已知在常溫和常壓下，水中溶解氧與壓力有如下關系：
Cs＝Cs0×p/p0 （1）
式中：Cs，Cs0——壓力分別為p，p0時氧在水中的飽和溶解度，mg/L。
當水中的溶解氧質量濃度低于飽和溶解度時氧的傳遞速率為：
dC/dt=KLa×(Cs-C）（2）
式中：KLa——氧總轉移系數，L/h；
C——水中實際溶解氧質量濃度，mg/L。
由以上兩式知壓力越高水中溶解氧質量濃度越大，氧傳遞速率越快，根據這一原理我們研制出了垂直折流生化反應器（VTBR）。其主要特點為：該反應器高達10m，由于水深，與傳統生物接觸氧化法相比增加了氧利用率，供氣量小，容積負荷高，內設導流板，可以使水在反應器中形成環流，提高了處理效率。并且占地面積小，總投資少，操作管理方便，無污泥膨脹問題、無異味污染。該裝置已在河南省新鄉市亞洲啤酒有限公司廢水處理工程中運用。實踐證明該工藝是可行的，為啤酒廢水處理提供了一個成功實例。該工程被評為1999年河南省環保局主辦的環境污染防治工程優秀設計一等獎。
1 廢水水質水量及排放標準
該啤酒廠生產能力為10×104t/a，廢水量排放為2040m3/d，主要廢水指標如表1。
表1 啤酒廢水水質
|
取樣地點 |
ρ(CODcr)/ |
ρ(BOD5)/ |
ρ(SS)/ |
pH值 |
|
麥芽車間 |
1500 |
800 |
100 |
6-7 |
|
糖化車間 |
4000 |
2000 |
1500 |
6-7 |
|
發酵車間 |
2000 |
1000 |
500 |
6-7 |
|
罐裝車間 |
400 |
200 |
300 |
6-7 |
|
總排放口 |
2000 |
1100 |
1000 |
6-7 |
設計水量：2040m3/d
設計水質：p（CODcr）＝1500－2500mm/L；p（BOD5）＝800－1500mg/L；ρ（SS）＝1000－2500mg/L；pH＝6-7。
根據環保部門要求廢水處理后水質必須達到以下指標：
ρ（CODcr）≤150mg/L；ρ(BOD5）≤60mg/L；ρ（SS）≤200mg/L； pH=6－9。
2 廢水處理工藝設計
廢水首先通過微濾機去除大部分懸浮物，出水進入調節池，然后中提升泵打入VTBR反應器中進行生化處理，通過風機強制供風使廢水與填料接觸，維持生化反應的需氧量，VTBR反應器出水進入沉淀器，去除一部分脫落的生物膜以減輕氣浮設備的處理負荷，之后流人氣浮設備去除剩余的生物膜，污泥及浮渣送往污泥池濃縮后脫水。
3 主要構筑物及設備
由于啤酒廠所排廢水水質、水量不穩定，波動大，故設調節池1座兼作提升泵集水井。外形尺寸為15m×6m×3.5m，停留時間4h。內設80WG污水泵2臺，1用1備。
3.2 VTBR反應器
VTBR反應器利用原有廢舊酒精罐改造而成，罐高10m，直徑4.5m。分為并聯運行的2組，每組串聯5個，共計10個。均采用鼓風機供氣，曝氣裝置為KBB－215可變孔式曝氣器，內設BRT半軟性生物填料，反應器外部加有一層保溫材料。
VTBR反應器（Ⅰ）
容積負荷（以CODcr計）為：3kg/(m3·d），停留時間9h。
VTBR反應器（Ⅱ）
容積負荷（以CODcr計）為：2kg/（m3·d），停留時間6h。
3.3 沉淀器
利用原有廢舊酒精罐改造而成，鋼制設備直徑6m，內設斜管，有效水深3.5m，停留時間1.5h，表面水力負荷：3m3/（m2·h）。
3.4 氣浮設備
采用QF－100型成套氣浮設備包括溶氣罐、空壓機、刮渣機、回流泵、釋放器。溶氣罐壓力為0.25－0.3MPa，回流比30％－40％。
3.5 風機
機房設RE－145型高壓鼓風機2臺，1用1備，H＝98kPa，q＝24.5m3/min，N＝75kW。
4 處理效果
工程由環保監測部門連續2d采樣監測，其監測結果如表2。
表2 啤酒廢水驗收監測結果
|
原水 |
生化出水 |
氣浮出水 | |||||||||
|
ρ(CODcr)/ |
ρ(BOD5)/ |
ρ(SS)/ |
pH值 |
ρ(CODcr)/ |
ρ(BOD5)/ |
ρ(SS)/ |
pH值 |
ρ(CODcr)/ |
ρ(BOD5)/ |
ρ(SS)/ |
pH值 |
|
1650 |
846 |
774 |
5.06 |
208 |
97.8 |
226 |
7.40 |
90.5 |
19.38 |
137 |
7.60 |
|
1690 |
841 |
1417 |
5.98 |
231 |
109.4 |
197 |
7.40 |
97.2 |
24.52 |
101 |
7.62 |
|
1780 |
980 |
1678 |
5.98 |
221 |
104.3 |
277 |
7.50 |
114 |
28.24 |
108 |
7.64 |
|
1707 |
888 |
1290 |
5.63 |
220 |
103.8 |
233 |
7.43 |
101 |
24.05 |
115 |
7.62 |
|
2370 |
1475 |
2354 |
6.20 |
185 |
86.72 |
295 |
7.48 |
95.0 |
18.42 |
111 |
7.74 |
|
1570 |
876 |
2498 |
7.18 |
203 |
78.02 |
318 |
7.62 |
124 |
26.55 |
129 |
7.78 |
|
3490 |
1676 |
4459 |
6.90 |
253 |
120.6 |
326 |
7.60 |
123 |
28.22 |
104 |
7.70 |
|
2477 |
1342 |
3104 |
6.76 |
214 |
95.11 |
313 |
7.57 |
114 |
24.40 |
115 |
7.74 |
|
2092 |
1115 |
2197 |
6.20 |
217 |
99.46 |
273 |
7.50 |
108 |
24.23 |
115 |
7.68 |
由表2知，出水產（CODcr）＜150mg/L，ρ（BOD5）＜30mg/L，ρ（SS）＜200mg/L，pH＜8，各項指標均達到了國家二級排放標準。
5 技術經濟分析
6 結論及經驗
②冬季運行時，在VTBR反應器外部加了一層保溫材料，使罐中始終保持較高的溫度，提高了生物的活性。
③因 VTBR反應器高達10m左右，水深大，所選用風機為高壓風機，風壓為98kPa，N＝75kw，耗電量大。
