一、概述
厭氧處理已經(jīng)成功地應(yīng)用于各種高、中濃度的工業(yè)廢水處理中。雖然中、高濃度的廢水在相當(dāng)程度上得到了解決，但是當(dāng)污水中含有抑制性物質(zhì)時(shí)，如含有硫酸鹽的味精廢水在處理上仍有一定的難度。在厭氧處理領(lǐng)域應(yīng)用 廣泛的是UASB反應(yīng)器。
包含厭氧處理單元的水處理過程一般包括預(yù)處理、厭氧處理(包括沼氣的收集、處理和利用)、好氧后處理和污泥處理等部分，可以用圖1所示的流程表示。
二、UASB系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1、預(yù)處理設(shè)施
一般預(yù)處 理系統(tǒng)包括粗格柵、細(xì)格柵或水力篩、沉砂池、調(diào)節(jié)(酸化)池、營養(yǎng)鹽和pH調(diào)控系統(tǒng)。格柵和沉砂池的目的是去除粗大固體物和無機(jī)的可沉固體，這對對于保護(hù)各種類型厭氧反應(yīng)器的布水管免于堵塞是必需的。當(dāng)污水中含有砂礫時(shí)，例如以薯干為原料的釀酒廢水，怎么強(qiáng)調(diào)去除砂礫的重要性也不過分。不可生物降解的固 體，在厭氧反應(yīng)器內(nèi)積累會占據(jù)大量的池容，反應(yīng)器池容的不斷減少最終將導(dǎo)致系統(tǒng)失效。
由于厭氧反應(yīng)對水質(zhì)、水量和沖擊負(fù)荷較為敏感，所以對于工業(yè)廢水適當(dāng)尺寸的調(diào)節(jié)池，對水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)是厭氧反應(yīng)穩(wěn)定運(yùn)行的保證。調(diào)節(jié)池的作用是均質(zhì)和均量，一般還可考慮兼有沉淀、混合、加藥、中和和預(yù)酸化等功能。在調(diào)節(jié)池中設(shè)有沉淀池時(shí)，容積需扣除沉淀區(qū)的體積；根據(jù)顆?；蚿H調(diào)節(jié)的要求，當(dāng)廢水堿度和營養(yǎng)鹽不夠需要補(bǔ)充堿度和營養(yǎng)鹽(N、P)等；可采用計(jì)量泵自動投加酸、堿和藥劑，通過調(diào)節(jié)池水力或機(jī)械攪拌達(dá)中和作用。
同時(shí)，酸化池或兩相系統(tǒng)是去除和改變，對厭氧過程有抑制作用的物質(zhì)、改善生物反應(yīng)條件和可生化性也是厭氧預(yù)處理的主要手段，也是厭氧預(yù)處理的目的之 一。僅考慮溶解性廢水時(shí)，一般不需考慮酸化作用。對于復(fù)雜廢水，可在調(diào)節(jié)池中取得一定程度的酸化，但是的酸化是沒有必要的，甚至是有害處的。因?yàn)檫_(dá)到酸化后，污水pH會下降，需采用投藥調(diào)整pH值。另外有證據(jù)表明酸化對UASB反應(yīng)器的顆粒過程有不利的影響。對以下情況考慮酸化或相分離可能是 有利的：
1) 當(dāng)采用預(yù)酸化可去除或改變對甲烷菌有毒或抑制性化合物的結(jié)構(gòu)時(shí)；
2) 當(dāng)廢水存在有較高的Ca2+時(shí)，部分酸化可避免顆粒污泥表面產(chǎn)生CaCO3結(jié)垢；
3) 當(dāng)處理含高含懸浮物和/或采用高負(fù)荷，對非溶解性組分去除有；
4) 在調(diào)節(jié)池中取得部分酸化效果可以通過調(diào)節(jié)池的合理設(shè)計(jì)取得。例如，上向流進(jìn)水方式，在反應(yīng)器底部形成污泥層(1.0m)。底部布水孔口設(shè)計(jì)為5～10m2/孔即可。
2、UASB反應(yīng)器體積的設(shè)計(jì)
a) 負(fù)荷設(shè)計(jì)法
采用有機(jī)負(fù)荷(q)或水力停留時(shí)間(HRT) 設(shè)計(jì)UASB反應(yīng)器是目前主要的方法。一旦q或HRT確定，反應(yīng)器的體積(V)可以很容易根據(jù)公式(1或2)計(jì)算。對某種特定廢水，反應(yīng)器的容積負(fù)荷一般應(yīng)通過試驗(yàn)確定。
