UASB厌氧反应器论文

UASB厌氧反应器论文（共6篇）

UASB厌氧反应器论文 篇1

0 引言

上流式厌氧污泥床 (UASB) 最早是由1971年荷兰瓦格宁根 (Wageningen) 农业大学拉丁格 (Lettinga) 教授发明的。作为一种高效厌氧生物反应器, 在世界范围内被大量应用并且运转非常成功。具有水力停留时间短、剩余污泥量少、运行稳定、耐负荷冲击等优点[1]。

考虑到厌氧污泥培养时间长的特点, 拟在上游装置投料试车前开始进行厌氧污泥接种、培养, 由于没有废水来源, 本项目采用向工业水中投加甲醇方式进厌氧污泥培养。

1 培养条件

1.1 器材

UASB反应器1个, Ф13000×8800mm;

内循环泵2台 (1开1备) , 150m3/h;

进水调配池1个 (1#中间水池) , 4m×4m×5.5m;

提升水泵2台 (1开1备) , 100m3/h;

出水池1个 (低浓度调节池) , 17.8m×8m×5.5m;

盐酸加药箱1个, Ф1800×2000mm;

沼气柜1个, Ф6180×6217mm;

污泥浓缩池1个, 5m×5m×4.5m;

还包括管道、阀门、仪表等。

1.2 营养物质

甲醇、尿素、磷酸二铵

2 结果与讨论

2.1 接种污泥

向UASB注水1000m3, 投加污泥54吨, 以C:N:P=200:4.5:1比例投加纯甲醇200kg, 尿素9kg, 磷酸二铵4kg, 起始温度10℃, PH为7.2。循环泵启动连续运行。

2.2 污泥培养

2.2.1 低负荷运行阶段 (投加200kg甲醇, 容积负荷小于0.2 kg/ (m3·d) )

UASB反应器在0.2 kg/m3负荷下运行了55天, COD处理能力差, 温度缓慢增长, 从10℃增长至22℃, PH在6.9-7.7之间波动, 多数时间在7.0左右波动, COD从1020 mg/l下降至417 mg/l, 反应器厌氧微生物初步具备一定的处理能力。

2.2.2 低负荷运行阶段 (投加500kg甲醇, 容积负荷为0.5kg/ (m3·d) )

此负荷阶段持续29天, PH在6.88-7.64, 温度从22℃升至27℃, 碱度逐渐增大, 从400 mg/l增至550 mg/l, VFA小于300 mg/l, 溶解氧均小于0.16 mg/l, 平均在0.12 mg/l。COD最高达到937mg/l, 最低COD降至80mg/l。

2.2.3 低负荷运行阶段 (投加1000kg甲醇, 1 kg/ (m3·d) )

此负荷运行阶段持续10天, PH在6.95-7.44, 温度从27℃升至28℃, VFA最低为4.2mg/l, 最高为463.2mg/l, 平均小于300mg/l, 碱度增至630mg/l, 溶解氧均小于0.12 mg/l, 平均在0.11 mg/l。

此阶段共加甲醇5次, 每次1000kg, 每天处理COD能力达到800mg/l。

在此阶段现状:UASB表面水发黑发臭, 伴随微量气泡产生。在循环泵运行情况下, 从UASB下面取样口取样, 样品浑浊发黑发臭。水样沉淀后, 水样分三层, 上下层为污泥层, 絮状, 中间层为清水层。上层厚道几乎等于下层厚道。

2.2.4 增负荷运行阶段 (1.5 kg/ (m3·d) -6.0 kg/ (m3·d) )

此阶段持续了30天, 每天COD处理能力逐渐升高, 最高可达到3000mg/l, PH在7.00-7.47之间, 温度由28℃增至33℃, ALK增至896.4mg/l, 溶解氧在0.11 mg/l左右, VFA均低于180 mg/l。

此阶段现状:UASB表面水质发黑发臭, 伴随大量气泡产生, 发出“嗤嗤”的声音。在循环泵停运情况下, 水面变清, 微黄。从UASB下面取样口取样, 水样浑浊发黑, 沉淀后污泥下沉, 絮状, 上面逐渐出现澄清水质。

2.2.5 污泥培养结论

UASB厌氧污泥经过4个月的培养, COD负荷从小于0.2kg/ (m3·d) 增长至6.0 kg/ (m3·d) , 温度在33℃左右, PH在7.2左右, 均在最适运行状态, UASB水面产生大量气泡, 取样浑浊发黑, 充满着污泥。做静止沉降试验, 前30min沉降速度很快, 30min后仍有沉降, 但很慢。经过50min沉降, 污泥占取样体积的40%。

3 污泥培养过程中的异常现象分析及处理

污泥培养过程中的异常现象很多, 下面现象及处理是本次污泥培养过程中出现的情况。

3.1 VFA高的原因及处理

在培养过程中, 有时会出现VFA大于1000mg/l, COD过高, 一般有以下2个原因:

1) 追加的污泥中可能含有大量有机物;

2) 投加的营养物质过多, 造成当前状态下的微生物不能及时消耗。

在本次污泥培养过程中, 追加污泥后, 会出现COD突然上升, VFA升高, 解决办法是暂时停加营养物质, 并根据VFA变化适当置换水;如果出现分析不及时, 营养添加过多造成VFA升高, 可以根据VFA升高情况调整。VFA太高, 则停加营养物质并置换水;如果VFA增幅不大, 进行停加营养物质观察处理。

3.2 污泥上浮的原因及处理

在培养过程中, 常出现污泥上浮现象, 主要有以下几个原因:

