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341990年2月中国沼气第8卷第1期复合厌氧反应器初探邵希牵郑昔富彭迪水李锡英吴晓黄贞岚吴久久(江西省科学院)一、前言复合厌氧反应器是一种由两个或两巧以上不同结构形式的厌氧消化室组合而成的厌氧消化装置。例如,江苏某酒厂和华北制药厂所采用的厌氧消化装置都可以看作是一种复合反应器。这两个厂家从澳大.利亚Basin公司引进了同一种复合厌氧反应器,分别用于处理酒精废醒和丙、丁废醛。实际的运转情况表明.这种复合厌氧反应器不宜用来处理固体悬浮物含量较高的酸性有机废醛,多项技术指标达不到设计要求.因此,有必要对这种厌氧消化装置及其所存在的问题进行探讨.通过探讨,我们对这种复合厌氧反应器进行了改进,提出了一种新的设计方案,新设计出的3一5型复合厌氧反应器同样用于处理洒精废醛。二、澳大利亚复合厌氧反应器的结构澳大利亚复合厌氧反应器呈圆柱形,内部分为3个厌氧消化室。第l消化室处于复合反应器的中央,内部装有布水器和三相分离器,类似于上流式污泥床结构。该消化室中间还安装有“发泡器”,发泡器为一利用沼气进行搅拌和破壳的装置。第2消化室自上而下连续地悬挂着尼龙网布,排列呈波浪状,这种结构类似于厌氧固定膜。第3消化室横、竖交替地堆放着波纹板硬填料,结构与厌氧滤器相似。在容积为IO0om“的复合反应器中.第l消化室的容积为3501n“.第2和第3消化室的容积分别为524,二“和12601“。三、澳大利亚复合厌氧反应器存在问题的分析澳大利亚复合厌氧反应器在处理酒精废醒和丙、丁废醒的运转过程中遇到了不少的困难,主要表现在:(l)耐有机负荷冲击的能力差;(2)起动困难,不易控制;(3)处理效率低,原设计的水力停留期为6.25天,实际运转要比这长得多;(4)酒精废醛厌氧消化后,COD浓度为150。一25。。mg1/,产生的污泥量大,给后续的达标处理带来了很大的困难。出现这些问题的原因在于所采取的处理工艺和各级消化室的容积设计不尽合理.在处理工艺上,由于第一消化室为UAsB结构,用UASB工艺处理固体悬浮物含量很高的酒精废醒和丙、丁废醒是不合适的,其结果只能是使具UASB结构的第1消化室变成了全混合式的常规厌氧反应器,从而大大地降低第l消化室的厌氧消化效率。在设计上,各消化室的容积分配不尽合理。例如,第l消化室应当是有机物厌氧消化的主要场所,但它的容积只占复合仄氧反应器总容积的35%,酒精废醒在这里的水力停留期为2.2夭,按设计要求的处理量计算,第1消化室的有机容积负荷达到了22kgCOD/m3·d。这样的负荷不仅对全混合式的常规厌氧反应器来说是太高一,,就是对UAS。反应器来说也不十分合适。在运行中要达到这样高的处理负荷,很容易引起第1消化室发酵液pH下降,抑制厌氧消化过程。为了避免第1消化室“变酸”.只有降低处理负荷,这必然会影响到整个复合反应器的处理能力。1990年2月中国沼气第8卷第1期35当第2消化室的厌氧污泥得到充分的富集之后才有可能进一步提高复合厌氧反应器的处理负荷,但是不断提高有机负荷的清果,仍然不可避免地会导致第l消化室超负荷运行,使之“变酸”,其结果同样会降低复合厌氧反应器的处理能力。在这种情况l一,只有第2消化室才是有机物厌氧消化的主要场所,而第2消化室的容积只占复合厌氧反应器总容积的52.4肠,由于消化室容积的限制,要提高整个复合厌氧反应器的处理能力是困难的。由此可见,各消化室容积分配不合理是导致起动困难、耐有机负荷冲击能力差以及处理效率低的主要原因。一一~、、、、}}}}}}}}}}}}………一一一一一之火奋11亚厦合厌氧反应器35型复合厌氧反应器复合厌氧反应器示意图工、兀、皿分别为第1、2、3级厌暇消化室四、3一5型复合厌氧反应器为了克服澳大利亚复合厌氧反应器中所存在的间题,我们对它作了较大的改进,设计出了3一5型(3级6室)复合厌氧反应器。该复合厌氧反应器是由上流式污泥床(UASB)、下行静止固定膜(DSFF)和厌氧滤器(AF)三种不1司结构的消化室组合而成。复合反应器为圆柱体,内部分成6个小室,排列成两个同心圆。内圆是第1级消厄室,为UASB结构。外圆环分成4室。对应两小室为DSFF结构,是第2级消化室,内部安装着蜂窝状厌氧生物膜附着器。对应两大室为AF结构,是第3圾消化室,其内部装有硬填料.复合厌氧反应器的进水管设在反应器下部,与1级消化室中的布水器相连口有机废水在U人SB中向上流动,在其顶部进入第2级消化室DSFF,液体向下行至底部进入第3级消化室AF,经上行,最后从AF上部出水管排出。在3一5型复合厌氧反应器的运转工艺上,首先对酒精废醛进行了固液分离的前处理,目的是使酒精废醛中55含量降低到0.4肠以下,以符合UASB运行工艺的要求.在设计上,采取了3级5室结构,调整了各消化室的容积。以第l级消化室UASB作为有机物厌氧消化的主要场所,加大了它的容积,使第l级消化室从占复合厌氧反应器总容积的35肠提高到67肠。由于大部分有机物已在第1级消化室中被去除,故将第2级消化室的容积从原来的52.4肠缩小到7.3呱。单独的UASB的运行经验表明,UASB消化有机物的能力(有机负荷)取决于UASB中的活性污泥量及比活性。在运转过程中,随着有机负荷的提高,UASB的表面水力负荷与表面产气负荷也要相应地增大,当它们增大到一定程度时,即使有三相分离器的存在,活性污泥的过量流失也是不可避免的,这一现象一旦发生,UASB的消化能力便会下降或受到限制.因此,重要的是,要让从UASB中流失的污泥重新返回到UASB中。AF的设置在截留污泥中起到了重要的作用。AF能够截留污泥的原因在于:由于大部分有机物已在UASB中以及DSFF中被转化成沼气,故AF中产生的沼气很少,表面产气负荷很低,污泥受气泡的抬升作用很小;另一方面,为了降低AF中的表面水力负荷,适当地增大了AF的面积,确保AF中的液流上升的速度远远低于污泥在受阻条件下的沉降速度。这样就充分保证了污泥能有效地截留在AF中。被截留下的污泥通过循环系统,重新返回到UASB中,从而保证了UASB的稳定运行和复合厌氧反应器的较高的处理负荷。我们所设计的3一5型复合反应器正在付诸实施。