BAF反冲洗实验及数值模拟研究

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曝气生物滤池(BAF)反冲洗是维护滤池正常运行的核心环节,对提高污水处理效果、保证运行周期以及降低能耗具有重要意义。研究结合实验与数值模拟的方法探究了BAF反冲洗过程。模型实验研究出的结论为:1)滤料高度1.1 m的滤池4天左右时间水损达到约27 cm即进行反冲洗,而滤料高度0.8 m的滤池运行约3天时相应水损为17 cm左右需进行反冲洗;2)滤料高度为1.1 m的最佳反冲洗模式为气冲-气水冲-水冲:初始气冲3-5 min、强度为14 L/(m~2?s);联合冲4-6 min,其中气冲强度14 L/(m~2?s)、水冲强度8 L/(m~2?s);最后水冲9-11 min、强度为10 L/(m~2?s);3)滤料高度为0.8 m对应的最佳反冲洗条件为:初期气冲3-5 min、强度为12 L/(m~2?s);联合冲4-6 min,其中气冲强度12 L/(m~2?s)、水冲强度6 L/(m~2?s);最后水冲7-9 min、强度为10 L/(m~2?s);4)反冲洗结束后,1.1 m滤料对应氨氮、COD去除率分别恢复到86%和90%,而0.8 m的分别为84%和87%。数值模拟模型滤池与实验比较得出:1)模拟的滤池堵塞的水头损失和实验的误差在8%以内;2)联合冲洗滤料的高度为1.1 m和0.8 m时,保持水洗强度不变增加气洗强度得出单位气洗强度下的剪切力增加量分别为6.1×10~-33 N/m~2和7.4×10~-33 N/m~2;固定气洗强度增加水洗强度时,单位水洗强度下的剪切力增加量分别为1.1×10~-33 N/m~2和1.2×10~-33 N/m~2,联合冲洗时气洗强度的改变对反冲洗的影响约为改变同样水洗强度的6倍;3)滤料高度每增加1 cm会导致水头损失上升30 Pa左右。数值模拟分析给定水厂的原型滤池得出:设计的气洗强度为15L/(m~2?s)、水洗强度为5 L/(m~2?s)时反冲洗的流场较均匀,并根据压力和流量计算出原型滤池联合反冲洗所需要的水泵及气泵的功率分别为36 kw/h和108 kw/h。本研究为类似水厂的BAF滤料高度选取、反冲洗气水比设定及气、水泵功率设计提供了有效的经验参考,可帮助实际水厂对水损及冲洗流量进行控制以实现优化设计,降低能耗。
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