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低温下EGSB反应器运行研究.doc

低温下EGSB反应器运行研究

朱浚哲
2017-09-30 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《低温下EGSB反应器运行研究doc》,可适用于综合领域

低温下EGSB反应器运行研究低温下EGSB反应器运行研究建设科技总第期低温下EGSB反应器运行研究木阎中林秀军朱民(北京市环境保护科学研究院,北京,)摘要:通过数月对低温条件下实验室规模EGSB反应器运行的研究,证明EGSB反应器在处理低温废水方面具有很大的潜力保持较高容积负荷的同时能得到理想的有机物去除率同时本研究在反应器降温过程中,研究了嗜中温菌和嗜低温菌的最适生长范围,并比较了二者的活性结果表明,相对中温条件,尽管低温下的微生物活性有了很大程度的降低,但EGsB反应器高的水力上升速度促进了污泥与废水的混合,增强了有机物质的传质,总的来说在一定程度上缓解了厌氧反应器对环境温度的严格要求但高的水流上升速度同样对三相分离器的固液分离效果,及操作人员的运行手段等提出了更高的要求关键词:EGSB厌氧低温颗粒污泥产甲烷菌引言EGSB(厌氧颗粒污泥膨胀床)反应器是在第二代厌氧反应器(UASB等)的基础上发展起来的,其结构与UASB反应器基本而类似,但其采用了更大的高径比,并在UASB基础上增加了出水循环技术,使得反应器内部上升流速大幅度提高,促使反应器颗粒污泥保持膨胀状态,从而促进废水与颗粒污泥的充分接触,增强了传质进一步的提高了处理效果已经证明,厌氧反应器在中温条件()下取得了良好的有机物去除效果,但我国北方的大部分地区冬季气温比较寒冷,实际工程运行过程中,总是维持反应器的温度在是不可能的,仅靠反应器产生的沼气加热反应器难以取得需要的效果,增加锅炉房等加热设施也是不经济的由于其自身的特点,EGsB反应器在处理低浓度和低温废水上存在着先天的优势之前EGSB在低温状态下的运行情况有一些研究Rebac在低温条件()下处理低浓度麦芽糖和酸性废水,容积负荷最高为kgmd,取得了较好的处理效果,去除率保持在,Last和Lettinga采用L的EGSB反应器研究在常温下处理生活污水,温度控制在以上,可溶性COD去除率及总COD去除率分别为和仲海涛等研究了低温下EGSB处理VFA和麦芽糖废水,但效果不佳在~C,有机负荷~kgCOD(m'd),HRT为h时,总COD去除率只有研究表明,EGSB反应器处理低温(~~C)废水时,在低负荷(kgmd)条件下,能够取得一定的作者简介:阎中,(l一),男,硕士,北京市环境保护研究院助理工程师收稿日期:年月l日处理效果但EGsB反应器理论上能够在更高的负荷下运行,并能取得更好的效果本文研究低温范围为~,最低温度降到在这样的温度下进行EGsB的实验,并逐步提高其有机负荷,对实际工程的设计及运行具有一定的指导作用材料与方法试验装置本研究采用的反应器由圆柱形有机玻璃制成(图),外设夹套式水浴恒温装置反应器沿程设个取样孔,采用出水内循环方式连续运行,试验温度由温控装置控制反应器的各项具体结构尺寸见表试验用水试验采用人工合成葡萄糖自配水,按COD:N:P=::,加入尿素和磷酸二氢钾,同时加入微进水箱冷却泵反应器出水口三相分离器lO气水分离器取样口水封进水计量泵湿式气体流量计外循环泵碱液内循环泵图反应器工艺流程图建设科技总第期量元素和酵母浸膏(mggCOD),并且加入NaHCO作为缓冲剂,将废水的pH值维持在~接种污泥反应器按种污泥为淀粉废水厌氧颗粒污泥,接种前已在室温下放置了四个月,污泥浓度为VSSL,实际污泥投加量为m污泥以颗粒为主,但仍有一部分絮状污泥,投加污泥后反应器内部污泥浓度为gVSSL分析项目及测定方法COD采用标准重铬酸钾法测定:取反应器进水,出水以及出水经过min离心后的水样进行测定悬浮固体SS和挥发性悬浮固体VSS:分别采用和~C烘干称重法测定,取样量为mlpH值:采用长线电极便携式酸度计测定气体产量:湿式气体流量计为测定气体中CH和CO,的气体组分,中间加碱液吸收装置实验过程将实验EGsB反应器维持在中温条件()稳定运行,由于接种污泥为活性较高的颗粒污泥,因此很快便实现了启动启动结束时反应器有机负荷达到kgcODmd,去除率稳定在以上,经过测算,反应器内污泥浓度达到kgcODkgVSSd,