1) 追加的污泥中本身含有很多没有活性的污泥;

2) 产气量增加。

对于第一原因, 只能对上浮的污泥进行洗出;产气量增加导致污泥上浮, 这是必然的现象, 但产气量的增加只会导致小部分淘汰的污泥上浮, 必须调整循环时间, 避免因循环时间过长、上流速度过快造成更多的污泥上浮。

3.3 UASB表面水质变乳白的原因及处理

在污泥培养过程中, 有时会出现UASB表面水质变乳白色现象, 并伴随产气量明显减少, 从UASB下部取样口取样, 水样沉淀30min后, 样品中污泥集体上浮的现象, 主要是因为挥发性脂肪酸偏高和温度低所致。

发生此现象后, 现场立即添加营养, 并增加伴热提高温度。

有研究表明[2], 持续的低温造成了反应器内挥发酸的积累, 使出水呈乳白色。

3.4 污泥生长过慢的原因及处理

在本次培养过程中, 污泥生长过慢主要有以下几个原因:

1) 第一次投加污泥量过少, 后面追加污泥也不及时;

2) UASB运行温度过低;

3) 管理人员更换造成部分时间处于停止不前状态。

具体解决办法就是尽快追加污泥, 提高温度, 加强管理。

4 结论

对于没有废水来源情况下的厌氧污泥培养, 如果采用向工业水中投加甲醇方式进行, 本次试验有以下结论:

1) UASB启动初期, COD处理能力极差, 甚至不见下降, 略有上升的波动;

2) UASB反应器温度低, 厌氧污泥增至较慢;

3) 随着COD容积负荷的增加, ALK逐渐增大;

4) 污泥培养过程中, PH、VFA、碱度、温度、营养物质、操作管理以及分析化验都是影响污泥培养的因素, 需要加强每个因素的管理, 才能使得培养过程更加顺利。

摘要：本文介绍了采用向工业水中投加甲醇方式进行UASB厌氧污泥接种、培养过程中的现象、特征, 并对培养过程中出现的一些异常现象及处理进行介绍。

关键词：UASB,污泥培养,甲醇,工业水

参考文献

[1]张丽杰, 陈建中.UASB反应器中颗粒污泥形成的影响因素.云南化工, 2001, 28 (4) :11-13.

[2]汤金如, 陈国栋, 李璐.低温下UASB反应器处理高浓度有机废水可行性研究.净水技术, 2007, 26 (3) :45-47.

UASB厌氧反应器论文 篇2

UASB-生物膜反应器厌氧氨氧化反应的启动研究

以一套有效容积为3.2 L的UASB-生物膜系统,接种垃圾填埋场渗滤液处理活性污泥,以自配含NH+4-N和NO-2-N的废水为进水,对ANAMMOX反应过程的启动进行了研究.结果表明:在反应器运行的第56 d,NH+4-N、NO-2-N、TN的去除率分别为99.8%、98.8%、90.2%,成功启动了厌氧氨氧化,且在随后的`运行中处理效果稳定.ANANMMOX 稳定运行时,去除的NH+4-N、NO-2-N和生成的NO-3-N的比例为1∶1.61∶0.25,出水pH稳定在8.3左右,进、出水碱度变化不大.获得的具有厌氧氨氧化活性的生物膜为褐色,并在反应器的下部形成了褐色和粉红色两种颗粒污泥.

作 者：周少奇 姚俊芹 ZHOU Shao-qi YAO Jun-qin 作者单位：华南理工大学环境科学与工程学院,广东,广州,510640刊 名：陕西科技大学学报(自然科学版) ISTIC英文刊名：JOURNAL OF SHAANXI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE EDITION)年，卷(期)：200624(4)分类号：X703关键词：厌氧氨氧化 生物脱氮 UASB-生物膜反应器 启动 垃圾渗滤液 ANAMMOX UASB-biofilm reactor landfill leachate start-up

UASB反应器的运行管理 篇3

1 UASB反应器的构造

UASB反应器一般高6~14m, 直径 (边长) 6~12m。从材料上, UASB可采用钢结构或混凝土结构。形式上有方形或圆柱形。混凝土结构一般采用方形, 且由几个单元组成, 若用钢结构以圆柱形最好, 这样布水较均匀, 死区少, 容积利用率高。UASB反应器可以是密闭的也可是敞开的, 采用何种形式和三相分离器的形式以及环境的要求有关。

UASB反应器示意, 如图1所示。反应器的主要结构包括进料系统和三相分离器。反应器内以颗粒污泥为主, 不用填料。与其他厌氧反应器最大的不同是反应器上部设置气-固-液三相分离器。反应器底部是污泥床和悬浮污泥层, 上部是沉淀区和出水堰。

1.1 进料系统

UASB反应器从底部进料, 通过污泥层向上流动。进料系统主要应保证布水均匀, 使料液和污泥能充分接触, 避免产生死区和短流。有条件的话给每个进料管都加上流量计从而保证进料的均匀性, 如果只有总的流量计量, 应经常检查每个进料管是否过料, 若发现堵塞应及时进行疏通。保证进料均匀是有效利用反应器的重要手段。另外可采用脉冲进料的方式, 保证进料管有一定的流速, 以避免进料管堵塞。

1.2 三相分离器

三相分离器应满足以下条件:

(1) 不能让气泡进入沉淀区。

(2) 检查挡板是否被污泥堵塞。

(3) 三相分离器应有足够的气室高度。

(4) 出水应保证均匀。

2 UASB反应器的污泥接种与污泥驯化

2.1 接种物

在选择接种物时应尽量采用与所处理废水相似的污泥作为接种物, 以缩短启动时间。一般可选择污泥消化池污泥、厌氧污泥、好氧污泥及猪粪、牛粪等。

对于厌氧污泥可以直接打入反应器中, 对于其他类型的污泥最好先放入调节池中, 将砂、石等无机物去除, 提高污泥的VSS含量, 打入反应器时要加滤网以去除粗大纤维或塑料片等惰性物质。

2.2 接种量

由于厌氧微生物增殖缓慢, 要保持反应器有较高的污泥浓度, 污泥接种量最好要一次投加足。污泥量多可减少启动时间, 尽快达到设计负荷, 避免因污泥流失造成启动失败。所以建议污泥接种量在30g/l以上, 其中VSS在60%以上。

2.3 污泥驯化

污泥投加完毕后, 厌氧微生物对反应器的温度、pH等外部环境以及所处理废水要有一个适应过程, 这个阶段称为污泥的驯化。污泥接种完毕后, 开启循环将反应器中温度提升至所需温度, 温度上升不能过快, 应控制在2~3℃/天。若污水可生化性差, 应添加一些营养物质。循环2天后向反应器投加一定数量的废水 (2kgCOD·m-3) 在反应器中闷一段时间, 约3~4天后开始间歇投料, 此时上次投加废水中易降解的有机物基本被厌氧生物所利用。启动负荷控制在1kgCOD·m-3·d-1, 当COD去除率在80%以上时可认为污泥驯化成功。

3 UASB反应器的运行控制因素

3.1 废水的性质

运行控制首先要考虑所处理废水的性质。第一要考虑废水的可生化性。通过测定废水的BOD和COD, 根据二者比值及可知道废水是否易于生化。在运行前, 如有可能最好做一下废水的产气实验。根据产气量的难易和多少可以判定废水是否适用厌氧处理。若所处理的废水属于难降解废水, 培养大量污泥, 达到很高负荷需要很长时间, 可以考虑向反应器中投加易于降解的物质, 以缩短启动时间使反应器尽快达到设计负荷, 然后逐步降低辅助物质的投量。另外, 要测定废水的C、N、P含量, 若N或P含量低, 要向废水中添加尿素或NH4H2PO4等物质, 使C∶N∶P在200~300∶5∶1之间。

3.2 进水浓度

当进水COD浓度较低时, 絮体的能量较低, 利于结团, 所以一般在启动时控制进水COD浓度在5000mg/l左右为宜。另外, 当废水中含有某些有毒、有害物质, 对厌氧过程产生抑制时, 对废水适当稀释可降低有毒物质的抑制作用, 利于反应器的启动。如厌氧处理青霉素废水时, 由于青霉素废水中含有较高的SO42-, 其还原产物H2S对产甲烷菌有抑制作用, 可采用进水稀释的办法减小H2S对污泥的毒害。若废水易于降解, 即使COD浓度较高, 也可不用稀释而直接进料, 但在启动初期, 由于进料量少, 要增加回流, 这样可使泥水充分混合, 又可保证反应器温度的稳定。

3.3 温度

实际应用中UASB反应器多为中温 (37℃) 和常温, 高温 (52~55℃) 很少。对于难处理的工业废水一般采用中温发酵, 对浓度较低, 易于降解的生活污水可采用常温发酵。水质不同, 反应器内的优势菌会有差别, 需要的最佳温度也不相同, 应通过实验来确定。实际运行中温度的控制主要是保持反应器温度的稳定。要尽量保证反应器内温度不发生大的波动, 给细菌生长提供有利的环境。

3.4 pH

UASB反应器最佳pH范围是控制出水pH在6.8~7.2之间, pH的大小除和进料pH有关外, 还和废水的性质、进料负荷、碱度、TVA (总脂肪酸) 等平衡有关, 是几个因素共同作用的结果。一般情况下, 当进水pH在5~9之间时不需要进行调整。当pH过低时, 可加碱调整。用石灰调整除提高进水pH外, 还可向反应器内补充Ca2+, 对提高污泥的沉降性能有帮助。若用纯碱调整, 出水碱度会增加, 所以用纯碱调整, 投加量要小。

反应器pH的控制, 要和进料负荷的控制联系起来, 尤其在每次提高进料负荷时, 要密切注意出水pH的变化, 若pH下降较快, 要降低进料负荷保持出水pH的稳定, 缓慢提高负荷。另外, 若有毒物冲击, 出水pH也会下降, 所以要查找导致pH下降的原因, 确定处理方法。

若废水中有机氮、SO42-、NO3-含量较高, 在厌氧代谢过程中, 碱度会上升, 导致出水pH升高, 当出水pH大于8.5时, 产气量下降, 出水COD上升, 厌氧发酵受到抑制, 发生“碱败”, 此时可以向反应器中加入少量H3PO4来调整。

3.5 进料负荷

进料负荷的控制是UASB反应器运行控制的最重要因素。在低负荷阶段 (0.03~0.1kgCOD/kgSS·d) , 提负荷可以稍快, 超过0.1kgCOD/kgSS·d后每次负荷提高量为20%~30%, 提高负荷时要保证COD去除率达到80%, 出水TVA稳定在较低值, 在每一阶段要稳定运行20天甚至更长时间。提负荷时随时检查产气量、出水pH、TVA等指标, 若有恶化迹象, 尽快降低负荷, 以免发生“酸败”。

