反应堆UASB上流式厌氧污泥层

污泥层的概念最初是用于回流多尔奥利弗clarigester接触过程的修改版本。与接触的过程,它是纯粹的和饲料通过密集向上流动床的絮凝的细菌。絮体沉降室中收集并返回到反应器的重力。多尔奥利弗clarigester改进废水由于生物量损失导致了上流式污泥层过程和UASB的过程。UASB的综合三相liquid-gas-solids分离器来帮助保持污泥,和机械搅拌最小化或省略。

的UASB反应器已应用于多种工业废水,包括那些含有有毒或抑制化合物。国内废水的过程也是可行的温度低至14 - 16°C或更低。

自1980年代初以来,大量的研究和开发已经发生的关系厌氧废水处理UASB系统和具体。减少75 - 90%的BOD指出在热带条件。UASB技术是可行的在一个城市,发展中国家的环境由于其有机物去除效率高、简单、低成本、低资本和维护成本、低土地需求。厌氧处理过程是适合在热带条件因为厌氧处理函数在气温超过20°C。

他们的特点是低污泥生产和低能源需求。UASB通常由入口管道交付影响单位的底部和顶部的三相分离器的沼气反应器分离液相(水和污泥)和污泥的水相;总的来说这可以防止污泥惨败。

第一次描述了UASB工艺在国际期刊与实验室研究甲醇的治疗对UASB反应器(Lettinga et al ., 1979),及其潜在的稀释废水一般被描述(Lettinga et al ., 1979 b, 1980)。随后出现了很多Lettinga报道和他的同事们对应用程序对UASB治疗过程的各种废水包括甜菜叶片(Lettinga et al ., 1976年,1977年),猪舍(van费尔森et al ., 1979)、醇类(Lettinga et al ., 1979),脂肪酸(十浦鲁马et al ., 1985年,胡et al ., 1997 a, b, c),屠宰场(赛义德et al ., 1987年,1988年),马铃薯淀粉(et al ., 1987),牛奶脂肪(Petruy Lettinga, 1997;Petruy et al ., 1997),以及纸浆和纸张浪费(Sierra-Alvarez et al ., 1990;Lettinga et al ., 1991;Rintala et al ., 1991)。比较性能的全面总结了UASB反应器在表3.3。

越来越感兴趣的是应用程序的UASB国内废水的治疗过程,清楚地证明是可行的(Lettinga et al ., 1983人,1993;van der最后Lettinga, 1992;Bogte et al ., 1993;Lettinga, 1995)。

以下部分强调了最近的全面和半工业规模工业废水厌氧处理的结果。

一个能够管理控制系统对UASB反应器的启动,使用数量减少的开发过程变量(Punal et al ., 2001)。两个不同的创业策略应用:馈料式和连续操作。馈料式,结果表明,从一开始有机加载速率鳕鱼(OLR)低于0.5公斤/ m3-d负荷高于8公斤鳕鱼/ m3-d实现只有33天,COD去除效率超过90%。在连续系统,结果显示24小时的一个优秀的价值,而且,从OLR的开始

表3.3。全面的性能对UASB反应器(从刘et al ., 2002)

反应堆	废水	影响	鳕鱼	生化需氧量	沼气生产	引用
体积(立方米)	类型	(%)
1500年	汁	22	88年	96年	0.5立方米/公斤鳕鱼	Driessen et al。(1994)
1500年	糖蜜	80 - 120	65 - 70	85 - 90	0.5立方米/公斤鳕鱼	Driessen et al。(1994)
120年	污水	0.4	74年	80年		维埃拉et al。(1994)
1400年	啤酒厂	1.7	80年		2.0立方米/ m3 d	Pereboom和Vereilken (1994)
2200年	造纸厂	1.3	70年		1.4立方米/ m3 d	Pereboom和Vereilken (1994)
1700 x 2单元	马铃薯加工	12	95年		3.0立方米/ m3 d	Pereboom和Vereilken (1994)
1200年	污水	0.56	68 - 74	69 - 76	0.05 - -0.1立方米/公斤鳕鱼	Draaijer et al。(1992)
120年	污水	0.19 - -0.46	55 - 65	60 - 72	0.09 - -0.25立方米/公斤鳕鱼	维埃拉和加西亚(1992)

