廣義升流式污泥床反應(yīng)器與相分離反應(yīng)器的開發(fā)與應(yīng)用

1、岀水増勿氣體莎玖7 o o圖1厭氧uasb反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖廣義升流式污泥床反應(yīng)器與相分離反應(yīng)器的開發(fā)與應(yīng)用北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院王凱軍賈立頌 北京市聯(lián)合壞境技術(shù)工程公司徐冬利中國(guó)給水排水1998年第6期摘要：討論了 uasb反應(yīng)器、污泥顆粒化和三相分離器的特征，并將其引入好氧生物處理領(lǐng)域，從廣 義的角度定義了升流式污泥床反應(yīng)器和相分離反應(yīng)器。介紹了好氧污泥床反應(yīng)器和好氧相分離反應(yīng) 器的研究及應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞：升流式污泥床反應(yīng)器三和分離器污泥顆粒化相分離反應(yīng)器提高反應(yīng)器中生物濃度以提高處理能力是新烈反應(yīng)器的重耍特點(diǎn)z。微生物的固定化是提鬲 微生物濃度和反應(yīng)效率的重要方式z-,在工程上微生物的自

2、固定化污泥顆?；热斯す潭?化更為有效，即高密度顆粒污泥的形成，能導(dǎo)致工程上的高效率，能促進(jìn)難以牛物降解有機(jī)污染物 的進(jìn)一步生物降解。工程上顆粒污泥的形成與反應(yīng)器的型式構(gòu)造、負(fù)荷等因素密切相關(guān)，無(wú)論磁 氧還是好氧的升流式污泥床己被證實(shí)可形成顆粒污泥。這類反應(yīng)器的特點(diǎn)是污水上向流，水、污泥 和氣三相分離是借助反丿應(yīng)器內(nèi)的相分離器完成。所以，微生物顆?；谏魇轿勰啻卜磎器中的形 成規(guī)律是一個(gè)重要的研究課題。1 uasb反應(yīng)器1.1三相分離器uasb反應(yīng)器是70年代由lettinga等人開發(fā)的巴 其最重要的設(shè)備是相分離器。這一設(shè)備安裝在反應(yīng)器 的頂部，并將反應(yīng)器分為下部的消化區(qū)和上部的沉淀 區(qū)（

3、圖1）。由于分離器的斜壁沉淀區(qū)的過(guò)流面積在接近 水而時(shí)增加，因此上升流速在接近排放點(diǎn)降低而產(chǎn)生 絮凝和沉淀。根據(jù)氣、固、液三相分離的要求，分離 器設(shè)計(jì)要點(diǎn)： 從沉淀角度考慮，沉淀器的斜角（集氣器的傾角） 應(yīng)該在45°60° ； 集氣室隙縫部分的面積應(yīng)該占仮應(yīng)器全部面積 15%20%； 在集氣室內(nèi)應(yīng)該保持氣液界面以釋放和收集氣 體和阻止浮渣層的形成； 反射板與隙縫z間的遮蓋應(yīng)該在100200mm, 以避免上升氣泡進(jìn)入沉淀室； 在出水堰z間應(yīng)該設(shè)置浮渣捋板。1. 2污泥顆粒化高速率厭氧工物處理系統(tǒng)，必須滿足兩個(gè)基本條 件，一是能夠保持大雖的厭氧活性污泥，二是使進(jìn)入 廢水和保持的

4、邁泥z間充分搖觸2在成功運(yùn)轉(zhuǎn)的lasb反應(yīng)器屮,厭氧污泥往往形成顆粒狀結(jié)構(gòu)，顆 粒污泥的存在大大改善了污泥的沉降性能，提高了厭氧微生物的濃度，因此滿足高效反應(yīng)器的笫一 個(gè)條件°同時(shí)向上流的水流方式，在此過(guò)程屮形成的污水與污泥的接觸以及產(chǎn)卞沼氣的擾動(dòng)，更加 促進(jìn)了廢水與污泥z間的充分接觸，從而滿足了上述的第二個(gè)條件。這使得傳統(tǒng)厭氧工藝的處理時(shí) 間從兒十天縮短為一天其至兒小時(shí)。有機(jī)負(fù)荷從兒千克提高到兒十千克，使反應(yīng)效率提高兒倍乃至卜百倍。lettinga等人認(rèn)為，uasb系統(tǒng)的選擇壓是顆?；闹匾蛩鳎x擇壓來(lái)源于系統(tǒng)的水力負(fù)荷 （上升流速），另外是沼氣負(fù)荷。在uasb反應(yīng)器內(nèi)逐漸增加的