3.6 水力负荷

水力负荷过小, 不能将反应器底部污泥充分搅起, 传质效率低, 对污泥的水力筛选作用弱, 很难培养出颗粒污泥;水力负荷过大, 可能会导致污泥大量流失, 导致运行失败。UASB反应器一般控制在0.1~0.3m 3·m-2·h-1, 可以较快地培养出颗粒污泥[2]。

4 UASB反应器运行常见异常情况

4.1 酸败

UASB运行中如进料量增大或进料浓度增大, 导致进料负荷过高, 超过UASB反应器的承受能力, 反应器内水解菌和产酸菌增多, 反应器内pH降低, 产甲烷菌受到抑制, 导致出水pH下降、出水COD上升, 称为“酸败”[3]。要防止反应器发生“酸败”, 及早发现是最关键的。由于产气量的变化比较及时且明显, 若发现反应器产气量突然降低, 就应引起重视, 对各个指标认真观察, 判定是否发生“酸败”。若出水pH已下降到5.0左右, 应立即停止进料, 向反应器内补充石灰或纯碱, 将出水pH调到7.0, 稳定几天后再重新进料。刚进料由启动负荷进料量开始, 负荷提高可以稍快, 随时观测各控制指标, 以“宁缓勿冒”为原则。若有恶化迹象可适当延长恢复时间, 当负荷达到酸败前上一级水平时, 在此负荷下运行较长时间, 一般应在一个月左右, 经监测各指标正常后再决定是否增加进料负荷。

4.2 污泥流失

造成污泥流失的原因很多, 如进料量过大、水力负荷过高、温度突变、pH突变、及有毒物质冲击等。跑泥的实质是操作条件的变化使已形成的颗粒污泥性状发生变化, 如污泥带气性增强、污泥密度减小、污泥颗粒变小等, 造成颗粒污泥沉降性降低而发生跑泥。发生跑泥后各运行指标如产气量、出水COD、出水pH等会发生变化。另外, 通过监测反应器内污泥量会发现污泥量降低, 所以对反应器内污泥量应定期监测, 监测频率为1次/1周。

4.3 从液面跑气

敞开式UASB反应器运行中有时会发现从反应器表面有气泡冒出, 造成沉淀区污泥上翻, 随出水流失。这种现象可能有以下原因:

1) 水封罐液位过高或水封罐后管路压力过高, 造成气室液面下降, 当气室液面下降到沉淀区进水口时, 沼气会随液路进入沉淀区, 然后从沉淀区表面逸出;

2) 污泥回流间隙被污泥堵塞, 沉淀区污泥不能及时回流到反应器中, 在沉淀区停留时间过长, 产生气体, 将污泥带至液面, 发生这种情况应及时进行疏通, 设计时应避免污泥回流间隙过小;

3) 气室体积太小, 气室液面有大量浮泥, 将出气口堵塞, 沼气进入沉淀区。解决方法是调节水封罐液位, 保证气室有一定高度, 另外可采用污泥回流方法将气室内浮泥排走。

5 结论与建议

1) 要保证UASB反应器的进料均匀性。

2) UASB反应器污泥接种量要尽可能多, 以利于启动。

3) UASB启动负荷控制在1kgCOD·m-3·d-1。

4) 进料负荷和水力负荷是UASB反应器最重要的控制条件。

5) 提高进料UASB负荷应满足一系列条件。

参考文献

[1]王凯军, 左剑恶, 甘海男, 等.UASB工艺的理论与工程实践[M].北京:中国环境科学出版社, 2000:18~21.

[2]涂保华, 王建芳, 张雁秋.UASB反应器中颗粒污泥的培养[J].污染防治技术, 2003 (3) :65-67.

UASB厌氧反应器论文 篇4

升流式厌氧污泥床(UASB)反应器具有占地小、能耗低、产泥量少、二次污染小等优点,作为预处理单元可以显著降低后续好氧处理的投资和运行费用。为了成功启动UASB反应器,种污泥的选择至关重要,最佳种污泥是来自相同水质的UASB反应器内现成的颗粒污泥,这可使反应启动时间大大缩短,该启动方式在UASB技术较为发达的西欧、加拿大和美国较为常见[12]。由于很难获得足够的颗粒污泥来启动大规模的反应装置,而絮状污泥不但易获得,且经济合理,因此采用絮状污泥启动UASB反应器成为研究热点。目前对采用缺氧颗粒污泥启动UASB反应器的研究较多,对采用絮状污泥启动UASB反应器进行反硝化处理工业废水的研究较少,且实验大多采用成分单一的自配水,缺乏实际参考价值。

本工作利用絮状污泥启动UASB反应器反硝化处理含甲酸、苯胺、环已酮、NO3-等污染物的工业废水,考查UASB反应器的运行情况及对COD,TOC,NO3-的去除效果。

1 实验部分

1.1 废水水质及污泥来源

废水取自某化工企业,主要污染物为甲酸、苯胺、环己酮、NO3-、酚类、苯、氯苯等。进水COD为1 360~2 140 mg/L,TOC为960~1 093 mg/L,ρ(NO3-)为878~1 574 mg/L。