V = QSo/q (1)
V =KQ.HRT (2)
式中： Q---廢水流量，m3/d；
So---進(jìn)水有機(jī)物濃度，gCOD/L或gBOD5/L。
表１給出不同類型廢水國內(nèi)外采用UASB反應(yīng)器處理的負(fù)荷數(shù)據(jù)，需要說明的是表中無法一一注明采用的預(yù)處理?xiàng)l件和厭氧污泥類型等情況，這些條件對選擇設(shè)計(jì)負(fù)荷是至關(guān)重要的。下表供設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)參考，選用前必須進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)和進(jìn)一步查詢有關(guān)的技術(shù)資料。
表1國內(nèi)外生產(chǎn)性UASB裝置的設(shè)計(jì)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表 |
序號 | 廢水類型 | 負(fù)荷kgCOD/m3·d(國外資料) | | 負(fù)荷kgCOD/m3·d(國內(nèi)資料) | |
平均 | | | 廠家數(shù) | 平均 | | | 廠家數(shù) |
1 | 酒精生產(chǎn) | 11.6 | 15.7 | 7.1 | 7 | 6.5 | 20.0 | 2.0 | 15 |
2 | 啤酒廠 | 9.8 | 18.8 | 5.6 | 80 | 5.3 | 8.0 | 5.0 | 10 |
3 | 造酒廠 | 13.9 | 18.5 | 9.9 | 36 | 6.4 | 10.0 | 4.0 | 8 |
4 | 葡萄酒廠 | 10.2 | 12.0 | 8.0 | 4 | | | | |
5 | 清涼飲料 | 6.8 | 12.0 | 1.8 | 8 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 12 |
6 | 小麥淀粉 | 8.6 | 10.7 | 6.6 | 6 | | | | |
7 | 淀粉 | 9.2 | 11.4 | 6.4 | 6 | 5.4 | 8.0 | 2.7 | 2 |
8 | 土豆加工等 | 9.5 | 16.8 | 4.0 | 24 | | | | |
9 | 酵母業(yè) | 9.8 | 12.4 | 6.0 | 16 | 6.0 | 6.0 | 6.0 | 1 |
10 | 檸檬酸生產(chǎn) | 8.4 | 14.3 | 1.0 | 3 | 14.8 | 20.0 | 6.5 | 3 |
11 | 味精 | | | | | 3.2 | 4.0 | 2.3 | 2 |
12 | 再生紙,紙漿 | 12.3 | 20.0 | 7.9 | 15 | | | | |
13 | 造紙 | 12.7 | 38.9 | 6.0 | 39 | | | | |
14 | 食品加工 | 9.1 | 13.3 | 0.8 | 10 | 3.5 | 4.0 | 3.0 | 2 |
15 | 屠宰廢水 | 6.2 | 6.2 | 6.2 | 1 | 3.1 | 4.0 | 2.3 | 4 |
16 | 制糖 | 15.2 | 22.5 | 8.2 | 12 | | | | |
17 | 制藥廠 | 10.9 | 33.2 | 6.3 | 11 | 5.0 | 8.0 | 0.8 | 5 |
18 | 家畜飼料廠 | 10.5 | 10.5 | 10.5 | 1 | | | | |
19 | 垃圾濾液 | 9.9 | 12.0 | 7.9 | 7 | | | | |
b) 經(jīng)驗(yàn)公式方法
Lettinga等人采用同樣經(jīng)驗(yàn)公式描述不同厭氧處理系統(tǒng)處理生活污水HRT與去除率(E)之間的關(guān)系，并且對不同反應(yīng)器處理生活污水的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，得出了參數(shù)值。
