颗粒污泥膨胀床EGSB处理高浓有机废水的工艺与设备研究

颗粒污泥膨胀床EGSB处理高浓有机废水的工艺与设备研究第1页/共20页主要内容研究意义及国内外研究现状研究目标、研究内容和拟解决的关键问题研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析创新之处研究计划及预期成果研究基础工作和已具备的实验条件第2页/共20页1.本课题研究意义和国内外研究现状1.1研究意义

高浓度有机废水通常采用厌氧方法处理。最早的厌氧消化池反应器停留时间长，设备庞大，能耗高。而厌氧滤池、升流式厌氧污泥床（UASB)等第二代厌氧生物处理工艺的诞生，在一定程度上克服了第一代的缺点，但这些反应器均运行负荷低，在UASB反应器中，由于反应器内混合强度不够，容易形成沟流，且在某些情况下污染物会对微生物产生抑制和毒害作用。为克服这些缺点，以颗粒污泥膨胀床（EGSB)反应器为典型代表的第三代厌氧处理工艺应运而生，EGSB是国际上九十年代在UASB的基础上开发出来的至今为止效率最高的废水厌氧生物反应器。第3页/共20页

目前，国内EGSB主要是从荷兰帕克公司引进的IC内循环厌氧反应器，已有工程应用，但其投资巨大（以500m3反应器为例，系统总投资1300万元），如此高的造价限制了该技术在我国的应用。因此，积极开展以颗粒污泥膨胀床EGSB工艺及设备化的研究，开发出实用经济、集成度高的EGSB技术，以适应我国社会经济的发展，这一先进厌氧技术在我国的推广应用，将对我国高浓度有机废水的治理、厌氧技术研究的进步、适合国情的环保产品的发展都有着重大的意义。第4页/共20页1.2国内外研究现状

Lettinga教授和其同事自1974年首创了UASB厌氧反应器之后，80年代后期，针对UASB的缺点，开始研究EGSB。EGSB与UASB反应器结构相似，呈细高型，采用处理水回流，通过高的水流上升速度（6－12m/h），使污泥床处于膨胀化状态，从而保持了进水与颗粒污泥的充分接触。资料表明，EGSB可在1－2h的水力停留时间下，取得UASB工艺需要8－12h才能达到的效果。与UASB反应器相比，EGSB有以下五个显著特点：1）EGSB能在高负荷下取得高处理效率，尤其是在低温条件下，对低浓度有机废水的处理。EGSB在处理COD低于1000mg/L的废水时仍然有很高的负荷和去除率。例如处理挥发性有机酸废水的试验研究中达到同样的去除率，在10℃时，UASB负荷为1－2kgCOD/(m3.d),EGSB为4－8kgCOD/(m3.d)；第5页/共20页15℃时，UASB负荷为2－4kgCOD/(m3.d)，EGSB为6－10kgCOD/(m3.d)。2）EGSB反应器内维持很高的水流表观上升流速。在UASB中液流最大上升速度仅为1m/h,而EGSB其速度可高达3－10m/h，最高可达15m/h。可采用较大的高径比（15－40），细高型的反应器构造，有效地减少占地。3）EGSB的颗粒污泥床呈膨胀状态，颗粒污泥性能良好。在高水力负荷条件下，颗粒污泥的粒径较大（3－4mm），凝聚和沉降性能好（颗粒沉速可达60－80m/h），机械强度也较高（32×104N/m2）。4）EGSB对布水系统要求较为宽松，但对三相分离器要求更为严格。高水力负荷，使得反应器内搅拌强度非常大，保证了颗粒污泥与废水的充分接触，强化了传质，有效地解决了UASB常见的沟流、死角和堵塞问题。但是高水力负荷和生物气浮力搅拌的共同作用，容易发生污泥流失。因此，三相分离器的设计成为EGSB高效稳定运行的关键。第6页/共20页

当前，国外在长链脂肪酸废水、甲醛和甲醇废水、低浓度酒精废水、酒精废水和啤酒废水、低温麦芽糖废水、蔗糖和VFA废水等方面均进行了相应的研究，有些已经具有了实用化的价值，而我国在这一领域的研究还很少，除了目前发表的少量的文献综述外，在可查到的资料中仅见到王侠和王凯军等在EGSB的应用上进行了初步的工作，而对EGSB内部结构（三相分离器和布水器）优化、设备集成化的研究几乎没有。另外，国内外对EGSB工艺启动过程中污泥稳定化的研究未出现过报道。第7页/共20页2.研究目标、研究内容、关键问题2.1研究目标

