厭氧移動式污泥床反應(yīng)器ambr工藝的研究

厭氧移動式污泥床反應(yīng)器ambr工藝的研究

目前，城市污水和廢水的處理通常采用好氧處理，但由于系統(tǒng)穩(wěn)定性差、起點慢、口感差等缺點，好氧處理方法很少。好氧處理也用于穩(wěn)定好氧處理產(chǎn)生的剩余污泥。高廢水廢水采用好氧處理，有機負荷的增加顯著增加。由于水中污染的增加，許多廢水中含有許多有害病原體的廢水的正常運行帶來了很大困難。如果采用厭氧處理系統(tǒng)進行替代，無需增加運營成本和占地面積，處理系統(tǒng)的有機負荷就會得到改善。高密度廢水的高鉻產(chǎn)量可以達到一定的效果。近年來，通過對厭氧工藝機械和運營性能的了解，開發(fā)出一種能夠克服厭氧處理弊端的新型高效厭氧裝置。1高效厭氧處理系統(tǒng)生物處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成高效厭氧處理系統(tǒng)指水力停留時間(HRT)與固體平均停留時間(SRT)相分離的系統(tǒng),該系統(tǒng)在高水力負荷時必須保持反應(yīng)器內(nèi)較高的生物濃度,并能保證污水和反應(yīng)器內(nèi)的污泥之間良好的接觸.根據(jù)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu),高效厭氧處理系統(tǒng)可分為單級厭氧處理系統(tǒng)和多級厭氧處理系統(tǒng).1.1單級厭氧處理系統(tǒng)1.1.1uasb反應(yīng)器據(jù)1997年統(tǒng)計,UASB反應(yīng)器是世界上應(yīng)用最廣泛的厭氧處理反應(yīng)器,幾乎占厭氧處理系統(tǒng)的61%.UASB反應(yīng)器的特點為:無需微生物附著生長的填料;難以沉降的生物體被水力沖出系統(tǒng)并選擇性地截留沉降性能好的顆粒污泥;顆粒污泥形成后,不會出現(xiàn)污泥流失現(xiàn)象;不需要人工攪拌混合.其突出的缺點是反應(yīng)器內(nèi)需設(shè)置良好的進水配水系統(tǒng)和三相分離器.1.1.2asbr反應(yīng)器升流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)主要應(yīng)用于SS較低的污水處理.相比之下,ASBR不僅可處理高溶解性廢水,而且還可處理高SS的廢水.其特點是:間歇的進水/排水過程使得反應(yīng)器處于底物濃度高低交替狀態(tài),進水后的高底物濃度使底物轉(zhuǎn)化率高,產(chǎn)生大量的生物氣,而在周期結(jié)束時的低底物濃度使產(chǎn)氣量減少,有利于固液分離;在運行操作過程中,可根據(jù)廢水水量、水質(zhì)的變化,通過調(diào)整1個運行周期中各個工序的運行時間及HRT、SRT來滿足出水水質(zhì)的要求,調(diào)控靈活、處理效果穩(wěn)定;ASBR反應(yīng)器集混合、反應(yīng)、沉淀等功能于一體,占地面積少,建設(shè)費用低;采用機械混合不會影響顆粒污泥的形成.其最大的缺點是不能連續(xù)進水運行.1.2格室化厭氧處理技術(shù)厭氧反應(yīng)器格室化是由Bachman等人于1982年提出的,并根據(jù)這一思想開發(fā)了厭氧折流板反應(yīng)器(ABR).厭氧處理系統(tǒng)反應(yīng)器格室化的主要目的是高負荷率時截留生物體,因為在單級反應(yīng)器中床體的過度膨脹或形成的顆粒污泥沉降性能差會導(dǎo)致大量生物體隨出水流失.