浅谈气体提升泵在MBBR系统中的应用

随着国民经济的迅猛发展和人口的不断增长, 缺水现象明显, 水污染加剧现象突出, 污水回收利用已成为一种必然趋势, 各种高科技水处理技术在国内得到推广应用, 其中MBBR技术更是被广泛使用。

1 MBBR技术及空气提升泵结构

MBBR (移动床膜生物反应器) 是90年代中期出现的一种新型生物膜处理方法, 其核心部分是将密度接近于水的悬浮填料直接投加到曝气池中。如图1所示, 通过特殊悬浮填料上的菌种去除废水中的有害有机污染物。在MBBR池反应过程中, 由于贴附在填料上的菌种合成的化合物 (聚糖体或多糖体) 会形成的泡沫。如果不加以重视, 当其形成一定规模, 便会引起介质体积减小, 降低污水处理性能, 继而影响水处理效果。

2 空气提升泵的原理

空气提升泵的原理是把气体作为气动活塞, 推动管道内物质不断上升和扩大, 形成气水混合体, 气水混合物的密度小于周围水的密度, 由此产生的浮力作为推动而使水流上升, 并以一定的速度和作用力快速喷射泡沫, 以达到迅速消泡的效果。

3 空气提升泵的工程应用计算实例:

案例分析:2012年公司承接的某新疆钢厂工业废水深度处理及综合利用工程预处理系统中运用了MBBR工艺以及空气提升泵设备, 通过理论计算确定空气提升泵的空气量, 管径及数量:

已知条件:MBBR池:直径φ24.7m, 高7.1m, 全容积:3402m3, 有效容积:2740m3, 水深6.05m。

采用数据:水下浸没深度h=2.72 m, 水上净空高度H=1.55m, 气水流速V1=2 m/s,

提升水量Q水=20 m3/h, 提升泵喷射角度α=90°, 喷射半径r=3 m

3.1空气提升泵的气水比k

式中:

k────空气提升泵的气水比Nm3空气/m3水

C────速率常数, 查速率常数表得知:当h/H=2.72/1.55=1.754时取13.9

h────水下浸没深度, h=2.72 m。

3.2 空气提升泵的空气量:

式中:

Q气────空气提升泵的空气量Nm3/h

k────气水比Nm3空气/m3水

Q水───提升水量m3/h, Q水=20m3/h

根据设计手册, 空气流量值建议在20-60m3/h范围内较为合理.

3.3 空气提升泵的管径设计:

式中:

Q气────空气提升泵的空气量Nm3/h

V1────气水流速, V1=2m/s

Q水───提升水量m3/h, Q水=20m3/h

D───提升泵管内径, mm

因此, 取公称直径D90, φ101.6x4的无缝钢管作为空气提升泵的管径。

3.4 空气提升泵数量:

所以取16个。

式中

n────空气提升泵的数量

d1────外圈直径, d1=24.7md2────内圈直径, d2=24.7-3=21.7m

r────喷射半径, r=3m

从空气提升泵计算可知,

(1) 单元空气提升泵的空气流速为28.28 Nm3/h, 选取设置16件提升泵均匀分布在24.7米的圆周直径上, 所需总空气量Q总为28.28*16=452.48 Nm3/h, 在为MBBR系统罗茨鼓风机选型的时候应考虑此气体提升泵的空气消耗量。

(2) 空气提升泵允许的液压能力是0.5-1倍的MBBR容积每小时.因此MBBR池一般不设置单个空气提升泵.

