IC厌氧反应器 篇1
1 工程概况
桂林湘山酒业有限公司为中、高档系列酒生产商,生产规模为2 万吨/年。本次工程为公司配套建设的污水处理工程,处理对象为一期的传统酿造洗米水、甑底水、洗地水、洗器具的生产废水及与之配套的生活污水( 员工食堂、综合办公楼) ,污水处理站高浓度废水为200 m3/ d,生活污水100 m3/ d,处理规模为300 m3/ d。公司酿酒的主要工序分为蒸料、发酵、烧煮三个部分,排放的污水中含有大量的酒糟,COD、BOD、SS浓度高,其水质具体情况如表1 所示; 污水厂设计进水水质及排放标准如表2 所示。
2 污水处理工艺选择及流程
酿酒废水处理方法包括物理处理法如混凝沉淀、吹脱及气提等; 化学处理方法如中和法、氧化还原法等; 生物处理法如活性污泥法与生物膜法等[3]; 根据不同的水质特征采取相应的治理工艺使处理后的废水达到相应的排放标准。
根据前文对废水水质情况的分析,同时结合酒业公司的实际情况,我们确定主要采用生物法对公司酿酒废水进行处理,该方法技术成熟,应用广泛,可以达到废水处理的要求。目前酿酒废水处理的应用与研究都趋向于厌氧好氧生物组合处理方法[4,5,6]。IC反应器是目前的超高效厌氧反应器,容积负荷大约为UASB反应器的4 倍[7]。IC反应器由于具有启动快、容积负荷率高、占地面积小且运行稳定等优点而备受关注,并且成功应用到酿酒、造纸、柠檬酸等废水的处理中[8]。通过对本次项目酿造废水的调研综合分析,该废水COD浓度高,悬浮物含量大,设计时采用 “浓淡分家”的方式,对高浓废水和生活污水分开进行预处理后再汇集后进行处理,工艺上最终确定采用中和混凝沉淀-IC厌氧反应器-接触氧化-曝气生物滤池处理,该废水出水执行 《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》( GB27631-2011) 。具体工艺流程如图1 所示。
3 主要构筑物及设备参数
3. 1 筛网池
去除其中的谷粒、酒糟等悬浮颗粒物,为地下钢筋混凝土结构,直壁平行渠道,尺寸: 1. 30 m×0. 80 m×2. 30 m,池内安装筛隙为80 目不锈钢弧形筛网。
3. 2 高浓调节池
主要功能是调节水质、水量,保障后续生化处理单元正常运行,减少冲击负荷。池底设潜水搅拌器,防止污泥沉降。采用地下式钢筋混凝土结构,有效容积为36 m3。
池平面尺寸: L×B×H= 4. 00 m×2. 00 m×4. 8 m。
有效水深4. 5 m,停留时间为5. 76 h,安装型号为QJB1. 5/6-260 / 3-980 的潜水搅拌机,电机功率1. 5 k W。
3. 3 中和混凝池
调节高浓废水的p H值,同时投加PAC和PAM以促进悬浮物的凝聚,形成矾花,经混凝反应后的废水进入高浓废水初沉池。为地下式钢筋混凝土结构,平面尺寸: L×B×H = 3. 2 m×1. 40 m×2. 3 m,有效水深2. 0 m,停留时间: 1. 0 h,其中中和时间为30 min,混凝时间为30 min。池内安装有型号为JBJ-600 的浆式搅拌机2 台,电机功率1. 5 k W。
3. 4 IC厌氧反应器
IC厌氧反应器( IC-Internal Circulation) ,即内循环厌氧反应器,废水在反应器中自下而上流动,污染物被细菌吸附并降解,净化过的水从反应器上部流出。
