內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行特性

1、內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行特性    Tags：反應(yīng)器 特性 循環(huán) 摘要：以實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器(IC)為研究對(duì)象，考察了其運(yùn)行狀況和影響運(yùn)行的特征參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)進(jìn)水容積負(fù)荷為24.937.52kgCOD/(m3·d)時(shí)對(duì)COD的去除率達(dá)83.2%92.8%，其中室的去除率為60%70%，室的去除率為20%30%；進(jìn)水的上升流速高(2.654.35m/h)有利于反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行；在較高的容積負(fù)荷35.0kgCOD/(m3·d)、進(jìn)水pH值為8.5時(shí)反應(yīng)器具有最大的COD去除率。 關(guān)鍵詞：IC反應(yīng)器 中溫 運(yùn)行特性 內(nèi)循環(huán)厭

2、氧反應(yīng)器(Internal Circulation,簡(jiǎn)稱IC)是在UASB反應(yīng)器基礎(chǔ)上開發(fā)出的第三代超高效厭氧反應(yīng)器，其特征是在反應(yīng)器中裝有兩級(jí)三相分離器，反應(yīng)器下半部分可在極高的負(fù)荷條件下運(yùn)行。整個(gè)反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷也較高，并可實(shí)現(xiàn)液體內(nèi)部的無動(dòng)力循環(huán)，從而克服了UASB反應(yīng)器在較高的上升流速度下顆粒污泥易流失的不足13。筆者在實(shí)驗(yàn)室對(duì)小型IC反應(yīng)器(25 L)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要考察了反應(yīng)器在中溫條件下的運(yùn)行特性及其影響因素，驗(yàn)證了IC反應(yīng)器在UASB基礎(chǔ)上的結(jié)構(gòu)改進(jìn)對(duì)處理效能的促進(jìn)作用。1試驗(yàn)裝置和方法1.1試驗(yàn)裝置IC反應(yīng)器為有機(jī)玻璃制成，有效容積為25L，反應(yīng)器總高度為150

3、0mm，沿柱高設(shè)置多個(gè)取樣孔。將反應(yīng)器安裝在恒溫箱內(nèi)，用WMZK-01溫控儀和熱源構(gòu)成自動(dòng)溫控系統(tǒng)，將溫度控制在(35±1)。工藝流程見圖1。試驗(yàn)配水首先進(jìn)入室被降解，產(chǎn)生的沼氣由室的集氣罩收集，大量沼氣攜帶室的泥水混合液沿著提升管上升至反應(yīng)器頂部的氣液分離器，沼氣在此處逸出反應(yīng)器，而泥水混合液則沿下降管返回到室的底部。室出水自動(dòng)進(jìn)入室繼續(xù)處理，隨后經(jīng)室的三相分離器排出反應(yīng)器外。1.2試驗(yàn)用水采用人工合成的葡萄糖廢水，并加入適量微量元素(見表1)。1.3接種污泥接種污泥采用無錫獅王太湖水啤酒有限公司UASB反應(yīng)器中的顆粒污泥，污泥的TSS為72.2g/L，VSS為56.6g/L。接種

4、前先將污泥顆粒進(jìn)行篩洗處理，再用COD為500mg/L的人工配水連續(xù)(810h)進(jìn)行漂洗和活化。表1人工合成葡萄糖廢水的組分及含量組分含量組分含量葡萄糖(mg/L)2000CaCl2(mg/L)4(NH4)2CO3(mg/L)40MgSO4(mg/L)8KH2PO4(mg/L)40NaHCO3(mg/L)660NH4Cl(mg/L)40酵母膏(mg/L)80FeCl3·4H2O(g/L)80CoCl2·6H2O(g/L)80MnCl2·4H2O(g/L)20ZnCl2(g/L)2NiCl2·6H2O(g/L)2CuCl2·2H2O(g/L)1.