(3) 原则上, 空气提升泵也可以将填料从MBBR池内移至其它管线或用在必要的通风系统的维修场合.在这种情况下, 其吸入侧将延长至水位下以允许填料吸出或泵出, 然后再根据以上公式重新计算空气量及管径。

4 安装注意事项

4.1 在安装及制造过程中, 要求连接空气的喷嘴管件与顶端喇叭口的喷射位置不能设计在同一高度上, 需要错开90度设计, 以免影响空气提升泵的喷射效果。

4.2 空气提升泵的安装方式分两种, 当MBBR池为水泥结构时, 可以采用预埋钢板的方式, 也可以采用直接用化学铆栓的方式使其与墙体连接;当MBBR池用碳钢或不锈钢制作时, 则需要考虑增加在罐壁上焊接一连接件作为过渡件, 以实现其和MBBR池的正常连接。

4.3 空气提升泵的设计直径取决于填料尺寸和MBBR的容积, 不同型号的填料配备不同规格的空气提升泵。

4.4 一般在离池底300-500mm范围内设计其进口, 在水位以上300mm处设置喷水口。

4.5 避免在管子上产生尖角以免损坏填料, 并且要求其进出水口均通过弯头过渡后平行设置。

5 气体提升泵的优势

与传统消泡剂方式进行比较, 空气提升泵具有以下优势:

5.1 造价低

传统的消泡剂系统包括消泡剂贮存罐→控制球阀→校正柱校正→消泡剂加药泵投加系统 (外加HDPE材质的橱柜保护) →MBBR反应池。以处理一套70m3/day的系统为例, 其中MBBR的容量为45m3, 其至少需要配备500L, 直径800mm, 高度1300mm, 带液位控制的PE材质贮罐一台, 两台 (一用一备) 普罗名特最大流量为6.3L/H, 最大压力为3bar, 12W@220V 180冲程/分钟的电磁隔膜计量泵, 液位控制, 连接管线, 橱柜等, 总的固定投资成本大约在18000RMB;而空气提升泵按约2000RMB/台, 按最大配置4台计算, 约8000RMB, 只是消泡剂投加的五分之二。

5.2 操作方便

消泡剂系统需要将调制好的消泡剂溶液加入贮存罐内, 在药物的投加方面无法确保良好的连续性, 因为只有当贮存罐内的低液位达到0.4m时投加泵才开始运行, 否则系统将停止投加消泡剂, 从而影响消泡效果。而空气提升泵只需要气源就可以实现消泡功能, 整个操作方便、简单。

5.3 低能耗, 无维护

消泡剂系统中的液位控制及二台计量泵的投加控制需要接入控制系统 (PLC) , 计量泵设有二台电动马达, 配12w@220V电源;而空气提升泵没有电能的损耗, 也无额外的维护。

5.4 安全性能优

消泡剂—有机硅乳液, 由于它含有危险组份甲醛, 所以必须按《危险化学品安全管理条例》对其储存、应急、消防、泄漏的应急处理以及操作步骤做出严格的规定, 同样也需要对操作人员进行严格的培训后方可操作。而空气提升泵的动力来源是罗茨鼓风机所产生的空气, 无毒无害, 对周围环境没有任何特殊要求, 不存在安全隐患。

6 结语

经过实际案例的验证, 气体提升泵的应用有效解决了MB-BR的泡沫问题, 在设计选型时考虑以下几点注意事项:

6.1 设计上:对于气体提升泵混合液的上升流速宜选择2.0-3.0m/s以达到最佳效果;

6.2 制作材料:推荐使用SS304或SS316 (SS316L) 奥氏体不锈钢的材料;

6.3 通过实际案例证明空气提升泵有效解决了MBBR的泡沫问题, 具有占地面积小, 能耗低, 效率高, 无维护, 安全性能优等特点, 能达到快速消泡的效果, 是一种节能环保型的新型设备, 值得推广应用。

摘要：本文通过对实际案例的计算, 详细解释了气体提升泵的设计与选型, 以及安装注意事项。与传统消泡系统相比, 空气提升泵具有设备简单, 占地面积小, 投资小, 能耗低, 效率高, 无维护, 安全性能优等特点, 值得推广应用。

关键词：MBBR法,气体提升泵,传统消泡投加系统,空气上升流速

参考文献

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