IC反应器实际上是由两个上下重叠的UASB反应器串联组成的。由下面第一个UASB反应器产生的沼气作为提升的内动力,使升流管与回流管的混合液产生密度差,实现下部混合液的内循环,使废水获得强化预处理。利用自身产生的沼气作为提升的动力来实现混合液内循环,使废水获得强化预处理和精处理,使出水达到预期的处理要求。最适宜的p H控制在6. 5~8. 0 之间,最佳温度控制范围为35. 5 ~ 37. 5 ℃ 之间,第一反应室容积负荷率取20 kg COD/m3·d,第二反应室容积负荷率取6 kg COD / m3·d。大部分COD在第1 厌氧反应室去除,第2 厌氧反应室起 “精” 处理作用。形式为地上碳钢结构,具体尺寸: ×H= 4. 0 m×16 m。
3. 5 混合调节池
IC反应器出水与厂区内生活污水管网来的生活污水进行混合,调节水质水量; 地下式钢筋混凝土结构,带盖板; 平面尺寸: 6. 71 m×6. 00 m×4. 8 m,有效水深4. 3 m,池底设置潜水搅拌器,停留时间: 13. 8 h,池内安装型号为QJB2. 2/8-320/3-740 的潜水搅拌机,电机功率2. 2 k W。
3. 6 生物接触氧化池
生物接触氧化池分为两段,内设组合填料,填料层高度为3. 0 m,池底设微孔曝气器,利用微生物的新陈代谢作用将污水中的有机物脱氮除磷,进一步去除COD为目的。微孔曝气器采用XJBQ- 215P,外型球冠形,内丝,材质为橡胶膜+ABS,数量90 个,填料为 Φ150 弹性立体填料。填料区容积90 m3,气水比10∶1,平面尺寸6. 0 m×5. 0 m×5. 0 m,有效水深H =4. 7 m停留时间: 11. 3 h,池内安装回流污泥泵1 台,流量Q =5 m3/ h,H = 16 m,电机功率0. 75 k W。
3. 7 二沉池
进行泥水分离,去除部分COD、BOD、SS等强化出水水质。半地下式钢筋混凝土结构,外形尺寸: L×B×H = 6. 0 m×2. 4 m×5. 0 m,池内安装斜管,倾角60°,斜长为1 m,水力负荷0. 87 m/h,沉淀时间3. 0 h。
3. 8 曝气生物滤池( 清水池)
两座水池合建( 上下层) ,去除COD、BOD,氨氮,并通过滤料的截留和吸附作用,强化出水水质,降低悬浮物浓度,储存处理后的出水。采用地下式钢筋混凝土结构,设计有V型进水布水槽、配水配气渠、反冲水排水渠,曝气生物滤池空塔停留时间为2. 8 h,清水池停留时间为2. 4 h。
平面尺寸为5. 64 m×3. 08 m,地下为3. 0 m,地上4. 0 m。
曝气生物滤池滤速为1. 05 m/h,滤料层高度1. 5 m( 2) ,陶粒粒径为3~5 mm,曝气采用单孔膜空气扩散器,每平方米安装36 个,气水比为反冲采用气水联合反冲洗,气冲强度为36 m / h,水冲洗强度为9 m / h,下向流,反洗周期24 h。
3. 9 污泥池
提高污泥池排泥水的含固率,采用地上式钢筋混凝土结构,具体平面尺寸: 5. 64 m × 1. 12 m × 5. 00 m,有效高度4. 5 m,停留时间13 h。
3. 10 鼓风机房
鼓风机房输送空气至生物接触氧化池和曝气生物滤池,提供微生物新陈代谢和硝化所必需的氧气,同时对曝气生物滤池提供反洗所需要的空气。
曝气风机3 台( 2 用1 备) ,单机流量Q= 2. 1 m3/ min,升压49 k Pa,电机功率4 k W,反洗风机1 台,单机流量Q = 3. 5 m3/ min,升压49 k Pa,电机功率7. 5 k W。
3. 11 压滤机房
选择带宽500 mm的带式压滤机一台,处理能力0. 5 ~3. 0 m3/ h,同时配备PAM加药装置1 套,加药量50 L / h,加药浓度0. 2%,设置螺杆泵2 台( 1 用1 备) ,流量Q = 5 m3/ h,扬程H= 60 m,功率N= 2. 2 k W。
4 实际运行效果和分析
