UASB反应器内部三相分离器的试验研究陈春光

四川环境1995年第14卷第3期UASB反应器内部三相分离器的试验研究·陈春光黄濡钦(西南交通大学.成都610031)摘要:考及姑二流式厌瓦污泥来(UASB)反应器的三相分离蓉的作用原理,设计出了结构简单的三相分离器装卫。通过J、型装1的试验,证实了该装1气固液分禹是充分的,当污泥回流缝在2.0一3.0厘米,沉降室进口污泥浓度在16一249l/(ss)时,固液分离效率仍高达87.8%以上。示踪试脸结果是平均停留时问氏=0.787,推流偏差系数即产0.470,进一步说明此装笠的结构型式和尺十是合理的。另外,通过试验还表明了来用矩形脉冲示踪法分析沉降室流态是可行的。关键词:UASB反应器三相分离器示踪试验StudyontheGas一Liquid一SludgeSeParatorinUPflowAnaerobieSludgeBlanketReaetorChenCI、unguangHuangRuqin(oS:`t儿。、』、z_I;,`,,,,r^〔J,,,:,`,rsit夕,以。ngd,`610031)Abstaret:Aeeord,ngtothepr一ne注pleofgas一1.1一,,(l、1.1、19一separar一on.wedevelopedanewgas一liqu一d一sludgeseparatorwhieh15simpleinstrueture.Astheresultsofrht、,以I〕cr一r,一t[1一、、v一t}lalab一UASBreaetor,一twasdemonstraredthatthegas一liquid一sludgeseparator15gox{in一tsstrueture,阳l、〔卜l一川({卜。x;tr、t.zzgrate一5hzgh,themeth闭ofanalyslngflowstateinrhesettlersus-ingtherectanglepulestraeerexperimen一515feas,l)luKeyWords:UASBreaetor;gas一1一quzd一slt一dgcs叩ara一()r;[raeerexper一ment1前言厌氧处理工艺在有机物转化为甲烷和二氧化碳时,由于能量输出低,生物体的增长率很慢,加上厌氧污泥附着气泡,一部份污泥随出水带走,容易导致反应器内污泥数量减少。为了保持反应器内污泥浓度不降低,除了培养沉淀性能好的高活性厌氧污泥外,必须使位于反应器上部的三相分离器具有良好的分离性能。故此,国内外研究/、员把开发三相分离器及其性能研究也作为开发厌氧处理工艺的重要内容。本研究通过对三相分离器的作用原理进行分析,吸收并比较现行工程的经验和国内外先进技术,设计出结构简单,分离效果好的三相分离装置,并通过小型试验,了解装置的运行情况,探索沉降室的流动状态,通过试验进一步优化三相分离器的结构形式的尺寸。2国内外现状国内外许多学者及工程技术人员对三相分离器进行了大量的研究工作,取得了许多成果,但成熟的设计方法未见报道,原因是:(1)三相分离器处的流动状态比较复杂,影响三相分离效果的因素众多,某些重要项目测定比较困难;(2)三相分离器的技术在国外属于专利;(3)现行工程中所用的三相分离器的形式较多。目前,使用的三相分离器的形式较多,各有利弊,从它们的结构和功能上看一般都包括两个部份,即气液分离和污泥沉淀。现将常见的三相分离器(见图l)的工作过程及特点归纳如下[`1。图1中a,b两种三相分离器的共同特点是:(1)混合液进入三相分离器后在反射锥的阻挡作用下折向两边、气泡快速上升,进入夸“八·五”国家重点企业技术开发项目“高浓度有机工业废水处理成套技术设备”子课题之一。第一作者:陈春光,男,37岁,1982年毕业于兰州铁道学院给排水系给排水专业,讲师。DOI:10.14034/j.cnki.schj.1995.03.001四川环境1995年第14卷第3期呀盯时讲图l:1It分离器的形式集气室,集气室空间高度由水封高度决定。