（环境工程专业论文）上流式多级厌氧反应器umar内循环影响因素及其动力学研究.pdf

卜 y 1 8 1 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得 的成果和相关知识产权属广西大学所有，本人保证不以其它单位为第一署名 单何发表或使用本论文的研究内容。除已注明部分外，论文中不包含其他人 已经发表过的研究成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对 本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致 谢。 论文作者签名：v 十 学位论文使用授权说明 砷年g 月l u 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务： 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文： 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 口即时发布四磊密后发伟 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名：修f 几导师签名月l1 ，日 上流式多级厌氧反应器( u m a r ) 内循环影响因素 及其动力学研究 摘要 上流式多级厌氧反应器( u m a r ) 是在i c 厌氧反应器基础上开发成功 的高效厌氧反应器，是一种非常有发展前景的内循环式厌氧反应技术。本 研究基于内循环式反应器的性能要求以及i c 厌氧反应器存在的问题，设计 了实验室规模的u m 厌氧反应器，主要研究了上升管内径、浸没深度、充 气量、温度、进水流量和反应器主体顶部气压等参数对内循环效率的影响， 建立了u m 厌氧反应器的内循环动力学模型，并对动力学模型进行了验证。 冬- 具体包括： y 1 、u m 厌氧反应器的设计。根据内循环式厌氧反应器结构设计的特点 及有关研究成果为基础，设计了u m 厌氧反应器的一级和二级反应室、进 水出水系统、布气系统和内循环系统。 2 、反应器内循环影晌因素的气液两相模拟实验。研究发现：( 1 ) 管径 d i 与内循环水流量q r 成反比关系；( 2 ) 上升管气液提升高度h 2 与浸没深 度h l 大致呈正比关系，但当h l 增大至2 8 0 m m 后，在中高充气量条件下， h 2 增加变慢；( 3 ) l l 4 0 0 l h 1 时，循环水流量q r 随着充气量l l 的增加而 增加：( 4 ) 水温对内循环水流量q r 的影响受管径和充气量的限制，管径较 1 i i 小( d i = 8 m m ) 时，充气量越低，中温形成的q r 较常温形成的q r 就越大； ( 5 ) 进水流量对内循环水流量q r 的影响与管径大小有关，内径越, j 、贝j j 进 水流量对内循环水流量增加的影响越显著；( 6 ) 反应器主体顶部空间气压 对内循环的形成产生影响，反应器主体顶部空间气压大于外界环境的气压 时，循环量变大。 3 、u m 厌氧反应器水力学模型的建立。根据气提式反应器的水力模型 及其相关内循环理论，推导出i c 厌氧反应器的水力学模型，修正后得到 u m 厌氧反应器水力学模型： f r 2 t2 9 h o ( e ，- 6 a ) - a h , j 通过采用v i s u a lb a s i c 语言编程得到的模型软件计算出在不同管径、不 同气体流量条件下相应的内循环液体流量，得到反应器出气流量q g 与内循 环水流量q r 的模型曲线，模型曲线显示出二者的成对数增长关系，将曲线 拟合可得到内循环液体流量与反应器产气量之间关系的模型方程。 4 、u m 厌氧反应器内循环动力学模型的验证。选择d l = 1 1 m m 上升管 为代表，改进u m 厌氧反应器的内循环系统( 三相分离器和气液分离器) ， 通过气液两相模拟实验测定反应器出气流量q g 与内循环液体流量q r 。研 究表明，当出气流量实验范围q g = 4 0 一- 1 5 0l h j 时，内循环动力学模型： q r - 2 5 4 4 11l n q g - 3 3 8 2 8 7 的模型计算值与实验值的误差 5 。 