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19,1年第4期河南师范大学学报(自然科学版)JournalofHen口月NormalnUiv`”ity(刊勺turulSe拒月c`)1991抽4UASB处理石灰草浆黑液的动力学模型(I)I杨玉杰侯杰刘兴旺胡兰群’(化学系)摘要:本文建立了实验室规模的UAsB反应器(总容积27.85)L的动力学模型.通过灵敏度分析.得出:废水流量Q,UAsB进水基质浓度s0、最大比基质降解速率,~对出水基质浓度s。影响较大.讨论了不同水力停留时间下s。和s。的关系;S。和基质去除负荷L的关系.发现反应器运行情现和截丙积无关,且反应器最佳高度为4一6m;不可降解基质浓度和基质浓度之比为。.1122,cOD最大去除率为88.78%,最大去除负荷L~为35gCoD/L`.d关健词:升流厌氧污泥床反应器(U人sB);动力学模型;灵敏度分析.分类号:x703·为了更好地操作、运行UASB反应器,必须了解不同进水浓度,不同水力停留时间条件下的出水基质浓度5.(9COD/)L,去除负荷L(9COD/L·d)及基质去除率叮,还要知道反应器的最优尺寸和操作条件,为此,我们在流形分布的基础上建立了UASB动力学模型。图1UASB模型由流型分布模型`’〕,uAsB反应器可分为下部完全混合的污泥床、中部完全混合的悬浮层和上部推流式的三相分离区;污泥床和悬浮层靠流量Q和返混流量Q伪相联系.由[1]得Q。,二Q,。二0·372Q(s。一s。)二0·372Q况。,。(l)文稿收到日期:l,,介刃2一19.,我校88届毕业生,现在南阳市环保局工作.DOI:10.16366/j.cnki.1000-2367.1991.04.01480河南师范大学学掀自然科学肋1991年1UASB动力学模型、、、夕2凡」了.、产...Ll模型建立及参数确定假定UASB反应器中基质降解符合Monod方程:S一S拜二拜___一气-r「一xK+S一Ss一kso其中K.为饱和常数,k为不可降解基质的比例.对污泥床和悬浮层进行稳态基质衡算(2):Qs。+Q了。s了一(Q+Qa,)s。=s-一S犷。“s。“.二无二厂了廿了,口月(4)S,一S(Q+Q。,)s。一(Q+Q了。)s了一y声S产.。万丫了廿矿一`’一f一.(5)当我们改变进水浓度或流量时,悬浮层和污泥床体积有所变化,但由于三相分离器的高分离特性,污泥流失很少,此外一段时间内产生的细菌也很少,可以认为反应器内污泥总量不变,污泥床和悬浮层污泥量也不改变.在Q=.25L/h,S。=.929CoD/L的条件下测得:、..产、.了、、.产`、声了O月了口0QJ了.、`才、`..`、犷。55。二8·5x74·8=635·8g()V声S了=19·0x23·6二448·0(g)联立(l)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)得:口(s。一s。)[l+0·372(S,一s。Q(s。一s,)[l+0·372(S。一S。)1一635·8拜.xS。一ksoK:一卜s。一kso)]S,一ks_448.0u二尸--L,se一答二一’栩x人十万,一k占_.JU由(9)式s。一(￡一了君,一仃)/2其中E一S。+sr+2·688(10)(11)F=S产S。+2·688)+120印。ax把(10)式代人(8)式,并以sr一ksoQ(K一ks。+S,)(12):·。一:{。(:。一:。):1·。·37,(:了一:。),一`,,·S。一ks8科~_,二一子一谁二一一’一几.十0。一凡00}(13)作为目标函数,用单纯形加速法〔3)搜索K,、k、“anI:的值,使sub为最小,Q、S。、s。采用表l数据,得出:K一1.7839/L,k=0.1122,拼max=0.03742h一`.表1出水COD随流最变化实验数据流盆Q(L/h)123456进水CODss0(/)L.8000.8000.8000.8。加8.00。