淺談氣體提升泵在MBBR系統(tǒng)中的應(yīng)用

孫鳳（威立雅水務(wù)設(shè)備安裝工程（上海）有限公司，上海 200001）

隨著國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和人口的不斷增長，缺水現(xiàn)象明顯，水污染加劇現(xiàn)象突出，污水回收利用已成為一種必然趨勢，各種高科技水處理技術(shù)在國內(nèi)得到推廣應(yīng)用，其中MBBR技術(shù)更是被廣泛使用。

1 MBBR技術(shù)及空氣提升泵結(jié)構(gòu)

MBBR(移動床膜生物反應(yīng)器)是90年代中期出現(xiàn)的一種新型生物膜處理方法，其核心部分是將密度接近于水的懸浮填料直接投加到曝氣池中。如圖1所示，通過特殊懸浮填料上的菌種去除廢水中的有害有機污染物。在MBBR池反應(yīng)過程中，由于貼附在填料上的菌種合成的化合物（聚糖體或多糖體)會形成的泡沫。如果不加以重視，當其形成一定規(guī)模，便會引起介質(zhì)體積減小，降低污水處理性能，繼而影響水處理效果。

圖1 氣體提升泵結(jié)構(gòu)圖

2空氣提升泵的原理

空氣提升泵的原理是把氣體作為氣動活塞，推動管道內(nèi)物質(zhì)不斷上升和擴大，形成氣水混合體，氣水混合物的密度小于周圍水的密度，由此產(chǎn)生的浮力作為推動而使水流上升,并以一定的速度和作用力快速噴射泡沫，以達到迅速消泡的效果。

3 空氣提升泵的工程應(yīng)用計算實例：

案例分析：2012年公司承接的某新疆鋼廠工業(yè)廢水深度處理及綜合利用工程預處理系統(tǒng)中運用了MBBR工藝以及空氣提升泵設(shè)備，通過理論計算確定空氣提升泵的空氣量，管徑及數(shù)量：

已知條件：MBBR池：直徑φ24.7m，高7.1m，全容積：3402 m3,有效容積：2740m3，水深6.05m。

采用數(shù)據(jù)：水下浸沒深度h=2.72 m，水上凈空高度H=1.55 m，氣水流速V1=2 m/s，

提升水量Q水=20 m3/h,提升泵噴射角度α=90°，噴射半徑r=3 m

3.1 空氣提升泵的氣水比k

式中：

k────空氣提升泵的氣水比Nm3空氣/m3水

C────速率常數(shù)，查速率常數(shù)表得知：當h/H=2.72/1.55=1.754時取13.9

h────水下浸沒深度，h=2.72 m。

3.2 空氣提升泵的空氣量:

式中:

Q氣────空氣提升泵的空氣量Nm3/h

k────氣水比Nm3空氣/m3水

Q水───提升水量m3/h，Q水=20m3/h

根據(jù)設(shè)計手冊，空氣流量值建議在20-60m3/h范圍內(nèi)較為合理.

3.3 空氣提升泵的管徑設(shè)計:

式中:

Q氣────空氣提升泵的空氣量Nm3/h

V1────氣水流速，V1=2m/s

Q水───提升水量m3/h，Q水=20m3/h

D───提升泵管內(nèi)徑，mm

因此，取公稱直徑D90,φ101.6x4的無縫鋼管作為空氣提升泵的管徑。

3.4 空氣提升泵數(shù)量：

所以取16個。

式中:

n────空氣提升泵的數(shù)量

d1────外圈直徑，d1=24.7m d2────內(nèi)圈直徑，d2=24.7-3=21.7m

r──── 噴射半徑，r=3m

從空氣提升泵計算可知，

（1)單元空氣提升泵的空氣流速為28.28 Nm3/h，選取設(shè)置16件提升泵均勻分布在24.7米的圓周直徑上，所需總空氣量Q總為28.28*16=452.48 Nm3/h,在為MBBR系統(tǒng)羅茨鼓風機選型的時候應(yīng)考慮此氣體提升泵的空氣消耗量。

（2)空氣提升泵允許的液壓能力是0.5-1倍的MBBR容積每小時.因此MBBR池一般不設(shè)置單個空氣提升泵.

