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IC和UASB是厌氧反应器中最常见的两种结构形式。在之前的文章中,我们详细介绍了厌氧反应器-IC的结构,今天我们就来讲一讲UASB的结构和原理。1. UASB厌氧反应器的原理在UASB反应器中,废水被尽可能均匀的引入反应器的底部,污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水和污泥颗粒接触的过程中。在厌氧状态下产生的沼气(主要是甲烷和二氧化碳)引起了内部的循环,这有利于颗粒污泥的形成和维持。在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上,向反应器顶部上升,上升到表面的污泥撞击三相分离器气体发射板的底部,引起附着气泡的污泥絮体脱气。气泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面,而气体则被收集到三相分离器的集气室。在集气室单元缝隙之下设置挡板(气体反射器),其作用是为了防止沼气气泡进入沉淀区,否则将引起沉淀区的紊动,而阻碍颗粒沉淀。包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体经过分离器缝隙进入沉淀区。由于三相分离器斜壁沉淀区的过流面积在接近水面时增加,因此上升流速在接近排放点降低。同时随着流速降低,污泥絮体在沉淀区可以絮凝和沉淀。累积在三相分离器上的污泥絮体在一定程度上将超过其保持在斜壁上的摩擦力,而滑回反应区,这部分污泥又将与进水有机物发生反应。2. UASB反应器的结构USAB反应器包括进水和配水系统、反应器的池体和三相分离器。如果考虑整个厌氧系统,还应该包括沼气收集和利用系统。但是由于沼气利用的途径和目标不确定,其利用系统也有很大的差别。在USAB反应器中最重要的设备是三相分离器,这一设备安装在反应器的顶部并将反应器分为下部的反应区和上部的沉淀区。为了在沉淀器中取得对上升流中污泥絮体颗粒的沉淀效果,三相分离器最主要的目的就是尽可能有效地分离从污泥床中产生的沼气。特别是在高负荷的情况下,在集气室下面设置反射板,是防止沼气通过集气室之间的缝隙逸出到沉淀室,另外挡板还有利于减少反应室内高产气量所造成的液体紊动。
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
Ⅰ、IC的组成 IC反应器是由四个功能部分组成:即混合区、膨胀床部分、精处理区和回流部分。 如下图所示:混合区:在反应器的底部,进入的污水与颗粒污泥及内部气体循环所带回的出水有效的混合,对原水进行充分的稀释和均质;膨胀床部分:这一区域由包含高浓度颗粒污泥的膨胀床构成。反应产生的沼气和内循环回流引起较高的上升流速,使反应器内的颗粒污泥处于膨胀状态。颗粒污泥和污水之间有效的接触使得污泥具有高的活性,可以获得高的有机负荷和转化效率。 精处理区:这一区域的污泥负荷相对较低,水力停留时间相对较长和推流的流态相对平稳,而且沼气在精处理区产生的扰动小,使得生物可降解COD几乎全部的去除。虽然与UASB反应器条件相比,反应器总的负荷率较高,但因为内部循环体不经过精处理区,因此在精处理区的上升流速也较低,能保持最佳的固体停留。 回流系统:分外回流和内回流,内部的回流是根据气提原理,利用上层与下层的气室间存在的压力差。回流的比例由产气量(进水COD浓度)决定,是自调节的。外回流是通过外回流泵控制回流水在反应器的底部进入系统内,从而在膨胀床部分产生附加扰动,这使得系统的启动过程加快。一般在调试初期或发生冲击时启动外回流,可增加反应器的抗冲击能力。 另外IC监控系统也是厌氧反应器的重要环节,它对IC的进水量、回流量、温度、沼气产量等进行监控。IC监控系统保证了系统高效稳定运行,避免反应器因水的波动受到冲击,造成长时间不能恢复正常运行,使整个系统运行管理简单、操作方便。