污水处理站经过一段时间稳定运行后,废水样由当地环境监测部门进行5 次连续检测,数据均为连续监测的平均值,处理前后的水质指标如表3 所示; 污染物指标去除效果见图2。
从表3 数据可以看到,出水水质符合标准要求。
从图2 数据可知,工艺对CODCr、BOD5、SS和TN去除率分别达到99. 6%、99. 4%、98. 1%和86. 8%,出水完全符合《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》( GB27631-2011) 标准要求。
5 效益分析
5. 1 投资与成本
本次酿酒废水处理项目费用包括建设期投资费用与运行费用两部分。建设总投资210. 26 万元,吨水投资7001 元。工程运行费用包括: 电费、人工费、药剂费以及污泥处置费,经验算总运行成本约为2. 07 元/吨水。
5. 2 经济效益
本项目IC塔COD去除率一般可达80% ~ 85%,平均每处理1 kg COD能产生0. 45 m3左右的沼气,平均每天可产沼气约470 m3,按每立方米沼气1. 2 元计算,每天收益564 元,沼气收益为1. 88 元/吨水。
5. 3 环境效益
每年可减少COD排放量877 吨,每年可减少SS排放量93 吨,每年可减少TN排放量11 吨。
6 结论
( 1) 该工程实践表明,针对酿酒废水的特点,采用 “中和混凝沉淀-IC厌氧反应器-接触氧化-曝气生物滤池”工艺,经过运行发现,此工艺成熟稳定,治理效果良好,出水水质能到达《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》( GB27631-2011)中污染物排放限值。
( 2) 对于IC厌氧反应器,一定要控制好进水温度,保持进水温度在35. 5 ~ 37. 5 ℃ 之间,这样COD的降解率最高; 由于采用下向流曝气生物滤池,气水为逆向流,空气在一定程度上阻止水流将污水中的固体物质带入滤床深处,从而使固体物质聚集在滤池的表面,滤池容易堵塞,运行周期短。
( 3) 本项目具有良好的经济及环境效益。要充分利用沼气,防止沼气外泄对周围居民环境的污染,同时可以取得良好的经济效益。
参考文献
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IC厌氧反应器 篇2
关键词：搅拌；厌氧反应器；数值模拟
中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1674-0432（2010）-12-0212-2
0 引言
厌氧反应器广泛应用于包括农业养殖场废水在内的各种废水的处理过程中。由于一些废水如养殖场废水含有较高浓度的固体，为了强化混合，常常需要搅拌，双层搅拌是厌氧反应器常用的搅拌方式。在目前工业上在对双层搅拌桨搅拌厌氧反应器设计时，大都依赖经验进行，设计效果达不到最优。
近年来，计算流体力学广泛应用于各种不同流场的研究，如王定标等[1]对双层桨叶搅拌器进行了数值模拟。通过流场的数值模拟不仅可以得到实验手段无法得到的局部信息，而且还能节省研究经费。因此，国内外学者也开始用计算流体力学的方法研究厌氧反应器内的流场结构。Robert N.等学者用Fluent软件模拟了厌氧反应器内流动，模拟结果显示，厌氧反应器的重要操作参数如水力停留时间模拟值和计算值吻合较好[2，3]。在国内，叶群峰[4]对UASB反应器内单相流动进行了初步数值模拟。王卫京等[5]对UASB反应器内气液两相流动进行了数值模拟，并得出了厌氧反应器内气相和液相的流场。这些研究对厌氧反应器流场进行了探索，但总体上来说，厌氧反应器内流动还未得到充分研究。本文对侧伸搅拌厌氧反应器内流场进行了模拟，研究反应器内的流动规律。
