厌氧反应器处理涤纶聚酯废水的动力学模型与应用_韩洪军

第20卷第2期2005年6月湖南科技大学学报(自然科学版)JournalofHunanUniversityofScience&Technology(NaturalScienceEdition)Vol.20No.2Jun.2005收稿日期:2004-11-02基金项目:国家高技术研究发展专项经费资助项目(2003AA601090);建设部“十五”科技攻关基金资助项目(02-2-2.10)作者简介:韩洪军(1955-),男,河南洛阳人,博士,哈尔滨工业大学教授、博士生导师,主要从事环境工程研究.厌氧反应器处理涤纶聚酯废水的动力学模型与应用韩洪军,徐春艳(哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090)摘要:采用厌氧反应器(UASB)处理涤纶聚酯废水,在UASB反应器流态分布模型的基础上,假设UASB反应器分为下部完全混合的厌氧污泥床系统,中部完全混合的污泥悬浮层系统和上部推流式三相分离区系统,在运行中的COD降解规律符合Monod方程,推导出UASB反应器的动力学方程式.试验结果证明,UASB反应器内存在明显的颗粒污泥区和污泥悬浮区,稳定运行COD的容积负荷可达6～9.5kg/m3,COD去除率75%～80%左右,并具有启动速度快,颗粒污泥容易形成,耐冲击性负荷强等特点.图1,参9.关键词:UASB反应器;污泥高度;涤纶聚酯废水中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1672-9102(2005)02-0076-0420世纪80年代末,Pohland和Ghosh提出相分离概念,并在此基础上研究开发了高效厌氧工艺[1],突破了传统厌氧处理需要较大的水力停留时间,较高的反应温度和容积负荷低的传统模式,极大地促进了厌氧生物处理技术在实践中的应用和发展.90年代末,G.Lettiga等人开发了新型的升流式厌氧污泥床(UASB)反应器,其主要特点是在布水装置和三相分离器上进行改进.近年来,P.M.Heertjer和R.R.Van等人将UASB反应器用于处理涤纶聚酯废水取得效果[2,3].本试验深入研究了UASB反应器的动力学模型和运行特点,证明反应器内存在明显的颗粒污泥区和污泥悬浮区,颗粒污泥沉降性能良好,处理涤纶聚酯废水的效果较好.1动力学方程1.1动力学模型目前厌氧反应器应用较多的是UASB反应器,在UASB反应器内废水流动分布情况的基础上,建立UASB反应器的动力学模型.UASB反应器内废水流动分布可分为互有联系的三部分,即下部完全混合的厌氧污泥床系统,中部完全混合的污泥悬浮层系统和上部推流式三相分离区系统[4].而且厌氧污泥床系统和污泥悬浮层系统靠废水流量Q、上升污泥流量Qwb和返回污泥流量Qbw相连系.1.2动力学方程式假设UASB反应器运行中COD降解规律符合Monod方程μ=μmaxSo-SnKs+Sb-Sn.(1)其中Sn=KSo.(2)根据UASB反应器内废水流动分布进行物料平衡建立方程如下Qwb=Qbw=k1/Q(So-Sb).(3)对UASB反应器内厌氧污泥床和污泥悬浮层进行COD平衡计算Q(So-Sb)+Qbw(Sf-Sb)=VbSSbμmaxSb-SnKs+Sb-Sn,(4)Q(Sb-Sf)+Qwb(SbSf)=VfSSfμmaxSf-SnKs+Sf-Sn(5)76式中,Q为废水流量,m3/h;Qwb为反应器内上升污泥流量,m3/h;Qbw为反应器内返回污泥流量,m3/h;So为进水COD浓度,mg/L;Sb为污泥床COD浓度,mg/L;k1为污泥产生率;Sf为悬浮层COD浓度,mg/L;Sn为不可生物降解的COD浓度,mg/L;Vb为污泥床体积,m3;Vf为悬浮层体积,m3;SSb为污泥床悬浮物浓度,mg/L;SSf为悬浮层悬浮物浓度,mg/L;μmax为COD降解速度,d-1;Ks为饱和常数;K为生物不可降解的COD百分率.当UASB反应器改变进水COD浓度或废水流量时,厌氧污泥床和污泥悬浮层体积也会变化.由于UASB反应器中三相分离器的高分离效率,污泥流失量较少,而UASB反应器稳定运行时产生的污泥量也较少,可以认为,反应器内的污泥总量变化不大[5].1.3动力学方程式的应用应用UASB反应器的动力学方程式,可以计算UASB反应器的优化高度,了解反应器的运行状态.假设反应器的有效截面积为A,有效高度为H,有效体积为VR,反应器悬浮层高度为hf,污泥床高度为hb,上升污泥流量Qwb等于返回污泥流量Qbw,则H=hb+hf,(6)VR=AH.(7)为了计算方便,假设反应器的容积负荷NV和COD去除负荷不变,则Q=NVAHSo-Sf.(8)将式(8)代入式(4)、(5)得出污泥床和悬浮层的COD平衡关系式NVHSo-Sf(So-Sb)[1+k1(Sf-Sb)]=hbSSbμmaxSb-KSoKs+Sb