第三章 反应器设计讲述

2.生活污水厂的流程
按照处理效率，污水厂可以分为三级：
一级处理厂 一级加强处理厂 二级处理厂 。。。
一级污水处理厂
一级处理（沉淀法）
一级强化污水处理厂
一级强化处理（混凝沉淀法）
一级强化污水处理厂
一级强化处理（快速生化法）
二级生化污水处理厂
3.工艺路线的选择
工艺1
工艺2
对比
工艺4
工艺3·
A2/O ＋ ＋ －
氧化沟 ＋ ＋ ＋
A2/O-MBR ＋ － ＋＋
适应性
水质波动性
季节变化
技术先进 工艺灵活性
＋
－ － － － ＋
－
＋ ＋ ＋ － ＋＋
＋
＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋＋＋
工艺比较
抗冲击能力 有无污泥膨胀
处理效果
Baidu Nhomakorabea
污染物去除率
比较内容
方案 工程总投资
处理成本
A2/O ＋＋
＋ ＋ － － ＋ ＋
• 用符号表示： F F F F in out r b • 更普遍地说，对于体积元内的任何物料，进入、 排出、反应、积累量的代数和为0。 • 不同的反应器和操作方式，某些项可能为0。
几个时间概念
• (1)反应持续时间tr 简称为反应时间，用于 间歇反应器。指反应物料进行反应达到所 要求的反应程度或转化率所需时间，其中 不包括装料、卸料、升温、降温等非反应 的辅助时间。 • (2)停留时间t和平均停留时间 t 停留时间又 称接触时间，用于连续流动反应器，指流 体微元从反应器入口到出口经历的时间。
理想反应器
平推流反应器
（无返混）
简单混合与返混
若相互混合的物料是在相同的时间进入反应器的， 具有相同的反应程度。这种发生在停留时间相同 的物料之间的均匀化过程，称之为简单混合。 如果发生混合前的物料在反应器内停留时间不同， 反应程度就不同，组成也不会相同。混合之后的 物料组成与混合前必然不同，反应速率也会随之 发生变化，这种发生在停留时间不同的物料之间 的均匀化过程，称之为返混。
城镇污水处理厂污染物排放标准 一级A标准 BOD COD NH3-N TN SS TP 50 10 5 15 10 0.5
重金属少
污染浓度低
生活污水
水质容易处理
难降解物质少
实际情况：无锡特殊的地理位置，在太湖流域，流域内水的总氮和总磷超标
A2/O、 氧化沟、 A2/O-MBR
比较内容
方案 水质适应性 水量波动性
将化学和生物反应原理应用于污 染控制工程，需要借助适宜的装 置，即反应器。系统掌握反应器 的基本类型及其操作原理和设计 计算方法，对于优化反应器的结 构形式.操作方式和工艺条件以 及提高污染物去除效率有重要的 意义。
第三章 反应器设计及基本设计方程
反应器的设计、分析和开发一般包括下列内容： 1.根据反应过程的化学基础和生产工艺的基本要求， 进行反应器的选型设计； 2.根据宏观反应动力学，计算反应器的结构尺寸； 3.反应器的机械设计。充分考虑到机械设计、设备 制造及运输、安装方面的要求和有关制约。
理想反应器
• 在工业上化学反应必然要在某种设备内进 行，这种设备就是反应器。根据各种化学 反应的不同特性，反应器的形式和操作方 式有很大差异。 • 从本质上讲，反应器的形式并不会影响化 学反应动力学特性。但是物料在不同类型 的反应器中流动情况是不同的。
间歇式完全混合（无返混） 理想混合反应器 （完全混合） 连续式完全混合（返混程度最大）
氧化沟
A2/O MBR
1.基建和运行成本高 2.膜组件要求定期维护和更换， 对操作人员技术要求高 3.国内生产的膜组件不够稳定
装车外运 污水管道 污泥管道 鼓风管道 鼓风机 出水 细格栅 进水 粗格栅 沉砂池 预缺氧 厌氧 缺氧 好氧
栅渣压榨机
砂水分离器
提升泵
混合液回流 污泥回流 浓缩脱水 储泥池
氧化沟 ＋
＋＋ ＋ － － ＋＋ ＋
A2/O-MBR －
＋ － ＋ ＋ － －
经济性
吨水耗电 工艺占地 吨水处理占 地 操作管理
操作管理
维护
方案
优点
缺点
A2/O
1.效果好、操作简便 1.流程较为复杂、需要设置单 独的二次沉淀池 2.投资少、占地少、运行费低 2.需要大量回流、电耗大 3.技术成熟、可靠 4.适应性强 5.除磷脱氮效率高、出水好 6.根据进水负荷调节鼓风机曝气量 1.工艺流程简单，运行管理方便 2.前置式厌氧池，除磷脱碳 3.投资少，处理成本低 4.机械设备少，维护管理简单 5.能够承受较大水量、水质冲击 1. 技术先进、运行稳定 2.高水质出水 3.模块化技术单元、根据要求增减 模块 4.易于实现全自动运行 1.占地面积大 2.工艺运行灵活性差
单位时间进入 单位时间排出 单位时间内体积 单位时间内体积 体积元的物料 体积元的物料 元中反应消失的 元中物料 A 的积累 A量F mol s 1 A量F mol s 1 物料A量F mol s 1 量F mol s 1 in out r b
合法性 先进性 可靠性
安全性 结合实际情况 简洁和简单性
无锡某城市污水处理厂工艺流程选择 该城市的污水处理量是3.5万吨，水质COD 200-400 mg/L,BOD 150-200mg/L,SS 100-300mg/L,NH3-N 25-40 mg/L,TN 50-60mg/L, TP6-10mg/L,pH6-10
反应器设计
给定生产任务（处理量） 原料浓度 动力学参数 达到的产品要求xAf
设计？
化学反应器设计基础
• 物料衡算方程 物料衡算所针对的具体体系 称体积元。体积元有确定的边界，由这些 边界围住的体积称为系统体积。在这个体 积元中，物料温度、浓度必须是均匀的。 在满足这个条件的前提下尽可能使这个体 积元体积更大。在这个体积元中对关键组 分A进行物料衡算。
第四节
污水处理厂的设计
1.选择厂址或站址(在工厂、企业内，往往将污水处理 厂称为废水站)时，一般应考虑以下一些问题： （1） 厂址应选在地质条件较好的地方。地基较好， 承载力较大，地下水位较低，便于施工。 （2） 处理厂应尽量少占土地和不占良田。同时， 要考虑今后有适当的发展余地。 （3） 要考虑周围环境卫生条件。 （4） 处理厂应设在靠近电源的地方，并考虑排水、 排泥的方便。 （5） 处理厂应选择在不受洪水威胁的地方，否则 应考虑防洪措施。