UASB反应器启动过程中的动力学参数K2王捷

　39　12200612　　　　　JournalofTianjinUniversityVo.l39　No.12Dec.2006　UASBK′2*王　捷,张宏伟,贾　辉(,300072)　:上流式厌氧污泥床(UASB)反应器启动中的操作是运行控制最为关键的环节.为了给现场调试提供定量化的参数依据,研究基于UASB的完全混合模型和Eckenfelder一级反应动力学模型,引入可综合反映UASB内污泥浓度变化和微生物降解速率的动力学参数K′2,并推导出其关于温度的修正式.分别结合UASB处理低浓度有机废水的小试和中试初次启动试验,对K′2的物理意义及在启动阶段中的变化特点进行了分析.结果表明,K′2是一个表观UASB启动时不同负荷阶段工作状态的参数,通过对启动阶段K′2变化趋势的线性拟合得到斜率k可表明反应器内部活性微生物积累的快慢,并可借此来判别启动方法的优劣;根据设计水力停留时间和预期去除率得到的K′2可作为用以评价UASB启动是否成功的标志之一.:;;;:X703.1　　　:A　　　:0493-2137(2006)12-1405-06KineticParameterK′2intheStart-upProcessofUASBReactorWANGJie,ZHANGHong-wei,JIAHui(SchoolofEnvironmentScienceandEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:Controllingstrategyinup-flowanaerobicsludgeblanket(UASB)start-upprocessisakeyaspectinoperation.Toprovidesomeparametersforoperationonsite,basedonEckenfelderequationandfullymixedmodel,akineticparameterK′2whichcangenerallyreflectthecharacteristicsofsludgeconcentrationandmicro-organismmetabolicvelocitywasintroducedinthisstudy.Additionally,thetemperature-modifiedequationofK′2wasdeduced.ThecharacteristicsandtrendsofK′2instart-upprocessesofalabscaleandapilotwerestu-died.TheresultsrevealedthatK′2representedtheperformanceofUASBatdifferentorganicloads.Alinearfit-tingmethodwasused,andtheslopeofthetrendlinereflectedthespeedofactivemicroorganismaccumulationinthereactor.Theslopecanberegardedasanindextoevaluatethestart-upstrategy.Accordingtodesignedhydraulicretentiontimeandexpectedremovalefficiency,K′2isasignofstart-upsuccessofUASBreactor.Keywords:up-flowanaerobicsludgeblanket;start-upprocess;lowconcentrationwastewater;kineticparame-ter　　(up-flowanaerobicsludgeblan-ket,UASB),.,,UASB.UASB[1—3],,.,UASB3:;,、;.　　,,,UASB,UASB*:2006-03-22;:2006-06-01.　　　:(033113811).　　　:　(1979—　　),,,[e-mail].,UASB.1　1.1　UASB　　VanDerMeerHeertjesUASB[4]:　　(1),;　　(2),,,;　　(3),,.　　,1UASB,　VbdSbdt=Q0S0+QdbSd-QbdSb-qbXbVb(1)　VddSddt=QkS0+QbdSb-QdbSd-QSd-qdXdVd(2)(1)(2)　　　VbdSbdt+VddSddt=QS0-QSd-qbXbVb-qdXdVd(3)1　UASBFig.1　WorkingmodelofUASBreactor　　UASB,,.UASB,,,,Xd=Xb=X,Sb=Sd=Se,qd=qb.,dSb/dt=0,dSd/dt=0,(3)　　　qbXVr=QS0-QSe(4)　　Echenfelder[5]46,,,,,　　　dSdt=-K2XSe(5)(5)(4)　　　S0-SeSeθ=K2X(6)　　UASB2:X,.[6](6)UASBK2.、,,,(6)K2,,K′2,　　　K′2=K2X(7)(6)　　　S0-Seθ=K′2Se(8)K′2K2,.(8)　　　1θ(S0Se-1)=K′2(9)η=1-SeS0(9)　　　η(1-η)θ=K′2(10)(10),K′2ηθ,θ,K′2.,θ,Se,K′2.　　K2,K′2.,K2Arrhenius[5]　　　K2(T)=K2(20)φ(T-20)t(11)(9)(10)　　　1θ(S0Se-1)φ(20-T)t=K′2(20)(12)　　　η(1-η)θφ(20-T)t=K′2(20)(13)1.2　K′2　　(7),K′2K2,1406　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　39　12　,.,K2,K′2.(8),K′2.K′2,K′2.　　