接种污泥为某废水处理厂的好氧絮状污泥,灰黄色。

1.2 试剂和仪器

实验所用试剂均为分析纯。

N/C 3000型T O C分析仪:德国耶拿公司;2695-2424型高效液相色谱仪:美国Waters公司。

1.3 实验装置

UASB反应器主体部分为玻璃材质,总容积10.6 L,反应区内径17 cm,高100 cm;上部三相分离器区内径20 cm,高30 cm。反应器上部为沉淀区,通过三相分离器进行固、液、气的分离。反应器设有取样口,底部进水排泥,顶部加盖,设置出气口。通过夹套内热水循环维持反应器内温度,待处理废水通过计量泵由底部进入反应器,处理后的水从反应器上端出水口排出。产生的气体通过气体计量罐收集、计量,最终排入大气。UASB反硝化工艺流程见图1。

1.4 实验方法

取一定量的好氧絮状污泥从顶部倒入UASB反应器中,静置2天后测定底部污泥浓度为28 g/L。用自来水将废水稀释一定倍数,用36%(w)盐酸将稀释后废水p H调至4.4~5.5,加入尿素和KH2PO4作为氮源和磷源,使n(C)∶n(N)∶n(P)=200∶5∶1,待配水完成后用进料泵将废水从底部泵入UASB反应器。反应温度控制在25~30℃。

1.5 分析方法

采用重铬酸钾法测定COD[13]211-213;采用酚二磺酸光度法测定ρ(NO3-)[13]259-261;采用TOC分析仪测定TOC。

2 结果与讨论

2.1 UASB反应器的启动效果

废水进入UASB反应器运行1天后反应器内有许多微小的气泡产生,2天后部分絮状污泥与气泡黏附而上浮。反应初期由于产气量较少,反应器内底部污泥床出现断层,且污泥床外部沟流现象较多,这是因为污泥反硝化活性还很低,产气量小,不足以搅动污泥,沟流使泥水混合效果变差。在这一阶段絮状污泥在产气和水力剪切力的作用下进一步分离,数天后反应器内污泥上浮现象逐渐减弱,污泥颜色由灰黄色变为浅黄色,反应器内液相由混浊液变为澄清液。随着废水进水量的逐渐增加,9天左右在污泥床层内产生较多的气泡,产气的搅拌作用使污泥床不断运动从而很好地与废水混合,说明利用絮状污泥启动UASB反应器反硝化污泥的驯化过程已经完成。

2.2 UASB反应器对污染物的去除效果

2.2.1 COD

UASB反应器对废水COD的去除效果见图2。由图2可见:运行前10天,进水COD为1 380~2 140mg/L,出水COD不稳定,在390~1 350 mg/L之间波动,这是因为前期反应器内反硝化现象较弱,产气较少,泥水分布不均;运行10天后,在进水COD由1 360 mg/L逐渐提高至1 880 mg/L的过程中,出水COD基本保持在710~770 mg/L,COD去除率为40%~60%,说明UASB反应器在经过前期反硝化污泥驯化后,运行稳定性逐渐提高,对COD有较好的去除效果。

2.2.2 TOC

UASB反应器对废水TOC的去除效果见图3。由图3可见:运行前10天,进水TOC为960~1 093mg/L,出水TOC为275~600 mg/L,TOC去除率为37.5%~74.8%;运行10天后反硝化菌增多,对污泥逐渐适应,在进水TOC有一定波动的情况下,出水TOC保持在115~314 mg/L,TOC去除率由60.3%逐渐升高至87.2%,最终维持在81%左右。

2.2.3 ρ(NO3-)

UASB反应器对废水中ρ(NO3-)的去除效果见图4。由图4可见:运行前10天,进水中ρ(NO3-)由878 mg/L逐渐提高至1 205 mg/L,出水中ρ(NO3-)一直稳定在5 mg/L以下;运行10天后,将进水中ρ(NO3-)提高至1 574 mg/L,出水中ρ(NO3-)维持在134~176 mg/L,NO3-去除率为90%左右;运行20天后,出水中ρ(NO3-)降至100 mg/L以下;增加进水中ρ(NO3-)至1 992 mg/L,出水中ρ(NO3-)一直保持在较低水平,系统稳定后NO3-去除率几乎为100%。

2.3 运行负荷的确定

装置运行的进水容积负荷和实际容积负荷见图5。

由图5可见,启动初期由于污泥上浮现象较为严重,容易与反硝化产生的气泡黏附,故采用较低的负荷运行。随后逐渐提高UASB反应器的进水负荷,最高进水COD容积负荷达5.18 kg/(m3·d)。在进水COD容积负荷不超过5.00 kg/(m3·d)的条件下,实际COD容积负荷稳定在2.00 kg/(m3·d)左右,实际TOC容积负荷稳定在1.00 kg/(m3·d)以上。

2.4 进水COD容积负荷对UASB反应器反硝化处理效果的影响

进水COD容积负荷对UASB反应器反硝化处理效果的影响见图6。由图6可见:随着UASB反应器进水COD容积负荷的增加,COD去除率、TOC去除率及NO3-去除率逐渐下降;当进水COD容积负荷不大于4.48 kg/(m3·d)时,COD去除率为55%~74%,TOC去除率为63%~87%,NO3-去除率大于95%。