同時,由于生物氣的產(chǎn)生和混合作用,多格室的厭氧處理系統(tǒng)可以視為一系列單個完全混合格室所組成,推流式反應(yīng)器的處理效果高于完全混合式,因此格室化厭氧處理系統(tǒng)提高了出水水質(zhì).Chudoba等人研究表明,多級反應(yīng)器中的混合基質(zhì)比完全混合式有更高的容積負荷,苯酚的比去除率提高.除了多格室的ABR反應(yīng)器外,其他格室化反應(yīng)器也得到開發(fā).內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器(IC)是2個UASB反應(yīng)器組成,在反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)成2級工藝,下部格室處于高有機負荷狀態(tài),上部格室處于低有機負荷狀態(tài),收集的下部格室的生物氣對上部格室內(nèi)的混合液產(chǎn)生氣提作用,從而形成生物體內(nèi)部循環(huán).與傳統(tǒng)的UASB反應(yīng)器相比,2級工藝產(chǎn)生更高的上升流速和生物氣產(chǎn)量,上部格室中生物體的截留和沉淀更為有效,這使得該工藝處理低濃度廢水(高水力負荷)和高濃度廢水(高有機負荷)成為可能.改變流向的厭氧升流系統(tǒng)(RAUS)由2個厭氧反應(yīng)器串聯(lián)組成,在規(guī)定的時間內(nèi)2個反應(yīng)器交替進水,當廢水進入一個反應(yīng)器時,另一個反應(yīng)器充當沉淀池.通過上向流進水和間歇改變流向,明顯改善了顆粒污泥的沉降性能,縮短了顆粒化過程.目前泰國建立了一個中試的RAUS反應(yīng)器用于處理釀酒廢水.1.3uasb和asbr工藝的優(yōu)點影響高效厭氧處理系統(tǒng)的因素有反應(yīng)器類型、水力特點、廢水類型和濃度,反應(yīng)器中微生物的濃度和種類以及形成顆粒污泥的可行性等.要成功地開發(fā)高效厭氧反應(yīng)器,應(yīng)滿足6個條件.1)顆粒污泥的選擇性顆粒污泥的形成不僅有助于生物體的截留,而且易于在反應(yīng)器內(nèi)形成內(nèi)部澄清池.UASB和ASBR工藝就是充分利用了內(nèi)部沉降作用保持反應(yīng)器內(nèi)高生物量.2)結(jié)構(gòu)簡潔為使反應(yīng)器更具有競爭性,新型反應(yīng)器應(yīng)該在結(jié)構(gòu)上更簡化.如ASBR系統(tǒng)的非上向流方式簡化了進水配水系統(tǒng)和固液分離系統(tǒng).3)生物體與底物間傳質(zhì)性能好在UASB反應(yīng)器中生物體與底物的有效接觸是通過水力上向流和生物氣的攪拌作用實現(xiàn)的.當反應(yīng)器內(nèi)不存在上向流時就需要進行間歇、輕微攪拌.4)防止短流反應(yīng)器中發(fā)生短流會大大縮短HRT,使出水變差,因此必須防止底物的短流循環(huán).5)底物濃度高低交替ASBR工藝充分體現(xiàn)了底物濃度高低交替在厭氧處理方面的優(yōu)越性.反應(yīng)器進水后底物濃度高,生物體對底物的利用充分,產(chǎn)甲烷量高.而靜止沉淀后底物濃度低,產(chǎn)生生物氣少,有助于顆粒與固體在反應(yīng)器內(nèi)分離.6)高反應(yīng)速率,無傳質(zhì)限制當生物顆粒增長過大時,底物向顆粒中心的傳遞受到限制,最后形成空心顆粒污泥,易隨出水流失.2新型厭氧反應(yīng)-液體厭氧反應(yīng)ambr2.1ambr反應(yīng)器AMBR反應(yīng)器在UASB和ASBR反應(yīng)器的基礎(chǔ)上,將ASBR工藝應(yīng)用到連續(xù)流系統(tǒng)中.