S”

5 s

e e s低于0.5公斤COD / m3-d, 9 - 12公斤鳕鱼的负载/ m3-d在40天,COD去除效率超过95%。工艺参数的标准差比较,馈料式模式有更好的流程效率。然而,连续模式有更好的能力来治疗有机负荷通过支持系统更稳定入渗OLR操作。这是特别有用的头两周期间的启动阶段。

有一个快速启动的另一种方法是调整微生物负荷指数(多层互连)值(茶和燕,1997)。研究结果表明,在0.8和0.6信息学硕士学历高,造粒发达在3到4个月的操作,使快速启动。然而,信息学硕士学历较低的0.3和0.2,6个月后仍然没有造粒。观察到,在造粒过程中有三个阶段,即适应、造粒和成熟。逐步和逐步增加污泥加载速率(SLR)必须遵循,以避免重载的场景或饥饿的不同阶段。

et al。(2004)已经开发了一个非传统的方法来加速对UASB反应器的启动和造粒过程强调有机加载速率(OLR)没有达到稳态条件。三个UASB反应器处理合成饲料化学需氧量(COD2500 mg / L), 35°C的嗜中温温度进行了研究。结果表明,核反应堆的启动压力加载条件下可以明显加快。中等和严重强调反应堆的启动时间操作在1到16 g的olr COD / Ld范围从10到80天,90天,13。与17岁120天需要在控制反应堆达到相同的olr,启动时间缩短25 - 41%。加速的程度取决于反应堆的压力水平。应用应力和应力水平的程度启动反应堆不会降低反应堆负荷容量,因为所有反应堆达到类似的最大16 g / L-d OLR的操作。

et al。(2004)探讨了进一步加速发展的可能性造粒的非常规方法强调载荷。研究人员发现,在强调加载条件下,污泥颗粒开始形成颗粒在早些时候强调反应堆在24和30天的启动操作。与控制反应堆没有施加压力,形成颗粒的时间降低了45 32%,重度和中度强调单位,分别。颗粒的形成发生严重早些时候强调反应堆比适度压力单位。

而获得的结果建立了巨大的加速度在启动和造粒过程中,颗粒的characteriztics发达被施加压力的水平很大程度上影响了。表征bioparticles表明颗粒在适度开发强调反应堆方面表现出优越的特点沉降性、力量、微生物活动和形态,颗粒污泥增长,相比与控制反应堆操作没有压力和吃紧的单位(显示et al ., 2004)。给出的结果表明,非常规的启动方法可以提供一个实际的解决方案固有的长启动UASB系统同时节约时间和成本。

高温厌氧的微生物机制造粒和污泥滞留在创业研究(Syutsubo et al ., 1998)。的发展,会沉淀的颗粒污泥是成功运作的关键因素对UASB的过程。高温厌氧消化污泥的培养液拍摄。工作温度是55°C。饲料的解决方案包括蔗糖、酵母和挥发性脂肪酸酯和丙酸。结果表明,颗粒的污泥体积指数最后(SVI)停在约13 ml / g波动悬浮固体(VSS)经高温颗粒成熟。由于建立整个颗粒污泥床,核反应堆允许的最大体积鳕鱼加载45公斤鳕鱼/ m3-d COD去除效率的90%。鳕鱼最大污泥负荷达到3.7 g / g VSS-d,这是两到三倍的污泥嗜中温条件下生长。

醋酸和利用氢产甲烷活动表现出最佳状态在65°C,而propionate-fed产甲烷活性在50°C。产甲烷的活动保留污泥的最后110倍增加乙酸,丙酸的25倍,为氢和3.6倍,相比与播种污泥。这个相对较低的丙酸丙酸值意味着退化是最有可能的病原反应一步高温厌氧过程。

