不同温度下EGSB反应器运行机制研究

发布时间：2020-07-01 23:40

【摘要】： 膨胀颗粒污泥床反应器(Expended Granular Sludge Blanket Reactor,简称EGSB反应器)是最近10年发展起来的新型高效厌氧反应器,它具有运行成本低,处理效率高等技术优势,是一种发展前景广阔的废水处理技术。 EGSB反应器也像其他厌氧生物处理工艺一样,强烈地依赖于温度。实践证明,在适当的温度下,保持足够的生物量及废水与厌氧颗粒污泥充分混合是EGSB反应器高效稳定运行的关键。但不同温度下EGSB反应器的运行特征和生化反应动力学数值模拟,尚未见相关报道。本文设计了高径比为19∶1的EGSB反应器,通过调节不同反应温度(高温,55℃;中温,35℃;低温,15℃)下的三种运行工况,来考察EGSB反应器在不同温度下的机制,以及反应器挂壁生物膜微生物特性,进而对EGSB反应器的生化反应过程进行灰色系统建模与分析。研究结果表明,在中温条件下通过改变运行方式,即高进水流量低浓度运行、低进水流量低上升流速运行和高进水流量高上升流速运行三阶段方式,可以使EGSB反应器在46 d内快速启动,颗粒污泥性能良好。启动成功后的EGSB反应器可以快速提高有机负荷,耐冲击负荷能力强,并能在42 kg/(m3·d)的高有机负荷下运行,COD去除率可以稳定在85%以上。在相同条件下,对有颗粒污泥泄漏的EGSB反应器的二次启动研究结果表明,当底泥浓度为3.5 gSS/L时,由于底泥过低,限制了采用初次启动三阶段的操作方式,造成二次启动需要61 d的培养才能完成,因此,EGSB反应器的快速启动需要较高的种泥浓度。当把中温条件下稳定运行的EGSB反应器升至高温条件后,运行22 d即可达到COD去除率稳定在85%以上,尽管COD负荷有所降低(36.57 kg/(m3·d)),但水力停留时间(HRT)为3.3 h及运行时间短的特征表明,高温EGSB反应器处理效率高。而在低温条件下EGSB反应器也表现出较好的抗冲击负荷能力,在HRT为3.3 h、有机负荷在17.5 kg/(m3·d)左右时,COD去除率基本能保持在85%左右。同时,当进水pH值为5.4~7.3时,EGSB反应器在中温、高温、低温条件下,具有良好的耐pH冲击和降解挥发性有机酸(VFA)的能力。本文还首次研究了EGSB反应器挂壁生物膜的微生物特性。当挂壁生物膜厚度在5 mm左右时,对EGSB反应器的颗粒污泥的形成和COD的去除辅助作用明显,能使反应器抗冲击负荷能力加强。在中温条件下,可以使COD去除率提高10%~26.58%;高温条件下,可以使COD去除率提高27.78%~30.54%;低温条件下,挂壁生物膜对EGSB反应器COD去除率的贡献最低,基本为5%~10%。由此说明,反应器中的挂壁生物膜作用是不容忽视的。通过对Monod方程的研究,建立了有机物去除动力学模型。在求解KS和vmax过程中,发现最大比降解速率νmax与某一特定菌群及温度有关,温度的升高可以使νmax数值增大,污泥的量和基质浓度对其影响不是很大;处于培养阶段颗粒污泥的基质代谢能力(综合活性)要比成熟阶段的颗粒污泥代谢能力要弱。在中温、高温及低温运行数据的基础上,首次采用灰色理论中已知目标函数约束方程的求解方法,求解出了中温、高温及低温的θ与1/Y0,得到了基质浓度与微生物增长关系的动态变化方程。本论文的研究成果对于指导EGSB反应器颗粒污泥的培养及工程应用,具有重要的理论和实践意义。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：X703
【图文】：

示意图,三相分离器,示意图,气泡

动力学条件。因此，有效阻挡气泡进入沉降区是实现固液有效分离的前提。气液分离是通过三相分离器的斜板和有斜面的导流突块完成的，主要是为防止气泡随水流进入沉淀区。如图2-1 所示，当气泡垂直上升时，位于倾斜板 A 底端 a 处的气泡除继续拥有垂直的上升速度 v1外，由于该处水流的转弯，增加了一个由水流带动而沿倾斜板斜向迁移的牵引速度 v2。在此情况下，气泡将沿 v1与 v2合成速度 v 所指的方向运动。若合成速度 v 指向与倾斜板 B 相交，则该气泡被截留，将从进入沉淀区的水流中分离出来。若合成速度v 的指向从进水缝 cd 间通过，则该气泡将随水流进入沉淀区，没有被分离出来。当合成速度 v 的指向正好通过 d 点时

示意图,示意图,反应器,贮气罐

的阻塞或使部分气体进入沉降室。可以通过水封来保证气液界面稳定的高度。水封的原理如图2-2 所示。水封高度H的计算如下：H = H1- HZ式中 H1——集气室气液界面到沉降区液面的高度；HZ——主要包括反应器到贮气罐的水头损失和贮气罐内压头。图2-2 水封高度示意图Fig.2-2 Sketch of water-seal height1—出水；2—浮渣层；3—EGSB 反应器；4—气水分离；5—水封；6—生物气由于EGSB 反应器产生的气体通过二氧化碳吸收瓶和Mariotte 瓶以后直接排放，所以不考虑贮气罐的压头。实验所用EGSB 反应器水封高度设计为0.3 m 左右。2.2 EGSB 反应器工艺流程及运行条件2.2.1 工艺流程简介实验中采用的模拟生产实践 EGSB 反应器装置及流程如图 2-3 所示。将待处理的有机废水经计量泵 1 输送到均液管中，回流水经计量泵 2 也输送到

【引证文献】