关键词：上流式多级厌氧反应器气体提升内循环影响因素 动力学模型 y s t u d yo ni n f l u e n c i n gf a c t o r sa n dd y n a m i c s o f i n t e r n a l c i r c u l a t i o ni nt h eu p f l o w m u l t i s t a g ea n a e r o b i cr e a c t o r a b s t r a c t t h eu p f l o wm u l t i s t a g ea n a e r o b i cr e a c t o r s ( u m a r ) ，w h i c hh a v eb e e n d e v e l o p e db a s e do ni n t e r n a lc i r c u l a t i o nr e a c t o r s ( i c ) ，h a v ew i d ed e v e l o p e d t v p r o s p e c t s 尉( e a c c 。u n t 。ft n ec h a m c t e n s t ；c s 。fm e 阳a c t 。r s 觚dt n ee x ；s t e d p r o b l e m so ft h ei cr e a c t o r s ，ap i l o t - s c a l eu m a rw a sd e s i g n e di nt h i sp a p e rt o s t u d yt h ei n f l u e n c e so f d i a m e t e r so ft h er i s e r , i m m e r s i o nh e i g h t so ft h er i s e r , g a s l o a d i n gr a t e ，t e m p e r a t u r e ，i n f l o wa n dg a sp r e s s u r ea tt h et o po f t h em a i nr e a c t o r e t c u p o nt h ei n t e m a lc i r c u l a t i o n a n dt h e nt h eh y d r o d y n a m i cm o d e lo ft h e u m a rw a sf u n d a m e n t e da n dc e r t i f i c a t e d t h e s es t u d i e si n c l u d e d ： 1 t h ed e s i g no ft h eu m a r al a b s c a l eu m a rw a sd e s i g n e di n c l u d i n g t h ef i r s ta n dt h es e c o n dr e a c t o rc o m p a r t m e n t s ，t h ei n f l u e n td i s t r i b u t i o ns y s t e m ， t h ei n l e tg a sd i s t r i b u t i o ns y s t e ma n dt h ei n t e r n a lc i r c u l a t i o ns y s t e mb a s e do nt h e s t r u c t u r eo fi n t e r n a lc i r c u l a t i o nr e a c t o r sa n dr e l e v a n t 2 i n f l u e n c i n gf a c t o r so fi n t e r n a l c i m u l a t i o nw e r es t u d i e db yg a s l i q u i d i 曩 i # r t w o p h a s ei m i t a t i v ee x p e r i m e n t s t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：( 1 ) t h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ed i a m e t e ro ft h er i s e ra n dt h el i q u i di n t e r n a lc i r c u l a t i o nw a si n v e r s e r a t i o ；( 2 ) t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ei m m e r s i o nh e