UASB的早期发展在1980年代被用于处理食品工业废水,如甜菜糖、玉米和马铃薯淀粉加工。最近的研究表明,对UASB可以应用在治疗废水含有浓缩蛋白质(方,1994)和芳香族化合物如苯酚(温家宝et al ., 1995)。改变废水再循环的速度被广泛用于避免微生物的毒性影响。再循环和沼气生产,导致更高的生物质能引起冲刷表面上升气流速度。低液压加载速率含高浓度的苯酚废水的治疗使用循环UASB (RUASB)鼓励嗜中温条件下操作(和程,1998)。随着液压加载率从2.5下降到1.6 m / h,相对细菌活动也从80减少到50%。

造粒通常是一个缓慢的过程,但它是UASB-like反应堆的最佳性能的先决条件。使用聚合物增强厌氧造粒过程(Mamouni et al ., 1998)。壳聚糖、天然聚合物,优于Percol 763、合成聚合物颗粒的形成率。壳聚糖产生肉芽率高达56 m / d,而35 m / d 763 Percol酸性博士在碱性条件下,壳聚糖是逐步中和,从而导致更有效的悬浮污泥絮凝。造粒收益率高的壳聚糖是最有可能归因于其多糖结构,类似于行动胞外聚合物的物质在聚合(EPS)厌氧污泥。

最近,et al。(2004 b)调查在反应堆启动和阳离子聚合物颗粒的影响发展。实验结果表明,添加聚合物在播种阶段明显加速启动时间高达50%和30%的颗粒形成通过使用一个适当的剂量的聚合物。此外,颗粒在polymer-assisted反应堆开发表现出更好的settleabil-ity,强度,和产甲烷活性有机加载率测试。有机负荷polymer-assisted反应堆的能力也显著增加从24 - 40 g / Ld的鳕鱼。这是假设阳离子聚合物能够形成带负电荷的细菌细胞之间的桥梁。桥接使有机固体之间更多的互动导致优惠biogranulation在UASB反应器的开发和增强。

甲烷生成之间的竞争和sulfidogenesis厌氧废水处理存在(周和方,1998)。高浓度的硫酸盐在废水厌氧处理可以影响甲烷生产过程。Sulfidogens降解基质碳酸氢盐和硫化硫酸还原过程的中间体。Sulfidogens和许多厌氧产甲烷菌共存的生态系统也有类似的酶活性。他们是严格厌氧菌,赞成类似最适温度苯甲酸和博士的研究结果表明,适应环境后,去除效率为99.5%,无论硫酸浓度一致。Sulfidogenesis慢慢击败methano-genesis在适应阶段。这是由硫酸盐还原效率的增加表示从48到99%时伴随着减少甲烷生产甲烷/ L-d从1.02到0.39 L。

补充葡萄糖提高苯酚的厌氧降解(泰et al ., 2001)。废水中的苯酚存在的一些行业,如煤炭气化,焦炭生产、制药、农药、化肥、染料制造、合成化学、纸浆和纸张。的最大浓度苯酚可能高达6000 mg / L,这是太生活水生生物有毒。葡萄糖作为co-substrate实现有效和持续的厌氧生物降解苯酚。可以降解苯酚通过苯酚metabo-lizers甲烷和二氧化碳和氢利用和acetotrophic产甲烷菌。苯酚去除效率也是最好的为98%,相比之下,88%没有葡萄糖补充。此外,它还表现出更强的抵抗这些不利条件和系统恢复的速度比其他系统没有葡萄糖补充。

初步研究的结果一起密集的实验室研究的结果表明,嗜热厌氧处理食品工业废水的可行性(Rintala Lepisto, 1997)。反应堆操作在55°C和放置在工厂制造的前提从蔬菜速冻产品。热(大于80 - 90°C)和集中鳕鱼(14 - 79 g / L)废水流,产生的蒸汽去皮和漂白胡萝卜和土豆。报道COD去除率80%以上。