3 结论

a)UASB反应器以低负荷启动,启动初期进水COD在1 360~2 140mg/L之间波动,出水有较大波动,10天后逐渐提高进水COD,出水COD保持在710~770 mg/L,COD去除率为40%~60%。

b)UASB反应器启动初期,TOC去除率波动较大,10天后,出水TOC保持在115~314 mg/L,TOC去除率由60.3%逐渐升高至87.2%,最终维持在81%左右。

c)UASB反应器运行10天后,出水中ρ(NO3-)维持在134~176 mg/L,NO3-去除率为90%左右;系统稳定后NO3-去除率几乎为100%。

UASB厌氧反应器论文 篇5

1简易追踪支架

简易支架( 图1) 由梯形太阳能面板、轴、轴承座、支架底座、齿轮、步进电机、V形铁板、弹簧及螺栓等组成。梯形太阳能面板与轴由螺栓固定连接,整个面板的重心垂直落在轴上,轴通过上、下两个轴承座固定于双梯形构件和固定底座上,双梯形构件中间通过螺栓固定一块V形铁板,在V形铁板两侧开有宽度与步进电机直径相同的滑道,滑道一端通过螺栓将步进电机牢固固定,另一端通过螺栓松弛连接,并且通过弹簧的作用使步进电机与固定在轴上的齿轮紧紧咬合,弹簧的一端与松弛连接步进电机的螺栓连接,另一端与齿轮一起固定在轴上。光电追踪控制器固定在支架底座上,一端与固定在太阳能电池板上的光传感器相连,一端与步进电机相连, 控制支架逐日转动。

1———太阳能梯形面板;2———螺栓;3———轴;4———轴承座;5———双梯形构件;6———齿轮;7———弹簧;8———步进电机;9———太阳能电池板;10———光传感器;11———V形铁板;12———光电追踪控制器;13———固定底座;14———滑道

2基于单片机技术的太阳光自动追踪系统

太阳光自动追踪系统由光传感器、AD8591芯片、STC89C52单片机、LS293D步进电机驱动芯片、步进电机、电池板支架、齿轮及蓄电池等部件组成。自制的光传感器( 图2) 内的光敏电阻将采集到的太阳光信号由AD芯片转换成单片机能够识别的数字量,单片机对输送来的电压数字量进行分析,并依此数据对步进电机驱动芯片发出指令,驱动步进电机进行逐日转动。

3温度控制系统

由镍铬电池组、单片机、温度传感器( 18B20) 、LCD液晶显示屏( 12864型) 、继电器、 电位器、三极管、电阻电容、二极管及散热片等组成的温度控制系统,通过PLC单元将捕获的温度感应探头获得的实时温度与设定的目标温度进行对比,进而控制反应器是否加热。

4改进的UASB反应器

UASB反应器入水口处平铺直径1cm的玻璃珠,使得反应器布水均匀,可以在一定程度上避免短流; 玻璃床层上置有铁碳床层,发生的化学反应器可以缓解反应器酸化,反应产生的H2沿着气壁向上扰动,起到搅拌介质的作用,且零价铁的存在能够增强反应器的耐冲击力并维持p H稳定［10］。三相分离器上部放置铁丝网,防止污泥随出水废水流失,强化固液分离。改进后的UASB反应器如图3所示。

传统UASB的供温方式主要有两种:

a. 在UASB反应器的器壁外直接缠绕电阻丝进行加热,会因为电阻丝缠绕的疏密程度不同, 导致反应器局部过热或过冷,不利于微生物生长;

b. 用蒸汽加热反应器或者直接对原水进行加热,会导致反应器的下部入水口与上部出水口存在温差,热损失较大。

无论哪种供热方式都会导致温度场的紊乱, 加剧对反应器内液体流速及压力等的负面影响, 从而对微生物构成一定程度冲击。

有研究发现,厌氧微生物对反应器温度的突变十分敏感,对于厌氧微生物来说,降温幅度愈大低温持续时间愈长,产气量的下降就愈严重,升温后产气量的恢复愈困难,也就是恢复生物活性愈困难。所以,厌氧消化系统每天的温度波动以不大于2 ~ 3℃ 为好［11］。当有 ± 3℃ 变化时,就会抑制产甲烷菌的速率; 有 ± 5℃ 的变化时,反应器就会停止产气［12］。在北方的冬季,直接加热原水的供温方式带来的温度波动远远会超过所要求的2 ~ 3℃ 。刘冰等进行了内循环厌氧反应器的启动和影响因素的实验研究,发现反应器一天内温度波动4℃ 以上,导致反应器对COD的去除率下降［13］。笔者设计的自动追踪太阳能UASB反应器利用嵌入水价套层内的铅皮散热套加热温水, 为厌氧消化供温。因为水的比热容较大,热传质均匀,是作为传递热能的理想介质,故此种供热方式可以保证厌氧反应器处在恒温水浴,使得厌氧消化稳定进行［14 ～ 17］。改进后的温度供给方式如图4所示。

5结论

5. 1自动追踪太阳能系统供温稳定性易受天气影响,恶劣天气会导致追踪系统中断,从而影响能量的输入和输出,严重时会影响到厌氧消化的进行。采用蓄电池作为能量的中转是太阳能研究者普遍采用的办法,但是只能维持较短的时间,长时间的弱光甚至无光天气会导致太阳能储能系统的瘫痪,这是后续研究者应该重视并解决的问题。

5.2 UASB反应器作为第二代厌氧生物反应器的杰出代表,为第三代厌氧生物反应器的研制提供了理论依据。相较于好氧生物处理技术,厌氧生物反应器启动过程复杂、启动时间长是制约其推广的短板。将培养好的针对养猪废水有较好处理效果的厌氧颗粒污泥,放入反应器中快速启动反应器,使之能够迅速处理高浓度养猪废水,是运行推广中需要注意的问题。

5. 3太阳能自动追踪供温系统与厌氧生物反应器的联动调试需要进一步细化和改进。太阳能自动追踪供温系统提供的能量需要满足厌氧消化的进行,并且维持稳定。温度控制装置需要实时控制蓄电池的能量输出,保证厌氧消化的稳定运行。

