上流式污泥床过滤器的回顾与展望_吴斌

上流式污泥床过滤器的回顾与展望吴斌,廖银章,李旭东(中国科学院成都生物所,四川成都610041)[摘要]介绍了上流式污泥床过滤器工艺的构形特点及工作原理,动力学模型,运行性能,启动及运行种的主要影响因素;概述了国内外对该工艺的研究现状;指出了今后的研究方向。[关键词]上流式污泥床过滤器;厌氧消化;废水处理[中图分类号]X703.3[文献标识码]A[文章编号]1006-1878(2004)07-0090-04随着人们对厌氧技术原理认识的深入和生物科学技术的发展,厌氧生物反应器技术得以飞速发展,为高浓度工业有机废水的工业化处理提供了重要手段。1984年,加拿大的Guiot在AF和UASB的基础上开发出了上流式污泥床过滤器(UpflowBlanketFilter,简称UBF)复合式厌氧反应器。该反应器上部空间架设填料后,不但在其表面生长微生物膜,在其空隙截留悬浮微生物,既利用原有的有效容积增加了生物总量,使区域水流状况得以改善,防止了生物量的突然洗出,而且对COD有20%左右的去除率。该新型反应器可以充分发挥前述2种高效反应器的优点,是水污染防治领域中一项极具开发应用前景的生物处理新技术。目前,国内外对UBF反应器的研究和应用正处于一个较热的发展时期。本文拟通过对UBF的工艺特征、研究现状的介绍,推动其理论及应用研究的深入开展,以尽快使其在我国高浓度有机废水的处理中发挥作用。1UBF的构造与工作原理UBF(又称厌氧复合床)主要由布水器、3相分离器、污泥层和填料层构成。根据填料在反应器的安装位置厌氧复合床主要有2种型式,UBF-a(填料层在3相分离器之下)和UBF-b(填料层在3相分离器之上)。如图1所示。反应器的下面是高浓度颗粒污泥组成的污泥床,其混合液悬浮固体(MLSS)质量浓度可达每升数十克,上部是由填料及其附着的生物膜组成的滤料层,当废水从反应器的底部进入,顺序经过颗粒污泥层、絮体污泥层进行厌氧处理反应后,从污泥层出来的水进入滤料层,进行气-液-固分离,从其顶部排出,气体输送出来后进行贮存或者直接使用。水流与产气上升方向一致,堵塞机会小,有利于图1UBF的构形1.3相分离器;2.填料层;3.反应区进水同微生物充分接触,有助于形成颗粒污泥;填料层使得反应器积累微生物能力大为增加,有机负荷更高,因此该复合反应器在启动运行期间,可有效地截流污泥,加速污泥颗粒化,对容积负荷、温度、pH的波动有较好的承受能力。2国内外研究现状目前国内外对UBF反应器的研究和应用正处于一个较热的发展时期,本文拟通过对UBF反应器的动力学模型、启动、运行性能及其影响因素作了比较详细地介绍。2.1动力学模型物料在反应器中不同的流动情况直接与反应器内基质浓度、温度和反应时间等工艺条件密切相关,因此对反应器中流体流动模型的研究是反应器放大应用的一个重要环节。[收稿日期]2003-10-15;[修订日期]2003-11-01[基金项目]国家科技部863科技攻关项目(2002AA601150)[作者简介]吴斌(1978—),男,浙江省义乌市人,在读硕士研究生,主要研究方向为废水处理的复合生物反应器模块化研究开发。·90·2004年第24卷化工环保ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY韩洪军等人根据UASB内废水的流动分布情况的基础上,建立了UASB+AF反应器的动力学模型,根据动力学方程得知:当反应器运行正常时,反应器进水流量及浓度和COD去除率保持不变条件下,反应器的运行与反应器的截面积无关,只要保证均匀布水和自身搅拌充分,可以不考虑反应器截面积放大问题。刘忠生等人提出了UBF液体流动组合模型,它将污泥床、污泥层和填料层视为相互隔开、各带死区的全混流反应单元,它们之间用上流和返混依次相连,并有原料水自污泥床入口旁流(短路)到污泥层和填料层,进而利用该模型和比基质降解Monod方程建立了UBF基质降解动力学模型,并通过试验取得了精对苯二甲酸废水基质动力学常数。NurdanBǜyǜkkamaci等人运用不同数学模型,对在不同有机负荷(OLR)和水力停留时间(HRT)条件下处理合成废水的UBF进行动力学分析,发现只有Second-order模型和Stover-Kincannon模型最能描述反应器的动力学行为,相关系数分别高达98%和99%。2.2运行性能及其主要影响因素UBF是工业、生活油脂、印染、啤酒、制药、制糖、屠宰等行业高浓度有机废水进行高效生化处理较理想的设备,启动速度快,运行效率高是其一大优点。表1列出了UBF反应器的部分应用实例。运行稳定、抗冲击负荷能力强是UBF的又一大显著特点,其对容积负荷、温度、pH的波动有较好的承受能力。白晓慧等人通过现场生产性试验,对比上流式厌氧污泥床(UASB)和UBF处理高浓度中药废水