池的电化学附集作用；铁屑的

40、物理吸附作用；铁离子的絮凝作用；Fe（OH）3对硫化物（S2）和CN等有机物的沉淀作用。张文艺等人采用微电解法对焦化废水进行预处理，结果表明，微电解法不仅能去除废水中的COD、酚、氰、硫化物等有机污染物，而且还能提高废水的可生化性。当进水，CODCr为2 200mg/L2 400 mg/L、pH值为3.03.2、微电解水力停留时间为55min65 min、Fe/C体积比为11.5时，CODCr的去除率可达70左右；酚、氰、硫化物的去除率分别为76.8、65.9、70.3，m（BOD5/CODC）r可由0.28提高到0.54。1.3 折流板反应器的研究发展1.3.1 折流板反应器的工作原理对不同

41、种类化合物的厌氧消化过程和反应器技术的新理解就将会发展出有前景的新一代反应器。在展望先进的厌氧处理技术时，Lettniga提出了阶段化多相厌氧(staged Multi-Phase Anaerobi。，简称SMPA)反应器1，它不仅能够在更高的负荷率下提供更好的处理效率，而且还适应于极端的环境条件和具有抑制性化合物的条件特点。在ABR反应器内使用了一系列挡板使含有机污染物的废水从流入到流出顺挡板自下而上流，这些挡板将反应器分隔成串联的几个反应室，每个反应室自下而上流，这些挡板将反应器分隔成串联的几个反应室，每个反应室都相当于一个相对独立的上流式污泥床系统(UpnowAnaerobiesludg

42、eBed，简ASB)，废水进入反应器后沿导流板自下而上折流前进，顺序通过每个反应室的污泥床，废水中的有机基质与每格室的微生物充分接触而得到降解。废水流动和处理过程中产生的沼气使反应器内的微生物在折流板所形成的格室内作膨胀和沉淀作用，但是由于导流板的阻挡和污泥自身的沉降性能，污泥在水平方向的流速极其缓慢，从而大量的厌氧污泥被截留在反应室中2一4。由此可见，ABR反应器是一种由多个格室组成的连续式结构，虽然在构造上可看作是多个UASB的简单串联，但在工艺上与单个UASB有着显著的不同，ABR反应器整体上更接近于推流反应器5一6。ABR反应器独特的分格式结构使得每个反应室中可以驯化培养出与该反应室中

43、的污水水质、环境条件相适应的微生物群落，使厌氧反应产酸段和产甲烷段得到分离，使ABR反应器在整体性能上相当于一个两段厌氧处理系统。通常认为，两段厌氧工艺通过产酸段和产甲烷段的分离，两大类厌氧群落可以各自生长在最适宜的环境条件下，有利于充分发挥厌氧群落的活性，提高系统的处理效果和运行的稳定性。1.3.2 厌氧折流板反应器的特点：(1)上下多次折流，有良好的水力条件,混合效果良好，反应器死区少，使得废水中有机物与厌氧生物充分接触,有利于有机物的分解。ABR是一种各格室趋于CSTR完全混合流态而整体趋于推流流态复合流态反应器。进水有机物浓度及HRT对水力流态均有影响，而前者为主要因素。进水有机物浓度

44、高各格室的流态越好，ABR可在较低的上下流速下运行。当各格室去除有机物量相同时，HRT越长则其混合流态越趋于完全混合流态。(2)稳定的生物固体截留能力。ABR反应器对微生物固体具有良好而稳定的截留能力，同时对进水中高浓度的悬浮固体(SS)具有很强的适应性和处理效能。应用ABR工艺处理含SS质量浓度在3 40068 900 mg/L的制酒废水的研究表明，该工艺对进水中的SS的波动具有很强的适应能力，出水SS的去除率可高达91%左右,出水中SS波动较小。Boopathy等应用ABR工艺处理处理高浓度的制糖废水的研究结果表明，该反应器对SS有好的截留能力，出水中无污泥流失问题，即使在高负荷下也是如此

