新型內(nèi)循環(huán)污泥濃縮消化反應(yīng)器.doc

新型內(nèi)循環(huán)污泥濃縮消化反應(yīng)器1 前言 隨著我國社會經(jīng)濟(jì)和城市化的發(fā)展，城市污水的數(shù)量在不斷增長。據(jù)預(yù)測1，2010年我國城市污水排放量將達(dá)到440億m3/d；2020年將達(dá)到536億m3/d。目前我國污水處理量和處理率雖然不高，但城市污水處理廠每年排放干污泥大約30萬噸，而且還以每年10的速度增長2。我國現(xiàn)有污水處理廠，有很大一部分污泥處理設(shè)施沒有有效運(yùn)行，污泥沒有得到妥善處理，致使城市污水處理的最終問題落到了污泥處理處置上。因此，如何有效處理污水廠污泥是國際范圍內(nèi)污（廢）水處理領(lǐng)域中所面臨的最為重要而復(fù)雜的問題3。本研究基于內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的理論與設(shè)計，開發(fā)了一種新型污泥濃縮消化反應(yīng)器（STDR），將濃縮和消化集成在一個反應(yīng)器的不同反應(yīng)室，并使其相互促進(jìn)，提高了反應(yīng)器效率。 2 試驗流程與方法2.1 試驗流程 本試驗在重慶城南污水處理廠進(jìn)行。試驗流程如圖1所示，反應(yīng)器有效容積為220L，其中起消化作用的主要是第二反應(yīng)室，容積約80L。反應(yīng)器高度為1.8米，其中污泥壓縮區(qū)為0.4米，反應(yīng)室區(qū)高度為1.2米，沉淀區(qū)為0.2米。反應(yīng)器構(gòu)造參數(shù)見表1，構(gòu)造如圖2所示。 試驗污泥來自二沉池底部，經(jīng)自吸式排污泵抽至高位配泥箱，配泥箱中安裝有恒流裝置，起調(diào)節(jié)和恒定流量的作用，進(jìn)泥采用半連續(xù)方式。污泥經(jīng)配泥箱進(jìn)入ICSTD反應(yīng)器進(jìn)行濃縮并消化處理，消化污泥由反應(yīng)器底部排出，沼氣由氣液分離器頂部經(jīng)洗氣瓶和濕式氣體流量計計量后排至室外，上清液由反應(yīng)器出水區(qū)排出，由水箱計量上清液體積，采用沼氣內(nèi)循環(huán)進(jìn)行連續(xù)攪拌。 表1 反應(yīng)器的構(gòu)造參數(shù)Table1 Construction parameters of ICSTD項目 功能分區(qū)有效容積 （L）過水面積 （m2）功能總體2200.1764污泥濃縮與消化第一反應(yīng)室600.0864污泥濃縮與消化第二反應(yīng)室800.09污泥濃縮與消化污泥壓縮區(qū)250.09污泥濃縮沉淀區(qū)400.1764上清液澄清出水區(qū)150.1764上清液排出固氣液分離器8 氣液分離2.2 試驗過程與方法 試驗包括啟動期與負(fù)荷運(yùn)行期，其運(yùn)行溫度在2035之間。 啟動時取重慶市唐家橋污水廠消化池污泥作為接種污泥，污泥接種量為50L，與二沉池底部污泥混合后裝滿反應(yīng)器，關(guān)閉沼氣收集計量裝置，開動循環(huán)氣泵，密閉運(yùn)行2天，反應(yīng)器在35天左右達(dá)到設(shè)計負(fù)荷并穩(wěn)定運(yùn)行，完成啟動。 運(yùn)行期主要是考察反應(yīng)器在不同有機(jī)負(fù)荷下的濃縮消化效果，并尋求反應(yīng)器的最大設(shè)計負(fù)荷。3 試驗結(jié)果與分析3.1試驗結(jié)果 反應(yīng)器在設(shè)計負(fù)荷下運(yùn)行的試驗結(jié)果如表2所示。3.2 結(jié)果分析3.2.1有機(jī)負(fù)荷對VS去除率的影響 反應(yīng)器有機(jī)負(fù)荷對VS去除率的影響如圖3所示：表2 試驗結(jié)果Tab.2 The results of the experiment進(jìn)泥量(L/d)3244587085HRT(d)6.953.83.12.6SRT(d)120.6135.675.654.841有機(jī)負(fù)荷（KgVS/m3d）3.086.148.389.6811.25有機(jī)物去除率（%）86.382.78079.154.1進(jìn)泥濃度（%）98.998.498.398.398.4排泥含水率（%）87.488.889.89094.6 從圖3可以看出，反應(yīng)器有機(jī)物去除率與有機(jī)負(fù)荷呈一定規(guī)律性。隨著反應(yīng)器有機(jī)負(fù)荷的增大，有機(jī)物去除率逐漸減小，但當(dāng)反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷達(dá)到9.68KgVS/m3.d時，反應(yīng)器里的有機(jī)物去除率急劇下降，當(dāng)負(fù)荷達(dá)到11.25KgVS/m3.d時，去除率降至54.07?？梢娨〉幂^高的有機(jī)物去除率，反應(yīng)器有機(jī)負(fù)荷擬控制在9.68KgVS/m3.d以內(nèi)。3.2.2 水力停留時間對VS的去除率影響 水力停留時間與VS去除率的關(guān)系如圖4所示。 