色。oo出水COD一s办/琦一1仍于L504i.名50.25名73.14孕.443名第4期杨玉杰等:UASB处理石灰草桨黑液的动力学模型(n)`l,、.了`、.夕`,.了4.tùùO,.口.二11门.曰卫.且奋`.飞.JJ.、J`、了.、LZ动力学方程的求解由(9)式其中s了一(。+了。’、妞)/2G一Sb+kso一K,一16·76*II一l/[Q(l+0·372(s。一s。)1万=s。(K一ks。)+16·76kIs。由(8)式:s。一ks。+Q(s。一s。)[l+0·372(s,一s,)l丫K:一kso+S,635·8拼~(18)把(14)式代入(18)式,并以(18)式作为迭代公式,计算出s、后,代人l(4)式求出fS,结果见表2.表2出水基质浓度的理论计算值Q(L/h)凡(g/)LS、g(/L)S湘/)L8.加02,663l,9“45`33___2孟_______8.0佣8.0加8.0008.8347.0813.303.894,403.0022.2962.563,1,3.672.2631.646é月1曰1时X0412,1000:4S.8互-由表1、表2比较,计算值和理论值很接近.2动力学方程的应用S硕g/)L⑤④①⑧②.21不同水力停留时间下s。和s。凡和L的关系选择不同的水力停留时间讨论0S和s。关系、S。和L的关系.其中sc计算采用(14)、(18)式迭代,L计算公式:L=(S亡s。)/:(19)①停留时间长时,s。和s。成直线关系;当停留时间短时,s。急剧增加,出水水质迅速恶化。②由(4)、(5)两式相加,以及L计算式(19)可得(20)式。当L增加时,s。、sf会急剧增加,K.可以忽略,故可得(2l)式.16}l412l086420481216202450(g/L)28图25。和S。关系图中①~⑧表示的水力停留时间分别为4.58二29,玉.53,1,150.76刀.57,0.45,0.38,0.33,0.29,0.26天kSō0`.二(2(2L一带`V吞““幽“…s。一ksoK:+S,一ks。S,一J十犷卢￡产一二r二斌或可咨JUL_._二24/y。(V、55`+V万5.)井___“3.5g4COD/m`·d,r一“丹几廿.、了J价“舟河南师范大学学赦自然科学肋1991年由(21)知,最大去除负荷只与污色总量及动力学参数与.:有关.考虑三相分离器的固体分离性能,最大去除负荷是由污;,数量、活性及三相分离器决定的.04一2夕0285。(g/L.⑥⑧匆⑧①⑧图35。和L关系图4灵敏度分析.22灵敏度分析为了找出对s。影响最大的因素,我们分别改变凡ax、k、hoK.、Q、s。的值.并定义这些参数的改变量为占参数/参数x100%,S。变化为sn、h。K.、Q、s。分别取初值o.03742h一`,0.112么占s。/s。x100%,参数拌二.x、L10m,1.7839/L,3L/h,g8/L.从分析得出:.23最大基质去除率召,ax、Q、s。对s。影响较大.当基质浓度以COD为88.78%..24最佳高度选择表示时,由于存在不可降解比例为0.1122,故COD最大去除率假定生产性反应器反应高度为H,另外,还假定污泥床高和H成正比.三相分离器高lm,则总高为(H+l)m,、,声、.夕、.户2凡、ù42,ù,ùr吸、了.、了.、心é6(2(2h。二无万则一hr一H一h。犷,二A:(H+1)又假定反应器基质去除负荷L不变,则Q=L(H+l)A,/(S。一S,)由图1,对vb,v:进行基质平衡:Q(s。一s。)〔1+4.211+h,J(s,一s`)〕=74.8hS,一ks。口U。A,“,。二了下面下蔽盯,口甘第4期杨玉杰等:UASB处理石灰草浆黑液的动力学模型aI)。(s。一s,)〔1+4.2sr一kso11+h,(,。一s。)〕=23·6h产,”.。K,+Sa一kso(27)一民ùO矛(2(2联立(25)、(26)、(27)式髻哭轰孕(s。一s。)〔,片恙二(S了一S。)〕一,`·,`。,.。二UJJS。一ksoK:+Sa一kso赞瑞孕。