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经过调节pH和温度的废水首先进入反应器底部的混合区,并与来自外循环回流的泥水混合液充分混合后进入颗粒污泥膨胀床区进行COD生化降解,此处的COD容积负荷很高,大部分进水COD在此处被降解,产生大量沼气。由于沼气气泡形成过程中对液体做的膨胀功产生了气提的作用,使得沼气、污泥和水的混合物上升,经过填料区的降解后,混合液至反应器顶部的三相分离器,沼气在该处与泥水分离后并被导出处理系统。泥水混合物则沿挡泥板下降至反应器底部的混合区,并于进水充分混合后再次进入污泥膨胀床区,形成所谓内循环。根据不同的进水COD负荷和反应器的不同构造,外循环回流量可达进水流量的0.5-10倍。经膨胀床处理后的废水除一部分参与循环外,其余污水继续上升,污水进入填料区进行剩余COD降解与产沼气过程,提高和保证了出水水质。由于大部分COD已经被降解,所以填料区的COD负荷较低,产气量也较小。该处产生的沼气也是由三相分离器收集,通过集气管导出处理系统。经过填料区处理后的废水经三相分离器作用后,上清液经出水区排走,颗粒污泥则返回污泥床。
EGSB厌氧反应罐即膨胀颗粒污泥床反应器,是第三代厌氧反应器,构造特点是具有很大的高径比。从外观上看,EGSB反应器由第一厌氧反应室和第二厌氧反应室叠加而成,每个厌氧反应器的顶部各设一个气-固-液三相分离器。 EGSB厌氧反应罐的特点:容积负荷率高,水力停留时间短EGSB厌氧反应罐生物量大(可达到60g/L),污泥龄长。特别是由于存在着内、外循环,传质效果好。处理高浓度有机废水,进水容积负荷率可达15~30kgCOD/m3•d。EGSB厌氧反应罐应用于大型淀粉厂、酒精废水、生物制药厂、农药废水、造纸废水、化工废水处理系统。EGSB投资优势1、具有很高的容积负荷和高径比;2、节省基建投资和占地面积;3、没有运动部件操作简单,节省能耗;4、抗冲击负荷能力强,具有缓冲pH值的能力;5、出水稳定性好。如今EGSB反应器已被广泛应用与淀粉、酒精、啤酒、制药、造纸等行业,处理效果良好。
1) 反应器的体积和高度 采用水力停留时间进行设计时,体积(V)按公式(1)或(2)计算。选择反应器高度的原则是设计、运行和上综合考虑的结果。从设计、运行方面考虑:高度会影响上升流速,高流速增加系统扰动和污泥与进水之间的接触。但流速过高会引起污泥流失,为保持足够多的污泥,上升流速不能超过一定的限值,从而使反应器的盘锦定制厌氧膜生物反应器高度受到限制;高度与CO2溶解度有关,反应器越高溶解的CO2浓度越高,因此,pH值越低。如pH值低于最优值,会危害系统的效率。从经济上考虑: 土方工程随池深增加而增加,但占地面积则相反;考虑当地的气候和地形条件,一般将反应器建造在半地下减少建筑和保温费用。最经济的反应器高度(深度)一般是在4到6m之间,并且在大多数情况下这也是系统最优的运行范围。2) 反应器的升流速度 对于UASB反应器还有其他的流速关系(图2)。对于日平均上升流速的推荐值见表3,应该注意对短时间(如2~6h)的高峰值是可以承受的(即暂时的高峰流量可以接收)。表3 UASB和EGSB允许上升流速(平均日流量) Vr=0.25~3.0m/h0.75~1.0m/h 颗粒污泥絮状污泥 Vs≤1.5m/h颗粒污泥 Vo≤12m/h Vg=1m/h3) 反应器的截面积和反应器的长、宽(或直径)在确定反应器的容积和高度(H)之后,可确定反应器的截面积(A)。从而确定反应器的长和宽,在同样的面积下正方形池的周长比矩形池要小,矩形UASB需要更多的建筑材料。以表面积为600m2的反应器为例,30×20m的反应器与15m×40m的反应器周长相差10%,这意味着建筑费用要增加10%。但从布水均匀性考虑,矩形在长/宽比较大较为合适。从布水均匀性和经济性考虑,矩形池在长/宽比在2:1以下较为合适。长/宽比在4:1时费用增加定制厌氧膜生物反应器制造商十分显著。圆形反应器在同样的面积下,其周长比正方形的少12%。但这一优点仅仅在采用单个池子时才成立。当建立两个或两个以上反应器时,矩形反应器可以采用共用壁。对于采用公共壁的矩形反应器,池型的长宽比对造价也有较大的影响。如果不考虑其他因素,这是一个在设计中需要优化的参数。
EGSB、UASB等所有的厌氧内部的三相分离器等是指反应器内的三相分离器造,三相分离器的设计直接影响气、液、固三相在反应器内的分离效果和反应器的处理效果。对污泥床的正常运行和获得良好的出水水质起十分重要的作用; 1、沉淀区的表面水力负荷<1.0m/h; 2、三相分离器集气罩顶以上的覆盖水深可采用0.5~1.0m; 3、沉淀区四壁倾斜角度应在45º~60º之间,使污泥不积聚,尽快落入反应区内; 4、沉淀区斜面高度约为0.5~1.0m; 5、进入沉淀区前,沉淀槽底缝隙的流速≤2m/h; 1、沉淀区的设计主要考虑沉淀区的表面积和水深这两个因素。由于沉淀区的厌氧污泥与出水中残余的有机物尚能起生化反应,在沉淀区仍有少量的沼气产生,对沉淀区的固液分离有些干扰,因此在处理高浓度有机废水时,表面负荷率应采用得小一些,一般表面负荷率<1.0m³/h,且沉淀区进水口的水流上升速度应小于2m/s。为获得良好的固液分离效果,沉淀区斜面的高建议为0.5~1.0m,斜面与水平方向的夹角在45°~60°之间,且光滑,以利于污泥下滑返回反应区。总沉淀水深应≥1.5m,水力停留时间介于1.5~2h,分离气体的挡板与分离器壁重叠在20mm以上;以上条件如能满足,则可达到良好的分离效果。2、回流缝的设计为了使回流缝的水流稳定,回流缝中水流的速度不能太高,以确保良好的气、固、液三相的分离效果,并使沉淀区沉降下来的污泥能迅速顺利地回流至反应区,回流缝中水流速度一般<2m/s。为达到气液分离目的,气封与沉淀区的斜面必须重叠。重叠的水平距离越大,气体的分离效果越好,对沉淀区固液分离效果的影响越小,重叠部分一般在0.1~0.2m之间。3、气液分离设计确定了三相分离器的基本尺寸后,还应校核气液分离效果是否满足要求。为了保证气泡不进人沉淀室,就必须使回流缝宽度和气液分离斜面的长度,以及气泡上升速度满足一定的关系,以使气泡合成速度方向的指向不低于沉淀室的缝隙口边缘点。气泡分离而不进入沉淀室的必要条件是:vb/va>BC/AB。气泡垂直上升速度vb的大小与碰撞系数β,气泡直径dg(cm),水温T(℃),废水的密度ρl(g·cm-3)和气体的密度ρg(g/cm³),废水的动力粘滞系数μ(g·cm-1s-1)和运动粘滞系数γ(cm2·s-1)等因素有关。当雷诺数Re<2时,气泡的上升流速可用斯托克斯公式计算:vb=β×g(ρl-ρg)d2g÷(18×μ)。