EGSB厌氧反应器(Expanded Granular Sludge Blanket Reactor),中文名膨胀颗粒污泥床,是第三代厌氧反应器。是继UASB之后的一种新型的厌氧反应器。它由布水器、三相分离器、集气室及外部进水系统组成一个完整系统。废水经过污水泵进入EGSB厌氧反应器的有松原定制厌氧颗粒污泥机物充分与厌氧罐底部的污泥接触,大部分被处理吸收。高水力负荷和高产气负荷使污泥与有机物充分混合,污泥处于充分的膨胀状态,传质速率高,大大提高了厌氧反应定制厌氧颗粒污泥厂家速率和有机负荷。所产生的沼气上升到顶部经过三相分离器把污泥、污水、沼气分离开来。 从实际运行情况看,EGSB厌氧反应器对有机物的去除率高达85%以上,运行稳定,出水稳定,此EGSB厌氧技术已经非常成熟,已经广泛运用到国内中大型企业。
IC 反应器的构造及其工作原理决定了其在控制厌氧处理影响因素方面比其它反应器更具有优势。(1)容积负荷高:IC反应器内污泥浓度高,微生物量大,且存在内循环,传质效果好,进水有机负荷可超过普通厌氧反应器的3倍以上。(2)节省投资和占地面积:IC 反应器容积负荷率高出普通UASB 反应器3倍左右,其体积相当于普通反应器的1/4—1/3 左右,大大降低了反应器的基建投资;而且IC反应器高径比很大(一般为4—8),所以占地面积少。(3)抗冲击负荷能力强:处理低浓度废水(COD=2000—3000mg/L)时,反应器内循环流量可达进水量的2—3 倍;处理高浓度废水(COD=10000—15000mg/L)时,内循环流量可达进水量的10—20倍。大量的循环水和进水充分混合,使原水中的有害物质得到充分稀释,大大降低了毒物对厌氧消化过程的影响。(4)抗低温能力强:温度对厌氧消化的影响主要是对消化速率的影响。IC反应器由于含有大量的微生物,温度对厌氧消化的影响变得不再显著和严重。通常IC反应器厌氧消化可在常温条件(20—25 ℃)下进行,这样减少了消化保温的困难,节省了能量(5)具有缓冲pH值的能力:内循环流量相当于第1 厌氧区的出水回流,可利用COD转化的碱度,对pH值起缓冲作用,使反应器内pH值保持最佳状态,同时还可减少进水的投碱量。(6)内部自动循环,不必外加动力:普通厌氧反应器的回流是通过外部加压实现的,而IC 反应器以自身产生的沼气作为提升的动力来实现混合液内循环,不必设泵强制循环,节省了动力消耗。
三相分离器, 关键有集气罩、集气室、集气管、出水堰等构成。其原理为废水与水解酸化淤泥相触碰,根据病菌水解酸化反映造成沼液(汽体关键成分为甲烷),随意汽泡和粘附在淤泥颗粒物上的汽泡升高厌氧应器的顶端三相分离器。升高碰撞集气罩反射板上,使粘附的汽泡放出;脱气的淤泥颗粒物沉定返回厌氧反应器下边淤泥床内。汽体被搜集在反应器顶端的集气房间内,根据气管排出来。三相分离器特性:a、能搜集从分离设备下的反映室造成的沼液,沼液体系排风压 3kPa~5kPa; 促使在分离设备之中的悬浮固体沉淀出来。b、集气罩和集气室中间下设浮渣分离出来设备,解决了三相分离器内浮渣无法除去的难题。c、可以融入反应器较高的升高水流量,不危害气、液、固的三相分离实际效果。b、在机器设备挤压成型时选用与众不同的承插构造的挤压成型方法,在重要支承部位安裝筋板,确保了工程施工质量和系统优化。具备分离出来好用,并充分考虑泡沫塑料和浮渣的危害及消除。控制模块式拼装构造,有利于安裝,工程施工工期短。采于橡胶制品,防锈特性好,使用期长。