UASB厌氧反应器论文 篇6

关键词：垃圾渗滤液,UASB反应器,厌氧生物处理

引言

UASB (升流式厌氧污泥床Up-flow Anaerobic Sludge Blan-ket) 反应器是一种高效的污水厌氧生物处理工艺, 具有装置结构简单、负荷率与消化效率高、水力停留时间短、低能耗、抗冲击负荷能力强、污泥耐长时间饥饿状态能力强等优点, 在高浓度有机废水处理工程中得到广泛应用。

垃圾渗滤液具有污染物浓度高、难降解、可生化性差等特点, 目前比较成功的处理工艺是膜生物反应器 (MBR) 和纳滤 (或反渗透) 组合工艺, 该工艺处理效果较稳定, 能满足处理要求, 但是投资和运行费用较高。本文探讨一下UASB工艺在垃圾渗滤液处理工程中的的应用问题。

1 垃圾渗滤液的水质特点

渗滤液水质处于不断变化中, 主要原因是垃圾堆体实际上是一个变化的生物反应器, 随着填埋作业的进行, 该生物反应器将经历好氧、产酸及产甲烷三个阶段, 在这三个阶段内, 不同的优势菌种发挥着降解作用, 其降解产物也不相同, 故而, 渗滤液的水质将显示不同的特点, 通常而言, 渗滤液将呈现如下的变化趋势:

(1) 渗滤液成分复杂, 其中含有大量的可被生物降解的有机物, 为后续对渗滤液进行生物处理提供了条件, 渗滤液中有机物质的含量与填埋场的使用年限有关。受填埋场中的垃圾在堆体中不断被微生物分解的影响, 渗滤液中可以生物降解的部分越来越少, BOD5/COD随着填埋年限的增加将会逐渐降低, 可生化性越来越差, 其从初期的0.5~0.6逐步降低到后期的0.05~0.15;

(2) 城市生活垃圾中含有的蛋白质物质, 在填埋堆体里的厌氧环境下, 会逐步降解为氨氮, 氨氮在厌氧环境中非常稳定, 随填埋年限的增加, 氨氮将会不断积聚, 同时随着渗滤液中的可降解有机物不断被分解, C/N将会越来越低, 碳源不足为后续降低渗滤液的TN造成了难度;

(3) 在垃圾堆体的厌氧条件下, SO42-会被逐渐还原为S2-, 随着填埋年限的增加, 硫酸盐的浓度逐渐降低了;S2-能与渗滤液中的部分金属离子形成硫化物沉淀, 因此滤液中金属离子浓度也将会越来越低。

总的来讲, 渗滤液的物质成分和浓度与填埋场的使用年限和结构有很大关系。按使用年限填埋场可以分为初期填埋场 (使用年限≤3年) 、成熟填埋场 (3年<使用年限≤10年) 、老龄填埋场 (使用年限>10年) 三类。

初期填埋场处于微生物厌氧生物反应的第一阶段即水解阶段, 渗滤液中许多有机物被分解, 此时各种污染物指标BOD5、TOC、NH4-N, 甚至重金属的含量均很高, 但C/N比较高, 碳源充足, 相对而言, 此阶段的渗滤液较易处理。

成熟填埋场处于微生物厌氧反应的第二阶段即产甲酸阶段, 此时挥发性有机酸比例将增加, COD和BOD浓度均显著下降, 但B/C比下降更为明显, 可生化性变差, 而由于部分含氮有机物被分解为NH4-N, 且NH4-N在厌氧条件下稳定存在, 其浓度迅猛上升, C/N较低, 可生化性较差, 此时的垃圾渗滤液较难处理。

老龄填埋场处于微生物厌氧反应的第三阶段即产甲烷阶段, 此时COD、BOD均大幅度下降, B/C比处于较低的水平, NH4-N的浓度会有所下降, 但下降幅度明显小于COD、BOD下降幅度, C/N严重失调, 虽然此阶段的污染程度显著减轻, 但仍较难处理。

2 升流式厌氧污泥床 (UASB) 工艺流程及原理

升流式厌氧污泥床在构造上的特点是集生物反应与沉淀于一体, 是一种结构紧凑的厌氧反应器。其工作原理可用图1表示。

反应器主要由下列几部分组成:

(1) 进水的配水系统, 其主要达到的目标是: (1) 均匀分配进水, 使进入反应器的原废水均匀上升, 充分反应; (2) 通过回流部分出水, 加大进水强度, 起到水力搅拌的作用, 使污水与活性污泥充分接触。这都是反应器高效运行的关键环节。

(2) 反应区, 是UASB反应器的主要核心部分, 主要的生化反应都在这里完成。反应区内通常根据厌氧污泥的形态分为颗粒污泥区和悬浮污泥区两个部分。在反应区内厌氧污泥浓度很高, 具有良好絮凝和沉淀性能的污泥在池底部形成颗粒污泥层。废水从厌氧污泥床底部配水系统流入后, 与颗粒污泥层中的污泥进行充分混合接触, 污水中的有机物被厌氧污泥中的微生物分解, 同时不断产生微小的沼气气泡, 微小气泡在上升过程中, 不断合并, 逐渐形成较大的气泡。在颗粒污泥层上部, 由于受沼气的搅动, 形成一个污泥浓度相对较小的悬浮污泥层。