從圖4可以看出，隨著反應(yīng)器水力停留時間的加大，有機(jī)物分解率加大，但可以看出在水力停留時間為3.1天時，有機(jī)物分解率達(dá)到79.08，而水力停留時間達(dá)到6.9天時，有機(jī)物去除率為86.27，比3.1天時大7左右，但反應(yīng)器的容積將加大一倍。 由此可見，水力停留時間為3.1天（負(fù)荷9.68KgVS/m3.d）時，有機(jī)物去除率達(dá)到79.08，此工況點為反應(yīng)器的較佳工況。3.2.3 TS與VS隨時間的變化 ICSTD反應(yīng)器作為污泥濃縮消化一體的反應(yīng)器，其底流排泥含水率反映了剩余污泥在其中的濃縮效果。而厭氧消化的主要目的之一在于降解有機(jī)物，使處理基質(zhì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，其中總固體TS與TS中有機(jī)物組分VS是厭氧消化的兩個重要指標(biāo)。通過VS/TS可以看出剩余污泥在反應(yīng)器里的消化程度。 圖5為試驗過程中VS/TS的變化圖(涵蓋了所有負(fù)荷段)。由圖5可以看出，進(jìn)泥的VS/TS比較穩(wěn)定，保持在0.630.69左右，經(jīng)過ICSTD反應(yīng)器后VS/TS降至0.20.33左右，其有機(jī)物降解率達(dá)到71.185.9，表明ICSTD反應(yīng)器具有較好且穩(wěn)定的消化效果。3.2.4 含水率的變化 通過對反應(yīng)器排泥含水率的測定可以看出ICSTD反應(yīng)器的濃縮效果。圖5為試驗過程中含水率的變化圖(涵蓋了所有負(fù)荷段)。 由圖6可以看出，反應(yīng)器進(jìn)泥濃度在98.3左右，而穩(wěn)定運(yùn)行后排泥含水率在90左右，濃縮效果良好。主要原因是反應(yīng)器內(nèi)污泥的厭氧消化過程中，有機(jī)物不斷減少，而污泥不斷無機(jī)化，在重力的作用下加速污泥的下沉，使之與污泥濃縮相互促進(jìn)，可見ICSTD反應(yīng)器較好地達(dá)到了濃縮消化相互促進(jìn)的效果。3.2.5日產(chǎn)氣量的變化 圖7為試驗過程的產(chǎn)氣量變化曲線。 從圖7可以看出，隨著試驗的穩(wěn)定和負(fù)荷的增加，反應(yīng)器產(chǎn)氣量總體呈上升趨勢，但有時出現(xiàn)下降，主要是因為反應(yīng)器進(jìn)泥量波動出現(xiàn)沖擊負(fù)荷，導(dǎo)致產(chǎn)氣量下降，但經(jīng)過兩天左右，產(chǎn)氣量又會上升。本研究中反應(yīng)器里產(chǎn)甲烷活性較高平均產(chǎn)氣率為1.17 m3 /m3泥。3.3反應(yīng)器影響因素分析3.3.1 pH值 pH值是厭氧消化處理最重要的影響因素之一。在本試驗pH值變化情況如圖8所示： 由圖8可以看出,進(jìn)泥和上清液的pH值變化較大，沒有一定的規(guī)律性，但pH值的范圍都在7.08.0之間。從第一反應(yīng)室中部和第二反應(yīng)室中部的pH值來看，反應(yīng)器內(nèi)部的pH值變化不大，曲線比較平緩，其值范圍在77.8之間，大部分值在7.47.6之間波動，該值處于產(chǎn)甲烷菌生長的最佳pH范圍，說明該反應(yīng)器內(nèi)污泥厭氧消化狀況良好。3.3.2 有機(jī)酸VFA（以乙酸計）的影響 有機(jī)酸（VFA）是厭氧消化過程中另一項重要性能指標(biāo)。有資料表明，運(yùn)行良好的厭氧消化反應(yīng)器，其VFA濃度應(yīng)小于500mgHAc/L，最好是低于300 mgHAc/L4。乙酸濃度在200 mgHAc/L400 mgHAc/L通常認(rèn)為是正常的良好消化5。本試驗中對反應(yīng)器的進(jìn)泥、第一反應(yīng)室中部、第二反應(yīng)室中部、上清液的VFA值進(jìn)行測定。如圖9所示。 從圖9可以看出，反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)酸濃度變化較大，反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)酸濃度明顯比進(jìn)泥的有機(jī)酸濃度大，從第一反應(yīng)室中部和第二反應(yīng)室中部的曲線走向來看趨于一致，只是第一反應(yīng)室中部的有機(jī)酸濃度變化趨勢大于第二反應(yīng)室中部，主要是前者取樣口位于第一反應(yīng)室中部，在進(jìn)泥口上方，受進(jìn)泥的影響較大?？傮w上反應(yīng)器的有機(jī)酸濃度基本在300 mgHAc/L以內(nèi)，反應(yīng)器內(nèi)從未出現(xiàn)過酸化現(xiàn)象，并運(yùn)行良好。4 結(jié)論 內(nèi)循環(huán)污泥濃縮消化反應(yīng)器（ICSTD）提出了污泥濃縮消化一體化的新工藝，實現(xiàn)了污泥在濃縮過程中消化，在消化過程中濃縮，且濃縮功能與消化功能相互促進(jìn)，是污泥濃縮與污泥厭氧消化領(lǐng)域的一個突破。 ICSTD反應(yīng)器的消化效果良好，溫度在2035之間。試驗結(jié)果表明，污泥中有機(jī)物含量由進(jìn)泥的6369降低到排泥的2033，有機(jī)物分解程度達(dá)到了71.185.9。較佳運(yùn)行參數(shù)為有機(jī)負(fù)荷9.68KgVS/m3.d，水力停留時間3.1天，有機(jī)分解率79，達(dá)到并超過了高負(fù)荷消化池的有機(jī)分解率