5、2EDTA(g/L)40H3BO3(g/L)2(NH4)6Mo7O24·4H2O(g/L)3.636%HCl(g/L)0.041.4分析方法COD：重鉻酸鉀法；pH值：玻璃電極法；SS和VSS：稱重法。2結(jié)果與討論2.1運(yùn)行結(jié)果IC反應(yīng)器的試驗(yàn)條件和運(yùn)行結(jié)果見表2。表2運(yùn)行結(jié)果試驗(yàn)階段第一階段第二階段第三階段時(shí)間(d)12930596090溫度()35進(jìn)水pH7.58.07.88.98.58.9進(jìn)水COD(mg/L)1 8652 5873 8854 8778 02311092v(m/h)2.653.224.35OLRgCOD/(L·d)15.024.927.336.9633

6、.8837.52SLRgCOD/(gVSS·d)0.731.601.472.481.872.50COD去除率(%)83.291.883.989.889.392 .8出水COD(mg/L)184.6386.6447.1658.9575.01120.3出水SS(mg/L)159377342552501780階段描述提高負(fù)荷期提高負(fù)荷期穩(wěn)定運(yùn)行期注：OLR為反應(yīng)器的COD容積負(fù)荷；SLR為反應(yīng)器的COD污泥負(fù)荷；v為上升流速。室IC反應(yīng)器室在高負(fù)荷下運(yùn)行，其COD去除率為60%70%。反應(yīng)器的初始容積負(fù)荷為31.25kgCOD/(m3·d)，COD去除率為62.3%。第29天容積

7、負(fù)荷升至50.8kgCOD/(m3·d)，COD去除率為59.8%。在第55天反應(yīng)器進(jìn)水COD濃度為4500mg/L，污泥負(fù)荷為3.99gCOD/(gVSS·d)，COD去除率為61%。第89天容積負(fù)荷和污泥負(fù)荷分別為76.83kgCOD/(m3·d)、3.97gCOD/(gVSS·d)，COD去除率為64.3%。室與室相比，室的運(yùn)行負(fù)荷相對(duì)較低，以室進(jìn)水COD濃度計(jì)算則室的COD去除率為60%85%，去除的COD占反應(yīng)器進(jìn)水COD的20%30%。室的初始負(fù)荷為10.9kgCOD/(m3·d)，COD去除率為61.0%；第57天有機(jī)負(fù)荷達(dá)到最大

8、28.8kgCOD/(m3·d)，COD去除率為73.15%。2.2影響因素分析在控制反應(yīng)器溫度為(35±1)、試驗(yàn)用水為葡萄糖配水的條件下，主要研究了容積負(fù)荷、升流速度、進(jìn)水COD濃度和進(jìn)水pH值的影響。容積負(fù)荷UASB反應(yīng)器在處理中、高濃度廢水時(shí)最大容積負(fù)荷只能達(dá)到1020 kgCOD/(m3·d)，因容積負(fù)荷過高會(huì)導(dǎo)致顆粒污泥流失2，而IC反應(yīng)器的最大容積負(fù)荷可達(dá)36.9637.52kgCOD/(m3·d)(見表2)，這是因?yàn)?0%70%的有機(jī)物在室得到降解，產(chǎn)生的大量沼氣被一級(jí)三相分離器收集后排出反應(yīng)器，因此不會(huì)在室中產(chǎn)生很高的氣體上升流速，對(duì)顆

9、粒污泥的流失影響較小。IC反應(yīng)器在高負(fù)荷下運(yùn)行仍能達(dá)到很高的COD去除率(見表2)，這與反應(yīng)器具有液體內(nèi)循環(huán)密切相關(guān)。經(jīng)分析可知，當(dāng)容積負(fù)荷升高時(shí)產(chǎn)生的沼氣量增加，推動(dòng)液體形成的內(nèi)循環(huán)流量增大，進(jìn)水得到了更大程度的稀釋和調(diào)節(jié)，室內(nèi)液固充分接觸，傳質(zhì)速率增加，使有機(jī)物易于得到降解。混合液的上升流速一般認(rèn)為，以顆粒污泥為主體的UASB的混合液上升流速宜控制在0.51.5m/h，而IC反應(yīng)器的混合液上升流速為2.510m/h3(在一定程度上改善了基質(zhì)與微生物間的傳質(zhì)過程)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在2.654.35m/h的上升流速下室的沼氣產(chǎn)量明顯增加，造成氣提管中的液體通量明顯增大和中間回流管的流量加快，這說明