5、選擇壓，使得松散的沉降性能差的污泥 顆粒被沖出系統(tǒng)，而沉降性能較好的附著和相互附著牛長(zhǎng)的絮體被保持在反應(yīng)器小。逐漸淘汰的結(jié) 果使得沉降性能良好的細(xì)菌絮凝體得到不斷地發(fā)展，最終形成直徑約0. 32mm的厭氧顆粒污泥。區(qū) 氧顆粒污泥上要有二#類型：桿型顆粒、由疏松的纖絲狀細(xì)茵所形成的球形團(tuán)粒和致密球形顆粒。 雖然，顆粒污泥的形成尚未完全認(rèn)識(shí)，但是uasb反應(yīng)器結(jié)構(gòu)型式所造成的流態(tài)特點(diǎn)，無(wú)疑是最重要 的因索z。事實(shí)上，微生物的自固定化是帶有普遍意義的現(xiàn)象，在脫氮工藝、好氧sbr工藝、流化床反應(yīng) 器和利川硫細(xì)菌的工藝屮3，都曾有微牛物自固定化形成高微卞物群體的顆粒污泥報(bào)道。在多級(jí)升流式生物反應(yīng)器（mr

6、b）的研究中叫 利用厭氧細(xì)菌（硫酸鹽還原菌）和微氧菌（硫的氧化菌）的共住關(guān) 系同樣產(chǎn)牛了顆粒污泥。污水屮的有機(jī)物滲透進(jìn)入顆粒污泥內(nèi)部，被厭氧菌轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸，然后被 硫酸鹽還原菌所利丿ij。雖然供氧十分有限，但是在顆粒污泥表層的硫氧化菌仍然町以竟?fàn)帿@取到溶 解氧。2升流式好氧污泥床反應(yīng)器筆者根據(jù)uasb反應(yīng)器的成功經(jīng)驗(yàn)，將其概念推廣到 好氧處理領(lǐng)域。在厭氧后處理111采用的微需氧升流式 （musb）污泥床工藝，完全利用實(shí)驗(yàn)宰的uasb反應(yīng)辭在 好氧條件下運(yùn)行，水力停留時(shí)間為1. oh（圖2）,進(jìn)水被 引入反應(yīng)器的底部，通過(guò)水力混合和最低程度的曝氣（氣 水比為1 : 1）使污泥床保持懸浮并處于微氧

7、條件。musb 系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表k表1 musb反應(yīng)器運(yùn)行結(jié)果（t= 13乜）1項(xiàng)目1廠| 總cod1廠1膠體cod1111懸浮cod |1111 進(jìn) zk/gng'l-1) |1出水/蝕l7) |i去除率/ (%)i1221 |146| 35?1188 |39|58|1151i38|122|11實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雖然升流速度超過(guò)2.0m/h,但建立的活 性污泥層很好地保持在反應(yīng)器內(nèi)，培養(yǎng)的微需氧污泥沉 淀性能良好，musb反應(yīng)器還可承受由于更強(qiáng)的曝氣或水 力條件引起高上升流速或更強(qiáng)的擾動(dòng)。因此，升流式污 泥床的概念原則上也可以應(yīng)川于微需氧系統(tǒng)和好氧處 理。3好氧相分離流化床反應(yīng)器的應(yīng)

8、用3. 1構(gòu)造和原理好氧相分離反應(yīng)器（簡(jiǎn)稱相分離反應(yīng)器）的命名，主 要是從與uasb反應(yīng)器具有共同的三和分離器這一特征 考慮。如果根據(jù)這-原則分類，還包括厭氧與好氧流化 床反應(yīng)器，這樣的分類在一定程度上反映了這類反應(yīng)器 的共性，被稱為反應(yīng)器或三相內(nèi)循壞流化床或者c1rcox 等商品名，但這并不能反映反應(yīng)器本質(zhì)特性。擔(dān)分離反 應(yīng)器是由以下各個(gè)部分組成：曝氣區(qū)、升流區(qū)、降血反 和氣、一固、一液二1分離器（圖3）。其工作原理為：通過(guò) 底部i區(qū)氣頭喩氣，造應(yīng)升流區(qū)與降流區(qū)之間出現(xiàn)-淀的 密度差，進(jìn)1何推動(dòng)液體（包括載體）在升流區(qū)與降流區(qū)間 循環(huán)流動(dòng)。人多數(shù)載體進(jìn)行循環(huán)流化，少數(shù)載體隨氣泡 上升至分離器

