UASB反应器的脉冲进液系统及其试验研究陈春光

1994Vol.10No,3中国给水排水UASB反应器的脉冲进液系统及其试验研究陈春光①(西南交通大学)摘要简述了UASB反应器进液系统的重要性和设计思想,提出了脉冲进液系统并对此进行了试验研究和理论分析,由此给出了设计上的主要技米数据和设计原则。1前言升流式厌氧污泥床(UASB)反应器是当前发展最快的一种高效率废水厌氧处理装置。UASB反应器运行的好坏与其结构(包括内部三相分离器)、生物配套技术以及反应器布液系统和搅拌系统有关。本文从反应器布液均匀性和充分传质方面讨论布液系统的设计,并提出脉冲进液系统及其试验研究结果。2UASB进液系统的设计思想一般认为UASB反应器的污泥回流和机械搅拌可维持在最低限度甚至完全取消。但是许多实际工程经验表明,仅依靠污泥层产生的沼气搅拌,其作用是有限的,特别是在设备投产运行初期、水质水量大幅度变化和处理可生物降解较差的污水时。为了证实这种情况的发生程度,在可视UASB设备中做了大量的运行试验,试验在直径0.30m、高度Zm的反应器中进行,表明多种运行条件下,都观察到污泥层有严重的沟流和死角的发生,国外研究者也报导了UASB反应器短流率达70~80%,甚至更高。由此可见,厌氧反应器污泥层内如此严重的短流率,将直接影响厌氧处理设备的处理能力。为此,消除升流式厌氧污泥床反应器污泥层的短流,提高污水与厌氧污泥的接触机会。除了合理地进行装置的结构设计和运行条件的控制外,如何通过UASB反应器最佳的进液方式来最大限度地发挥布水均匀和充分传质的作用,将是UASB反应器的关键技术之一。目前实际工程中的布水多采用多孔管布水,进液方式一般有连续进水和脉冲进水。多孔管连续进水方式的设备和操作都简单,但无法解决进液系统堵塞、布水均匀和反应器内充分传质之间的矛盾。而脉冲进液方式可以加大布液管的瞬时流量,能解决上述存在的矛盾,提高厌氧反应装置的处理效率。先进的脉冲进液装置,必须能提高厌氧反应器的处理效率,设备造价低廉、运行安全方便,并且是节能的。3脉冲进液系统及其试验研究3.1脉冲进液装置在综合分析了以往的进液系统的基础上,明确了UASB反应器进液装置设计思想,结合污水处理工艺流程的组合,在多次试验研究的基础上,提出了如图1所示的脉冲进液系统。此装置共分三个部分,第一部分为三通抽气装置;第二部分为虹吸控制装置;第三部分为①参加试验的还有黄儒钦、吕明华、宋志明等同志。中国给水排水1994Vol.10No.3多根进液管系统(包括配液箱)。三通抽气系统是依照水力学原理设计,充分利用厌氧反应器出水的剩余水头,形成抽气作用,提供脉冲配水的动力源。、并有利于UASB反应出水中夹带的微细沼气泡逸出和在一定的设计组合下使反应器出水得到一次曝气,有利于后续好氧设备的处理或增加出水溶解氧。试验中的约束条件,即污水处理量、抽气系统所有管道不堵塞和达到一定的真空度。先后试做了六种抽气装置,其中一种装置及其试验数据见表1。本试验使用一对电磁阀及一对时间继电器配合抽气系统,在反应器出水(即三通抽气系统进水)流量3.6m,h/,脉冲虹吸间隔时间3、5、10min三个档次运行,都获得成功。百百百、、、,弓尸尸气气奋奋3,rùó厂枯.白图1脉冲进液系统1.上液管2.虹吸管3.必15电磁阀4.虹吸破坏管5.投配水箱6.抽气管7.上水箱8.三通抽气器9.溢流管10.下水箱n.多根配液管12.出水、溢流管虹吸控制装置主要由水箱、虹吸管、抽气管、空气用电磁阀和时间继电器(或其它时间控制器),按一定的要求进行合理设计并装配的系统。第三部分的多管进液系统主要由多根独立的进水管组成。其主要优点是:①利用前叙两装置的功能实现UASB反应器脉冲进水,并能实现单一管或若干管间隙进水,而整个反应器仍为连续进水。这样可提高进液管的瞬间流量,增加其污泥层的搅拌作用,维持反应器的稳定运行。②由于进液管的独立性,对运行中管道的堵塞可方便地得以检查和排除。