上流式厌氧污泥膨胀床.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,上流式厌氧污泥膨胀床,Upflow Anaerobic Sludge Blanket,UASB,厌氧生物处理,优点：,工艺稳定 减少剩余污泥处置费用,减少补充氮、磷营养的费用,设施占地面积小,贮存能量并具有经济和生态上的优点,运行简单 无尾气污染,处理含表面活性剂废水无泡沫问题,可降解好氧过程中不可生物降解的物质,减少氯化有机物的毒性,可处理季节性排放的废水,厌氧处理,缺点,为增加反应器内生物量，启动时间长,低浓度或碳水化合物废水碱度不足,某些情况下出水水质不能满足排放地表水的要求,水质浓度低时产生的甲烷热量不足以使水温加热到35的厌氧生物处理最佳温度,含有SO,2-,4,的废水会产生硫化物和气味,厌氧生物处理,缺点：,无硝化作用,氯化的脂肪族化合物对甲烷菌的毒性比对好氧异养菌大,低温下动力学速率低,生物活性最大时要求NH,+,4,浓度高，约40-70mgN/l,UASB反应器的基本构造和工作原理,污泥床,污泥悬浮层,沉淀区,三相分离器,主要形式,防止生物体流失的措施,设置外部的污泥捕集器，并使污泥回流至UASB中。,反应器内应排除高剪力环境，使生物絮体能更好形成并提高沉降性能。,低负荷（1-5kg/m,3,d）反应器内X浓度为2-10g/l，高负荷（5-25kg/m,3,d）反应器X需10-50g/l。,反应器接种量提高10倍，产率为3%时，启动时间减少80d。,钙盐沉淀问题,钙盐会沉积在反应器底部和表面，引起反应器实际容积的减少。因此应预沉钙离子，或采取定期清除反应器中钙沉淀的措施。,例：钙沉淀,在如下条件下需多长时间钙沉淀（CaCO,3,）占满整个反应器的容积：,Q=0.075m,3,/s，Ca,2+,去除量=230mg/l,反应器容积=1980m,3,，每年有多少CaCO,3,沉淀？假定沉淀物密度为2。,解：0.075m,3,/s86400s/d0.23kg/m,3,=1490kgCa,2+,/d=3275kgCaCO,3,/d,=1.9m,3,CaCO,3,/d,1980/1.9=1040d,不到3年，沉淀就会占满整个反应器容积。,分级处理来补偿温度降低的影响,废水流量0.057m,3,/s，可生物降解COD=2300mg/l，反应器中MLVSS=20g/l,温度25。试计算当出水COD100mg/l时单级连续搅拌反应器的容积。（k,max,=4.6gCOD/gVSS,d，K,s,=930mg/l,）,解：速率=k,max,SX/（K,s,+S）,=4.610020/（930+100）,=8.9kg/（m,3,d）,COD去除量=0.057（2.3-0.1）86400,=10800kg/d,单级处理容积=10800/8.9=1220m,3,UASB的设计,一、预处理设施,一般预处理系统包括粗格栅、细格栅或水力筛、沉砂池、调节(酸化)池、营养盐和pH调控系统。,在调节池中设有沉淀池时，容积需扣除沉淀区的体积；,根据颗粒化和pH调节的要求，当废水碱度和营养盐不够需要补充碱度和营养盐(N、P)等；可采用计量泵自动投加酸、碱和药剂，通过调节池水力或机械搅拌达中和作用。,考虑预酸化或相分离的情况：,1)当采用预酸化可去除或改变对甲烷菌有毒或抑制性化合物的结构时；2)当废水存在有较高的Ca,2+,时，部分酸化可避免颗粒污泥表面产生CaCO,3,结垢；3)当处理含高含悬浮物和/或采用高负荷，对非溶解性组分去除有限时；4)在调节池中取得部分酸化效果可以通过调节池的合理设计取得。例如，上向流进水方式，在反应器底部形成污泥层(1.0m)。底部布水孔口设计为510m,2,/孔即可。