（3)原則上,空氣提升泵也可以將填料從MBBR池內(nèi)移至其它管線或用在必要的通風系統(tǒng)的維修場合.在這種情況下,其吸入側(cè)將延長至水位下以允許填料吸出或泵出，然后再根據(jù)以上公式重新計算空氣量及管徑。

4 安裝注意事項

4.1 在安裝及制造過程中，要求連接空氣的噴嘴管件與頂端喇叭口的噴射位置不能設(shè)計在同一高度上，需要錯開90度設(shè)計，以免影響空氣提升泵的噴射效果。

4.2 空氣提升泵的安裝方式分兩種，當MBBR池為水泥結(jié)構(gòu)時，可以采用預埋鋼板的方式，也可以采用直接用化學鉚栓的方式使其與墻體連接；當MBBR池用碳鋼或不銹鋼制作時，則需要考慮增加在罐壁上焊接一連接件作為過渡件，以實現(xiàn)其和MBBR池的正常連接。

4.3 空氣提升泵的設(shè)計直徑取決于填料尺寸和MBBR的容積,不同型號的填料配備不同規(guī)格的空氣提升泵。

4.4 一般在離池底300-500mm范圍內(nèi)設(shè)計其進口,在水位以上300mm處設(shè)置噴水口。

4.5 避免在管子上產(chǎn)生尖角以免損壞填料,并且要求其進出水口均通過彎頭過渡后平行設(shè)置。

5 氣體提升泵的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)消泡劑方式進行比較，空氣提升泵具有以下優(yōu)勢：

5.1 造價低

傳統(tǒng)的消泡劑系統(tǒng)包括消泡劑貯存罐→控制球閥→校正柱校正→消泡劑加藥泵投加系統(tǒng)（外加HDPE材質(zhì)的櫥柜保護）→MBBR反應(yīng)池。以處理一套70m3/day的系統(tǒng)為例，其中MBBR的容量為45m3,其至少需要配備500L，直徑800mm，高度1300mm，帶液位控制的PE材質(zhì)貯罐一臺，兩臺（一用一備）普羅名特最大流量為6.3L/H,最大壓力為3bar,12W@220V 180沖程/分鐘的電磁隔膜計量泵,液位控制,連接管線,櫥柜等,總的固定投資成本大約在18000RMB；而空氣提升泵按約2000RMB/臺,按最大配置4臺計算，約8000RMB，只是消泡劑投加的五分之二。

5.2 操作方便

消泡劑系統(tǒng)需要將調(diào)制好的消泡劑溶液加入貯存罐內(nèi)，在藥物的投加方面無法確保良好的連續(xù)性，因為只有當貯存罐內(nèi)的低液位達到0.4m時投加泵才開始運行，否則系統(tǒng)將停止投加消泡劑，從而影響消泡效果。而空氣提升泵只需要氣源就可以實現(xiàn)消泡功能，整個操作方便、簡單。

5.3 低能耗，無維護

消泡劑系統(tǒng)中的液位控制及二臺計量泵的投加控制需要接入控制系統(tǒng)（PLC),計量泵設(shè)有二臺電動馬達，配12w@220V電源；而空氣提升泵沒有電能的損耗，也無額外的維護。

5.4 安全性能優(yōu)

消泡劑—有機硅乳液，由于它含有危險組份甲醛，所以必須按《危險化學品安全管理條例》對其儲存、應(yīng)急、消防、泄漏的應(yīng)急處理以及操作步驟做出嚴格的規(guī)定，同樣也需要對操作人員進行嚴格的培訓后方可操作。而空氣提升泵的動力來源是羅茨鼓風機所產(chǎn)生的空氣，無毒無害，對周圍環(huán)境沒有任何特殊要求，不存在安全隱患。

6 結(jié)語

經(jīng)過實際案例的驗證，氣體提升泵的應(yīng)用有效解決了MB?BR的泡沫問題，在設(shè)計選型時考慮以下幾點注意事項：

6.1 設(shè)計上：對于氣體提升泵混合液的上升流速宜選擇2.0-3.0m/s以達到最佳效果；

6.2 制作材料：推薦使用SS304或SS316(SS316L)奧氏體不銹鋼的材料；

6.3 通過實際案例證明空氣提升泵有效解決了MBBR的泡沫問題，具有占地面積小，能耗低，效率高，無維護，安全性能優(yōu)等特點，能達到快速消泡的效果，是一種節(jié)能環(huán)保型的新型設(shè)備，值得推廣應(yīng)用。

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