45、。(3)易于形成颗粒污泥。反应器内颗粒污泥的形成与废水水质、运行条件和ABR工艺的构造等因素有关。在应用ABR工艺处理垃圾渗滤混合废水的研究时，沈耀良等人的研究发现，渗滤液中含有较高的碱度及其他碱金属离子，有利于污泥的颗粒化。当反应器运行至COD容积负荷为4. 71 kg/(m3d-1)时，各反应室中形成外观由灰白色至灰黑色、粒径大小不等(0. 55 mm)的棒状及球状颗粒污泥；分析表明，颗粒污泥具有良好的沉降性能，其SVI为7. 514. 2 mg/L；第一个反应室内的颗粒污泥较轻，呈灰色，第3个反应室内的颗粒污泥则沉降性能良好,呈深灰色；在运行过程中，第一个反应室内的颗粒污泥大部分处于悬浮

46、状态，泥水混合液较为粘稠，而后面几个反应室中的污泥则在反应室底部形成稠密的污泥层7。(4)具有较强的抗冲击负荷能力，ABR反应器较强的抗冲击负荷能力来源于对废水中固体较强的截留能力和微生物种群的合理分布。ABR反应器有利于产酸段和产甲烷段的进行，减弱了由于高负荷条件下引起的低pH值对产甲烷菌的抑制作用，在上流室不同格室中形成性能稳定、种群良好的微生物链，使反应器具有抗冲击负荷能力。(5)构造方面：设计简单;没有移动部分；无需动力搅拌设备；基建费用低；空隙高；大大降低反应器发生堵塞的可能性；可以大幅度降低污泥床发生膨胀的可能性维护和运行费用低。1.3.3 厌氧折流板反应器的研究与应用现状厌氧折流

47、板反应器(Anaerobic Baffled Reactor,ABR)是美国McCarty和Bachmann等人于1982年，在总结了各种第二代厌氧反应器处理工艺性能的基础上，开发和研制的一种新型高效厌氧污水生物处理技术。ABR工艺的一个突出特点是设置了上下折流板，而在水流方向形成依次串联的隔室，从而使其中的微生物种群沿水流方向的不同隔室，实现产酸和产甲烷相的分离，在单个反应器中达到两相或多相运行。研究表明，两相工艺中产酸菌和产甲烷菌的活性要比单相运行时高出4倍，并可使不同的微生物种群在各自适宜的条件下生存，从而便于有效管理，提高处理效果，利于能源的利用。目前，有关ABR工艺的研究正在不断深人

48、之中，主要方向为ABR工艺的优化及其在有机(尤其是高浓度)废水处理中的效果。此外，ABR对低浓度有机废水处理的效果已逐渐引起重视。折流板厌氧生物接触反应池(ABRF，即HABR)的独特设计，使它在高浓度废水处理中具有很好的前景。Boopathy等人对用HABR处理高浓度制糖废水进行了研究，并将其投人实际应用。反应器由三个隔室和一个沉淀池组成，在前两个隔室的顶部设置了一层10 cm厚的塑料填料(笋38 mm的鲍尔环)，在第三个隔室的上部设置了定型波纹板填料。这个反应器可成功地在COD容积负荷为20 kg/(m3-d)时处理高浓度的复杂糖浆废水，其C00去除率可达/1/0，而且表现出很好的污泥截留

49、性能，污泥颗粒化速度快。傅嘉媛等人中试用的ABRF由5格组成，第1格比其他4格宽，主要控制在水解酸化阶段，5.3 h，后4格内置针状聚乙烯弹性填料，ABRF对SS的截留和去除能力强，平均SS去除率可达73.4%，最高可达93%8。张林生等的研究也表明，在ABR中装载聚醋纺粘长丝布填料，可有效控制污泥流失现象，水解酸化效果也有所提高9。ABR作为高效的厌氧生物处理技术，与好氧生物处理技术相结合的A/0工艺，可以取得更好的废水处理效果。Lettinga等指出，由于厌氧处理反应器中存在一定数量的“喜氧”甲烷菌，这些甲烷菌可在有氧的条件下保持良好的活性，而同时由于污泥床的阻隔作用，可保持污泥床的良好厌