1 流体力学模型
本文假设反应器内流动为稳态不可压缩流动，厌氧反应器内的湍流用k-ε方程进行计算。连续性方程为：
反应器内流体的粘度取为0.85mPa·s[7]。
2 厌氧反应器结构
本文模拟了一个有双层搅拌桨的厌氧反应器。该厌氧反应器直径为6m，高8m，搅拌桨为双层斜叶桨，有三个叶片，直径为1.5m。第一个桨距底部高度为2m，第二个桨距底部为6m。有4个宽度为0.6m的挡板。采用非结构网格对整个厌氧反应器区域计算，其网格划分如图1所示。
3 模拟结果与讨论
反应器流动的数值模拟结果如图所示。图2是流动轨迹图，图3 是速度矢量图。从图中可以看出，流体在搅拌桨的推动作用下，由反应器中心向下流动，到底部后沿壁面向上流動，这样流体在整个反应器内形成循环流动，使物料在整个反应器内进行混合。
图4和图5分别是耗散率两个挡板中间截面及搅拌桨区域的等值线图。这两个图显示出，在双层搅拌桨厌氧反应器的流场中，除在搅拌桨小部分区域内，湍流特性在整个反应器区域分布是比较均匀的，这种情况的对厌氧菌的生长比较有利。而从图5也可以看出，在搅拌桨区域内，耗散率的只在搅拌桨叶片及附近区域内分布不均匀，表明在这一区域内流动剪切力较大，对厌氧菌的生长不利。因此，需要开发新型搅拌桨，降低搅拌过程的剪切作用，使反应器的流场更有利于厌氧菌的生长。
图5 耗散率ε等值线图（上：搅拌桨横截面，下：搅拌桨表面）
4 结论
本文对双层搅拌桨厌氧反应器流场进行了数值模拟。模拟结果表明，在搅拌桨的推动作用下，流体在反应器内形成循环流动。而湍流的特性值ε在反应器内分布比较均匀，存在着这对厌氧菌的生长较有利。
参考文献
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基金项目：辽宁省教育厅科学技术研究项目资助(2009A068)。
作者简介：王卫京(1971-)，男，大连大学环境与化学工程学院副教授，博士，研究方向：化学反应工程。
IC厌氧反应器 篇3
EGSB厌氧污泥床反应器调试方案
南京工业大学 2013.4.13
EGSB调试及厌氧颗粒污泥的驯化
一、调试计划
1、颗粒污泥菌种
经研究决定EGSB颗粒污泥菌种选用山东金禾柠檬酸集团污水站的颗粒污泥，经现场考察，颗粒污泥的性状非常好。其粒度分布较均匀，大小在2-3mm,表面光滑，呈现灰黑色；颗粒的密度较大，沉降性能非常好，几乎几秒钟的时间，颗粒就与水分离，且水色清澈，没有浑浊现象。产气量大，静置几分钟时间，容器内就产生大量的气泡升浮到液面，需要不时地打开容器的瓶盖排气。见图示。
2、颗粒污泥的运输
由于调试时间紧，近日气温高，决定选用30吨槽罐车由高速公路运输。
由于颗粒污泥价格较高，考虑柠檬酸废水与三氯蔗糖废水在水质性质上存在一定的差异，需要积累和掌握三氯蔗糖废水颗粒污泥驯化的经验和要求，以减少调试的风险，保证调试时间。
基于上述的考虑，调试分两阶段进行。第一阶段先调试西北面的EGSB反应器，待调试成功进入第二阶段调试余下的反应器。
根据调试经验和试验结果，利用颗粒污泥进行驯化，所需颗粒污泥量要求大于12kg/m3,据此计算，第一阶段一个罐体所需干污泥量大于9600kg,按污泥的含水率为90%～93%计算，则湿污泥量为96t～120t。按100t采购，三辆槽罐车运输。
3、颗粒污泥的验收
运输车到现场后，应进行验收含水率、颗粒形态和污泥量检验验收：（1）含水率检测 现场准备一只100ml或1000ml玻璃量筒，运输车到现场后，取泥量至量筒的刻度，经5～10分钟的静置沉淀，泥水界面大于8ml或80ml,即含水率满足要求；