泥水混合液进入沉降室,由于消除了气泡的提升作用,液流在上升过程中速度逐渐降低,使污泥沉降,并沿着斜板表面滑回反应器;(2)结构简单;(3)由于沉降室进液口和污泥回流口同在一处,因此,容易引起互相干扰,影响污泥正常回流,造成厌氧污泥流失。另外,图1中a图所示的分离器,由于进水口位于中部,而出水口在周边,因此沉降室内死区小。而b图所示的分离器的沉降室出水口和进水口在同一侧,易引起短流现象门C图所示为荷兰专利。整个三相分离器由集气室、挡气板、配水管及扩张区和再次分离区。沉降室中农缩的悬浮液与反应器内三相悬浮液之间的密度存在差异,利用这种密度的差异所产生的循环流,使浓缩的悬浮液不断地返回反应器。但是,这种分离器的缺点是:(l)结构较复杂;(2)进入沉降室的通道阻力大,循环流的作用估计不会很大。d图所示的三相分离器为德国专利。其作用原理与前三种基本相同。3UASB反应器三相分离条件文献【2]描述了UASB反应器三相分离的分离情况,并指出必须考虑以下几个方面:(1)气泡必须在固液进入沉降室之前分离;(2)为了防止气泡在沉降室产生,污泥在沉淀室内的停留时间必须要短,厌氧反应必须在反应器内完成;(3)由于厌氧污泥具有絮凝性质,沉降室内会形成污泥层,液体向土流动是非常有利的。除此之外,从污泥沉降速度方面考虑,要求沉降室满足介v,~,式中:vg为污泥的沉降速度;vnl二为三相分离器的控制断面液体上升的流速〔3〕。4试验装置及试验方法通过对三相分离器作用原理的分析,吸收国内外先进技术,我们研制出适合我国实际工程情况的三相分离器(见图2所示)。此装置既适合圆形UASB反应器,也适用于矩形UASB反应器,主要由上部的集气罩和中间两隔板及两倾斜板构成,施工安装和维护拆卸都很方便,而且混合液进入沉降室的通道阻力小,循环流的作用大,污泥回流受气泡干扰的可能性小。,,lrrrrrrrrrrrrrrrrr666777画画{冬}之几ltI分离器小.急}冬}为了了解图2所示三相分离器的流动特性及其分离效果,我们进行了模型试验。小型UASB反应器用有机玻璃制成,下部反应柱内径20厘米,总高度为1.65米,上部三相分离器的尺寸见图2所示。图3为试验设备及试验流程。除湿式气体流量计和微机外,所有试验设备均放入恒温室内,恒温室内用电热器和白炽灯加热(夜间同时使用),并用四川环境1995年第14卷第3期WMZK一01型温度指示控制仪将试验温度控制在32士1℃。接种污泥为成都市北郊肉联厂污水处理站厌氧池污泥,经淘洗筛除粗渣后,进行驯化培养,污泥比重为1.05,污泥的沉降曲线见图4所示。试验用水采用峨嵋山啤洒,化验分析该啤酒的COD为9.6Xl少阴g八,TN为12.544mg八,NH3N为6.96mg/z,P为6.9909l/,用自来水稀释,并加尿素、KHZpO4,使试验溶液的COD二N:P为400:5:1,并用NaHO将试验水样的pH调节至6.4左右。ǎ--1。à拟一帷世运102030时}司(nli,飞)1一贮液槽;2一计量泵;3一反应器;4一三相分离器;5一水封管;6一气体流量计;7一示踪剂加注管;8一电导仪;9一微机。图3试验流程及装置试验分为流动特性试验和三相分离效果的测定试验,分离效果的测定主要是测定各取样点的污泥浓度,以此来分析三相分离器的分离效果。通过示踪试验分析沉降室流动状态。5试验结果5.1三相分离器分离效率试验三相分离器的分离效果与污泥浓度、污泥沉降性、反应器水力负荷以及COD负荷有关,故取样时要保持运行稳定,取样时产气量Qg=17.281/h一20.521/h(30℃,l()IkP。),测定结果见表1。另外,在试验中还观察到反应器悬浮层的污泥浓度具有随机性变动,主要是污泥层沼气气泡的聚集,并随机向上运动而引起,这一点在表1中也可看出。从表1中还可看出,当试验用三相分离器的污泥回流缝开口在l一3.0厘米之间时,去除效率几乎不变。当污泥回流缝开口过小时,沉降室内污泥浓度明显增大,以致影响固液分离效果。