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开发厌氧/好氧序批式一体化反应器的构想

论文类型 技术与工程 发表日期 2002-01-01
来源 《中国给水排水》2002年第1期
作者 肖隆文,匡敬忠
关键词 SBR 一体化生物反应器 理论分析
摘要 提出了开发序批式厌氧/好氧一体化生物反应器的构想。从理论上探讨了该反应器恒水位间歇操作的可行性。分析表明,该反应器具有可操作性,将是一种经济、高效、占地省的污水处理新工艺。

肖隆文, 匡敬忠
(南方冶金学院环境与建筑工程系,江西赣州 341000)

  摘 要: 提出了开发序批式厌氧/好氧一体化生物反应器的构想。从理论上探讨了该反应器恒水位间歇操作的可行性。分析表明,该反应器具有可操作性,将是一种经济、高效、占地省的污水处理新工艺。
  关键词: SBR; 一体化生物反应器;理论分析
  中图分类号:X703
  文献标识码:B
  文章编号: 1000-4602(2002)01-0039-02

  传统的污水处理工艺普遍将各处理单元分设,往往还需要进行污泥回流和污水循环,这势必增加基建及管路设备投资。因此,研究处理系统一体化的设施自然成为一种必然趋势。

1 改进SBR的构想

1.1 基本构造与运行方式
  一体化生物反应器的基本构造见图1。

  设想中的序批式厌氧/好氧一体化生物反应器的主体被分割成上下两部分,上半部是好氧反应池,下半部是厌氧生物滤池。
好氧反应池设有曝气系统和出水堰,与常见的SBR反应池没有什么区别。可根据需要在好氧反应池的底部设计回流缝,以使好氧生物污泥可直接进入厌氧生物滤池消化。下部厌氧生物滤池通过折板与好氧反应池相通,折板的上端是气体收集罩。
  好氧反应池与常规SBR的运行方式是一样的,但厌氧生物滤池的间歇操作只有两个步骤:进 /出水期,反应期。相互间的连贯关系如图2。
  新的运行周期开始时,好氧反应池处于排水期的末期或闲置期(可省去)。从厌氧生物滤池底部进水,在一定的流速下,上升流处于层流状态,将厌氧滤池内已处理的水“顶”出,并从 折板的上端进入好氧反应池,然后停止进水,整个反应器进入反应期。厌氧生物滤池内随着 有机物被逐步降解,其浓度越来越低,气体产生量亦减少到最小值,厌氧生物滤池也就进入下一次循环。由于进水的有机物浓度很低,好氧反应池的反应期结束较早,在厌氧过程反应 期的后半部,好氧反应池依次进入沉淀期、排水期、闲置期(可省去)。

1.2 理论分析
  序批式厌氧/好氧一体化生物反应器是否可行,关键在于厌氧生物滤池恒水位间歇操作方式是否具有可行性。即厌氧生物滤池的进、出水同时进行的设想是否可以很好地实现。它可分 解为以下几个问题:①上升流保持层流状态的流速有何要求?②在层流状态下悬浮生长在填 料空隙间的微生物被洗出厌氧生物滤池的机会有多大?原水与出水的混合(发生短路)造成处 理效果下降的机会有多大?
  假定雷诺数Re=500,流速v=20 m/h(颗粒污泥的最小沉降速度),可以算出管径为90 mm。一般用于生物处理的蜂窝管管径为20~36 mm,水流流速不超过10 m/h,说明上升流保 持层流状态是充分可行的。如果孔隙率小的话,进水可以视为一过滤过程,悬浮污泥及游离 微生物被截留在填料层内。另外从现有的资料看,颗粒污泥的沉降速度大多高于50 m/h,最低为20 m/h[1],因此只要保持反应器高度使污泥有足够的沉降时间和较低的上升 流速,颗粒污泥被洗出的机会就很小。
  对于原水与出水的混合比例或混合区的问题,其影响因素较多,因而也比较复杂。假定在渗流、等球体颗粒填料自然地密集堆积且时间较短的情况下,原水与出水混合的主要方式是射流、 紊流引起的,而不是扩散。在边界条件(反应器壁)下,射流在碰到颗粒后折返形成紊流,故引起的影响大约局限在2~3倍颗粒直径高度范围内,但是边界的流速明显高于平均流速,因此引起的混合区还要扩大些,这似乎与反应器的高度并无太大的关系,P.arnz等人通过试验已证实这一点。试验结果还表明,反应器的直径与颗粒直径的比值越高,对边界水流的影 响越小[2]。
1.3 需进一步考察的问题
  显然,从设想到应用还有很多问题要解决,但最值得注意的问题似乎是填料的孔隙率。孔隙率大,有利于增加反应器容积的利用效率和防止堵塞,而且填料的成本也可下降,但可能不利于截留悬浮污泥。可以考虑使用不同粒径的填料,采用上小下大或其他组合来加以解决。另外一个问题是反应器高度,增加高度可节省占地面积,但是若气体的溶解度变化过大,可能会对反应周期与排水产生不利影响。这些问题只能通过将来的试验和实践来解决。

2 一体化生物反应器优点

  序批式厌氧/好氧一体化生物反应器实质上是对目前高效厌氧反应器的一种改进。利用好氧反应池作为厌氧生物滤池出水的后续处理来改善出水水质。恒水位间歇运行方式可更充分利用反应器的空间,占地省、运行效率高。常规的高效厌氧反应器如UASB、AF,其污水中有机物的降解大多在底部0.3~1 m处完成,增加反应器的高度对出水水质的改善不起作用。为更有效地利用空间,现行的一种方式是加大流速和出水循环,如EGSB、厌氧生物流化床等;另一种方式是采用间歇操作,使整个反应器处于完全混合状态以均衡负荷。第二种方式的优点是无需昂贵的布水系统和三相分离器,缺点是常规的变容积操作方式使得厌氧条件的保持发生困难,而同时进、出水的方式既可解决这一难题,又压缩了反应周期,提高了运行效率。很明显,该系统将是一种经济、高效、灵活、占地省的污水处理新工艺。

3 展望

  从当前国情来看,必须发展一批适用不同情况下的投资低、运行成本低、管理操作要求低、占地少的污水处理新工艺。厌氧生物处理具有节约能源并能产生能源、剩余污泥量低、容积负荷大、占地较少的优点,开发和利用厌氧生物技术进行污水处理,必然能够同时收到减轻污染和缓解能源短缺的功效。中国目前绝大部分地区的污水治理体系还没有区域化或综合化,各污染源处于分散治理状态,传统的活性污泥法等连续流生物处理工艺在处理水量较小、变幅大的污水时难以正常稳定运行,而SBR灵活的运行方式可解决这一难题。序批式厌氧/ 好氧一体化生物反应器恰具备了上述两者的优点,因此研究开发这种经济、高效、灵活、占地省的污水处理新工艺具有比较重大的现实意义。

参考文献:

  [1] 贺延龄.废水的厌氧生物处理[M].北京:中国轻工业出版社,1998.
  [2] Arnz P,et al.Simultaneous loading and draining as a means to enhance efficacy of sequencing biofilm batch reactor[J].Water Research,2000,34(5):1763-1766 .


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  收稿日期:2001-08-19

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