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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。
-IC反应器是由四个不同的功能部分组合而成:即混合区、膨胀床部分、精处理区和回流部分。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,对原水进行有效的稀释和混合;膨胀床部分:这一区域由包含高浓度颗粒污泥的膨胀重庆定制第三代厌氧反应器床构成。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量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。一定制第三代厌氧反应器制造商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。N-IC监控系统也是厌氧反应器的重要环节,它对N-IC的进水量、回流量、温度、沼气产量等进行监控。N-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,使整个运行管理简单、操作方便。
废水厌氧生物处理是环境工程与能源工程中的一项重要技术,是有机废水强有力的处理方法之一,过去,它多用于城市污水厂的污泥、有机废料及其部分高浓度有机废水的处理,在建筑物形式上主要采用普通消化池,由于存在水力停留时间长、有机负荷低等缺点,较长时间限制了它在废水处理中的应用,20世纪70年代以来,世界能源短缺日益突出,能生产能源的废水厌氧技术受到重视,研究与实践不断深入,开发了各种新型工艺与设备,大幅度地提高了厌氧反应器内活性污泥的持有量,使处理时间大大缩短,效率提高。● 应用范围广● 能耗低● 负荷高● 剩余污泥量少● 氮、磷营养需要量较少● 厌氧处理过程有一定杀菌作用,可以杀死废水与污水中的寄生虫、病毒等● 厌氧活性污泥可以长期储存,厌氧反应器可以季节性或间歇性运转。三个方面的缺点:● 厌氧微生物增殖缓慢,因而厌氧设备启动和处理时间比好氧设备大● 出水往往需要进一步处理,故一般在厌氧处理后串联好氧处理● 厌氧处理系统操作控制因素较为复杂