9、，氣體在此得到釋放。分離器的工作和設(shè) 計(jì)原理與厭氧三相分離器是一致的，但是不用回收釋放 的氣體。隨著氣休釋放，分離固體顆粒得以沉淀進(jìn)入到 降流區(qū)，繼續(xù)參與循環(huán)流動(dòng)。分離后的液體從岀水堰流 出。和分離反應(yīng)器不僅具有一般好氧流化床的特點(diǎn)，還 兼有：圖2好氧升流式污泥床（musb）反應(yīng)器 流化性能好，反應(yīng)器處于完全混合狀態(tài)：反應(yīng)器 內(nèi)人部分載體都參與循環(huán)流動(dòng)，因此不存在床111載體分 層現(xiàn)象，載體流化具有良好的均勻性，這為牛物膜形成 提供了條件; 氧的轉(zhuǎn)移效率高：由于反應(yīng)器構(gòu)造特征造成大量液體循壞流動(dòng)，在此過(guò)程中會(huì)夾帶一些細(xì)小 的氣泡，這樣使氣液接觸時(shí)間延氏，從而提高了氧的轉(zhuǎn)移效率。實(shí)測(cè)表明，空氣利

10、用率可達(dá)30% 50%；圖4某染料廠4 x 120m3相分離反應(yīng)器1進(jìn)水負(fù)荷/1| (kgcol!(tts d_1)11中等負(fù)荷1高負(fù)荷118.0 |1廠15.0 |1125.0 |1廠30.0 |11150.0 |111| 進(jìn)水cod/(mg ！/1) |1300 |11788 |111 125 |111 500 |1113 200 |1111去除率/ (%)11| 551| 6011|6411|701111丁5|11表2油脂廢水不同負(fù)荷處理效果 載體流失量小，不需專門的脫膜設(shè)備：由于 反應(yīng)器獨(dú)特的三相分離器可以在不增加脫膜設(shè)備的 情況下，保證反應(yīng)器中牛:物載體的膜不會(huì)過(guò)度增長(zhǎng)， 同時(shí)又不會(huì)

11、流失載體，這樣就大大簡(jiǎn)化了原來(lái)流化床 處理污水所需的輔助設(shè)備。3. 2相分離反應(yīng)器的應(yīng)用相分離反應(yīng)器是一種高效新型污水處理裝置，特 別適宜于處理高、中等濃度的有機(jī)廢水。國(guó)內(nèi)在80 年代末開始進(jìn)行相分離反應(yīng)器的研究，并基木解決了 其設(shè)計(jì)問(wèn)題。筆者1993年首次在國(guó)內(nèi)牛產(chǎn)性裝置上, 采用相分離反應(yīng)器處理油脂污水，處理水量500m7d, 反應(yīng)器容積20m'。并于1997年在某染料廠的污水處 理工程中，采用了單體容積達(dá)120i的相分離反應(yīng)器 4座，這是目前國(guó)內(nèi)同類設(shè)備中最大的反應(yīng)器（圖4）。以下結(jié)合油脂廢水工程實(shí)際運(yùn)行情況（表2），討 論相分離反應(yīng)器的工程應(yīng)用。由于在運(yùn)行初期油脂生產(chǎn)不正常，酸

12、油回收率較 低時(shí)，述水濃度為設(shè)計(jì)值的幾倍，導(dǎo)致超高負(fù)荷。隨 著負(fù)荷的增加出水濃度增加，但是去除率同時(shí)也冇提 高，顯示相分離反應(yīng)器具有很好的耐沖擊負(fù)荷能力。 這是由于相分離生物反應(yīng)器具冇巨大的生物雖，一般 可達(dá)2040g/l,同時(shí)反應(yīng)器是典型的完全混合型反 應(yīng)器，可以稀釋進(jìn)水，這對(duì)于有毒和難降解廢水處理 十分有利。相分離生物反應(yīng)器 運(yùn)行在中等負(fù)荷區(qū)域（81 okgcod/m3-d）時(shí),雖然由于進(jìn) 水濃度較低，去除率在55% 60%z間，但是出水穩(wěn)定性較 好。4結(jié)論 實(shí)踐證明，厭氧升流式 污泥床反應(yīng)器是一種高效的污 水處理裝置。這是由于反應(yīng)器 中保持污泥的三相分離器、升流式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及其中形成高

13、密度的顆粒污泥所造成； 在好氧升流式污泥床（musb）反應(yīng)器的實(shí)驗(yàn)中，三相分離器分離效果和污泥床的保持得到驗(yàn) 證，這說(shuō)明升流式污泥床的概念也可以擴(kuò)大到好氧處理領(lǐng)域； 好氧相分離反應(yīng)器具冇負(fù)荷高、耐沖擊負(fù)荷的特點(diǎn)，特別適用于冇毒和難降解廢水，是一種 很有發(fā)展前途的反應(yīng)器。參考文獻(xiàn)1 lettinga g, velse n van l, zeeuw de w, hobma s w. the applica tion of an aerobic digestion to in dustrial pol luti on treatme nt. proc. 1st int. symp. on an ae

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