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污水处理设备之厌氧反应器种类汇总及分析
随着科学的发展,科研的不断深入,许多新技术,新材料,新理念被广泛运用于环境保护行业,使我国环境保护技术得到的长足的发展。废水的厌氧处理技术便是之一,其以运行成本低、节约能源、污泥易于处理等优点在废水处理中正发挥着越来越大的作用。
厌氧反应器也叫厌氧处理工艺,是一种的生物膜处理方法,利用砂等大表面积的物质为载体,厌氧微生物以膜形式结在砂或其它载体的表面,在污水中成流动状态,微生物与污水中的有机物进行接触吸附分解有机物,从而达到处理的目的。
目前厌氧反应器的发展已经历了三代,本期小沼将对这三代具代表性的厌氧反应器及其优劣势进行梳理,望对君从事有机废水、废弃物处理及大中型沼气工程的建设有所帮助!
代厌氧反应器
代反应器以厌氧消化池为代表,废水与厌氧污泥完全混合,属低负荷系统。包括:常规厌氧反应器(CADT)、全混式反应器(CSTR)、厌氧接触消化器(ACP)等。
1、常规厌氧反应器(CADT)
常规厌氧反应器也叫常规沼气池,是一种结构简单、应用广泛的工艺类型。
常规厌氧反应器CADT结构图
该消化器无搅拌装置,原料在其中呈自然沉淀状态,一般分为4层,自上而下依次为浮渣层、上清液层、活性层和沉渣层,其中易于消化、活动旺盛的场所只限活性层,因而效率较低。我国农村较为常见。
2、全混式反应器(CSTR)
全混式消化器是在常规消化器中安装了搅拌装置,使得原料处于完全混合状态,因而,使得活性区域遍布于整个消化区,效率相比于常规消化器明显提高,故又称消化器。该消化器常采用恒温连续投料或半连续投料运行,适用于高浓度及含有大量悬浮固体原料的处理。
搅拌器工作原理
工艺优点
1.原料适应性广。适用于畜禽粪便等各种有机垃圾,城市污水厂污泥稳定化处理及高浓度、高悬浮物、难降解有机废水的处理。
2.消化池具有完全混合的流态,原料与底物接触充分,发酵速率高,容积产气率较高。
3.消化器内温度分布均匀。
4.厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现,结构简单、能耗低、运行管理方便。
5.由于有强制机械搅拌,在高浓度状态可有效控制原料的沉淀、分层以及表层浮渣结壳、气体溢出不畅和短流等问题。
工艺缺点
1.工艺池体体积较大,负荷较低。
2.无法分离水力停留时间和固体停留时间,污泥停留时间等于水力停留时间,反应器内不能累计足够浓度的污泥,不能滞留微生物。
3、厌氧接触消化器(ACP)
厌氧接触工艺反应器是完全混合式的,是在CSTR基础上进行了改进的一种较率的厌氧反应器。反应器排出的混合液先在沉淀池中进行固液分离,污水由沉淀池上部排出,沉淀池下部的污泥被回流至厌氧消化池内。
厌氧接触消化器ACP结构图
工艺优点
1.保证污泥不流失,提高厌氧消化池内污泥浓度。
2.反应器的有机负荷率和处理效率较高。
3.易启动。
4.与普通厌氧消化池相比,水力停留时间大大缩短。
5.适用于SS浓度较高的废水处理,如生活污水和工业废水。
6.耐冲击负荷。
工艺缺点
1.去除率相对较低,增加好氧负担。
2.需污泥回流,固液分离相对困难。
3.出水水质也相对较差,对后序处理工艺产生影响。
影响颗粒污泥形成因素
3-1 碱度
一般认为,进水水质中碱度通常应在1000mg/L(以CaCO3计)左右,而对于以碳水化合物为主的废水,进水碱度:COD>1:3是必要的。有学者研究表明,在颗粒污泥培养初期,控制出水碱度在1000mg/L(以CaCO3计)以上能成功培养出颗粒污泥。在颗粒污泥成熟后,对进水的碱度要求并不高。这对降低处理成本具有积意义。
3-2 微量元素及惰性颗粒
微量元素对微生物良好的生长也有重要作用。其中Fe,Co,Ni,Zn等对提高污泥活性,促进颗粒污泥形成是有益的。
此外,惰性颗粒作为菌体附着的核,对颗粒化起着积的作用。另外,有研究表明,投加活性炭可大大缩短污泥颗粒化的时间;在投加活性炭后颗粒污泥的粒径大,并使反应器运行更加稳定。