此时认为反应器处于稳定运行状态并在此基础上开始逐渐降温将进水基质维持在中高浓度,根据反应器运行的不同阶段,将实验过程划分为五个阶段(表):第一阶段为启动期,考察开始降温阶段机制去除特征第二阶段为持续降温期,考察在大幅度降温过程中基质去除特征第三阶段为降负荷适应期,第四阶段为稳定运行期,考察微生物在低温条件下活性的恢复第五阶段为提高负荷期,考察反应器低温下提高负荷的运行特征反应器连续运行状况见图,图中可以看出,整个过程中温度降低的同时,为了避免反应器的酸化,同时适当调整了反应器的有机负荷但总体来说,基本控制EGSB反应器在低温,中高负荷条件下运行第阶段一启动期反应器在保持原有的负荷和进水浓度的条件下,开始由中温(##)降至#,此时进水cOD浓度仍保持在mgl,容积负荷(OLR)为,kgCODLd,水力停留时间控制图反应器运行全过程温度及有机负荷变化状况表反应器运行阶段及相应控制指标年第期低温下EGSB反应器运行研究在h,COD去除率始终保持在左右,最高达到了最低为运行比较稳定,同时,仍保持着较高的产甲烷能力,日均产甲烷L观察污泥床层,发现颗粒污泥充满整个污泥床,颗粒均匀,颗粒污泥层高度在cm左右,界面清晰认为初步降温对污泥的活性影响较小图是该阶段进水coD,出水coD,出水pH以及甲烷产量的情况,从图中可以看出,在启动期由中温降低到,对微生物的活性影响较小该温度条件下,pH基本稳定在以上,同时基质去除率仍然保持较高的水平(左右),甲烷产量也比较高(Ld)可以认为反应器可以在该条件下稳定运行微生物并未受到强烈的抑制第阶段一持续降温期在第阶段稳定运行的基础上,从第天开始对反应器进行持续降温一周内将反应器内部温度从降到考虑到微生物活性的降低,同时适当降低负荷,第阶段反应器容积负荷为kgCODLd进水流量为Lh污泥床层高度O横坐标:时间(d),纵坐标浓度(mgL)为m图是该阶段进水COD,出水COD,容积负荷,去除率的变化情况由图可以看出,微生物对温度的降低十分敏感,温度骤降导致基质去除率大大降低,第天便从降到,随后几天虽然有所提升,但仍然保持在~左右同时甲烷产量也大大降低,平均每天产L结果表明,在持续降温期,温度的骤降导致了反应器中占主体的中温菌的活性降低,同时适合在低温下生存的嗜冷菌还没有大量繁殖,从而无法达到较好的去除效果实验过程发现,由于温度的降低,反应器沉淀区悬浮物大幅度升高,并且在该阶段运行第天堵塞了三相分离器,从数据表中可以看出,离心出水COD与未离心出水COD的差距较前有所增加这说明温度的降低导致嗜中温菌大量死亡,颗粒污泥大量解体,导致污泥退化为絮状,沉淀性能下降,漂浮到反应器顶端,造成出水SS偏高第阶段一降负荷适应期考虑到持续降温阶段温度过低,微生物活性不高,图启动期反应器运行结果横坐标:时间(d)O横坐标:NN(d),纵坐标:左(甲烷产量,d),右pH纵坐标浓度(mgL)横坐标:NN(d),纵坐标:左(去除率,),右(温度)图持续降温期反应器运行结果加OOOOOO舢舢跏砌l薹砌o如咖咖咖咖咖舢舢姗砌o建设科技总第期OO横坐标:NIhl(d),纵坐标浓度(mgL)横坐标:NfN(d),纵坐标:左(去除率,),右(NNv)图降低负荷反应器运行结果横坐标t时间(d),纵坐标浓度(mgL)横坐标时洄(d),纵坐标:左(去除率,),右(温度)图稳定运行期实验结果故在反应器运行的第天再次降低负荷从原来的kgCODLd降低到kgCODLd同时增大回流流量,由原来的h提高到h温度保持在一测得进水碱度在以内,结果效果明显,第天基质去除率达到,第天为,第天温度降低到,去除率有所下降,达到图是该阶段进水COD,出水COD,去除率以及温度的情况从图中可以看出,该阶段反应器对温度的变化相当敏感在温度为的条件下,去除率仅为,第l到第天温度上升为,保持负荷为kgCODLd不变,第天去除率便上升为,第,天温度降低至和,去除率略微有所下降从图右可以看出,该阶段反应器去除效率随着温度的变化而呈正方向变化,但变化的幅度却有明显的减小分析原因,因为嗜冷菌的生长繁殖是一个较长的过程,适合低温下生存的细菌仍未成为颗粒污泥的主要部分,因此中温菌的活性决定了反应器的处理效果但在实验后期低温菌已经具有一定规模,尽管温度的变化导致了基质去除率的波动,但波动范围有所减小,去除率始终保持在左右,可以认为反应器已经开始逐渐适应该温度范围第阶段一稳定运行期第天开始至第天,将反应器容积负荷稳定在lkgCODLd,温度保持在一,HRT在hh之间进水碱度在之间该阶段平均去除率为,最高达到,测得出水碱度在之间,甲烷产量也保持稳定,平均每天产L甲烷气体最高为Ld,最低为Ld图是该阶段进水COD,出水COD,去除率以及温度的情况从图中可以看出,稳定运行期间,基质去除率保持较高的水平,温度的小范围变化对反应器的运行产生正方向的影响,但影响较前一阶段幅度更小,可以证明反应器内嗜低温菌已经逐渐增殖并开始占据反应器内微生物的主要部分,也可以证明低温条件下,嗜低温菌的对温度的变化更加适应,并不会由于小范围的温度变化而发生大幅的的降低狮加o^姗姗砌姗湖oOOO猫o咖喜咖喜垂o姗砌砌垂o年第期低温下EGSB反应器运行研究横坐标:时间(d),纵坐标浓度(mgL)横坐标:时间(d),纵坐标:左(去除率,),右(温度)图提高负荷期运行结果第阶段一提高负荷期在反应器稳定运行近一个月后,提高负荷,将容积负荷提高到~kgCODd提高负荷后的前三天,基质去除率开始下降,从下降到但在第八天又逐渐恢复正常,基质去除率达到,随后继续上升VFA浓度较低,在,左右,说明产甲烷菌活性较高图是该阶段进水COD,出水COD,容积负荷,去除率以及温度的情况从图中看出,在低温下,颗粒污泥对负荷的变化不能马上适应,存在一个过程但总体来说较快就能适应小范围内负荷的变化实验结果说明经过近一个月的稳定运行后,嗜冷菌已经基本成为反应器内污泥的主要部分,这个阶段的微生物可以在低温下高效的降解废水中的有机物,并且对于负荷的变化,温度的变化有着一定的适应能力结论通过近两个月的实验,表明EGSB反应器对处理低温废水具有一定的优势,给予适当的条件即可在低温下稳定运行,试验过程中,反应器基本在中等负荷下运行,启动期容积负荷在kgCODLd左右,但仍然保持了较高的去除率,但温度进一步降低后,反应器在kgCODLd的负荷下无法取得令人满意的效果,进一步降低负荷到kgCODLd左右后,去除率才开始逐渐提高,这说明刚刚降温的一段时间内,反应器内仍以适合在中温下生存的微生物为主体,温度的降低导致了其活性的降低,无法承担较高的负荷,由于对基质的利用减少,产气量减少,从而不利于反应器的混合这时降低负荷,经过一段适应过程后,适合在低温下生存的微生物大量繁殖,在保持温度稳定的情况下,适当提高负荷至kgCODLd,一周之后,去除率也达到了左右本文主要的结论如下()反应器在低温(~)下的基质去除效果比较理想,稳定运行阶段保持在一左右但是从中温到低温,反应器内微生物对温度的适应需要一个过程,尤其是在连续降温的阶段()低温条件下反应器对温度的变化十分敏感,小幅度的温度变化也会强烈的影响反应器的去除效果,该现象在连续降温阶段尤为严重,从实验结果可以看出,该阶段去除率随着温度的变化大范围波动相比较而言,稳定运行阶段温度对COD去除率的影响较小,这是因为反应器内形成了大量的嗜冷菌,对低温范围温度的变化适应性较强()实验结果表明,应该控制反应器温度呈梯度下降,这是因为厌氧微生物的增殖速率较慢,若温度降低过快会导致微生物活速降低,增长速率过慢,很容易造成反应器的酸化,实验中可以观察到,温度下降过快会导致颗粒污泥的解体,絮状污泥增加,随出水流出的污泥也迅速增加实际工程中若温度降低过快的同时应该适当降低反应器负荷,等微生物活性逐渐恢复后,可以呈反向梯度逐步提高负荷()相比较其他厌氧反应器,EGSB能够在低温下取得很好的基质去除效果,关键在于其较高的上升流速,为反应器提供了最佳的混合条件相比较中温或高温运行的反应器,温度下降导致产甲烷菌活性降低,产气量会大大的减少,从而不利于污泥与废水的混合,而EGSB借助高的上升流速对其进行弥补取得了较好的效果,但同时需要改进传统的三相分离器,使其能够截留大多数的微生物,避免反应器的运行失败参考文献:贺延龄()废水厌氧生物处理技术北京:中国轻工业出版社施汉昌废水生物处理的数学模型与新技术清华大学,:~王凯军厌氧生物技术的理论与应用(待出版)McCarty,PL,AnaerobicWasteTreatmentFundamentals,PartEnvironmentalRequirementsandControl,PublicWorks,Ridgewood,NN,Oct,胡家骏,周群英环境工程微生物学北京:高等教育出版社,,,戚以政,夏杰生物反应工程北京:化学工,I出版社,竹仃竹"加约

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