本课题的研究目标是对EGSB反应器内部结构进行优化设计，研究EGSB处理高浓度有机废水的工艺参数对COD去除率的影响，找出最佳的操作条件。为厌氧污水处理工艺发展成成套的设备和技术提供理论依据，以便在我国现有的材料和加工技术上，开发出实用、经济、适应性强，集成度高的技术，使之能够适应我国社会经济发展水平。第8页/共20页2.2研究内容1)膨胀床构筑物和设备的内部结构设计及优化

包括：三相分离器的设计优化：在高的上升流速时，维持稳定的水力内循环，并确保气、液、固可靠地分离。布水系统的研究与开发：使得布水面小，布水系统与内循环构成微生物与有机质充分接触的水力环境。2)污泥稳定化研究研究影响污泥稳定化的因素（温度、pH值、污泥浓度、溶解氧）第9页/共20页

3)研究EGSB启动运行过程的规律研究影响污泥颗粒化的因素污泥浓度沿反应器高度的分布曲线上流速度的变化对污泥床膨胀率的影响研究操作条件（温度、进液pH值、SS、VFA、硫化物，上流速度，水力停留时间，有机负荷）对COD去除率的影响研究进水COD浓度变化程度对COD去除率的影响（即抗冲击负荷能力）研究挥发酸（VFA）的转化规律

4)研究设备抗冲击负荷能力和容积产气率定量化等关键参数

第10页/共20页5.颗粒污泥形成的机理研究颗粒污泥的活性分析颗粒污泥的理化特性及微生物学性质

1.颗粒污泥的比重

2.反应器内颗粒污泥的分布情况及VSS含量

3.颗粒污泥中的金属元素

4.颗粒污泥的结构和生物相第11页/共20页5.颗粒污泥形成的机理研究颗粒污泥的活性分析颗粒污泥的理化特性及微生物学性质

1.颗粒污泥的比重

2.反应器内颗粒污泥的分布情况及VSS含量

3.颗粒污泥中的金属元素

4.颗粒污泥的结构和生物相第12页/共20页2.3拟解决的关键问题三相分离器的设计优化工艺最佳操作条件的确定污泥稳定化第13页/共20页3.研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析3.1研究方法和技术路线

本课题对EGSB工艺及设备进行研究，主要包括模拟研究和实况研究。在模拟研究阶段，首先对EGSB的内部结构（三相分离器和布水器）进行优化设计，然后对反应器进行流态模拟试验，用类似颗粒污泥（离子交换树脂）来装填反应器，模拟研究不同EGSB内部结构和水力条件时的流态情况，取得反应器设计的优化参数。在实况研究阶段，用EGSB技术对高浓度有机废水进行处理，进而获得实际启动和运行过程的工艺条件和参数，保证这一技术的实用性和高效性。第14页/共20页3.2可行性分析

颗粒污泥膨胀床（EGSB）厌氧处理技术代表了厌氧技术新的发展方向，性能良好，技术先进，这些都经过了国外实践的检验，因此，将这一技术作为本项目的研究对象是可行的。第15页/共20页4.创新之处

1.设计多层三相分离器以及多向流布水系统

2.污泥稳定化研究第16页/共20页5.研究计划及预期成果2001.12—2002.03

阅读有关EGSB技术方面的参考书及文献资料2002.04—2002.05

设计加工EGSB小型试验装置安装调试2002.06—2003.03

通过流体力学方法计算EGSB的布水系统、三相分离器的多种方式以及流体边界条件，用实验来验证或修正2002.10—2003.05

海南屯昌南坤淀粉厂废水处理调试及现场研究2003.06—2003.12

现场和小试研究2004.03—2004.04

撰写学位论文第17页/共20页本项目预期的成果为：确定EGSB工艺处理高浓度有机废水的最佳操作条件，COD去除率达80％以上；优化设计的三相分离器效率高，并开发出一套实用性强的EGSB反应器第18页/共20页6.研究基础工作和已具备的实验条件现已通过三相分离器和布水器的优化设计，并加工了一套EGS