3-3 SO42-
关于SO42-对颗粒污泥的形成目前尚在讨论中。据Sam-Soon的胞外多聚物假说,局部氢的高分压是诱导微生物产生胞外多聚物从而与表面之间的相互作用,通过带电基团的静电吸引及物理接触等架桥作用,构成一种包含多种组分的生物絮体,从而形成颗粒污泥的必要条件。
而有硫酸盐存在时,由于硫酸盐还原菌对氢的快速利用,使反应器无法建立高的氢分压,从而不利于形成颗粒污泥。但有些国内外外学者发现处理含高硫酸盐废水时,会有非常薄的丝状体产生,它可作为产甲烷丝菌附着的原始核,从此开始颗粒的形成;硫酸盐还原产生的硫化物与一些金属离子结合形成不溶性颗粒,可能成为颗粒污泥生长的二次核。
3-4 接种污泥及接种量
一般来说,对接种污泥无要求,但接种污泥的不同对形成颗粒污泥的快慢有直接影响。因此,保证污泥的沉降性能好、厌氧微生物种类丰富、活性高,对加快颗粒污泥的形成是十分有利的。
对接种污泥的量,有学者研究认为,厌氧污泥接种量为11.5kgVSS/m3(按反应区容积计算)左右时,对于迅速培养出厌氧颗粒污泥是合适的。
3-5 启动方式
采用低浓度进水,结合逐步提高水力负荷的启动方式有利于污泥颗粒化。这是因为低浓度进水可以有效避免抑制性生化物质的过度积累,同时较高的水力负荷可加强水力筛分作用。
3-6 水力负荷
这是重要的一条,需要循序渐进。水力负荷太低,会导致大量分散污泥过度生长,从而影响污泥的沉降性能,甚至会导致污泥膨胀。但水力负荷过大,会对颗粒污泥造成剪切并会剥落未聚集细胞体的胞外多糖粘滞层而阻碍粘附聚集。
因此,在启动初期,应采用较小的水力负荷(0.05-0.1m3/m2?h)使絮体污泥能够相互粘结,向集团化生长,有利于形成颗粒污泥的初生体。当出现一定量的污泥后,提高水力负荷至0.25m3/m2?h以上,可以冲走部分絮体污泥,使密度较大的颗粒污泥沉降到反应器底部,形成颗粒污泥层。
为了尽快实现污泥颗粒化,把水力负荷提高到0.6m3/m2?h时,可以冲走大部分的絮体污泥。但是,提高水力负荷不能过快,否则大量絮体污泥的过早淘汰会导致污泥负荷过高,影响反应器的稳定运行。
实例交流
问题1:水处理工艺如下:格栅-调节池-初沉池-预酸化池-污泥选择器-IC反应器-好氧接触反应池-接触沉淀池-二级反应池-二沉池-中间池等,废水为制酒污水
本人发现在IC反应器监测到的氨氮不减反而有点点增加了,原因是什么呢?
在IC反应器中,控制反硝化的发生是为了避免形成反硝化菌对产甲烷菌的抑制作用,这个可以详细解释一下吗? 还有实际工程应用中,是如何控制IC反应器里的反硝化发生的?
回答:经过厌氧以后氨氮反而升高,是因为污水中的有机氮经过厌氧水解后被有机物分解为氨氮和其他物质,很多含蛋白质氨基酸成分比较高的污水经过厌氧水解后都会出现氨氮上升的现象。2、反硝化作用是将硝酸盐和亚硝酸盐转变成氮气和水,这个反应会是污水中pH升高,当超过8以后会对甲烷菌产生抑制作用,从而影响产沼气的量。
有机氮转化为氨氮,所以IC出水氨氮比进水高。
不用考虑,只要好氧池的水不要进IC,不会担心第2条的发生。
问题2:原水为制药废水,COD:2.5W左右,氨氮300-600mg/L,pH:3-4,接种污泥为啤酒厂的剩余污泥(絮状),采用IC反应器。请问:刚开始投泥污泥浓度、温度控制在多少合适?还有营养比例控制在多少合适?
回答:IC控制温度:35℃,浮动不超过2℃。主要的启动初期是控制进水负荷:pH6以上,出水VFA3mmol以下,防止酸败;絮状泥启动初期5g/L。制药废水还要检测一下,含盐量,保证含盐量稳定。
问题3:IC反应器接种污泥可以用絮状污泥么?如果能用絮状污泥,其启动时间大概多长?IC反应器的进水COD浓度可以达到多少?
回答:IC可以用絮状泥,周期比较长,效果差。 颗粒污泥的话,启动量也需要挺大,还有水质的问题。 进水COD几万的都有吧。
问题4:近IC罐间歇性加泥,IC罐停止进水了,罐内温度有所下降,现在想先把罐内温度恢复到正常状态,不知道提升温度的速度是多少?
