厭氧反應(yīng)器
2017-06-01 | 來(lái)自: 濰坊宇航環(huán)保設(shè)備有限公司 | 瀏覽次數(shù):0
厭氧反應(yīng)器組成及分類:
厭氧過(guò)程實(shí)質(zhì)是一系列復(fù)雜的生化反應(yīng),其中的底物、各類中間產(chǎn)物、最終產(chǎn)物以及各種群的微生物之間相互作用,形成一個(gè)復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng),類似于宏觀生態(tài)中的食物鏈關(guān)系,各類微生物間通過(guò)營(yíng)養(yǎng)底物和代謝產(chǎn)物形成共生關(guān)系或共營(yíng)養(yǎng)關(guān)系。因此,反應(yīng)器作為提供微生物生長(zhǎng)繁殖的微型生態(tài)系統(tǒng),各類微生物的平穩(wěn)生長(zhǎng)、物質(zhì)和能量流動(dòng)的高效順暢是保持該系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的必要條件。
厭氧反應(yīng)器由密閉反應(yīng)器、攪拌系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)以及固液氣三相分離系統(tǒng)組成。
厭氧反應(yīng)器常見(jiàn)類型:常規(guī)消化反應(yīng)器(沼氣池)、連續(xù)攪拌式反應(yīng)器、推流式反應(yīng)器、序批式反應(yīng)器以及上流式污泥床反應(yīng)器。
常見(jiàn)幾種類型的消化罐
1).歐美型:
d/H>1,頂部具有浮罩,頂部和底部都有小的坡度,由四周向中心凹陷,形成一個(gè)小錐體。
圖7.3.1.歐美型消化罐側(cè)面圖
2).古典型:
中間是一個(gè)d/H=1的圓桶,上下兩頭均為圓錐體。底部錐體的傾斜度為1.0~1.7,頂部為0.6~1.0。有助于消化污泥處于均勻、完全循環(huán)的狀態(tài)。
圖7.3.2.古典型消化罐側(cè)面圖
3).蛋型:
消化罐兩端的錐體與中部罐體結(jié)合時(shí)是光滑的,逐步過(guò)渡的。底部錐體比較陡峭,反應(yīng)污泥與罐壁的接觸面積比較小。有利于消化污泥完全徹底的循環(huán),不會(huì)形成循環(huán)死角。
圖7.3.3.古典型消化罐側(cè)面圖
4).平底型:
介于歐美型和古典型之間。施工費(fèi)用比古典型低,直徑與高度的比值比歐美型合理,在污泥循環(huán)設(shè)備方面,選擇余地小。
圖7.3.4.古典型消化罐側(cè)面圖
循環(huán)系統(tǒng)攪拌設(shè)備
1).機(jī)械攪拌
①螺旋槳攪拌:在一個(gè)豎向?qū)Я鞴苤邪惭b螺旋槳。
圖7.3.5.螺旋槳式攪拌裝置
②水射器攪拌:
水射器攪拌也稱噴射泵。一般設(shè)置在池中心,用水泵將消化池底部的污泥抽出后壓入水射器的噴嘴,當(dāng)污泥射入水射器的喉嚨時(shí),形成很大的負(fù)壓,將消化池液面的消化液吸入,通過(guò)擴(kuò)散管從池子下部排出形成一個(gè)循環(huán)攪拌。
圖7.3.6.水射攪拌裝置
2).沼氣攪拌
①氣提式攪拌:將沼氣壓入設(shè)在消化池的導(dǎo)管流管中部或底部,使沼氣與消化液混合,含氣泡的污泥即沿導(dǎo)流管上升,起提升作用,使池內(nèi)消化液不斷循環(huán)攪拌。
圖7.3.7.氣提式攪拌
②豎管式攪拌:在池內(nèi)均勻布置若干根豎管,經(jīng)過(guò)加壓的沼氣通過(guò)配器總管分配到各根豎管,從下端吹出,起攪拌作用。
圖7.3.8.豎管式攪拌裝置
3).泵循環(huán)物料攪拌
用泵將消化污泥從池底抽出,加壓后送至浮渣表層表面或消化池不同部位進(jìn)行循環(huán)攪拌。一般只適用于小型消化池。
圖7.3.9.傳統(tǒng)發(fā)酵裝置與現(xiàn)代發(fā)酵裝置比較
(a)傳統(tǒng)消化池 (b)現(xiàn)代消化池
厭氧反應(yīng)器的發(fā)展已經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)代:第一代反應(yīng)器:以厭氧消化池為代表,廢水與厭氧污泥完全混合,屬低負(fù)荷系統(tǒng)。第二代反應(yīng)器:可以將固體停留時(shí)間和水力停留時(shí)間分離,能保持大量的活性污泥和足夠長(zhǎng)的污泥齡,并注重培養(yǎng)顆粒污泥,屬高負(fù)荷系。第三代反應(yīng)器:在將固體停留時(shí)間和水力停留時(shí)間相分離的前提下,使固、液兩相充分接觸,從而既能保持大量污泥又能使廢水和活性污泥之間充分混合、接觸,以達(dá)到真正高效的目的。