式中：C1 ,C2——反應(yīng)常數(shù)。
c) 動力學(xué)方法
許 多研究者致力于動力學(xué)的研究，Henxen和Harremoes(1983)根據(jù)眾多研究結(jié)果匯總了酸性發(fā)酵和甲烷發(fā)酵過程重要的動力學(xué)常數(shù)(見表2)。 到目前為止，動力學(xué)理論的發(fā)展，還沒有使它能夠在選擇和設(shè)計(jì)厭氧處理系統(tǒng)過程中成為有力的工具，通過評價(jià)所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)方法現(xiàn)在仍是設(shè)計(jì)和優(yōu)化厭氧消化系統(tǒng)的的選擇。
表2 厭氧動力學(xué)參數(shù)(Henxen和Harremoes，1982) |
培養(yǎng) | mm(d-1) | Y(mgVSS/mgCOD) | Km[mgCOD/(mgVSS?d)] | Ks(mgCOD/L) |
產(chǎn)酸菌 | 2.0 | 0.15 | 13 | 200 |
甲烷菌 | 0.4 | 0.03 | 13 | 50 |
混合培養(yǎng) | 0.4 | 0.18 | 2 | --- |
3、UASB反應(yīng)器的詳細(xì)設(shè)計(jì)
1) 反應(yīng)器的體積和高度
采用水力停留時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，體積(V)按公式(1)或(2)計(jì)算。選擇反應(yīng)器高度的原則是設(shè)計(jì)、運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)上綜合考慮的結(jié)果。從設(shè)計(jì)、運(yùn)行方面考慮：高度會影響上升流速，高流速增加系統(tǒng)擾動和污泥與進(jìn)水之間的接觸。但流速過高會引起污泥流失，為保持足夠多的污泥，上升流速不能超過一定的限值，從而 使反應(yīng)器的高度受到限制；高度與CO溶解度有關(guān)，反應(yīng)器越高溶解的CO濃度越高，因此，pH值越低。如pH值低于值，會危害系統(tǒng)的效率。 從經(jīng)濟(jì)上 考慮: 土方工程隨池深增加而增加，但占地面積則相反；考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蚝偷匦螚l件，一般將反應(yīng)器建造在半地下減少建筑和保溫費(fèi)用。的反應(yīng)器高度(深度)一般 是在4到6m之間，并且在大多數(shù)情況下這也是系統(tǒng)的運(yùn)行范圍?！ τ赨ASB反應(yīng)器還有其他的流速關(guān)系(圖2)。對于日平均上升流速的推薦值見表 3，應(yīng)該注意對短時(shí)間(如2～6h)的高峰值是可以承受的(即暫時(shí)的高峰流量可以接收)。
USAB反應(yīng)器的上部設(shè)置氣、固、液三相分離器，下部為污泥懸浮層區(qū)和污泥床區(qū)，廢水由反應(yīng)器底部均勻泵入污泥訂區(qū)，與厭氧污泥充分接觸反應(yīng)，有機(jī)物被厭氧微生物分解成沼氣。液體、氣體與固體形成混合液流上升至三相分離器，使三者很好地分離，使80%以上的有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為沼氣，完成廢水處理過程?！?/div>
應(yīng)用特點(diǎn)
<> 高ＣＯＤ負(fù)荷（５－１０kgCODcr/m^3/d)
<> 可產(chǎn)生高沉降性能的顆粒污泥
<> 可以產(chǎn)生能源（沼氣）
<> 運(yùn)行費(fèi)用低
<> 高可靠性
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