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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。
在相当长的一段时间内,厌氧消化在理论、技术和应用上远远落后于好氧生物处理的发展。20世纪60年代以来,世界能源短缺问题日益突出,这促使人们对厌氧消化工艺进行重新认识,对处理工艺和反应器结构的设计以及甲烷回收进行了大量研究,使得厌氧消化技术的理论和实践都有了很大进步,并得到广泛应用。 目前,厌氧微生物处理是高浓度有机废水处理工艺中不可或缺的处理工段,它较好氧微生物处理不仅能耗低,同时还可以产生沼气作为能源二次利用。厌氧反应容积负荷高较好氧反应高出很多,对于处理同等量的COD厌氧反应投资更低。在厌氧反应器的运行中,上升流速、水力停留时间和容积负荷等,那么这些数据都是如何计算的呢?今天我们就来讲一讲厌氧反应器日常运行中最常用的5个计算公式。1. 上升流速上升流速(Up flow Velocity)也叫表面速度(Superficial Velocity)或表面负荷(Superficial Loading Rate)。假定一个向上流动的反应器的进水流量(包括出水的循环)为Q(m3/h),反应器的横截面面积为A(m2),则上升流速u(m/h)可定义为:式中:u – 上升流速,单位米/小时Q - 反应器的进水流量,单位立方米/小时A - 反应器的横截面面积,单位平方米2. 水力停留时间水力停留时间(Hydrolic Retention Time)简写作HRT,它实际上指进入反应器的废水在反应器内的平均停留时间,因此,如果反应器的有效容积为V(m3),则式中:HRT – 水力停留时间V – 反应器容积,单位立方米Q - 反应器的进水流量,单位立方米/小时如果反应器高为H(m),则:因为Q=uA,V=HA所以HRT也可表示为如下公式,即水力停留时间等于反应器高度与上升流速之比。式中:HRT – 水力停留时间H - 反应器高度,单位米u -上升流速,单位米/小时3. 反应器的有机负荷反应器的有机负荷(Organic Loading Rate,简写作OLR)可“分为容积负荷(Volume Loading Rate,简写作VLR)和污泥负荷(Sludge Loading Rate,简写作SLR)两种表示方式。 VLR即表示单位反应器容积每日接受的废水中有机污染物的量,其单位为kgCOD/(m3d)或kgBOD/(m3d)。假定进水浓度为pw(kgCOD/m3或kgBOD/m3),流量为q(m3/d),则:式中:VLR – 容积负荷Q - 反应器的进水流量,单位立方米/小时Pw - 进水浓度, 单位kgCOD/m3V - 反应器容积,单位立方米
三相分离器是一种处理污水的厌氧生物方法,又叫升流式厌氧污泥床,英文缩写UASB(Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket)。反应器底部有一个高浓度、高活性的污泥床,污水中的大部分有机污染物在此间经过厌氧发酵降解为甲烷和二氧化碳。因水流和气泡的搅动,污泥床之上有一个污泥悬浮层。反应器上部有设有三相分离器,用以分离消化气、消化液和污泥颗粒。消化气自反应器顶部导出;污泥颗粒自动滑落沉降至反应器底部的污泥床;消化液从澄清区出水。UASB负荷能力很大,适用于高浓度有机废水的处理。运行良好的UASB有很高的有机污染物去除率,不需要搅拌,能适应较大幅度的负荷冲击、温度和pH变化。工作原理反应器中的厌氧反应过程与其他厌氧生物处理工艺一样,包括水解,酸化,产乙酸和产甲烷等。通过不同的微生物参与底物的转化过程而将底物转化为产物——沼气、水等无机物在厌氧消化反应过程中参与反应的厌氧微生物主要有以下几种:①水解—发酵(酸化)细菌,它们将复杂结构的底物水解发酵成各种有机酸,乙醇,糖类,氢和二氧化碳;②乙酸化细菌,它们将一步水解发酵的产物转化为氢乙酸和二氧化碳;③产甲烷菌,它们将简单的底物如乙酸、甲醇和二氧化碳、氢等转化为甲烷UASB由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥,具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触,污泥中的微生物分解污水中的有机物,把它转化为沼气。
三相分离器主要安装在UASB、IC等厌氧反应器中,是厌氧反应器的核心组成部分,三相分离器直接影响着厌氧反应器的气、液、固的分离效果,可用于高浓度废水处理工程,如养殖污水、屠宰废水、制药废水、化工废水、食品废水等高浓度有机废水。三相分离器工作原理三相分离器收集反应室产生的沼气,使分离器内的悬浮物有效沉降。气、液、固三相流在分离器中分步进行分离。首先含沼气的混合液在上升的过程中随着气泡合并密度降低,不断向上流动,在气体释放区上升到液面,气体释放到气室中。气体释放后的液体通过导流区,进入沉降区,沉降区的结构如同沉淀池,混合液从两边进入,上清液由中间集水槽排出,沉降浓缩后的污泥密度大于分离器下部含有气体的混合液的密度,由污泥回流缝流回厌氧生物反应区,维持反应器中高生物浓度。三相分离器优化针对传统钢制三相分离器腐蚀严重,防腐措施收效甚微的现状。公司对三相分离器材料进行了革命,摒弃了传统的金属材料。开发出了耐腐蚀的非金属工程塑料三相分离器,彻底解决了腐蚀问题。
IC 有如下几大特点:a、容积负荷率高,水力停留时间短IC反应器生物量大(可达到30~50g/L),污泥龄长。特别是由于存在着内、外循环,传质效果好。处理高浓度有机污水,进水容积负荷率可达 5~20kgCOD/m3·d。b、抗冲击负荷强在IC反应器中,当COD负荷增加时,沼气的产生量随之增加,内循环的气提增大。处理高浓度陕西定制三相分离器污水时,循环流量可达进水流量的10~20倍,污水中高浓度和有害物质得到充分稀释,大大降低有害程度,从而提高了反应器的耐冲击负荷能力;当COD负荷较低时,沼气产量也低,从而形成较低的内循环流。因此,内循环实际为反应器起到了自动平衡COD冲击负荷的作用。c、避免了固形物沉积有一些污水中含有大量的悬浮物质,会在 UASB 等流速较慢的反应器内定制三相分离器制造商发生累积,将厌氧污泥逐渐置换,最终使厌氧反应器的运行效果恶化乃至失效。而在IC 反应器中,高的液体和气体上升流速,将悬浮物冲击出反应器。d、基建投资省和占地面积小由于IC反应器的容积负荷率比普通的UASB反应器要高3~4倍以上,所以IC 反应器的体积为普通UASB反应器的1/4~1/3 左右,而且有很大的高径比,占地面积特别省,可降低反应器的基建投资,非常使用于占地面积紧张的厂家采用。