3.2脉冲进液装置的试验因为脉冲进液系统的关键部分是虹吸形成装置,故仅介绍虹吸形成装置及其实验结果。试验装置除了UASB反应器外,均为原型规模的装置,见图2。图2试验装置1.水箱2.三通前段管道3.抽气三通4.三通后段管道5水封水箱及三角堰6.抽气管7.溢流管8.虹吸管.9电磁阀10.布液管表1试验结果抽抽气三通前段管径ddd32mmmm三三通前段管道长度111114.smmm三三通后段管径成成50mmmm三三通后段管长度赴赴l。70mmm抽抽气管管径径10mmmm抽抽气管长度度4.Ommm虹虹吸破坏管管径径10mmmm抽抽气装置作用水头HHH2.ommm抽抽气三通位于配水箱水位以下下0.3mmm高高度度度抽抽气装置的流量量3.41m3/hhh(((虹吸形成时)))(6次平均)))(((开始时)))1.92m3/hhh虹虹吸管管径径50mmmm清撬粽篙篙一州里豁豁篡黔3.3试验分析上述试验装置及试验结果是保证实现脉冲1994Vol.10No.3中国给水排水进液系统成功的最低要求,即首先保证管路不堵塞并且三通处具有1.om水柱以上的最大真空度,使虹吸形成时间控制在lmin以内。从试验中发现,整个脉冲进液系统在一定的约束条件下能否提供可靠的真空值,使虹吸系统正常工作,是系统的主要技术问题。试验表明(参见表1),当UASB反应器的设计流量在3.6m丫h以上,反应器出水具有2.otn以上落差时,都可以使用该脉冲进液系统,这是使用的最低条件。当然,在设计派量和落差超过这个最低要求时,可挖掘其潜力使系统设计更趋最佳状态。从以下的简单分析中可得到帮助。对抽气系统作分析(见图2),在b一b和。一。断面间及a一a和b一b间建立伯诺里方程得’又1、又2—管路沿程阻力系数g;、价—管路局部阻力系数召、d、w—分别表示管路长度、管径、管道截面积从式(3)看出,抽气系统的设计,还要考虑到管路流量、水头落差和管路阻力。管路流量不能超过UASB反应器诊公十流量;管路阻力也受管路堵塞的防止、管路的造价和设置许可等的影响;水位落差H又受实际污水处理设备的高程限制。、另外,抽气系统工作开始或运行中,由于虹吸破坏管与大气接通,则三通处的压力等于大*,二,…:办,。、,,P。、八、二二。,气压力,则从式(2)((号)。=o)可得到勺~/J’川,j、少、、~、、yz。“了J”少切Q`=(H,/51)’/,(4)(令)b一HZ十矗一hw卜·(1,奢hw一。(2)一一·丸一y式中(令)`一三通处的真空度Hl—上水箱液面至三通b一b之间的高差HZ—三通b一b到下水箱液面之间的高差hwb_`—毛一b断面到c一c断面间的水头损失hwa一。—“一a断面到b一b断面间的水头损失由式(1)、(2)说明,在一定的落差H下,、HZ越大,H:越小,三通处的真空值越大;式(2)还说明,增加三通前段管的水头损失,有利于三通处真空值的提高。但是,若以a一a断面与。一。断面建立伯诺里方程并推导得Q=(H/S)`/2(3)式中Sl,、=下丁.一气人1乙g1,、121.一一布州一几2一犷.~一不WlaZw乏八一试1。。:1。。、十二下1名“十二飞乙`尸1之少l一,“口2、一_一1,二、11.。。、式中51一~三二下(1+又,子十乏乙)找’“`2扩习登”`’`udl’一,’从式(4)看出,在三通前段管路阻力一定时,通过的流量Q`与HI`2/成正比。从表1实验结果中,抽气装置通过的流量从正常的.341m3h/降至1.92m3h/,试验也证实了这种情况。所以当Q`很小时,三通处带气能力就弱,真空形成慢甚至不能形成。说明,设计中不能按式(2)所示,一味追求降低抽气兰通至上水箱液面的高差H,来提高真空度。此外,设计中还应注意,三通后段管路的直径与H和整个管路阻力之间的关系。如果H大,阻力小,由式(3)知Q增大,当三通后段管径不足够大时,三通处的真空度也会降低甚至为正压(本试验也证实)。反之流量小,管径大,则抽气作用不强。综上分析,设计时可按式(1)、(2)、(3)、(4)作初步验算,对三通后段管径的取法可参考本试验结果或作简单调试试验即可。