構(gòu)造如圖1所示.AMBR反應(yīng)器為多格室結(jié)構(gòu)的矩形反應(yīng)器,反應(yīng)器至少設(shè)置3個格室,中間格室主要用于在改變流向前短時進水以防止水流短流.反應(yīng)器的兩側(cè)格室均設(shè)有進水口和出水口,按設(shè)定的時間開啟不同的進水口,整個反應(yīng)器的運行由程序化定時器控制.AMBR反應(yīng)器有2種不同的構(gòu)造型式.圖1(a)為改進前的反應(yīng)器示意圖,其中間格室底部為圓形開孔(圓孔尺寸可以調(diào)整),這些圓孔可以促進生物體與底物的充分接觸,保證生物體的遷移.在高有機負荷時,第1格室生物氣產(chǎn)量高,增強了反應(yīng)器內(nèi)的紊流程度,此時可以通過增大圓孔尺寸來降低微生物的遷移速率,這種結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器設(shè)計水力停留時間(HRT)通常較高.圖1(b)為新型的AMBR反應(yīng)器,與原型反應(yīng)器的不同在于相鄰格室中間設(shè)置一系列垂直安裝的導(dǎo)流板來替代圓孔(導(dǎo)流板間距可調(diào)),使處理水在反應(yīng)器內(nèi)沿導(dǎo)流板作上下流動.借助于反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣體和間歇的輕微攪拌可使微生物在導(dǎo)流板形成的格室內(nèi)作上下運動,而整個反應(yīng)器內(nèi)的水流則作水平運動.這種結(jié)構(gòu)上的改變,縮短了水力停留時間(HRT)并減少底物的短流循環(huán).但是,AMBR反應(yīng)器中必須有適宜的遷移速率以確保絮狀污泥隨出水流出系統(tǒng).反應(yīng)器中水流為非上向流方式,出水不進行循環(huán).為促進污泥與污水的充分接觸,3個格室中均設(shè)置污泥攪拌設(shè)施.AMBR反應(yīng)器的上部空間并未分隔,在格室的上部設(shè)有集氣系統(tǒng).系統(tǒng)出水口前設(shè)置擋板以防止污泥的流失.2.2攪拌和定期改變水流在AMBR反應(yīng)器的運行過程中,廢水以一定的流速水平進入反應(yīng)器一端,依次經(jīng)過第1格室、中間格室、最后格室,從反應(yīng)器另一端流出.AMBR整個反應(yīng)器內(nèi)的水流屬于推流形式,但每個格室內(nèi)由于機械混合、產(chǎn)氣的攪拌作用而表現(xiàn)為完全混合的水流形態(tài).正是這種特點,使得AMBR反應(yīng)器最后1格室的底物濃度最低,生物氣產(chǎn)量降低,可以充當內(nèi)部澄清池,起到泥水分離作用,又可以防止生物體隨出水流失.為確保反應(yīng)器內(nèi)微生物同有機底物的充分接觸,通常對3個格室每隔15min輕微攪拌10s,攪拌混合器要輕微啟動.同時,為了防止最后格室生物體的過量積累,采取定期改變流向的措施,這樣將最后1格室變成第1格室,起初的第1格室又作為內(nèi)部澄清池.在流向改變前,進水先快速注入反應(yīng)器的中間格室,作為緩沖區(qū),以免產(chǎn)生水流的短流.這種水流流向的定期改變促使絮狀污泥在反應(yīng)器內(nèi)不斷遷移,增強了格室中微生物群體與底物之間的混合接觸.2.3ambr檢測器的工作性能2.3.1室內(nèi)微生物氣多AMBR反應(yīng)器特殊的結(jié)構(gòu)和運行方式使格室中揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的濃度和pH值沿反應(yīng)器長度方向具有一定梯度變化,導(dǎo)致第1格室中微生物處于對數(shù)增長期,底物利用率高,產(chǎn)生的生物氣多;而最后格室中微生物處于內(nèi)源呼吸期,底物利用率低,產(chǎn)生的生物氣少,提高了顆粒污泥的沉降性能,因此最后格室可以作為內(nèi)部澄清池.