論汙水厭氧生物處理新工藝-升流式厭氧汙泥床

論文類別:工學論文 > 水利工程論文
論文標簽:生物教育論文
論文作者: 未知
上傳時間:2005/8/13 10:41:00

本文論述了升流式厭氧污泥床的運行機理和工藝特征,分析了設計運行啟動的工作要點。

一、概述

隨著我國經濟建設的發展,城市汙水與工業廢水的排放量逐年增加。為了贯徹經濟建設和環境保護必須同步發展的方針,汙水處理工程必定會有相應的發展,在這種情況下,有效、經濟、省能地解決汙水處理問題,已是当今環境工程領域中最迫切需要研究的課題。實現這一目標的途徑除了靠正確決策外,尚需依賴技術更新,新工藝的開發,資源、能源的合理利用等科學技術措施。

目前,汙水處理工程基本上還是依靠消耗能量來改善環境質量的一項技術措施。但在能源有限的條件下,人們已經意識到,浪費能源的生產和生活方式必須彻底改變,現今評價工程設計優劣的立足點,已經開始轉移到基建投資和運轉管理的經濟性,以及對能源利用的有效程度。因此,環境工程已不可避免地要与能源工程體系發生聯系。

錄求汙水处理工程節能措施的技術途徑頗多,而用機汙水的厭氧生物处理技術則是重要途徑之一。

厭氧生物處理是利用厭氧性微生物的代謝特性,在毋需提供外源能量的條件下,以被還原有機物作為受氫體,同時產生有能源價值的甲烷氣體。厭氧生物處理法不僅適用於高濃度有機廢水,進水BOD濃度可達15000mg/l,也可適用於低濃度有機廢水,包括城市廢;厭氧生物處理法能耗低;有機容積負荷高,一般為5-10kgCOD/m3.d高的可達50kgCOD/m3.d;剩余汙泥量少;產生的沼氣可利用;营養需要量少;被降解的有機物種類多;能承受較大的负荷變化和水質變化。

显而易見,開發厭氧生物處理新工藝用來治理有機汙水的汙染,無疑是一種具有良好經濟效益的方法。近年來,汙水厭氧處理工藝發展十分迅速,各種新工藝、新方法不斷出現,包括有厭氧接觸法、升流式厭氧汙泥床、檔板式厭氧法、厭氧生物池、厭氧膨脹床和流化床、厭氧生物轉盤等,目前升流式厭氧汙泥床這种新工藝由於具有厭氧过濾及厭氧活性汙泥法的雙重特點,運轉及構築物造價均有所下降,對於不同含固量汙水的適应性也強,因而已越來越受到重視,國內外目前已設計和施工的這種工藝較多。

二、升流式厭氧汙泥床工作原理

升流式厭氧汙泥床有反應區、氣液固三相分離器(包括沈澱區)和氣室三部分組成。在底部反應區內存留大量厌氧汙泥,具有良好的沈澱性能和凝聚性能的汙泥在下部形成汙泥層。要处理的汙水從厭氧汙泥床底部流入與汙泥層中汙泥進行混合接觸,汙泥中的微生物分解汙水中的有機物,把它转化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式不斷放出,微小氣泡在上升過程中,不斷合並,逐漸形成較大的氣泡,在汙泥床上部由於沼气的攪動形成一個汙泥濃度较稀薄的汙泥和水一起上升進入三相分離器,沼氣碰到分離器下部的反射板時,折向反射板的四周,然後穿過水層進入气室,集中在氣室沼氣,用導管導出,固液混合液經過反射进入三相分離器的沈澱區,汙水中的汙泥發生絮凝,顆粒逐漸增大,並在重力作用下沉降。沈澱至斜壁上的汙泥沼着斜壁滑回厭氧反應區内,使反應區內積累大量的汙泥,與污泥分離後的處理出水從沈淀區溢流堰上部溢出,然後排出污泥床。

這种工藝的基本出發占在於:(1)為汙泥絮凝提供有利的物理--化學条件,使厭氧汙泥獲得并保持良好的沈澱性能;(2)良好的汙泥床常可形成一種相當穩定的生物相,能抵抗較強的擾動力。較大的絮體具有良好的沈澱性能,從而提高設備內的汙泥濃度;(3)通過在汙泥床設備內設置一個沉澱區,使汙泥細顆粒在沈澱區的汙泥層內進一步絮凝和沈澱,然後回流入汙泥床內。