（2）颗粒形态观察 观察沉淀筒中的颗粒污泥的形态。如颗粒的大小约2～3mm，形状呈球形或橄榄状，颜色呈灰黑色，即形态满足要求；
（3）污泥量估算 根据槽罐车的形状，量测污泥的液位深度。通常液位超过罐顶，在罐顶人孔颈位附近。否则，量不够。
4、颗粒污泥的装填
（1）排空EGSB反应罐内污水，以免现存废水对接种颗粒污泥产生毒害作用；（2）直接装填，减少中间环节 从槽罐车到反应器宜直接装填，尽可能减少中间环节，以免打碎颗粒污泥；
（3）应采用螺杆泵增压提升 颗粒污泥输送提升应采用螺杆泵，以免导致颗粒污泥破碎解体；
（4）管道输送流速应小于1.0m/s，以免打碎污泥；
（5）适当加热 在输送污泥罐上设置间接加热装置，使污泥温度保持在35℃。
5、污泥驯化
(1）驯化时间：约20天
（2）污泥负荷：分三阶段增加负荷，第一阶段：0.05～1.5kgCOD/kgMLSS.d；第二阶段：1.6～3.0kgCOD/kgMLSS.d；第三阶段：3.1～5.0kgCOD/kgMLSS.d；
(3)原水：第一阶段：生化系统出水；第二阶段：生化系统出水和预处理系统出水各一半水量；第三阶段：预处理系统出水；
(4)进水量：50m3/h；进水频率：1次/h；(5)进水管上设置流量计，以准确计量流量；(6)进水水质浓度：2000mg/L～8000mg/L；
(7)进水温度控制：原水温度通过加热器控制在37℃。
二、调试驯化必须注意以下几点 1营养元素和微量元素
在当废水中N、P等营养元素不足时，不易于形成颗粒，对于已经形成的颗粒污泥会发生细胞自溶，导致颗粒破碎，因此要适当加以补充。
（1）N源不足时，可添加氮肥、含氮量高的粪便、氨基酸渣及剩余活性污泥等；
（2）P源不足时，可适当投加磷肥。铁、镍、钴和锰等微量元素是产甲烷辅酶重要的组成部分，适量补充可以增加所有种群单位质量微生物中活细胞的浓度以及它们的酶活性。2选择压
通常将水力负荷率和产气负荷率两者作用的总和称为系统的选择压。选择压对污泥床产生沿水流方向的搅拌作用和水力筛选作用，是EGSB等一系列无载体厌氧反应器形成颗粒污泥的必要条件。
高选择压条件下，水力筛选作用能将微小的颗粒污泥与絮体污泥分开，污泥床底聚集比较大的颗粒污泥，而比重较小的絮体污泥则进入悬浮层区，或被淘汰出反应器。定向搅拌作用产生的剪切力使颗粒产生不规则的旋转运动，有利于丝状微生物的相互缠绕，为颗粒的形成创造一个外部条件。
低选择压条件下，主要是分散微生物的生长，这将产生膨胀型污泥。当这些微生物不附着在固体支撑颗粒上生长时，形成沉降性能很差的松散丝状缠绕结构。液体上升流速在2.5～3.0m/d之间内，最有利于EGSB反应器内污泥的颗粒化。
3有机负荷率和污泥负荷率
可降解的有机物为微生物提供充足的碳源和能源，是微生物增长的物质基础。在微生物关键性的形成阶段，应尽量避免进水的有机负荷率剧烈变化。
实验研究表明，由絮状污泥作为种泥的初次启动时，有机负荷率在0.05～0.4 kgCOD/(kgVSS.d)时，有利于颗粒污泥的形成。4 碱度
碱度对污泥颗粒化的影响表现在两方面：一是对颗粒化进程的影响；二是对颗粒污泥活性的影响。后者主要表现在通过调节pH值(即通过碱度的缓冲作用使pH值变化较小)使得产甲烷菌呈不同的生长活性，前者主要表现在对污泥颗粒分布及颗粒化速度的影响。在一定的碱度范围内，进水碱度高的反应器污泥颗粒化速度快，但颗粒污泥的产甲烷活性低；进水碱度低的反应器其污泥颗粒化速度慢，但颗粒污泥的产甲烷活性高。因此，在污泥颗粒化过程中进水碱度可以适当