,国内外生产性UASB装置的设计负荷统计表,序号,废水类型,负荷,kgCOD/m,3,d,(,国外资料),负荷,kgCOD/m,3,d,(,国内资料),平均,最高,最低,厂家数,平均,最高,最低,厂家数,1,酒精生产,11.6,15.7,7.1,7,6.5,20.0,2.0,15,2,啤酒厂,9.8,18.8,5.6,80,5.3,8.0,5.0,10,3,清凉饮料,6.8,12.0,1.8,8,5.0,5.0,5.0,12,4,小麦淀粉,8.6,10.7,6.6,6,5,淀粉,9.2,11.4,6.4,6,5.4,8.0,2.7,2,6,酵母业,9.8,12.4,6.0,16,6.0,6.0,6.0,1,7,柠檬酸生产,8.4,14.3,1.0,3,14.8,20.0,6.5,3,b)经验公式方法,Lettinga等人采用经验公式描述不同厌氧处理系统处理生活污水HRT与去除率(E)之间的关系。,式中：C,1,C,2,反应常数。,c)动力学方法,厌氧动力学参数,(Henxen和Harremoes，1982),培养,m,m,(d,-1,),Y(mgVSS/,mgCOD),K,m,mgCOD/,(mgVSSd),Ks,(mgCOD/L),产酸菌,2.0,0.15,13,200,甲烷菌,0.4,0.03,13,50,混合培养,0.4,0.18,2,-,1)反应器的体积和高度,从设计、运行方面考虑：高流速增加系统扰动和污泥与进水之间的接触。但流速过高会引起污泥流失，因此上升流速不能超过一定的限值，从而使反应器的高度受到限制；反应器越高溶解的CO,2,浓度越高，pH值越低。如pH值低于最优值，会危害系统的效率。从经济上考虑:土方工程随池深增加而增加，但占地面积则相反；一般将反应器建造在半地下减少建筑和保温费用。,最经济的反应器高度(深度)一般是在4到6m之间，并且在大多数情况下这也是系统最优的运行范围。,2)反应器的升流速度,UASB和EGSB允许上升流速(平均日流量),UASB,反应器,V,r,=0.253.0m/h,=0.751.0m/h,颗粒污泥,絮状污泥,Vs8m/h,1.5m/h,颗粒污泥,絮状污泥,Vo12m/h,3.0m/h,颗粒污泥,絮状污泥,Vg1m/h,建议最小值,3)反应器的截面积和反应器的长、宽(或直径),A=V/H。,同样的面积下正方形池的周长比矩形池要小，矩形UASB需要更多的建筑材料。,矩形池在长/宽比较大时，布水较均匀。矩形池在长/宽比为2:1以下较为经济。长/宽比为4:1时费用增加十分显著。,圆形反应器在同样的面积下，其周长比正方形的少12%。但这一优点仅仅在采用单个池子时才成立。（why？）,4)单元反应器最大体积和分格化的反应器,在UASB反应器的设计中，采用分格化对运行操作是有益的。,分格化的单元尺寸不会过大，可避免体积过大带来的布水均匀性等问题；,可首先启动一个反应器，再用这个反应器的污泥去接种其他反应器；,检修时，可放空一个反应器进行检修，而不影响系统的运行。,三、配水系统设计,1、配水孔口负荷处理主要为溶解性废水时进水管口负荷,污泥类型,每个进水口负荷(m,2,),负荷(kgCOD/m,3,d),颗粒污泥,0.51,12,2,2.0,24,4,絮状污泥,40kgDS/m,3,0.51,12,23,2,中等浓度絮状污泥12040kg/m,3,12,25,2,在生产装置中采用的进水方式可分为：,间歇式(脉冲式)、连续流、连续与间歇相结合等方式；,从布水管的形式有,一管多孔、一管一孔和分枝状,等多种形式。,2)脉冲进水方式,我国UASB反应器与国外的最为显著的特点是很多采用脉冲进水方式。,有些研究者认为脉冲方式进水，使底层污泥交替进行收缩和膨胀，有助于底层污泥的混合。,3)一管多孔配水方式,采用在反应器池底配水横管上开孔的方式布水，为了配水均匀，要求出水流速不小于2.0m/s。