三、厭氧汙泥床內的流态和汙泥分布

厭氧汙泥床內的流態相當復雜,反應區內的流態與產氣量和反應區高度相关,一般來說,反應區下部汙泥层內,由於產氣的結果,部分斷面通過的氣量較多,形成一股上升的氣流,帶動部分混合液(指汙泥與水)作向上運動。與此同時,這股气、水流周圍的介質則向下運動,造成逆向混合,這種流態造成水的短流。在遠離這股上升氣、水流的地方容易形成死角。在这些死角處也具有一定的产氣量,形成汙泥和水的緩慢而微弱的混合,所以說在汙泥层內形成不同程度的混合區,這些混合區的大小與短流程度有關。懸浮層內混合液,由於氣体幣的運動帶動液體以較高速度上升和下降,形成較強的混合。在產氣量較少的情況下,有時汙泥層與懸浮層有明顯的界線,而在產氣量较多的情況下,這個界面不明顯。有關試驗表明,在沈澱區內水流呈推流式,但沈澱区仍然還有死區和混合区。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com

厭氧汙泥床內汙泥濃度與设備的有機負荷率有關。是處理制糖廢水試驗時,升流式厭氧汙泥床內汙泥分布與負荷的關系。從图中可看出汙泥層汙泥濃度比懸浮层汙泥濃度高,懸浮層的上下部分汙泥濃度差較小,說明接近完全混合型流態,反應区內汙泥的頒,當有機負荷很高時汙泥層和懸浮層分界不明顯。試驗表明,汙水通過底部0.4-0.6m的高度,已有90%的有機物被轉化。由此可見厭氧汙泥具有極高的活性,改變了長期以来認為厭氧處理過程进行緩慢的概念。在厭氧汙泥中,積累有大量高活性的厭氧汙泥是这種設備具有巨大處理能力的主要原因,而這又歸於汙泥具有良好的沈澱性能。

升流式厭氧污泥床具有高的容積有機負荷率,其主要原因是設備內,特別是汙泥層內保有大量的厭氧汙泥。工藝的穩定性和高效性很大程度上取決於生成具有優良沈降性能和很高甲烷活性的汙泥,尤其是顆粒状汙泥。與此相反,如果反應區內的汙泥以松散的絮凝狀體存在,往往出現汙泥上浮流失,使厭氧汙泥床不能在較高的負荷下穩定運行。

根據厭氧汙泥床内汙泥形成的形態和达到的COD容積負荷,可以將汙泥顆粒化過程大致分為三個運行期:
(1)投產運行期:從接種汙泥开始到汙泥床內的COD容積負荷達到5kgCOD/m3.d左右,此運行期污泥沈降性能一般;

(2)顆粒汙泥出現期:這一運行期的特點是有小顆粒汙泥開始出現。當汙泥床内的總SS量和總VSS量降至最低時本運行期即告結束,這一運行期汙泥沈降性能不太好;

(3)顆粒汙泥形成期:這一運行期的特點是顆粒汙泥大量形成,由下至上逐步充滿整個厭氧汙泥床。当汙泥床容積負荷達到16kgCOD/m3.d以上時,可以認為顆粒汙泥已培養成熟。該運行期汙泥沈降性很好。

五、污泥的流失與外部沈淀池的設置

在升流式厭氧泥床內雖有氣液固三相分離器,混合液進入沈澱區前已把氣體分離,但由於沈澱區內的汙泥仍具有較高的產甲烷活性,繼續在沈澱區內產氣;或者由于沖擊負荷及水質突然變化,可能使反應區內汙泥膨脹,結果沉澱區固液分離不佳,發生污泥流失而影響了水質和污泥床中汙泥濃度。為了減少出水所帶的懸浮物進入水體,外部另設一沈澱池,沉澱下來的汙泥回流到汙泥床內。設外部沈澱池的好處是:(1)汙泥回流可加速汙泥的積累,縮短投產期;(2)去除懸浮物,改善出水水质;(3)當偶爾發生污泥大量上漂時,回收汙泥保持工藝的穩定性;(4)回流汙泥可作進一步分解,可減少剩余汙泥量。

設外部沈澱池的升流式厭氧汙床工藝流程。

六、升流式厌氧汙泥床的設計

升流式厭氧汙泥床的工藝設計主要是計算厭氧汙泥床的容積、产氣量、剩余汙泥量、營養需要量.

