厌氧反应器处理工业废水的动力学模型与应用_张亚范

第21卷第2期电站系统工程Vol.21No.22005年3月PowerSystemEngineeringMar.,2005文章编号：1005-006X(2005)02-0057-02厌氧反应器处理工业废水的动力学模型与应用DynamicModelofServiceWasteWaterTreatedbyUASBanditsApplication哈尔滨第七О三所张亚范李如群摘要：试验采用厌氧反应器（UASB）处理工业废水，在UASB反应器流态分布模型的基础上，推导出UASB反应器的动力学方程式。试验分析可知，反应器运行情况和反应器的高度有关，反应器的最佳优化高度为4.5～6m，其中污泥床高度2～2.5m较为合适。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7～10kg/m3，COD去除率70%～80%左右，并具有启动速度快，颗粒污泥容易形成，易于沉淀，活性高，耐冲击性负荷强等特点。关键词：UASB反应器；污泥优化高度；动力学方程式；中药废水中图分类号：X703文献标识码：A20世纪后期，厌氧生物处理技术作为节能处理技术日益受到重视，其理论研究和工程应用技术研究都取得了很大的进步。升流式厌氧污泥床（UASB）是荷兰Wageningen农业大学Lettinga教授等研究开发的厌氧反应器，是一种研究最为深入、应用最为广泛的厌氧反应器，已大量成功地应用于处理各种废水。它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，活性高，启动速度快，耐冲击负荷性强。1动力学方程1.1动力学模型在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[2]，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相联系。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nbsnoSSKSS−+−=maxµµ(1)式中：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=K1Q(S0-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：nbsnbbbbfbwbOSSKSSSSVSSQSSQ−+−=−+−max)()(µ(4)nfsnffffbwbfbSSKSSSSVSSQSSQ−+−=−+−max)()(µ(5)收稿日期:2004-12-10张亚范(1966-),女，工程师。哈尔滨市，150036式中：Q——废水流量，m3/h；Qwb——反应器内上升污泥流量，m3/h；Qbw——反应器内返回污泥流量，m3/h；SO——进水COD浓度，mg/l；Sb——污泥床COD浓度，mg/l；K1——污泥产生率；Sf——悬浮层COD浓度，mg/l；Sn——不可生物降解的COD浓度，mg/l；Vb——污泥床体积，m3；Vf——悬浮层体积，m3；SSb——污泥床悬浮物浓度，mg/l；SSf——悬浮层悬浮物浓度，mg/l；μmax——COD降解速度，d-1；Ks——饱和常数；K——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。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：fOvSSAHNQ−=(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：obsobbbbfbofovKSSKKSSSShSSkSSSSHN−+−=−+−−max1)](1)[(µ(9)ofsofffbfbfovKSSKKSSSShSSkSSSSHN−+−=−+−−max01)](1)[(µ(10)式中：NV——容积负荷，d-1；H——有效高度，m；hb——污泥床高度，m；hf——悬浮层高度，m。由式（9）、（10）可知，当UASB反应器运行正常时，反应器的进水流量、进水COD浓度和COD去除率维持不58电站系统工程2005年第21卷0200040006000800010000012345反应器高度（m）COD浓度（