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厌氧膨胀颗粒污泥床反应器设备描述

文章出处: 人气:发表时间:2018-11-19

厌氧膨胀颗粒污泥床反应器 (Expanded Granular Sludge Blanket,简称EGSB)是在UASB反应器基础上发展起来的第三代厌氧反应器,具有容积负荷高、占地少、投资省等突出优点。1996 年6月在新加坡召开的第18届国际水质协会(IAWQ)年会上,EGSB被与会专家、学者认定为具有发展潜力的废水处理反应器之一。

随着城市人口的急剧膨胀,城市生活污水的总量在迅速增加,生活污水已成为重要的污染源。根据我国《城市水资源可持续利用》中提出的控制水污染发展的工作为提高城市污水处理率。通过因地制宜,多方面筹资建立小型城镇污水处理厂,特别强调采用低耗的革新技术和天然净化技术以降低造价、节约运行费用。在气温较高的南方,应优先采用厌氧生物处理技术” 。可见研究和开发EGSB反应器适应我国环境规划和发展需要,EGSB反应器以其的技术优势,将具有更为广阔的应用前景。

本研究以实验室规模的EGSB反应器为研究对象,系统地研究了影响EGSB反应器处理效能的工程因素,考察了EGSB反应器用于处理低浓度有机废水的特征参数、颗粒污泥床工作状况和颗粒污泥特性,建立了过程传质动力学模型,并研究了EGSB反应器处理生活污水的放大过程。主要研究结果如下:


1. EGSB和UASB反应器中温(35℃)条件的比较研究表明,当EGSB反应器处理高浓度有机废水时,具有启动周期较短、负荷提高快、COD容积负荷和去除率高等优点,对操作条件 (如温度和pH值) 的突变有较好的耐冲击能力。当进水COD为4987~21098mg/L时,EGSB反应器的容积负荷为42.2 gCOD/L?d,COD去除率可达百分之85以上;而UASB反应器的容积负荷为41.5 gCOD/L?d,COD去除率仅为百分之77。当EGSB反应器在处理较低浓度废水时,两种反应器的性能差异更为明显。当进水COD为1200~1500mg/L,EGSB反应器的容积负荷和去除率分别达到34.1 gCOD/L?d、百分之94.7,而UASB反应器的容积负荷与去除率则分别为20.9 gCOD/L?d、百分之72.5。进水COD浓度为500~800mg/L,EGSB反应器的负荷高达56.5 gCOD/L?d时,COD去除率仍可达到百分之82.2,而UASB反应器的负荷达到33.9 gCOD/L?d时,COD去除率仅为百分之58.7。


2. 在常温条件下,系统地研究了影响EGSB反应器处理效能的工程因素,考察了液体表面上升流速(2.5~5.0m/h)和温度(6~20℃)对反应器工作特性的影响。结果表明,EGSB反应器处理低浓度有机废水(400~600mgCOD/L)的效果令人满意,表明该反应器具有广阔的应用前景。在相同的Vup条件下,随着温度的升高,反应器容积负荷(OLR)的承受能力及COD去除率(E)随之增加;在相同温度条件下,随着Vup的提高,容积负荷和COD去除率均有提高。在较低温度(6℃)条件下,Vup为2.5m/h时,OLR和E分别为1.82 gCOD/L?d、百分之72.5,当Vup的提高到5.0m/h时,OLR为5.5 gCOD/L?d, 其COD去除率仍保持在百分之85以上。


3. EGSB反应器常温处理低浓度有机废水过程中污泥颗粒性质及出水SS的变化研究。结果表明,启动前后,颗粒污泥性质发生了明显变化。启动结束时颗粒污泥的比产甲烷活性达到了接种污泥4倍;污泥粒径由接种时的0.25~2.0mm(平均比重1.045 kg/L)变为0.75~2.5mm(平均比重1.066 kg/L);平均沉降速度由接种时的41.2m/h提高到83.2m/h;接种污泥的胞外聚合物(ECP)含量为32.5mg/g,反应器运行52天后,ECP含量提高到67.8mg/g,随后ECP含量变化不大。当达到反应器稳定运行时,出水SS的变化波动范围较小,一般为细小颗粒,其VSS/TSS约为百分之50左右。


4. 进水的溶解氧对EGSB反应器处理效能的影响研究。实验结果表明,颗粒污泥表层的兼性菌可有效地消除进水中溶解氧对厌氧微生物的影响,但随着运行时间的延长,颗粒污泥表面多孔蓬松的生物膜增多,使厌氧颗粒污泥沉降性能和活性的降低。因此,为了保证反应器长期稳定地运行,应尽量降低进水溶解氧量。


5. EGSB反应器水力学特性研究。实验结果表明,在低的上升流速(Vup<2.0m/h)条件下, 较小, Pe较大,N较大,液体流态明显偏离了理想推流流型。进一步提高液体表面上升流速Vup, 随之增大,离散数 增大,串联数N则减小。至Vup=5.0m/时, =0.488,N=2.05,反应器内的液体流态更趋于全混流。


6. 液体表面上升流速(Vup)对EGSB反应器处理效率的研究。结果表明,当反应器用于处理低浓度有机废水(400~600mg COD /L)时,较高的Vup有利于强化基质与污泥颗粒间的传质效果。当Vup控制在2.5~5.0m/h范围内,反应器COD去除率大于百分之85, COD负荷可达24.5~25.7 gCOD/L?d。当Vup小于2.5m/h时,EGSB反应器的效率降低,颗粒污泥床易产生漂浮或分节现象;当Vup大于5.0m/h时,EGSB反应器出水中污泥含量明显增加。为了使反应器滞留高浓度的颗粒污泥,并维持较理想的处理效果,EGSB反应器的液体上升流速(Vup)应控制在2.5m/h~5.0m/h为宜。


7. 液体表面上升流速(Vup)和沼气表面上升流速(Vgas)对污泥床工作特性的影响研究。结果发现,液体表面上升流速Vup是影响污泥床层工作特性的主要因素。在综合考虑各影响因素的基础上,通过对实际运行数据的标准化处理,获得了估算反应器可能污泥滞留量的经验公式。


8. 采用灰色系统理论中的优势分析法,考察了主要过程参数对反应器处理效率的影响程度。结果表明,EGSB反应器在处理低浓度有机废水时,影响反应器处理效率的因素的重要顺序为:温度、液体表面上升流速、进水COD浓度、COD容积负荷率。


9. 在研究EGSB反应器处理低浓度废水过程的基础上,建立了反应器基质降解动力学方程和污泥增长动力学方程。根据分子扩散传质理论,根据反应器中传质与基质降解平衡,建立了过程动力学模型。该模型准确地描述了低COD浓度条件下EGSB反应器的基质降解过程,揭示了液体表面上升流速(Vup)与生物膜厚度(Lf)、反应器中不同高度的COD分布、颗粒污泥粒径等参数的相互关系。由过程传质动力学模型分析可知,提高液体表面上升流速,可强化基质对流扩散速率,增加污泥颗粒的生物膜厚度和生物活性,提高反应器的处理效能。


10. EGSB反应器的放大过程研究。常温条件下,以50m3的EGSB反应器处理生活污水的放大过程为依据,确定了生产性EGSB反应器的基本设计方法和启动控制策略。在常温条件下(10~20℃),启动时通过控制适宜的液体表面上升流速(1.5~3.5 m/h)和起始COD容积负荷(3.5gCOD/L?d),反应器可在两周内成功启动,COD去除率大于百分之85,容积负荷达到10.5 gCOD/L?d以上。



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