4结语叙述了UASB反应器布水装置的重要性和设计思想,继而提出了一种新型的脉冲进液系统,通过试验证实了此系统实际应用的可行性。应用最低条件是反应器设计流量大于3.6m3/h’,’A应器出水剩余水头在2。om以上。通过理论分析,给出了设计上应注意的主要技术中国给水排水1994Vol.10No.3生物吸附作用的性能探讨赵旭涛顾国维(同济大学)摘要对活性污泥法工艺系统中的生物吸附作用有关研究作了叙述,并结合研究工作对这气越内一作用性能进行了讨论。生物吸附作用在活性污泥法系统中,有着多方面的影响。充分的认识这一作用,有益于改进和优化活性污泥法工艺的运行,并可为设计提供二定的指导。活性污泥法由于其自身的优越性而被广泛的应用。随着研究的不断深入,对它的作用原理有了更清楚的认识。一般对活性污泥作用过程分为:第一步,活性污泥与污水接触的初期,通过附聚、吸附和吸收,使有机物迅速降低(初期降解作用)。第二步,有机物的氧化、分解代谢,进行细菌生长。`一第三步,沉淀分离。第一步是物理、化学、生物共同作用结果,而生物吸附作用则是这一过程的综合作用—附聚、吸附、吸收,现着重就这一作用性能进行叙述和讨论。1初期快速降解弃`、活性污泥法工艺中,有明显的“初期快速降解”现象,即在回流污泥与废水接触的短时间内,无论是曝气和缺氧条件下,都能迅速去除水中7。%以上的COD[`〕。但此有机物的去除,并非是氧化去除,而是生物吸附作用的结果。溶解性有机物通过吸附、吸收而去除,不溶解性有机物则是通过机械捕获、混凝、吸附筹物理作用附聚于细菌絮体中及表面(Clifft1981,Adams1978)。生物吸附作用速率远大于有机物的氧化速率〕因而,在活性污泥系统中,出现氧的利用率迟滞于有机物的去除。埃卡玛(Ekama1979)在研究中证明了这一点。`被生物吸附去除的有机胸,并不能完全转化为微生物细胞的原生质物质,很大一部分物质先转化为细胞的贮存物质(如糖元,聚p经基丁酸等),在以后的代谢中被逐步分解利用—此即贮存代谢机理(Tsunoetal1978,Andrews问题和脉冲进液系统具有的特点:①能加大进液管的瞬时流量,可防止管道堵塞,提高孔口出流速度,消除污泥层沟流的发生,达到污水与厌氧污泥的充分传质;②布液管进液为脉冲形式,但整个反应器仍为连续进水、出水,使设备运行稳定;③利用UASB反应器出水剩余水头,不消耗额外能量,提供脉冲操作的动力凉,,并且可使厌氧出水得到一次曝气和逸出出水中的微细沼气气泡;④操作简单,不需要花费人力;⑤设备简单、水箱容积小;⑥运行安全稳定,既使抽气系统和虹吸控制系统工作不正常,反应器仍能正常工作。(参考文献略)作者通讯处;610031成都市九里提1994Vol.10No.3中国给水排水3ifltrationtime15established.TheinfluentialafetorsoftherelationshiParediseussed.Inaddition,theinifuecneofironremovalefifeieneybytheformsofironiniflterinfluent,thepatternofehangeofpH,therelationshipbetweenironeoncentrationoffiltereffluentandtotalareaoffiltermediaarediseussed.THEOXYGENTRANSFEREFFIC!ENCYOFHYBR旧AERATIONSYSTEM···········-一“·一(16)WangHuizhenShengJiajie(BeijingnIstituteofiCv1’lEng认e翻ngandAcrhitectoer)AbstraCtThispaperintrodueesanenergysavingaerationsvstem:hybridaeration’system(HAS),whiehusesmeehanie