i g h ta n dt h eg a s l i q u i d r i s i n gh e i g h to ft h er i s e rw a sa p p r o x i m a t e l yd i r e c t r a t i o b u tw h e nt h e i m m e r s i o nh e i g h tg r o w e du pt o2 8 0 m m ，t h eg a s l i q u i dr i s i n gh e i g h to ft h er i s e r i n c r e a s e ds l o w e ru n d e rt h eh i g h e rg a sl o a d i n gr a t e ；( 3 ) t h eh i g h e ro ft h eg a s l o a d i n gr a t e ，t h em o r eo ft h el i q u i di n t e r n a lc i r c u l a t i o nw h e nli 4 0 0 l h 1 ；( 4 ) t h ei n f l u e n c eo ft h et e m p e r a t u r eu p o nt h ei n t e m a lc i r c u l a t i o nw a sl i m i t e db yt h e r i s e rd i a m e t e ra n dt h eg a sl o a d i n gr a t e ；( 5 ) t h ei n f l u e n c eo ft h ei n f l o wu p o nt h e i n t e r n a lc i r c u l a t i o nw a sa f f e c t e db yt h er i s e rd i a m e t e r t h es m a l l e ro ft h er i s e r d i a m e t e r t h em o r eo ft h el i q u i di n t e r n a lc i r c u l a t i o na st h ei n f l o wg r o w e d ；( 6 ) t h ed i f f e r e n t i a lg a s p r e s s u r ea tt h et o po ft h em a i nr e a c t o rc o u l dm a k et h el i q u i d i n t e r n a lc i r c u l a t i o ns t r o n g e r 3 t h eh y d r o d y n a m i cm o d e lw a sf u n d a m e n t e d t h em o d e la st h ef o l l o w i n g e x p r e s s i o nw a ss e tu pb a s e do nt h a to ft h ea i r l i rr e a c t o ra n dt h et h e o r i e sa b o u t t h ei n t e r n a lc i r c u l a t i o n = 2 9 h d ( 0 一乃) 一a h 】 矿g 万t + k s ( 2 - 2 心警- a , ) 2i i l 谚 s u b s e q u e n t l yt h ei n t e r n a lc i r c u l a t i o nd y n a m i cm o d e lo ft h eu m a rw a s p r e s e n t e d a n dm o d e ls o t t w a r ew a sd e v e l o p e dt os i m u l a t et h i sp r o c e s sb yu s i n g v i s u a lb a s i cl a n g u a g e w i t ht h eh e l po ft h em o d e ls o r w a r e ，c o r r e s p o n d i n g i n t e r n a lc i r c u l a t i o nl i q u i dq rw a sc a l c u l a t e du n d e ras e r i e so fg a so u t p u tq gw i t h i v f ，霄 i 谚 k d i f f e r e n tr i s e r s t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ng a so u t p u ta n di n t e r n a lc i r c u l a t i o nw a s l o g a r i t h m i c f i t t i n g t h eg r a p ha n dt h eq r - - l n q gm o d e le q u a t i o nw o u l db e p r o v i d e d 4 t h eu m a ri n t e r n a lc i r c u l a t i o n d y n a m i cm o d e lw a sc e r t i f i c a t e d s e l e c t i n gt h er i s e ro fdl = l lm m ，a n di m p r o v i n gt h eu m a ri n t e r n a lc i r c u l a t i o n s y s t e m ，v i ag a s l i q u i dt w o p h a s ei m i t m i v ee x p e r i m e n t s ，t h ei n t e r n a lc i r c u l a t i o n l i q u i dq ra n dt h eg a so u t p u tq gw a sm e a s u r e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tw h e n t h eq gr a n g i n gf r o m4 0l h t o15 0 l h ，t h eq re r r o rb e t w e e nt h e e x p e r i m e n t a ld a t aa n dt h ec o m p u t i n gd a t af r o mt h eu m a ri n t e r n a lc i r c u l a t i o n d y n a m i cm o d e l ( q r = 2 5 4 4 1l l n q g - 3 3 8 2 8 7 ) w a sl e s st h a n 5 抵e yw o r d s ：u i a r ；g a s l i f t ；i n t e m a lc i r c u l a t i o n ；i n f l u e n c i n gf a c t o r s ； d y n a m i cm o d e l v 、，。专 ，0 、 一 一 弓 曲 目录 第一章文献综述。1 1 1 废水的厌氧生物处理技术。1 1 1 1 废水厌氧处理的基本原理1 1 1 2 废水厌氧生物处理的主要技术特点2 1 2 废水的厌氧处理工艺发展历程及分类特点2 1 3i c 厌氧反应器6 1 3 1 i c 厌氧反应器的基本构造及工作原理6 1 3 2i c 厌氧反应器的运行特性与技术特点7 1 3 3i c 厌氧反应器与u a s b 反应器运行参数的比较8 1 3 4i c 厌氧反应器内循环动力学研究8 1 3 5i c 反应器内水力学流态特征。i 1 l 1 3 6i c 厌氧反应器中有机物的降解动力学1 2 1 3 7i c 厌氧反应器在国内外的应用1 3 ， 1 4i c 厌氧反应器的不足与u m 厌氧反应器的提出1 4 1 4 1 i c 厌氧反应器的不足一1 4 1 4 2i c 厌氧反应器的技术本土化和改进研究：1 5 1 4 3u m 厌氧反应器的提出1 5 1 5 研究目的和意义1 6 1 6 研究内容1 6 第二章u m 厌氧反应器的设计1 7 2 1u m 厌氧反应器设计装置图及结构参数1 7 2 1 1u m 厌氧反应器主要设计装置图及结构说明。1 7 2 1 2u m 厌氧反应器主要设计参数1 8 2 2 设计依据18 2 2 1 一级反应室和二级反应室1 9 2 2 2 进水配水系统2 0 2 2 3 进气布气系统2 1 2 2 4 内循环系统2 l 2 2 5 出水系统2 3 2 3 小结2 3 第三章u m 厌氧反应器内循环工作原理及其影响因素的气液两相模拟试验2 5 v i l i f 0 奄 蕾 3 1 实验装置及方法2 5 3 1 1 实验装置及流程2 5 3 1 2 实验材料2 6 3 1 3 分析项目及方法、仪器2 6 3 2u m 厌氧反应器上升管内气液两相流的流型2 7 3 3 上升管浸没深度对气液提升高度和内循环水流量的影响3 0 3 3 1 实验设计3 0 3 3 2 结果与分析31 3 4 充气量对内循环水流量的影响。