偏高(但不能使反应器体系的pH>8.2，这主要是因为此时产甲烷菌会受到严重抑制)以加速污泥的颗粒化，使反应器快速启动；而在颗粒化过程基本结束时，进水碱度应适当偏低以提高颗粒污泥的产甲烷活性。5接种污泥
颗粒污泥形成的快慢很大程度上决定于接种污泥的数量和性质。
根据Lettinga的经验，中温型EGSB反应器的污泥接种量需稠密型污泥12～15kgVSS/m3或稀薄型污泥6 kgVSS/m。高温型EGSB反应器最佳接种量在6～15kgVSS/m3。过低的接种污泥量会造成初始的污泥负荷过高，污泥量的迅速增长会使反应器内各种群数量不平衡，降低运行的稳定性，一旦控制不当便会造成反应器的酸化。较多的接种菌液可大大缩短启动所需的时间，但过多的接种污泥量没有必要。6温度
温度对于EGSB的启动与保持系统的稳定性具有重要的影响。EGSB反应器在常温(25℃)，中温(33℃～41℃)和高温(55℃)下均能顺利启动，并形成颗粒污泥。但绝大多数EGSB启动过程的研究都是在中温条件下进行的，也有少数低温启动的报道。另外，不同种群产甲烷菌对生长的温度范围，均有严格要求。因此，需要对厌氧反应的介质保持恒温。不论何种原因导致反应温度的短期突变，对厌氧发酵过程均有明显的影响。
三、加速污泥颗粒化的方法 投加无机絮凝剂或高聚物
投加无机絮凝剂或高聚物为了保证反应器内的最佳生长条件，必要时可改变废水的成分，其方法是向进水中投加养分、维生素和促进剂等。投加细微颗粒物
向反应器中投加适量的细微颗粒物如粘土、陶粒、颗粒活性炭等惰性物质，利用颗粒物的表面性质，加快细菌在其表面的富积，使之形成颗粒污泥的核心载体，有利于缩短颗粒污泥的出现时间。但投加过量的颗粒会在水力冲刷和沼气搅拌下相互撞击、摩擦,造成强烈的剪切作用，阻碍初成体的聚集和粘结，对于颗粒污泥的成长有害无益。投加金属离子
适量惰性物如Ca2+、Mg2+和CO32-、SO42-等离子的存在，能够促进颗粒污泥初成体的聚集和粘结。多位研究者研究了颗粒化中惰性颗粒的作用。
四、厌氧颗粒污泥的形成
厌氧颗粒污泥是由产甲烷菌，产乙酸菌和水解发酵菌等构成的自凝聚体。其良好的沉淀性能和产甲烷活性是升流式厌氧污泥床反应器成功的关键，颗粒污泥的化学组成和微生物相对其结构和维持起着重要作用，颗粒化过程是一个多阶段过程，取决于废水组成，操作条件等因素。综述了近年来厌氧颗粒污泥及其形成机理的研究进展内容包括厌氧颗粒污泥的基本特性和微生物相，厌氧颗粒污泥结构及其颗粒化过程。
1、厌氧颗粒污泥的培养
启动与污泥活性提高阶段：反应器的有机负荷一般控制在2.0 kgCOD／m3·d以下，运行时间约需l～l.5个月。值得注意的是：
① 最初污泥负荷应低于0.1～0.2 kgCOD／kgTS.d；
② 在废水中的各种挥发性脂肪酸没有充分分解之前，不要增加反应器的负荷；
③ 应将反应器内的环境条件控制在有利于厌氧微生物（主要是产甲烷细菌）繁殖的范围。
④ 投产时，使反应器有效截留重质污泥并允许多余（稳定性差的）污泥流出反应器。
颗粒污泥形成阶段：有机负荷一般控制在2.0～5.0 kgCOD/m3.d。污泥在重质污泥颗粒的表面富集、絮凝并生长繁殖，最终形成粒径为1～5mm的颗粒污泥。此阶段也需l～1.5个月。
污泥床形成阶段：反应器的有机负荷大于5 kgCOD／m3.d。反应器内的污泥浓度逐步增大，颗粒污泥床的高度也相应增高。颗粒污泥床的形成约需3～4个月。
2、颗粒污泥的类型
杆菌颗粒污泥”，粒径约l～3mm。
松散球形颗粒污泥。主要由松散互卷的丝菌组成，丝菌附着在惰性粒子表面，也称为“丝菌颗粒污泥”，粒径约l～5mm；
紧密球状颗粒污泥。主要由甲烷八叠球菌组成，粒径较小，一般为 0.1～0.5mm
3、颗粒污泥的性质