s。一s户〔1十百长万(s。一s`)}一23·。,一兴书磊丁,JJ.J.由(28)、(29)式可以看出:UsAB反应器的运行情况和截面积无关,这当然必须保证单位面积的产气量和布水均匀.从这里至少可以得出:反应器截面积不是影响反应器运行勺重要因索,也给我们寻找最优高度提供了依据.表3反应器最佳高度(总高)凡g(COD/L)g(COD/L,d)最佳高度份十1)(m)坑(间一一,一,万厂一一一—一刁瓦丽一----仄30一一一石.10一一一一一L习一一2015.760355.301512015.花0.404.901.5`2015,760.454.601.622015.760.504.401.702015.760.554.201.763015.760.306.101.533015.760.355.301.513015.760.404,801.523015.760.454.401.533015.760.504.101.553015.760.553.801.541015.760.406.302.121015.钻0.4轰5.,02.2110一15.76众505.602.301015.760.55,.402.42由文献4[],反应器污泥床高度hb必须保证Lsm以上,另外增加反应器高度,处理效率不能增加时,就没有必要增加高度,以作为优化条件,寻找最佳高度,得出:hb1.5内/J万0.01(30)①最佳高度在4~6m之间.②s。小时,相同k’值,表3中最佳高度较高,但反应器内净压太大,不利用微生物生长和节约工程造价;另一方面,相同L条件下,Q值较大,又有利于均匀布水、搅拌(沼气自身搅拌),最佳高度反而不需太高.③s。大时,计算最佳高度较低,而Q较小,高度较低,不利于布水均匀和搅拌,故一般选定4~6m较为合适.3结论1建立的UASB反应器动力学模型能很好地描述反应器特性,误差很小.84河南师范大学学报(自然科学肋1991年反应器最佳高度4~6m.用UASB反应器处理石灰草浆黑液,COD最大去除率为88.78%,极限负荷35.423垅/m3·.d本文所用符号及其含意:Q一流量(L/h);AR一反应器截面积;G一产气速率(L/h);声一比基质降解速率d(一`·h一,;)(Hh)一高度(m);”。x一最大比基质降解速率伍一,);55一污泥浓度g(/)L;:一停留时间(d);叮一基质去除率;K.--饱和常数g(/)L;心一产气系数(L/去除gCoD;)kee不可降解基质分数;vR一反应器容积;L一基质去除负荷.下标意义:b一污泥床;p一三相分离区;介气悬浮层;n一不可降解基质;b产一污泥床到悬浮层;g一沼气;户一悬浮层到污泥床;i一进水;--c出水;o一进水.参考文献234杨玉杰等,河南师范大学学报(自然科学版),1991(l):40一4上海师院.化工基础(下.)北京:人民教育出版社,198。:28-2304张莹,最优化技术基础,清华园:清华大学出版社,1980:16一iVanderMeer,BiotehcandBOIeng.’1982:24:443一459XINETICMODELOFTHEUASBREACTORINTREAITINGLIMESTRAWBLACKLIQUORYangYuieHouJieLiuXingwangHuLanqun口epar加.tof以姻istyr)ABSTRACTBascdonthefluidflowPater。,akinetiemodclofalaboratoyr一邵aleUASBreaetor(2785iltesr)usedfortreatmentoflimostrawblaekliquor,wa,csruP.Bymeansofsenistivityanalyiss,itwasfoundthatthenowQ,zheinncuntsubstraeteoneerntrations。(:eon/L),and、ax(d一1)hadbi:innuen沈onthe邝aetorF:omthemodc],elraiton,bet俄eno