3 4 3 4 1 实验设计3 4 3 4 2 结果分析。3 5 3 5 常温和中温对内循环水流量的影响3 5 3 5 1 实验设计3 6 3 5 2 结果分析3 6 3 6 进水流量对内循环水流量的影响3 8 3 6 1 实验设计3 8 3 6 2 结果分析3 8 3 7 反应器主体顶部气压对内循环水流量的影响( 上升管d l = l l m m ) 3 9 3 7 1 实验设计4 0 3 7 2 结果分析。4 0 3 8 小结4 l 第四章u m 厌氧反应器内循环动力学模型的建立4 3 4 1 模型建立依据4 3 4 2u m 厌氧反应器水力学计算式的推导4 3 4 2 1 气提式反应器水力学模型。4 3 4 2 2i c 厌氧反应器水力学模型：4 6 4 2 3u m 厌氧反应器水力学模型4 7 4 3u m 厌氧反应器内循环q r - q g 动力学模型的建立4 7 4 3 1 模型推导的水力学假设4 7 4 3 2 内循环计算条件式的提出4 7 4 3 3 模型参数与取值分析4 7 4 3 4 模型算法及流程图4 8 4 3 5 模型计算软件。4 9 4 3 6u m 厌氧反应器内循环动力学模型的建立5 0 4 4 ，j 、结5 3 第五章u m 厌氧反应器内循环动力学模型的验证试验：。5 4 v i i l 蠢 0 蚕 t - 5 1 实验装置及方法5 4 5 1 1 实验装置及流程5 4 5 1 2 实验材料5 4 5 1 3 分析项目及方法、仪器5 4 5 2 出气流量与内循环水流量关系的动力学模拟实验5 4 5 2 1 实验设计5 4 5 2 2 实验值与模拟值的对比分析5 5 5 3 改变三相分离器形式后的动力学q r q g 模拟试验( 上升管d i = l l m m ) 5 6 5 3 1 三相分离器的改进5 6 5 3 2 实验设计5 7 5 3 3 实验值与模拟值的对比分析5 7 5 4 改变气液分离器形式后的动力学q r 一q g 模拟试验( 上升管d i = ll m m ) 5 8 5 4 1 气液分离器的改进5 8 5 4 2 气液分离器的改进前后的内循环动力学模型5 9 5 4 3 实验设计- 6 0 5 4 4 实验值与模拟值的对比分析6 0 5 4 5 动力学q r - l n q g 模型方程的适用性( 上升管d i = l l m m ) 6 2 5 5 小结6 2 第六章结论和建议6 4 6 1 结论6 4 6 2j 室议6 5 参考文献“ f f j i 录7 2 1 l | 【谢7 8 攻读硕士学位期间发表论文情况。7 9 v 1 i i 、 毫 t 0 l 上流式多级厌氧反应嚣( u m a r ) 内循环影响因素及其动力掌研究 第一章文献综述 废水的厌氧生物处理技术是近年来污水处理领域发展较快的领域，也是实现“一控 双达标 的重要技术，是消减有机污染物、降低运行成本的有效途径，特别是以上流式 厌氧污泥床( u a s b ) 、内循环厌氧反应器( i c ) 及其改进型等为代表的高效厌氧反应器 技术在国内外已经逐渐发展成为厌氧处理的主流技术之一。 1 1 废水的厌氧生物处理技术 1 1 1 废水厌氧处理的基本原理 废水厌氧处理过程就是在废水中不含溶解氧的条件下，通过厌氧微生物( 包括兼性 厌氧微生物) 的作用，将水中的各种复杂有机物转化为沼气和二氧化碳等物质而去除的 过程。厌氧处理是一个复杂的微生物化学过程，主要依靠水解产酸菌、产氢产乙酸菌和 产甲烷菌的联合作用完成。目前公认的对厌氧生物处理这一复杂过程较全面与较准确的 描述如图1 1 所示【1 】： 图1 1 废水厌氧生物处理原理 f i g u r el - 1t h ep r i n c i p l eo ft h ea n a e r o b i cw a s t e w a t e rt r e a t m e n t l k 氇 ， 霸 上流式多级厌氢反应器( u 、i a r ) 内循环影响因素及其动力掌研究 1 1 2 废水厌氧生物处理的主要技术特点 废水厌氧生物处理技术可作为把环境保护、能源回收与生态良性循环结合起来的综 合核心技术，具有较好的环境与经济效益，其技术优点主要体现如下【2 卅： ( 1 ) 节省动力能耗。由于不需要提供氧气，厌氧法电力成本大大降低，一般仅为 好氧法成本的1 3 。 ( 2 ) 能产生生物能。