UASBUASB,[7].,(9),(K′2)2:θ,();,θ.　　,,,,K′2,,K′2.,K′2,,K′2,,,K′2,,2.(a)K′2K2′(b)K′2K2′2　K′2Fig.2　PossibletrendofK′2　　UASB,,,,,K′2,2.　　UASB,(10)K′2(K′2).,K′2,K′2K′2.(6)K′2,K′2K′2,2:①K′2K′2,2(a),,;②K′2K′2,,.,K′2.K′2,,K′2,,,2(b).2　K′2UASB　　UASB[8]UASB,K′2.2.1　UASB　　UASB3,6.28L,,COD400～600mg/L,NH4HCO3KH2PQ4、,NaHCO3pH.,51.18g/L,2L.3COD.1—;2—;3—;4—UASB;5—;6—;7—;8—.3　Fig.3　Schematicdiagramoftheexperimentalsystem1407　200612　　　　　　　　　　　:UASBK′2　　(35℃),.3,(hydraulicretentiontime,HRT)28.3、69.346.5h.1,,15d;2,1,COD,;3,.COD4.4　UASBCODFig.4　InfluentandeffluentCODandremovalefficiencyinthelabscaleUASBstart-upprocess　　40～50h,COD50mg/L,K′2.(9)K′25.　　5,K′2,K′2,55dK′2,K′2,60d,.　　0.5～1mm,61d,,K′2,K′2UASB.5　UASBK′2Fig.5　KineticparameterK′2inthelabscaleUASBstart-upprocess2.2　UASB　　UASB[7],、,[7]1.1　UASBTab.1　ParametersofpilotscaleUASBreactorstart-up/m/m/m3/m3/℃COD/(mgL-1)BOD/(mgL-1)pH1.55.28.05.315～23.2254.0～873.0260.0～347.07.0～8.01408　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　39　12　　　,,UASB,.,“”,.7d,K′2,,K′2,6.1.5m3/h,COD800/0,(13)K′2.6,36dK′2K′2,.,(9)K′2(12)K′2.6　UASBK′2Fig.6　KineticparameterK′2inthepilotscaleUASBstart-upprocess3　K′2　　(7),K2(),K′2.,(12)K′2,K′2.K′2,K′2.,K′2,78.7　UASBK′2Fig.7　CurveofK′2inthelabscaleUASBstart-upprocess8　UASBK′2Fig.8　CurveofK′2inthepilotscaleUASBstart-upprocess　　K′2k1=0.0028k2=0.0206,UASB.,K′2.,,,(PAC).(12)K′2(20),1409　200612　　　　　　　　　　　:UASBK′2,K′2(20).4　　　　(1)UASBEchenfelderK′2UASB.　　(2)UASBK′2,K′2UASB,K′2K′2,.ArrheniusK′2,.　　(3)K′2,UASB,UASB.:　　K2———,1/(mgs);　　K′2———,1/s;　　K′2(20)———20℃K′2;　　K′2———,1/s;　　Q———,m3/s;　　Q0———,m3/s;　　Qk———,m3/s;　　Qbd———,m3/s;　　Qdb———,m3/s;　　Qg———,m3/s;　　Qgb———,m3/s;　　Qgd———,m3/s;　　qb———,1/s;　　qd———,1/s;　　S0———,mg/L;　　Sb———,mg/L;　　Sd———,mg/L;　　Se———,mg/L;　　Vr———,m3;　　Vb———,m3;　　Vd———,m3;　　Vpf———,m3;　　Xb———,mg/L;　　Xd———,mg/L;　　θ———,θ=Vr/Q(T);　　η———COD;　　φt———,1.03～1.15,1.09.:[1]　RodríguezJA,PeñaMR,ManziV.Applicationofanin-novativemethodologytoimprovethestarting-upofUASBre-actorstreatingdomesticsewage[J].WaterScienceandTech-nology,2001,44(4):295—303.[2]　PauloPL,JiangB,RoestK,eta.lStart-upofathermophi-licmethanol-fedUASBreactor:Changeinsludgecharacter-istics[J].WaterScienceandTechnology,2002,45(10):145—150.[3]　,,,.UASB[M].:,2000.WangKaijun,ZuoJian’e,GanHainan,eta.lTheTheoryandImplementationofUASBReactorConceptinChina[M].Beijing:ChinaEnvironmentalSciencePress,2000(inChi-nese).[4]　VanDerMeerRR,HeertjesDM.Mathematicaldescriptionofanaerobictreatmentofwastewaterinupflowreactors[J].BiotechnologyandBioengineering,1983,25(11):2531—2556.[5]　.[M].:,1993.GuXiasheng