另从沉降室表面观察,没有气泡产生,说}l)J气液分离也是充分的。但是打开气罩观察,发理气图4污泥沉降曲线室液体表面仍有大量的附着松散污泥的泡沫,运行时间越长,泡沫的厚度越大,这将会影响气泥的分离,工程上应采取定时消泡措施。表1三相分离器污泥浓度测定结果污污泥回流缝缝各取祥点悬浮固体浓度(gl/)))分离效率率宽宽度度l点2点3点点(%)))(((厘米)))))))000.5550.945.321.044482.33311111.005.291.366681.11166666.4516.弓020.555U0.999111.0002.4517.222.53338苏.888一一一0.7110.940.811193.55522222.1016.507.222287.333222.0001.2216.621.388892.77700000.7124.()80.8666697.11100000.7619.671.088896.11100000.8317.225.322295.11100000.7819.010.844495.999333.0001.3516.931.388892.00022222.1220.722.144489.88800000.7722.701.311196.66622222.3218.942.411187.8885.2示踪试验为了了解沉降室流动情况和污泥回流缝对沉降室污泥沉淀,以及三相分离器的循环流的存在,肯定沉降室进口与污泥回流口分开的有利作用,在前一个实验结束后,又进行了示踪试验。示踪剂用。(〔、l):溶液并用无四川环境1995年第41卷第3期水乙醇调配成与试验液体密度相当。出口采用电导仪加数字放大器及微机自动采集和计算处理。示踪剂投注点为B点(见图2)。示踪试验采用矩形脉冲输入法r`!,其影响曲线是短时连续投药后的出口电导率曲线(扣除了背景值),然后按照一定的相位再求出累积液龄分布函数F(t),又因〔’(l)=dF(t)/dt,通过数值微分求得C一曲线。评价沉降室内的死区、沟流及循环流的程度,可用平均停留时间0。和推流偏差系数蜘按照其定义,则掣“〔6,。口与污泥回流缝分开设置具有良好的作用,但进口部位的阻力应尽量减少。(4)从示踪试验计算结果(平均停留时间口C=0.788,推流偏差系数夕fP=0.470),说明沉降室户“花态是较好的二\一侣\气黔些,`一二.:._一。,一、二~iC、双甲:C—田曰尤里荆敞度l不】;\七O/O—无量纲时间(弃才为理论停留时’间图4为污泥回流缝为2。m时的示踪试验曲线(C一曲线是经微机自动按以上计劝方法计算而得)。求得平均停留日扫川0`=0.788,推流偏差系数夕fP=0.470。5.3试验结果分析(1)从分离效率试验发现,本研究所提供的三相分离器分离气固液效果较好。悬浮液进入沉降室之前,气体充分分离,未发现气泡进入沉降室,说明本装置结构形式及尺寸合理。(2)利用刺激一响应方法研究三相分离器沉降室的流态,分析三相分离器的结构形式及尺寸的和合理性是可行的,而巨采用矩形脉冲输入法,由响应曲线求出累积液龄分布函数,再通过数值微分方法求得C一曲线。这种方法比较简单实用。(3)从示踪试验发现,由于混合液中气泡的上升作用,再加上沉降室底部浓缩的悬浮液与反应器悬浮液之间的密度差,沉降室进图5示踢试驻曲线6结语上流式厌氧反应器的处理效率可以说取决于生物效率和水力效率两部份,而两者又相互作用。具有良好的水力效率可以使反应器维持较高的污泥浓度,可以达到使污水、污泥的充分接触与传质;产气率的大小又影响着反应器水力效率的提高。对于三相分离器而言,水力效率主要取决于三相分离器的结构形式和尺寸。本研究通过在同一种模型上进行的两种不同的试验,都说明了本装置是合理的,同时提供和证实了新的研究方法。本装置虽然是小模型,但可以按适当的比例推广应用于原型。参考文献【l」国家环境保护局主持编写,(高浓度有机废水厌氧处理技术》,中国环境科学出版社,北京,1991年。[2」R.R.Va