厌氧法在理论上每去除l k g c o d 可以产生0 3 5 m 3 的纯甲烷气 体( 标准状态) ，每m 3 甲烷可发电2 4 k w h 。若能将厌氧法处理废水产生的沼气收集 利用，不但可以降低处理成本，可能还会带来相当的利润。 ( 3 ) 污泥产量少。厌氧微生物增殖慢，处理同样数量的废水仅产生相当于好氧法 1 1 0 l 6 的剩余污泥，且污泥性能好，处理起来要比好氧法剩余污泥容易得多。 ( 4 ) 对营养物的需求量小。好氧法对氮磷的需求比为c o d c r ：n ：p = 1 0 0 ：5 ：l ， 而厌氧法可至c o d c ，：n ：p = 3 5 0 ：5 ：l 。 ( 5 ) 可处理高浓度和一些难降解的有机废水。 作为一种生物处理技术，厌氧法处理废水也有自己的局限性，其技术缺点主要表现 如下【5 ，6 l ： ( 1 ) 初次启动过程长。一般长达3 - - 6 个月，甚至更长。 ( 2 ) 去除有机物不彻底。常需要与好氧处理相配合才能达到排放标准。 ( 3 ) 运行管理较为复杂。为防止毒性物质对产甲烷菌的抑制以及反应器“酸化 现象的出现，对运行管理的要求较为严格，技术含量高。 1 2 废水的厌氧处理工艺发展历程及分类特点 废水厌氧处理工艺自其诞生以来已有一百多年的历史，迄今已发展到第三代厌氧反 应器【7 8 l 。致力于开发从处理速率、处理容量、处理对象、处理效果到处理经济上俱佳的 高效厌氧反应器是人类一直在不断努力追寻的目标，而高效厌氧反应器一般需要满足两 大条件：一是能够延长活性厌氧污泥在反应器内的停留时间；二是取得废水与污泥的充 分接触( 传质效果佳) 。随着近十年来废水厌氧工艺取得的显著进展，高效厌氧反应器 已成为废水处理工艺中的最优选择【9 j 。 厌氧工艺的分类方法很多。从方便研究反应器结构特征和水力学内部流态来看，可 以有两种分法。一是按微生物生长状态将厌氧反应器分为固定膜反应器和悬浮生长系统 0 1 。前者的生物量以膜的形式附着在惰性载体上；后者的微生物以絮凝物或絮凝颗粒悬 浮于反应器中。二是按流态分为两类，一类是连续搅拌槽式反应器( c s t r ， c o n t i n u o u s f l o ws t i r r e dt a n kr e a c t o r ) ，又称为完全混合式反应器或返混式反应器：另一 类是连续活塞流式反应器( c p f r ，c o n t i n u o u sp l u gf l o wr e a c t o r ) ，又称为推流式反应 器【i 1 , 1 2 j 。典型厌氧反应器工艺的分类及性能特点如表1 1 所示。 2 i i ， 0 - 专 广西大掌硕士掌位论文上流式多级厌氧反应器( u m a r ) 内循环影响因繁及其动力掌研究 3 q ? 广西大学硕士掌位论文上流式多级厌氧反应器( u i a r ) 内循环影响因素及其动力掌研究 第二实现了污泥厌氧膨胀床 代反停留时间与流化床 应器水力停留时( a a f e b ( 2 0 间相分离， a f b ) 世纪从而提高了 5 0 年反应器内污 代泥的浓度保 8 0 年持足够长的 代中污泥龄，属 期)于高负荷系 统。 附着膜型、介微生物浓度很高( 一般可载体 于推流型和达3 0 9 v s s i ) ；具有较高的流 完全混合型的有机容积负荷化耗 之间( 1 0 - - 4 0 k g c o d m 3 d ) ，能较 水力停留时间较短；具有大；系 较好的耐冲击负荷的能统的 力，运行较稳定；载体处设计 于膨胀或流化状态，可防运行 止载体堵塞：床内生物i 司要求 体停留时间较长，运行稳高。 定，剩余污泥鼙较少。 既可应 用于高 浓度有 机废水 的处 理，也 应用于 低浓度 城市废 水的处 理。 升流式厌氧污悬浮生长系消化和同液分离在一个不适是第二 泥床( u a s b )统、介于推流池内，工艺结构紧凑，投于处代厌氧 型和完全混资省；微生物苗高，处理理高反应器 合型之间能力大，效果好：能耗低， v s s 中的代 不需搅拌。废水，表。能 颗粒处理各 污泥类1 = 业 泥床废水， 培养近年来 困难。还成功 实现用 于处理 城市污 水。但 1 9 9 5 年 后其发 展势头 逐渐被 l c 超 过。 4 噜 毛 ， 、 广西大学硕士掌位论文 上流式多级厌氧反应器( u 、i a r ) 内循环影响因素及其动力学研究 第三实现了在将 代反吲体停留时 应器间和水力停 ( 2 0 留时间相分 世纪离的前提 8 0 年下，使i 司液 代末两相充分接 至触，从而既 今)能保持大量 污泥义能使 废水和活性 污泥之间充 分混合、接 触，以达到 真正高效的 目的。 