從嚴格的動力學(xué)角度來看,這種整體上的推流流態(tài),局部上的完全混合流態(tài),對有機物的降解速率和處理效果要明顯高于單個CSTR反應(yīng)器,而且在一定的處理能力下所需的反應(yīng)器容積也比單個CSTR小得多.2.3.2顆粒污泥優(yōu)化AMBR工藝通過定期改變流向,有效地防止了絮狀污泥在最后格室的積累,增強了反應(yīng)器內(nèi)污泥與廢水之間的混合接觸,可在較短的時間內(nèi)形成沉淀性能良好的顆粒污泥.因為沉淀性能差的絮狀生物體相對于沉淀性能好的顆粒狀生物體有較高的遷移速率,易于從最后一個格室中沖刷出去,從而實現(xiàn)顆粒污泥的優(yōu)化選擇.保持AMBR反應(yīng)器中顆粒污泥量的關(guān)鍵在于整個反應(yīng)器中的生物體不斷遷移.2.3.3新型高效厭氧處理工藝的主要特點以往研究認為,2相厭氧處理系統(tǒng)中第1階段的產(chǎn)酸條件對第2階段的產(chǎn)甲烷過程有負面影響,所以水解/酸化和產(chǎn)甲烷過程最好完全分離.AMBR工藝的格室化結(jié)構(gòu)使后續(xù)格室中乙酸和氫的含量較低,從而為中間產(chǎn)物的降解提供了有利的條件.由于AMBR定期改變水平流向,在改變水平流向前,反應(yīng)器內(nèi)不同格室的厭氧微生物種類呈現(xiàn)出良好的種群分布,不同的格室中存在適應(yīng)流入該格室廢水水質(zhì)的優(yōu)勢微生物種群,一般在第一格室中產(chǎn)酸菌的活性更高,最后格室中產(chǎn)甲烷菌占優(yōu)勢,提高了反應(yīng)速率和處理效果.這歸因于最后格室對絮狀污泥的淘汰,而對沉淀性能好的顆粒污泥的選擇截留.Angenent試驗表明,在沒有達到厭氧2相完全分離的情況下,AMBR系統(tǒng)沒有出現(xiàn)處理效果下降的現(xiàn)象,此時第1格室中盡管存在產(chǎn)酸菌,但pH值在6.7以上,甲烷菌仍保持原有的活性.通過以上分析,可以得到新型高效厭氧處理工藝(AMBR)的主要特點:1)運行方式靈活、結(jié)構(gòu)簡單,不需氣固分離系統(tǒng)和進水配水系統(tǒng).2)系統(tǒng)采用格室化的結(jié)構(gòu),廢水以推流式運行,反應(yīng)過程中產(chǎn)生的難降解中間產(chǎn)物降解充分,出水中VFA含量低,出水水質(zhì)好.3)系統(tǒng)中廢水水平流動,最后格室可起到內(nèi)部澄清池的作用,宜于泥水分離.4)水流方向的改變,可以防止污泥在最后格室的積累,促進污泥的遷移,有助于顆粒污泥的形成,并可以起到對顆粒污泥的優(yōu)化選擇作用.同時可創(chuàng)造產(chǎn)生甲烷的有利條件,反應(yīng)過程不需投加緩沖液或出水循環(huán).5)系統(tǒng)耐沖擊負荷能力強,對有機物的去除效果好,甲烷產(chǎn)率高.2.4生物過程生物處理特性目前AMBR仍處于小試研究階段.試驗對UASB、ASBR、AMBR工藝進行平行試驗研究,原水為葡萄糖配制的合成廢水,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在有機物去除方面,AMBR反應(yīng)器在有機負荷高達30g/(L·d)時對COD的去除率仍為94.9%,相比之下,ASBR和UASB在相同去除率時對應(yīng)的負荷較低(分別為18.6g/(L·d)和19.5g/(L·d)),對應(yīng)的甲烷產(chǎn)率也低.而在3種反應(yīng)器中,UASB的出水VFA濃度最低,表明UASB