鄧禮洪

(中昊晨光化工研究院有限公司 四川富順 643201)

1 背景資料

HCR工藝(High Performance Compact Reactor)是德國克勞斯塔爾(Clausthal)工科大學(xué)物相傳遞研究所于80年代發(fā)明的。其原理在于提高反應(yīng)器的充氧能力和污泥活性來滿足短時間內(nèi)生物快速降解有機(jī)污染物的要求，從而實現(xiàn)提高生化反應(yīng)效率，達(dá)到高效率的處理目的。該工藝的問世是好氧生物處理技術(shù)的一個飛躍，它融合了當(dāng)今的高速射流曝氣、物相強(qiáng)化傳遞、紊流剪切等技術(shù)，具有深井曝氣和污泥流化床的特點。因此，其氧的傳遞效率明顯提高，反應(yīng)器的容積負(fù)荷增大，水力停留時間大大縮短。HCR工藝是在傳統(tǒng)活性污泥法技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的具有高效特點的污水處理新技術(shù)，其設(shè)備結(jié)構(gòu)主要由集成反應(yīng)器、循環(huán)泵、兩相噴頭、沉淀池、以及相應(yīng)的配套管路系統(tǒng)等部件構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 HCR工藝流程圖

其特點在于：①氧傳遞效率高，反應(yīng)系統(tǒng)容積負(fù)荷高；②布局緊湊、流程簡潔、占地面積小、工程造價低；③剩余污泥量少。

2 我院應(yīng)用現(xiàn)狀

圖2 反應(yīng)器內(nèi)射流器的排布

中昊晨光化工研究院環(huán)保車間生化處理裝置由江蘇鹽城貝爾格林公司設(shè)計，其生產(chǎn)原理為：一級厭氧+HCR高負(fù)荷好氧+二級厭氧+低負(fù)荷好氧的多段組合式處理方式。我院工藝的核心部分為HCR高負(fù)荷好氧處理技術(shù)。它主要由反應(yīng)器、脫氣池及沉淀池組成。一級厭氧的出水進(jìn)入HCR進(jìn)水槽，與及回水及回泥混合后由循環(huán)泵送至射流器在進(jìn)入池內(nèi)?；啬嘤蓺馓嵫b置來完成。反應(yīng)器內(nèi)三個射流器呈三角形排布如圖2。

HCR工藝裝置主要參數(shù)如表1。

表1 HCR工藝裝置主要規(guī)格參數(shù)

而該工藝的核心在于高速射流曝氣，射流器的性能直接影響系統(tǒng)的處理能力。由于射流器是由對方自行設(shè)計，其設(shè)計不符合射流器的設(shè)計要求：①如噴嘴收縮角過小，理想的為15°-25°，實際約為14°；②未設(shè)計混合管段；③吸入室面積過小,射流撞擊器壁向徑向散射激烈，造成渦流，不能形成負(fù)壓而倒灌水。見圖3、4。

圖3 原有射流器示意圖

圖4 射流器實際切割圖

此外，與射流器配套的泵選取不當(dāng),其主要技術(shù)參數(shù)如表2：

表2 HCR循環(huán)泵主要參數(shù)

在實際運(yùn)行的過程中，射流器兩用一備。但由于泵的揚(yáng)程不足，其所產(chǎn)生的壓力嚴(yán)重不足，在射流器前端的壓力僅有0.05MPa(如圖4)，而反應(yīng)器自身有9米的水深。因此，不足以推動射流器工作。運(yùn)行過程中吸氣管不但不能吸氣，反而向外噴水，如圖5。

圖4 改造前運(yùn)行中的壓力表

圖5 吸氣管噴水留下的殘跡

由于以上兩大主要原因，在實際運(yùn)行中HCR的處理能力嚴(yán)重下降，抗沖擊負(fù)荷能力也大大減弱。在運(yùn)行過程中，負(fù)荷提高后（進(jìn)水COD約2500mg/L）曾出現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)混合液發(fā)黑現(xiàn)象,實際監(jiān)測顯示溶解氧不足（僅有0.78 mg/L）。為了解決以上問題，曾在反應(yīng)器內(nèi)液下3米位置補(bǔ)加曝氣裝置，但作用不大，同時增加了風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，影響了其他系統(tǒng)的有效運(yùn)行。

圖6 改造前曝氣效果圖

現(xiàn)有條件已不能滿足使用需求。因此，改造已成為提升裝置潛力必要的必要手段。

3 改造方案

針對以上不足，本次改造主要集中在對射流器、泵的更換上。本次改造不對其他附件做任何改動。最終擬定改造方案如下：

1、更換射流器：射流器根據(jù)文丘里效應(yīng)靠泵的壓力將工作流體加速到幾十米甚至幾百米每秒經(jīng)噴嘴射出，在吸入室內(nèi)形成較大負(fù)壓，吸入大量被抽流體。它由吸入室、混合管、擴(kuò)壓管構(gòu)成。由于原有射流器設(shè)計不合理，結(jié)合現(xiàn)在運(yùn)行需要，經(jīng)過嚴(yán)密計算最終確定射流器生產(chǎn)參數(shù)如表3，其結(jié)構(gòu)如圖7。

表3 射流器主要參數(shù)表

圖7 更換射流器示意圖

2、更換揚(yáng)程更大的循環(huán)泵，要求揚(yáng)程在30米以上，流量在160m3/h左右。

4 改造成果

在對一號反應(yīng)器更換射流器后，現(xiàn)有的泵已經(jīng)能過滿足使用需求，最終未更換現(xiàn)有的循環(huán)泵。整個改造完成后，反應(yīng)器內(nèi)三只射流器同時工作，射流器前端壓力明顯提升（現(xiàn)有0.12MPa，較以前提高140%，如圖8）。射流器工作正常（如圖9）,單只射流器每小時吸氣約50m3(吸入口空氣流速約1.8m/s),三個反應(yīng)器內(nèi)共九只射流泵每小時可向反應(yīng)器內(nèi)補(bǔ)加450 m3的空氣，反應(yīng)器內(nèi)曝氣效果大大改善（如圖10），系統(tǒng)抗負(fù)荷沖擊能力大大加強(qiáng)，同時還大大減輕了風(fēng)機(jī)的壓力。經(jīng)實際監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)溶解氧明顯提高（見表 4）。

圖8 改造后運(yùn)行中的壓力表

圖9 改造后射流器的工作實況

圖10 改造后反應(yīng)器內(nèi)曝氣效果

圖11 改造前后曝氣效果對比

通過改進(jìn)，本裝置HCR池的溶解氧由2~3%提高到4~5%，COD去除率也由40%提高到65%以上。

5 總結(jié)

本次改造工程中，經(jīng)過我們的嚴(yán)密計算，選定了適當(dāng)?shù)脑O(shè)備，為改造成功奠定了堅實的基礎(chǔ)。此次改造中更換了裝置的核心部件射流器，經(jīng)過改造裝置的處理能力得到了較大提升，抗負(fù)荷沖擊能力大大加強(qiáng)，同時還減輕了風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，保障了其他裝置的有效運(yùn)行。