1.第一代厭氧反應(yīng)器
從1881年法國(guó)“Cosmos”雜志報(bào)道應(yīng)用厭氧生物技術(shù)處理市政污水中的大量易腐敗有機(jī)物起,厭氧生物處理技術(shù)已經(jīng)有了百余年的歷史。1896年英國(guó)出現(xiàn)了第一座用于處理生活污水的厭氧消化池,所產(chǎn)生的沼氣用于照明。隨后的幾十年中,厭氧處理技術(shù)迅速發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用。至1914年美國(guó)有14座城市建立了厭氧消化池。20世紀(jì)40年代澳大利亞出現(xiàn)了連續(xù)攪拌的厭氧消化池。這些最初的厭氧反應(yīng)器采用污泥與廢水完全混合的模式,污泥停留時(shí)間(SRT)與水力停留時(shí)間(HRT)相同,厭氧微生物濃度低,處理效果差。Schroepfer在20世紀(jì)50年代開(kāi)發(fā)了厭氧接觸反應(yīng)器,在連續(xù)攪拌反應(yīng)器基礎(chǔ)上于出水沉淀池中增設(shè)污泥回流裝置,使厭氧污泥在反應(yīng)器中的停留時(shí)間第一次大于水力停留時(shí)間,提高了負(fù)荷與處理效
率,一般其容積負(fù)荷在4~5kgCOD/(m3?d)以下。第一代厭氧反應(yīng)器主要用于污泥和糞肥的消化,以及生活污水的處理。
“第一代厭氧生物反應(yīng)器”的特點(diǎn)是:①水力停留時(shí)間(HRT)很長(zhǎng),有時(shí)在污泥處理時(shí),污泥消化池的HRT會(huì)長(zhǎng)達(dá)90天,即使是目前在很多現(xiàn)代化城市污水處理廠內(nèi)所采用的污泥消化池的HRT也還長(zhǎng)達(dá)20~30天;②雖然HRT相當(dāng)長(zhǎng),但處理效率仍十分低,處理效果還很不好;③具有濃臭的氣味,因?yàn)樵趨捬跸^(guò)程中原污泥中含有的有機(jī)氮或硫酸鹽等會(huì)在厭氧條件下分別轉(zhuǎn)化為氨氮或硫化氫,而它們都具有十分特別的臭味。以上這些特點(diǎn)使得人們對(duì)于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用厭氧生物過(guò)程的興趣大大降低,而且此時(shí)利用活性污泥法或生物膜法處理城市污水已經(jīng)十分成功。
2.第二代厭氧反應(yīng)器
隨著人們對(duì)厭氧生物處理技術(shù)研究的深入,以提高厭氧微生物濃度和停留時(shí)間,強(qiáng)化傳質(zhì)作用,縮短液體停留時(shí)間為基礎(chǔ)的一系列高速厭氧反應(yīng)器相繼出現(xiàn).主要有厭氧濾器(簡(jiǎn)稱AF)、厭氧流化床(簡(jiǎn)稱AFB)反應(yīng)器、上流式厭氧污泥床(簡(jiǎn)稱UASB)反應(yīng)器等。
這些被稱為現(xiàn)代高速厭氧消化反應(yīng)器的厭氧生物處理工藝又被統(tǒng)一稱為“第二代厭氧生物反應(yīng)器”,它們的主要特點(diǎn)有:①HRT大大縮短,有機(jī)負(fù)荷大大提高,處理效率大大提高;②主要包括:厭氧接觸法、厭氧濾池(AF)、上流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器、厭氧流化床(AFB)、AAFEB、厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)(ARBC)和擋板式厭氧反應(yīng)器等;③HRT與SRT分離,SRT相對(duì)很長(zhǎng),HRT則可以較短,反應(yīng)器內(nèi)生物量很高。以上這些特點(diǎn)徹底改變了原來(lái)人們對(duì)厭氧生物過(guò)程的認(rèn)識(shí),因此其實(shí)際應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。
3.第三代厭氧反應(yīng)器