回答:1-2℃,比较容易掌控,还对污泥有利,升温时不要在罐体直接加温,二是在调节池进行加温。
问题5:这段时间在做IC反应器焦化废水的中试。运行一个月的时候还有颗粒污泥产生,可是两个月后却发现没有了。每天我都会停止进水两个小时,然后在这期间打开循环泵进行内循环。
回答:颗粒污泥没有,有这些情况:前期进水流量过大,污泥随出水流失(即跑泥了),出水中有很多的颗粒污泥;一种是你的预处理没有做好,生物抑制性的物质太多,可以污泥解体,成絮状流失,布水不均,污泥跑偏。
问题6:IC反应罐高20m,直径4.5m。为生物酶废水,pH5.5,加液碱调为6.5(试纸测定)。进水COD不稳定,前天测为1800mg/L,方案上是一万的废水。是做的废水。才刚开始进水,对VFA,SS,氨氮,pH控制在多少合适?
回答:氨氮和SS是来水水质决定,想控制有难度。酶制剂的SS主要是无机物,在前面沉降,如果没有沉淀池,也只好随水往后走,终从二沉池脱离。氨氮,完全没有办法控制,且不同产品氨氮水平差别很大,如果足够幸运,上千也有可能,当然此时不要指望自己调试成功了。初期如果是颗粒污泥启动,2kg可以,絮状污泥启动,不要高于0.5kg。开始的时候维持VFA在300mg/L以内,低于150适度提量。表面负荷2m左右即可。
问题7:IC的上升流速和容积负荷如何确定?或一般取值是多少?
回答:
1)IC上升流速,一般取值在4-6m;上升流速计算公式V=Q/A;Q:反应器设计流量,A:反应器表面积(截面积),还要看第三条;
2)容积负荷,一般取值10kg-26kg,荷兰帕克取值可以到30kg,还要看什么废水。还要看第三条;
3)关键是内部的设备,布水器和三相分离器,尺寸,形状,位置,内循环系统的结构,如果做不好,啥也别想多了,效果不会好,IC不会像有的人说的那样,比较经典的一句话是:没有颗粒污泥,絮状污泥照样玩。
问题8:IC的外循环泵,流量怎么来确定呢?外循环如何实现?
回答:不用外循环水泵,外循环也可实现,公司不同,设计细节不同,效果一样。出水循环,原水的提升泵加水量,或者加台数,都会实现循环量的加大和流速;用外循环泵加大,原有提升水量不变;不用水泵外循环,转而用其他结构代替。
问题9:某厂是玉米加工,生产酒精,现IC出水里泥比较多,而且碎泥、不规则形状的多,但是出水比较清!刚加厌氧泥一周左右(原来有一些泥),应该怎么解决这个问题,低负荷进水可以吗?还用污泥驯化吗?对进水温度有什么特别的要求吗?
回答:刚加泥,有不适应的污泥洗出来很正常,但是也不能任由其流失。 适当降低回流量以减少速度,建议一次降低0.5m/h试试。加完泥后进水,应该以低负荷启动,逐渐负荷至设计能力;一次提满负荷=找死。另外进水SS也需要控制。进水温度需要严格控制,一般33-39℃可以,以37℃左右。
问题10:IC反应器设计时往往依据特定水量、特定进厌氧污水浓度,但实际运行过程中,往往与设计存在一定偏差,比如高浓度废水的阶段性冲击,低流量低浓度(比如设计COD10000,实际进水COD只有3500)的低负荷运行,对气提量有较大影响,如何解决此类问题。
回答:
1)设计一定要考虑后期的水质和水量冲击,在设计初期,把这种废水的浓度搞清楚,而不是设计的水质低,运行的时候水质高,再好的IC,也经不住这种设计和运行。
2)水质变化,一般从调节池,和出水回流上考虑,设计的时候纰漏了,实际运行要增加出水循环,再冲击,出水循环至调节池进行进水稀释,还是有作用的。调节池尽量保持高液位,使进水充分混合。水质波动不至于幅度过大。
问题11:一般的话,IC塔的底部、中部、上部污泥浓度是多少呢?
回答:IC的颗粒污泥主要集中在底部,中部比较少,上部几乎没有。如果上部有,那是沼气和颗粒污泥夹带上升的,还会回来。中空的如果较多,会随着出水外流。具体浓度,需要取样测定。
问题12:IC加外回流有什么作用?
回答:外回流的作用,仅仅是调试初期使用的。想获取更多的资料请访问易净水网
1)稀释作用,用出水来稀释进水。
2)IC颗粒污泥的工作环境,高剪切力,用来保证上升流速。
3)一旦沼气量稳定了,内循环正常,外循环不再需要。
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