可用于脉冲进水系统。,一管多孔式配水方式的问题是容易发生堵塞，因此，应该尽可能避免在一个管上有过多的孔口。,4)分枝式配水方式,这种配水系统的特点采用较长的配水支管增加沿程阻力，以达到布水均匀的目的。,根据实践，最大的分枝布水系统的负荷面积为54m,2,。,大阻力系统配水均匀度好，但水头损失大。小阻力系统水头损失小，如果不影响处理效率，可减少系统的复杂程度。,3、配水管道设计,对重力布水方式，污水通过三角堰进入反应器时可能吸入空气，会引起对甲烷菌的抑制；,进入大量空气与产生的沼气会形成有爆炸可能的混合气体；,气泡太多可能还会影响沉淀功能。因为，大于2.0mm直径的气泡在水中以大约0.20.3m/s速度上升。在管道的垂直部分采用较大的管径，使液体的流速低于这一数值，同时还可避免气阻。,在反应器底部用较小直径，形成高的流速产生较强的扰动，使进水与污泥之间混合加强。,四、气、固、液三相分离装置,三相分离器具有两个功能：,1)能收集从分离器下的反应室产生的沼气；,2)使得在分离器之上的悬浮物沉淀下来。,三相分离器设计要点汇总,：,1)集气室的隙缝部分的面积应该占反应器全部面积的1520；,2)在反应器高度为57m时，集气室的高度在1.52m；,3)在集气室内应保持气液界面以释放和收集气体，防止浮渣或泡沫层的形成；,4)在集气室的上部应该设置消泡喷嘴，当处理污水有严重泡沫问题时消泡；,5)反射板与隙缝之间的遮盖应该在100200mm以避免上升的气体进入沉淀室；,6)出气管的直管应该充足以保证从集气室引出沼气，特别是有泡沫的情况。,对于低浓度污水处理，当水力负荷是限制性设计参数时，在三相分离器缝隙处保持大的过流面积，使得最大的上升流速在这一过水断面上尽可能的低是十分重要的。,沉淀室设计,V,s,=（Q,S,H,1,）/q,S,H,1,=h,1,+（R-r）tg,V,S,=H,1,（R,2,-r,2,）/2,q,S,-沉淀室表面负荷率，0.7m/h。,R、r上底半径、下底半径,H,1,沉淀室高，h,1,+h,2,水封高度计算,H=H,1,-H,2,=（h,1,+h,2,）-H,2,H,1,集气室液面至出水面高度；,H,2,水封后的阻力,h,1,集气室顶部到出水面高度；,h,2,集气室高度，应保证出气管不被淹没，并防止浮渣堵塞。,UASB运行控制要点,1.出水回流的缺点,降低了进水中的COD有效浓度；,污泥负荷为最大或接近最大时，污泥床漏出的COD和短链脂肪酸使水力负荷增加，超过最大值。,2.基质对颗粒污泥形成的影响,开普顿研究小组发现，超负荷/废水中的碳源改变都会引起颗粒污泥性质的改变；,剩余活性污泥的热处理液不能形成颗粒污泥。,Lettinga研究得出含有不溶解物，或复杂物质的废水不能培养出颗粒污泥。,3.UASB中传质的限制,颗粒污泥直径小于2mm时，VFA的传质不受限制。若有限制，可增加紊流程度（如提高回流比）。,上流速度为5.5m/h时，基质向较大颗粒污泥传递时，在生物膜扩散中有阻力。,4.K,+,、N、P和Mg,2+,的影响,K,+,、N、P和Mg,2+,保持临界浓度，是污泥颗粒化的前提。,Mg,2+,对颗粒污泥的结构和大小的影响很大，以12mg/l为宜。,在高温UASB中，Mg,2+,浓度为240-720mg/l时，能促使污泥颗粒化，提高乙酸利用速率。,5.中温启动的建议,系统启动时的最宜进水COD为1000mg/l。,允许较高的液体上升流速，以缩短HRT的方式增加负荷。,颗粒污泥形成后，进水COD可增加大2000mg/l以上。,启动阶段的最佳液体上升流速为0.72-0.96m/d。,NH,4,+,-N不能大于1000mg/l。,厌氧反应器还有哪些类型？选择你所感兴趣的一种反应器，对其原理、运行、设计等方面进行阐述。,思考题,