10、通過增加進(jìn)水量的方式可明顯提高反應(yīng)器中的循環(huán)比例(一方面可改善反應(yīng)器底部對(duì)進(jìn)水COD負(fù)荷的承受能力，提高反應(yīng)器的抗沖擊負(fù)荷能力；另一方面可提高流速而強(qiáng)化傳質(zhì)過程，避免了反應(yīng)中可能出現(xiàn)的局部基質(zhì)濃度過高現(xiàn)象，確保了反應(yīng)器能正常穩(wěn)定地運(yùn)行)。進(jìn)水COD濃度在進(jìn)水COD濃度分別為1300mg/L(A)、2000mg/L(B)、4500mg/L(C)、9897mg/L(D)的條件下，控制反應(yīng)器的上升流速為4.0 m/h，沿反應(yīng)器高度取樣并測(cè)定COD濃度，結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，在不同的進(jìn)水濃度條件下反應(yīng)器中的COD濃度在高度上呈梯度分布，室中COD濃度下降較快，而室中COD濃度變化相對(duì)緩慢。因此，

11、在設(shè)計(jì)IC反應(yīng)器時(shí)要充分考慮進(jìn)水濃度、上升流速和反應(yīng)器高度間的關(guān)系。進(jìn)水pH值研究了反應(yīng)器在較高容積負(fù)荷35.0kgCOD/(m3·d)、不同進(jìn)水pH值條件下的COD去除率。當(dāng)進(jìn)水pH8.0時(shí)COD去除率為65%75%，在pH=8.5時(shí)COD去除率達(dá)到最大值(89%)，隨著pH值的進(jìn)一步升高則COD去除率逐步下降，但至pH=8.9時(shí)下降幅度趨緩。筆者得到的進(jìn)水最佳pH值(8.5)顯然高于普通厭氧反應(yīng)器中的最佳pH值(7.57.8)，這是由于當(dāng)IC反應(yīng)器的容積負(fù)荷(以總體積計(jì)算)為35 kgCOD/(m3·d)時(shí)室的容積負(fù)荷(以室的體積計(jì)算)高達(dá)72.0kgCOD/(m3&#

12、183;d)，雖然進(jìn)水在布水系統(tǒng)處得到稀釋和緩沖，但仍會(huì)使產(chǎn)酸菌產(chǎn)生過多的有機(jī)酸，在此區(qū)域內(nèi)對(duì)產(chǎn)甲烷菌的活性會(huì)產(chǎn)生一定程度的抑制作用，導(dǎo)致反應(yīng)器底部pH值明顯下降(見圖3)。與進(jìn)水pH=7.5時(shí)相比，pH=8.5的進(jìn)水之pH值下降速度慢，最低下降到7.1，隨后趨于穩(wěn)定，因此IC反應(yīng)器的處理效果明顯優(yōu)于普通厭氧反應(yīng)器。3結(jié)論在進(jìn)水容積負(fù)荷為24.937.52 kgCOD/(m3·d)時(shí)，IC反應(yīng)器室對(duì)進(jìn)水COD的去除率為60%70%，而室的去除率為20%30%，對(duì)COD的總?cè)コ蔬_(dá)83.2%92.8%。該反應(yīng)器可承受較高的有機(jī)負(fù)荷，對(duì)于低濃度(COD為18652587mg/L)、中等濃度(COD為38854877mg/L)和高濃度(COD為802311092mg/L)的進(jìn)水都具有很好的處理效果。對(duì)于IC反應(yīng)器，較高的混合液上升流速(2.654.35m/h)有利于反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行；在容積負(fù)荷為35.0kgCOD/(m3·d)和進(jìn)水pH值為8.5時(shí)，反應(yīng)器具有最大的COD去除率；在設(shè)計(jì)IC反應(yīng)器時(shí)要充分考慮反應(yīng)器進(jìn)水濃度、上升流速和反應(yīng)器高度間的關(guān)系。參考文獻(xiàn)：1Lettinga G,Field J,Lier van J,et al.Advanced anaerobic wastewater treatment in the near futureJ.