去除氯代酚类(CP)是在UASB反应器(Droste et al ., 1998)。卤代有机污染物是有毒的,顽固的环境中。废水含有CPs和相关化合物尤其成问题的治疗由于其持久性和高溶解脂肪。一旦引入水生态系统,积累在河流沉积物和生物体内积累生物组织内是可能的。CP化合物能够代谢矿产终端产品在很大程度上在加载率反应器的性能并没有阻碍。没有积累苯酚的反应堆实验条件。

治疗聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)废水利用UASB全面应用程序中证明是可行的(墨西哥城et al ., 1999)。宠物的直接酯化生成对苯二甲酸(TPA)、乙二醇。高纯度的原材料TPA很容易在市场上可用。所以从酯化废水过程主要包含未反应的原料,主要是乙二醇,和产品的二级或降解反应,如对苯二甲酸酯、甲醇、乙醛和巴豆醛是重要组成部分。还有另外一个废水流,称为第二个流,从洗澡的熔融纺丝过程中化学物质的大量改善纤维的物理特性。据报道,酯化废水的厌氧生物降解性是90和75%和第二流废水分别。

厌氧处理废水从fish-canning工厂也被证明可行的全面对UASB反应器(Punal眼肌,1999)。废水主要来自两个流,贻贝烹饪是季节性的,和金枪鱼做饭。大多数的有机负荷贻贝烹饪废水由碳水化合物(74.5%),金枪鱼的烹饪废水有很大比例的脂肪(23.5%)和蛋白质(73.0%)。所以,高波动废水的特点引起的方差在反应堆的效率高。然而,两者的混合流时表现更好的治疗由于贻贝烹饪废水的降解碳水化合物含量高。通过碱度控制,可以正确地操作这个系统的COD去除率在70 - 90%之间影响COD / m3-d从2到8公斤。

UASB技术还可以治疗crab-processing废水(Boardman麦克维,1997)。蟹炊具废水包含高浓度的鳕鱼、总悬浮固体(TSS)和总凯氏氮(TKN)。利用UASB、BOD5和COD去除效率超过90%。饲料废水的酸化改善治疗,减少饲料悬浮物的浓度。

对UASB来说是可行的有效治疗木薯淀粉工业废水(Annachhatre Amatya, 2000)。经过简单的重力沉降,除去悬浮物淀粉废水用作饲料。鳕鱼转换效率大于95%,天然气的生产力

5 - 8立方米沼气/ m3-d。去除淀粉固体从污水通过一个简单的重力沉降足以获得满意的UASB过程的性能。

对UASB反应器的应用在世界上显示了一个增加的趋势。然而,这些厌氧系统的启动和控制是复杂的由于低产甲烷微生物的活性。尽管大量的厌氧过程的数学模型可用在文献(哈珀和Suidan, 1991),似乎仍然难以定量描述厌氧过程,因为生物降解机制的本质。最近,两个强大的数学工具,即模糊模式和神经网络成功地引入到厌氧系统,等厌氧过滤器颗粒污泥、UASB和扩大床反应堆(EGSB) (Marsili-Libelli和穆勒,1996;Guwy et al ., 1997;茶、张、1999、2000)。

包含系统性能信息的数据库是训练神经模糊模型的先决条件,和神经模糊模型的性能高度依赖于训练数据的质量虽然有时候训练数据收集是非常困难的,特别是对于一种新型系统。另一方面,输入和输出参数需要精心挑选或生成参数常用的厌氧系统描述为了计算神经模糊模型。茶、张(2000)表明,液相,pH值的信息,和特定的挥发性脂肪酸(VFA),总碱度,COD和总有机碳(TOC)浓度、COD和TOC减少和氧化还原电位(ORP)必须提供;至于气相,参数包括天然气产量和甲烷,二氧化碳,氢气和一氧化碳浓度。神经模糊模型的优点包括高适应性变化的系统配置。这一数学方法具有潜在的工业应用潜力复杂的厌氧系统的仿真和实时控制。

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