厌氧颗粒污泥悬浮生长系上升流速人( 2 5 l o r e h ) ，启动近年来 膨胀床( e g s b ) 统、推流型+ c o d c ，有机负荷率高时间发展迅 完全混合型( 5 3 5k g m a - d ) ：高径比长；为速，目 大，污泥床处丁- 膨胀状使污前虑用 态；出水同流，适合处理泥膨领域已 低浓度废水；颗粒污泥接胀，采涉及啤 ， 种，活性高，沉降性能好，用出酒、食 粒径大；废水与污泥接触水循品等行 状态良好；可应用丁含悬环需业。但 浮同体和有毒物质的废要消在数量 水处理。耗动上和应 力；出用范围 水水还比不 质不上i c 反 稳定。应器。 厌氧序批式间附着膜型、介同液分离效果好且出水需要试验性 歇反应器于推流型和澄清；对于不同的水质和搅拌研究和 ( a s b r ) 完全混合型水量，可调整一个运行周装置；应用已 之间期中各工序的运行时间反应获 成 及h r t ，s r t 米满足出器运功，处 水要求；不需布水系统和行受理低 澄清沉淀池，工艺简单，氨氮温、高 占地少，建设费用低；受浓度s s 、含 温度影响小，耐冲击负荷和颗硫废水 强，对各种废水的适应性粒污效果较 强；颗粒污泥活性和沉降泥种好，但 性能良好；高径比较大。类的丁科应 影响。用实例 极少。 5 垮 、 1 4 广西大学硕士学位论文 上流式多级厌氧反应嚣( u m a r ) 内循环影响因素及其动力掌研究 第三实现了在将内循环厌氧反悬浮生长系 代反同体停留时应器( i c )统、推流型+ 应器间和水力停完全混合型 ( 2 0 留时间相分 世纪离的前提 8 0 年下，使同液 代末两相充分接 至触，从而既 今)能保持大量 污泥又能使 废水和活性 污泥之间充 分混合、接 触，以达到 真正高效的 目的。 参见 1 3 2 参见 1 4 1 1 9 9 4 年 后发展 相当迅 速。处 理废水 应用领 域不断 扩大并 且效果 佳。 1 3i c 厌氧反应器 基于u a s b 设计的i c 厌氧反应器是荷兰p a q u c s 公司在2 0 世纪8 0 年代中期研发成 功的专利技术，直至1 9 9 4 年有关该反应器的研究报道才在相关杂志上出现【1 5 】。i c 反应 器可以看成是由两个u a s b 反应器上下重叠在一起串联运行的。i c 在研制中引入了许 多先进的工艺思想，包括两段式设计和分级处理技术，污泥颗粒化技术，污泥回流技术， 悬浮污泥技术以及内循环技术等1 1 6 1 7 1 ，极大增加了生物量，同时改善了传质，尽力挖掘 了生化处理的潜力，抓住了厌氧处理技术的关键，体现了从根本上提高生化反应效率的 原则，因而该工艺被称为第三代厌氧反应器的代表工艺之一。 1 3 ii c 厌氧反应器的基本构造及工作原理 内循环( i c ) 厌氧反应器的基本构造如图1 2 所示，其工作原理如下【1 8 , 1 9 ：废水由 反应器底部进入一级厌氧反应室，通过布水系统与厌氧颗粒污泥均匀混合。一级反应室 内相当于一个始终保持高负荷的污泥膨胀床，在这罩，大部分的c o d 被转化为沼气而 去除，产生的沼气被位于一级反应室上部的一级三相分离器的集气罩收集。由于采用的 负荷高，产生的沼气量很大，其在上升的过程中会产生很强的提升能力，能够携带废水 和部分污泥沿着上升管上升到反应器顶部的气液分离器中。在气液分离器中，被分离出 的沼气从分离器顶部的导管排出，而污泥与水的混合液通过下降管返回到反应器的底 部，从而完成了整个内循环的过程。废水经过一级反应室处理后，出水直接上升进入上 部的二级厌氧反应室进行二次处理。在此产生的沼气被二级三相分离器收集进入气液分 6 爹 函 、 广西大学硕士掌位论文 上流式多级厌氧反应嚣( u m a r ) 内循环影响因素及其动力掌研究 离器。由于废水c o d 浓度已经降低很多，所以产生的沼气量降低，因此二级反应室的 处于低负荷状态，产生的扰动和提升作用不大，有利于废水的再处理以及颗粒污泥的沉 淀。处理过的上清液由二级出水管排走，沉淀的污泥自动返回一级厌氧反应室。 4 l 布水系统2 一级厌氧反应室3 下降管4 一级三相分离器5 二级厌氧反应室 6 一级上升管7 二级三相分离器8 气液分离器9 二级上升管 图1 2i c 厌氧反应器结构 f i g u r el 2s t r u c t u r eo ft h ei ca n a e r o b i cr e a c t o r 1 3 2l c 厌氧反应器的运行特性与技术特点 i c 反应器与u a s b 反应器相比在处理效能、运行稳定性、颗粒污泥特性等方面具 有一系列的优良特点，其技术特点体现如下： ( 1 ) 高径比大，占地面积小，基建投资省。