50、氧环境，因而对于具有分段特性的ABR而言，有可能将好氧组合到该反应器之中，这对诸如煤加工废水、石油工业废水及纺织废水的处理，具有良好的应用价值10。胡小兵进行厌氧折流反应器+好氧处理豆腐生产废水的试验研究结果表明，厌氧条件为35时，COD和TKN总去除率分别达到了97.9%和97.4%，出水可达一级排放标准7。在处理电泳涂膜废水的研究中，鞠宇平等人采用ABR - SBR工艺也取得了良好的处理效果，当进水1.5留L,ABR反应时间为5 h,SBR反应时间为4h时，对COD和P04P的去除率均可达92%以上11。1.4 课题研究的主要内容以有机玻璃板为反应器内挡板，进行清水实验，检测反应器内部流体

51、运动参数，确定流体的水力特性；以活性炭纤维毡为反应器内部挡板，进行清水实验，比较两种条件下，反应器内部流体水力特性的差异及对反应器的停留时间的初步认识。采用阶跃法测量反应器的停留时间分布。即向反应器内连续注入额定浓度的艳红染料，测量反应器内染料浓度随时间的变化情况。以此来分析反应器内水流变化情况，从而拟合水力停留时间分布模型。1.4.3 模型的拟合及建立选用轴向扩散模型和多釜串联模型进行拟合RTD实测曲线，分析拟合偏差以推断反应器内部的流态和混合特性。第2章 实验装置与方案2.1 实验装置折流板反应器结构如图2-1所示，折流板反应器的实物图如图2-2所示。多隔室厌氧折流反应器(ABR)用有机玻

52、璃制造的，有机玻璃厚度为5mm，尺寸为60cm*50cm*15cm，总容积为45L，有效容积L。反应器分隔成5个反应室，每室由一个下流室和上流室组成，下流室挡板高均为45cm，距底部高为3cm。上流室最高挡板为45cm，其他上流室挡板依次为43cm、41cm、39cm、37cm。下流室与上流室宽度之比为1：3。图 2 SEQ 图表 * ARABIC s 1 1折流板反应器结构图图 2 SEQ 图表 * ARABIC s 1 2折流板反应器实物图2.2 实验方案用一定的方法将示踪物加到反应器进口，然后在反应器出口物料中检验示踪物信号，以获得示踪物在反应器中停留时间分布规律的试验数据。示踪剂的选择

53、：常用示踪剂有光学示踪剂、电学示踪剂、化学示踪剂、放射性示踪剂等，如向物料中加入少量有色颜料，然后用光电比色仪测定流出液颜色的变化，采用何种示踪物，要根据物料的物态、体系，以及反应器的类型等情况而定。示踪剂除了不与主流体发生反应外，其选择一般还应遵循下列原则：示踪剂应当易于和主流体溶为一体，除了显著区别于主流体的某一可检测性质外，两者应具有尽可能相同的物理性质。示踪剂浓度很低时也能够检测，这样可使示踪剂用量减少而不影响主流体流动。用于多项系统检测的示踪剂不发生由一相转移到另一相的情况，如气体示踪剂不能被液体吸收，液相示踪剂不能挥发到气相中去，各种示踪剂都不被器壁或催化剂颗粒吸附：示踪剂本身应具

54、有或易于转变为电信号或光信号的特点，从而能在实验中直接使用现代仪器或计算机采集数据作实时分析，以提高实验的速度与精度。根据示踪剂输入方式的差异，停留时间分布测定的方法主要有两种：阶跃注入法，脉冲注入法。阶跃法。当设备内流体达到稳态流动后，自某瞬间起连续加入某种示踪剂物质，然后分析出口流体中示踪剂浓度随时间的变化，以确定停留时间分布。脉冲法。当反应器中流体达到定态流动后，在某个极短的时间内，将示踪剂脉冲注入进料中，然后分析出口流体中的示踪物随时间的变化，以确定停留时间分布。2.2.2 实验方法根据实验室条件本实验采用阶跃法，选用艳红染料为本实验的示踪剂，测量流体在ABR反应器中的停留时间分布。分

55、别测量ABR反应器在HRT为1、3、5h的运行情况。进行清水实验，待ABR反应器进清水运行2-3个周期设备内流体达到稳定流态后，开始连续加入一定浓度的艳红染料。然后每隔一段时间从ABR反应器取出样品，测量其吸光度，结合标准曲线，得出染料的浓度。分析ABR反应器的内部流体运动参数，确定流体的水力特性以活性炭纤维毡为反应器内部挡板，进行清水实验，用同样的方法测量ABR反应器的运行情况 ，与用有机玻璃为反应器内部挡板的结果进行对比。2.3 实验主要仪器与药品主要仪器：烧杯量筒玻璃棒FC1004N电子分析天平721E型可见光分光光度计药 品：艳红染料 第3章 ABR反应器中物料混合状态分析方法3.1