升流式厭氧污泥床的池形狀有圓形、方形、矩形。汙泥床高度一般為3-8m,多用鋼筋混凝土建造。當汙水有機物濃度比較高時,需要的沈淀區面積小,反應區的面積可采用與沈澱區相同的面积和池形。當汙水有機物濃度低時,需要的沈澱面積大,為了保證反應區的一定高度,反應區的面積不能太大时,則可采用反應區的面積小於沉澱區,即汙泥床上部面積大於下部的池形。

氣液固三相分離器是升流式厭氧污泥床的重要組成部分,它對汙泥床的正常運行和獲良好的出水水質起十分重要的作用,因此設計時应給予特別的重視。根據經驗,三相分離器應滿足以下幾點要求:
1、混和液進入沈淀區之關,必須將其中的气泡予以脫出,防止氣泡進入沉澱區影響沈澱;

2、沈澱器斜壁角度約為50o;

3、沈澱區的表面水力負荷应在0.7m3.h以下,进入沈澱區前,通過沈澱槽低缝的流速不大於2m/h;

4、處於集氣器的液一气界面上的汙泥要很好地使之浸沒於水中; 免費論文下載中心 http://www.hi138.com

5、應防止集氣器內產生大量泡沫。

第2、3兩個條件可以通過適当選擇沈澱器的深度-面积比來加以滿足。對於低濃度污水,主要用限制表面水力負荷來控制;對於中等濃度和高濃度汙水,在極高負荷下,單位橫截面上釋放的氣體體積可能成為一個臨界指標。但是直到現在國內外所取得的成果表明,只要負荷率不超过20kgCOD/m3.d,厭氧汙泥床高度不大於10m,可以預料沒有任何问題。

汙泥與液體的分離基於汙泥絮凝、沈澱和過濾作用。所以創造條件使汙泥具有良好的絮凝、沈澱性能对於分離器的工作是具有重要意義。

特別注意是防止氣泡進入沈淀區,要使固一液進入沉澱區之前就與氣泡很好分離。在氣-液表面上形成浮渣能迫使一些氣泡進入沈澱區,所以在一些情況下必須考慮設置排放這些浮渣或破壞這些浮渣的設施。

如上所述,升流式厭氧汙泥床的混合是靠上流的水流和發酵過程中產生的氣泡來完成的。因此,一般采用多點進水,使進水均匀地分布在床斷面上。

升流式厭氧汙泥床容積的計算一般按有機物容積負荷或水力停留時間進行。設計時可通過试驗決定參數或參考同類廢水用的設計和運行參數。

七、升流式厭氧汙泥床的启動

1、汙泥的驯化

升流式套氧汙泥床設備啟動的最大困难是獲得大量沈降性能良好的厭氧汙泥。最好的辦法加以馴化,一般需要3-6個月,如果靠設備自身積累,投產期可長達1-2年,初中表明,投加少量的載體,有利於厭氧菌的附著,促進初期顆粒汙泥的形成;比重大的絮狀汙泥比輕的易於顆粒化;比甲烷活性高的厭氧汙泥可縮短啟動期。

2、啟動操作要點

(1)最好一次投加足夠量的接種汙泥;

(2)從汙泥床流出的汙泥一般不需回流,以使特別軾的汙泥連續地從汙泥床流出,使較重的汙泥在床內積累,並促进其增殖進行顆粒化;

(3)啟动開始廢水COD濃度較低時,未必泥顆粒化快;

(4)最初汙泥負荷率應低于0.1-0.2kgCOD/kgTSS.d;

(5)污水中原來存在的和產生出來的多種揮發酸未能有效分解之前,不應提高有機容积負荷率;

(6)可降解的COD去除率達到80%左右時,才能增加有機容積負荷率;

(7)為促進汙泥顆粒化,反應區內的最小空塔速度為1m/d,采用較高的表面水力負荷有利於小顆粒汙泥與汙泥絮凝分開,使小顆粒污泥發展為大顆粒。

八、升流式厭氧汙泥床工藝的優缺点

升流式厭氧汙泥床的主要優點是:

1、升流式厭氧汙泥床內汙泥濃度高。平均汙泥濃度為20-40gVSS/1;

2、有機負荷高。水力停留时間短。中溫發酵,容積負荷一般為10kgCOD/m3.d左右;

3、無混合攪拌設備,靠發酵過程中产生的沼氣的上升運動,使汙泥床上部的汙泥處于懸浮狀態,對下部的汙泥層也有一定程度的攪動;

4、汙泥床不填載體,節省造價及避免因填料發生堵賽問題;

5、升流式厌氧汙泥床內設三相分離器,一般不設沈澱池,被沈澱区分離出來的汙泥重新回到汙泥床反應區內,一般無污泥回流設備。

主要缺點是:

1、進水中懸浮物需要適當控制,不宜過高,一般控制在100mg/l以下;

2、污泥床內有短流現象,影響處理能力;

3、對水質和負荷突然變化較敏感,耐沖擊力稍差。

升流式厭氧汙泥床工藝近年來在國外發展很快,在國內也已有生產性規模裝置,該工藝既節約了能源,基至可回收能量,又解決了環境汙染问題,取得了較好的经濟效益和社會效益。這种新工藝的研究和發展具有广闊的應用前景。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
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