(3) 三相分离器, 在反应区内存在的厌氧污泥、渗滤液、沼气分别以固、液、气三相形态存在, 为了将它们分离开, 设置的三相分离器, 其由污泥沉淀区、污水回流系统和沼气收集系统组成。厌氧污泥在进水和回流水的上升冲击下, 从底部逐步上升到顶端, 进入三相分离器后, 污泥在沉淀区进行沉淀, 部分污泥经回流系统回流到反应区;处理后的渗滤液出水经上清液收集系统收集、排除反应器;厌氧反应形成的沼气进入气室, 通过收集管道进入沼气利用系统。三相分离器的分离效果将直接影响反应器的处理效果。

(4) 气室, 其功能是收集污水厌氧反应过程中产生的沼气, 并将其通过排放管导出气室送往沼气柜或燃烧利用系统。

(5) 处理水排出系统, 功能是将沉淀区水面上的处理后渗滤液, 均匀地加以收集, 并将其排出反应器。

(6) 此外, 在反应器内根据需要还要设置排泥系统和浮渣清除系统。

3 UASB工艺在垃圾渗滤液处理中的应用条件

通过以上对垃圾渗滤液水质特点的分析, 初期填埋场或成熟填埋场的渗滤液的COD、BOD较高, C/N较高, 适于采用UASB工艺大幅度降低有机物浓度, 为后续好氧生物处理提供良好的运行条件。由于该工艺投资小、能耗较低, 采用该工艺总体上可以降低运行费用, 提高处理效率。

但随着填埋时间的延长, 渗滤液在堆体中不断厌氧分解, C/N发生较大变化, 出现了碳源不足的现象。而UASB工艺只能降解有机物, 无法去除氨氮的特点, 决定了如继续采用UASB工艺, 则碳源不足现象加重, 因此, UASB工艺不适用于老龄填埋场。

4 UASB工艺在垃圾渗滤液处理上应用的优势分析

(1) 采用UASB厌氧生物处理工艺能大幅降低渗滤液中COD和BOD5等有机污染物指标, 该工艺是目前用于渗滤液处理的各种生化工艺中处理单位体积渗滤液中有机污染物能耗最低的工艺。

UASB工艺利用厌氧微生物将基质中结构复杂的难降解有机物先分解为低级、结构较为简单的有机物, 在不需要外界提供源能量的条件下, 以被还原有机物作为受氢体, 由甲烷菌将有机物分解为甲烷、二氧化碳和水等终产物。

根据在广州市兴丰垃圾填埋场渗滤液处理工程和广州李坑垃圾填埋场渗滤液处理工程中应用UASB工艺的经验, 其对COD、BOD的去除率可达到70%以上, 但厌氧过程中对氨氮和总氮指标几乎没有去除效果。

采用UASB+MBR+RO组合工艺, 其UASB段运行成本约为6~7元/t水, 远小于MBR工艺 (25~30元/t水) 和反渗透工艺 (20~25元/t水) 。

因此, 在渗滤液进水COD、BOD浓度较高的时候, 采用UASB工艺单元, 先大幅度去除有机污染物是最节省运行费用的方法。

(2) 厌氧微生物能够处理一些好氧微生物难降解的有机物;

随着厌氧处理技术的不断深入研究, 发现厌氧微生物可对好氧微生物不能降解的一些有机物进行降解或部分降解, 根据有关实验研究, 很多在好氧条件下难于处理的卤素有机物在厌氧时可以被生物降解。

因此, 采用厌氧处理工艺不仅仅是能降低系统的运行费用, 也能提高系统的处理效果。

5 UASB工艺的设计参数

根据目前应用UASB工艺的广州兴丰生活垃圾卫生填埋场、李坑垃圾渗滤液处理厂等工程经验, UASB主要设计参数如下:

设计温度:28℃;

容积负荷10kg COD/m3·d;

设计COD去除率:≥70%;

设计BOD去除率:≥75%;

沼气产率:0.35Nm3/kg COD去除;

沼气中甲烷含量:≥65%;

污泥产率:0.04kg/kg COD去除。

6 UASB处理单元运行经验

(1) UASB工艺运行费用相对好氧工艺较低, 其处理费用约6~7元/t水, 远小于MBR工艺的25~30元/t水。

(2) 对污染物的去除能力很强, 如广州市李坑生活垃圾填埋场污水处理站调试运行中, 由于进水水量约200t/d, 远小于设计能力800t/d, 造成污水在UASB单元停留时间延长。在这样的条件下, UASB的处理效率达到90%以上。

(3) 启动周期长。在广州兴丰垃圾填埋场垃圾渗滤液处理厂调试过程中, UASB的启动时间长达3个月, 厌氧污泥生长非常缓慢, 且对环境 (温度、PH) 等要求非常严格。

(4) 当后续脱氮工艺需要充足碳源时, UASB较高的COD去除率, 常会造成后续工艺的碳源不足。如兴丰垃圾填埋场垃圾渗滤液处理厂看, 其UASB单元除初期运行较好外, 后期, 渗滤液中C/N降低后, 已闲置不用。

(5) UASB工艺的产泥量非常低, 在兴丰垃圾填埋场渗滤液处理厂实际运行中, 几乎没有排泥。

7 结论

UASB工艺在初期和成熟填埋场渗滤液处理工程应用中, 得到成功应用, 具有能耗低、去除率高等优点, 但不适用于晚期填埋场。另外, 厌氧污泥成长较慢, 污泥成长对环境因素要求较高, 造成系统启动较慢。

参考文献

[1]《室外排水设计规范》 (GB50014-2006, 2014年版) .