雖然第二代厭氧生物反應(yīng)器在應(yīng)用中取得了很大的成功,但為了解決UASB在運(yùn)行中出現(xiàn)的短流、死角和堵塞等一些問(wèn)題,進(jìn)一步增強(qiáng)厭氧微生物與廢水的混合與接觸,提高負(fù)荷及處理效率,擴(kuò)大適用范圍,人們?cè)谄浠A(chǔ)上繼續(xù)研究和開(kāi)發(fā)了第三代反應(yīng)器.主要有厭氧顆粒污泥膨脹床(簡(jiǎn)稱EGSB)、厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(簡(jiǎn)稱IC)、厭氧折板式反應(yīng)器(簡(jiǎn)稱ABR)、厭氧序列式反應(yīng)器(簡(jiǎn)稱ASBR)、厭氧膜生物系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱AMBS)等,目前生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用較少。
進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后,隨著以顆粒污泥為主要特點(diǎn)的UASB反應(yīng)器的廣泛應(yīng)用,在其基礎(chǔ)上又發(fā)展起來(lái)了同樣以顆粒污泥為根本的顆粒污泥膨脹床(EGSB)反應(yīng)器和厭氧內(nèi)循環(huán)(IC)反應(yīng)器。其中EGSB反應(yīng)器利用外加的出水循環(huán)可以使反應(yīng)器內(nèi)部形成很高的上升流速,提高反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)與微生物之間的接觸和反應(yīng),可以在較低溫度下處理較低濃度的有機(jī)廢水,如城市廢水等;而IC反應(yīng)器則主要應(yīng)用于處理高濃度有機(jī)廢水,依靠厭氧生物過(guò)程本身所產(chǎn)生的大量沼氣形成內(nèi)部混合液的充分循環(huán)與混合,可以達(dá)到更高的有機(jī)負(fù)荷。這些反應(yīng)器又被統(tǒng)一稱為“第三代厭氧生物反應(yīng)器”。
可以看出,隨著厭氧反應(yīng)器的發(fā)展,其處理效率不斷提高,適用范圍也由原來(lái)的污泥、糞肥消化擴(kuò)展到對(duì)各種濃度的生活污水和工業(yè)廢水的處理。而如何有效保持反應(yīng)器中性能優(yōu)良的厭氧活性污泥,使污泥與進(jìn)水充分接觸,最大限度的利用微生物的處理能力,始終是厭氧反應(yīng)器發(fā)展的主導(dǎo)方向。今后厭氧反應(yīng)器的研究應(yīng)著眼于以下幾個(gè)方面:
(1)追求高效率的處理能力:使厭氧微生物與廢水最大程度的接觸,避免短流和死角現(xiàn)象的出現(xiàn),從而使反應(yīng)器獲得較高的容積負(fù)荷,廢水在更短的HRT下得以處理。
(2)擴(kuò)大適用范圍:傳統(tǒng)的厭氧生物技術(shù)在處理高濃度有機(jī)廢水方面已取得了很大的成功。經(jīng)濟(jì)、有效的處理低濃度生活污水是人們關(guān)心的新領(lǐng)域,這也為厭氧反應(yīng)器的發(fā)展開(kāi)辟了新的空間。
(3)提高出水水質(zhì):現(xiàn)行的厭氧工藝出水大都很難達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(SS30mg/L,BOD530mg/L),還需進(jìn)行后續(xù)處理才能達(dá)標(biāo)排放,一般采用厭氧-好氧系統(tǒng)或厭氧-濕地系統(tǒng).如何解決兩套處理系統(tǒng)所帶來(lái)的工藝和操作上的復(fù)雜性的問(wèn)題,在結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的反應(yīng)器內(nèi)達(dá)到處理效果,這為厭氧反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)提供了新的思路。
(4)縮短啟動(dòng)時(shí)間:由于厭氧微生物世代時(shí)間長(zhǎng)且自身增殖緩慢,厭氧反應(yīng)器從開(kāi)始啟動(dòng)到達(dá)到穩(wěn)定處理效果所用時(shí)間較好氧處理工藝長(zhǎng)的多,從而限制了厭氧生物技術(shù)在一些方面的應(yīng)用。選擇合適的接種污泥和啟動(dòng)方案對(duì)縮短厭氧反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間有很大幫助。
(5)耐沖擊負(fù)荷:有效的減少水力沖擊和有機(jī)物負(fù)荷沖擊所帶來(lái)的不利影響,使厭氧系統(tǒng)對(duì)不良因素(如毒性物質(zhì))的適應(yīng)性大為提高,強(qiáng)化厭氧技術(shù)在處理難降解物質(zhì)和毒性物質(zhì)方面的優(yōu)勢(shì)。
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