升流式厌氧污泥床反应器结构优化模型及其应用_陈春光

文章编号:0258-2724(2000)01-0014-04升流式厌氧污泥床反应器结构优化模型及其应用陈春光,郑爽英(西南交通大学土木工程学院,四川成都610031)摘要:根据升流式厌氧污泥床(UASB)反应器的简化流型,建立了其结构优化模型,通过求解并分析,得到如下结论:(1)在反应器结构设计中,为了提高容积效率,应着力于反应器布水装置和三相分离器的技术开发;(2)由于常规UASB反应器在提高水力负荷上难有突破,故应开发UASB反应器与其它工艺结构的组合形式。关键词:废水处理;污泥;数学模型;升流式厌氧污泥床反应器中图分类号:X703文献标识码:AAnOptimizationModelfortheStructureofUp-FlowAnaerobicSludgeBlanketReactorandItsUseCHENChun-guang,ZHENGShuang-ying(SchoolofCivilEng.,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)Abstract:Accordingtothesimplifiedflowpatternofanup-flowanaerobicsludgeblanket(UASB)reactor,astructuraloptimizationmodelisconstructed.Throughsolvingtheoptimizationmodelandanalyzingthecorrespondingresults,itcanbeconcludedthat(1)thestructuredesignoftheUASBreactormustbefocusedonthetechnicaldevelopmentinboththewaterdistributionsystemandthethree-phaseseparatortoincreasevolumetricefficiency;andthat(2)thecombinationformsoftheUASBreactorwithotherprocessingstructuresshouldbedevelopedduetothedifficultyofincreasingthehydraulicloadinacommonUASBreactor.Keywords:wastewatertreatment;sludge;mathematicalmodel;up-flowanaerobicsludgeblanketreactor自70年代以来,升流式厌氧污泥床(简称UASB)反应器,经历了小试、中试和生产性应用3个阶段。由于其操作简单,能耗低而得到广泛应用,特别在高浓度有机废水处理方面发挥着重要作用。但是,目前在实际工程中多凭经验进行反应器设计,对反应器设计中的主要结构形式及参数研究甚少。为此,文中将通过分析升流式厌氧污泥床反应器特性,建立其优化模型,在实例计算的基础上,提出反应器设计中应注意的几个问题,同时,阐明升流式厌氧污泥床反应器结构的发展方向。1UASB反应器数学模型在一个运行良好的UASB反应器中,主要有3部分,即污泥床区、污泥悬浮层区和沉淀室,这些不同的区域各自担负着不同的作用。在污泥床区,以高浓度的颗粒化污泥的存在,包含了大量的活性厌氧菌,与污水充分接触,起着生物代谢的主要作用,经过酸化与甲烷化两个过程,分解污水中的有机物,并且产生甲烷气,以气泡的形式,由污泥床区上升,并带动周围混合液,具有一定的搅拌作用,经过气体搅拌,污泥床区收稿日期:1998-12-01作者简介:陈春光(1959-),男,副教授,硕士.第35卷第1期2000年2月西南交通大学学报JOURNALOFSOUTHWESTJIAOTONGUNIVERSITYVol.35No.1Feb.2000的松散污泥带入悬浮层区,与悬浮污泥碰撞接触,一部分比重加大,沉入污泥床区。悬浮层混合液的污泥松散,颗粒比重小,以较低的污泥浓度而存在。粘附在气泡上的污泥在三相分离器斜板的作用下分离,再次回到悬浮层。进入沉淀室的混合液,没有了气泡,液体的运动趋于层流形态。根据以上几个方面的分析和实验观察,可将UASB反应器的流型抽象为如图1所示。即污泥床区和悬浮层区被认为是完全混合型,而沉淀室被认为是推流型。图1UASB反应器流型示意图为了分析物料平衡关系,根据上面提出的流型分布模型,将基质浓度和污泥浓度引入,见图1所示的模型。对于污泥床区,有物料恒算关系VbdSbdt=q0S0+qdbSd-qbdSb-VbrbXb(1)其中:S为基质浓度,mg/l;X为污泥浓度,mg/l;Vb为污泥床区容积;rb为污泥床区基质降解率。基质降解率服从Monod公式rb=rmax