56、停留时间分布停留时间是指物料质点从进入反应器开始，到离开反应器为止，在反应器中总共停留的时间，即质点的寿命分布。停留时间分布12（RTD）-基于解释示踪实验数据的近似方法。RTD方法因其实验简单，应用领域广等优点，几十年来一直是气相和液相流动特性的主要研究方法之一。物料在反应器中的停留时间分布是一随机过程，按照概率论，可用两种概率分布规律来描述物料在流动系统中的停留时间分布，即停留时间分布密度与停留时间分布函数。定义：同时进入反应器的N个流体质点中，停留时间介于t与tdt间的质点所占分率为E(t)dt，E(t)称为停留时间分布密度函数，此函数具有归一化性质。 3-1 定义：流过反应器的物料中停

57、留时间小于t的质点（或停留时间介于0t之间的质点）的分率。 3-2t=0时，F(t)0时，F(t)1停留时间t0t0 停留时间F（t）与E（t）的关系，由定义可知： 3-3反映在图上，E（t）曲线在某一t时的值就是F（t）曲线对应点处切线的斜率，反之，若E（t）曲线已知，0t区间E（t）曲线下的曲面面积即为t时刻F（t）的值。可见两者之间可相互换算只须知其一即可。结果分析：停留时间为t时，出口物质中示踪剂的浓度为c，混合物流量为V，所以示踪剂流出量为Vc，又因为在停留时间t时流出的示踪物，也就是在反应器中停留时间小于t 的示踪剂总和。按定义，物料中小于停留时间t0粒子所占的分率为F（t），因此

58、当示踪剂入口流量为VC0时，示踪物出口流量为VC0F（t），即 故 下标s表示输入时阶跃函数，由此可见，用阶跃注入法测得的时停留时间分布函数。阶跃函数可用如下数学式描述：C=0 t0本次实验测的数据为各个时间点的F（t）值，应用计算机软件可得F(t)与t的关系式为: 3-4其中A1、A2、t0、dt可由计算机软件直接得到。结合3-4式3-2与可得E（t）与F（t）的关系为： 3-53.2 停留时间分布的数字特征实测的停留时间分布曲线具有随机性，将其与模拟流动系统的模型方程相比较，两条曲线的吻合度可以用实测点的统计参数来反映。常用的参数有蛇血期望（E(t)函数对原点的一阶矩，表示平均停留时间）、

59、方差（对一阶原点矩的二阶矩，表示停留时间分布的展形）。停留时间分布的数学期望就是物料在反应器中的平均停留时间tm。平均停留时间: 若V不变，则 tm指整个物料在设备内的停留时间，而不是个别质点的停留时间，tm与流型无关。流型只改变物料质点的停留时间分布，却不改变tm 3-6对于停留时间分布密度曲线，数学期望就是对于原点的一阶矩，即为分布密度E（t）曲线下面这块面积的重心在横轴上的投影。 3-7对离散型测定值 (t相等) 3-8方差式是用来度量随机变量与其均值的偏离程度，是E(t)曲线对平均停留时间的二阶矩，其定义为： 3-9可见方差是停留时间分布离散程度的量度，愈小，愈接近平推流，对平推流反应

60、器，系统中所有质点的停留时间相等且等于,，故0对离散型实验点，则 3-10采用无因次对比时间来表示停留时间分布的数字特征。平均对比停留时间 即： 3-11 对平推流 全混流一般实际流型：,接近于0，可作PFR，接近于1时，可作CSTR。非理想流型流体通常用多釜串联模型或轴向扩散模型进行描述13。3.3.1多釜串联模型假设流体返混程度接近全混流与N个等容量全混釜的串联组合等效,可用多釜串联模型进行描述,釜数N即本模型的参数。 方差: 3-123.3.2轴向扩散模型假设扩散模型实际流体流型等价于平推流型中叠加一轴向扩散,模型参数D1表征扩散程度。停留时间分布可表示为参数D1的函数,设垂直于流体流动