与u a s b 相比，在获得相同处理效率 的条件下，i c 反应器具有更高的进水容积负荷率和污泥负荷率，i c 反应器的平均升流 速度可达处理同类废水u a s b 反应器的2 0 倍左右【2 0 1 。在处理相同的废水时，i c 反应器 的高度为u a s b 反应器高度的3 4 倍，其容积仅为u a s b 反应器的l 3 ，节省基建 投资，占地面积少，尤其适于用地紧张的企业【2 1 1 。 ( 2 ) 有机负荷高，水力停留时间短。i c 反应器的容积负荷约为u a s b 反应器的4 倍左右，在处理低浓度废水时，h r t 可缩至2 0 2 5 h 1 2 。 ( 3 ) 出水稳定，耐冲击负荷能力强。由于采用了内循环和出水部分回流，所以i c 反应器对进水搅动和稀释效果好，水力剪切速率达到u a s b 的2 0 倍【2 2 】，耐冲击负荷能 力较u a s b 大大增强。 ( 4 ) 颗粒污泥性能好，剩余污泥产量少。i c 厌氧反应器内每去除l k g c o d 可产生 o 0 2 9 左右的厌氧颗粒污泥【2 3 1 ，污泥负荷率为u a s b 反应器的3 9 倍【2 4 1 ，颗粒污泥沉 降性能好、有机物含量高、灰分少，所以活性好，具有一定的经济价值【2 3 1 。剩余污泥产 量少，且脱水性能好，易于进行污泥后处理。 7 t 广西大掌硕士掌位论文 上流式多级厌氧反应器( u m a r ) 内循环影响因素及其动力掌研究 ( 5 ) 适应范围广，可处理低、中、高浓度废水，能处理高悬浮物废水【2 3 1 ，可处 理含毒性物质的废水【2 6 1 。 1 3 3i c 厌氧反应器与u a s b 反应器运行参数的比较 i c 与u a s b 反应器运行过程中在处理效能上的参数比较如下表1 2 所示【1 5 】。 表1 - 2i c 与u a s b 反应器运行参数比较 t a b l ei - 2t h ec o m p a r i s o no fi ca n du a s br e a c t o ri np r o c e s s 代俏 i n db a vi c pi c fa v i c a b 废水种类造纸啤酒啤酒啤酒土豆加工土豆加工 鬻2 2 。m 。 5。6x1 6 22 娜o o 啪m 3 反应器高 5 56 42 22 05 51 5 m h r t4 5 。 62 32 13 0 4 0h 器5 7 6 8 2 02 4l 。4 8 k g c o d ( m 3 d ) 蒸o 1 0 2o 70 9 6 0 3 51 3 g c 。d ( g v s s d ) 嚣1 4 25 5 3一m 3 c 瞅m 3 d ) 嚣2 5 2 32 4 硼3 一一 进水 c o d1 31 71 62 01 2 6 8 k g m 3 浓度 篙s o 0 3 一o 2 一o 3 一o 6 们一o 5m n 6 一 蜘3 出水 c o d0 40 30 2 40 40 61 0 k g m 3 浓度 螺s o 0 8 蛇一o 8 一一o 5 们k 孟3 玄除率 7 08 08 58 09 5 8 5 1 3 4i c 厌氧反应器内循环动力学研究 1 3 4 1 i c 厌氯反应器水力学模型 目前，对i c 反应器中内循环水力学计算尚未有通用的计算模式，大多根据c h i s t i 8 ，托 气 糟 广西大掌硕士掌位论文 上流式多级厌氧反应器( u i a r ) 内循环影响因素及其动力学研究 等【2 7 】于1 9 8 8 年提出的气提式反应器水力学模型的基础上加以推导和进行必要的修正后 而得到。所以，i c 反应器沼气提升液体内循环与气提式反应器空气提升液体内循环的工 作原理是基本相似的【2 8 1 ，区别仅在于i c 厌氧反应器中的提升动力源自反应器中的自产 沼气，而气提式反应器中的提升动力源自反应器外动力提供的空气。 p e r e b o o m 等人于1 9 9 4 年提出的i c 反应器水力学模型形式如式( 1 - - 1 ) t 1 5 】： = 式中： 2 9 h ( 0 一白) 一a h 】 研k t + ( 砉) 2 而1 办上升管和回流管的液位差，m 。 李志建等提出的i c 反应器水力学模型形式如式( 1 - - 2 ) 2 9 】： u l r 。 一29ho(占,-6a)-ahl-ahxti-c,j,la t l - - 占d ) t ”2 )土嘲阜) 2 土j u 纠 。、 式中： 嘻 驰上升管和回流管的液位差，m ； 1 业气路系统的水封压力，m