上流式多级厌氧反应器的研制

研制了一种用于高浓度有机工业废水厌氧处理的多功能实验装置——上流式多级厌氧反应器(UMAR).该装置可用于颗粒污泥的性能、反应器工艺运行参数、反应器水力模型与动力学模型、反应器的结构优化等方面的研究.该项实验装置应用于研究生、本科生的科研教学实践当中,收到良好效果.

不同分离装置对小型上流式厌氧污泥床反应器流场的影响

【目的】通过对四种不同结构的分离装置进行流场分析,探讨它们对小型上流式厌氧污泥床(UASB)反应器内部气液流动性的影响。【方法】采用气液两相流模拟方法,对UASB反应器中的三相分离区域进行详细的流场模拟。通过比较不同分离装置结构下,分离区的涡旋分布、液体的流速与流向、气体体积分数分布、气体收集率的变化,深入分析它们对实验室规模UASB内部气液流动性的影响。【结果】四种分离装置的涡旋分布存在差异性。1)直筒型装置的沉降区存在较大涡旋,而插口型装置的沉降区无涡旋分布。锥口型与挡板型装置的差异在于后者的斜板与集气罩间存在小涡旋。2)锥口型、挡板型、直筒型分离装置在截面(Y=0.09 m、Y=0.125 m)上均呈现为下降流,插口型为上升流。3)四种分离装置在相同截面的液体垂直方向流速大小表现为插口型>直筒型>锥口型>挡板型。对于气体体积分布而言,锥口型和挡板型装置在集气罩内出现了气体聚集,这意味着气体更易从出口处释出。4)四种分离装置的气体收集率存在明显差异,具体表现为挡板型>锥口型>直筒型>插口型。【结论】分离装置的结构对反应器内涡旋分布、液体的流速与流向、气体体积分数分布、气体收集率均具有显著影响。挡板型分离装置可有效改善液体流动,并显著提高气体收集率。这一发现对于实验室规模UASB的进一步设计和优化具有重要的指导意义。

上流式厌氧反应器对污水处理的研究

为了高效治理污水,提取污水中含有的能量,采用上流式厌氧反应器,在4℃条件下对污水处理进行研究,并对污水的氧化还原和气体生成以及能量平衡进行分析。结果表明:①氧化还原电位(ORP)在42天后降低至厌氧环境的水平,上流式厌氧污泥床反应器(UASB)和厌氧膜生物反应器(AnMBR)的氧化还原电位降低率分别约为-1.32和-1.48/d;②UASB和AnMBR系统均能够有效去除COD,相对传统的中温接种物,使用冷适应接种物有显著的适应优势;③AnMBR和UASB的甲烷生产速率均随着时间呈上升趋势,系统运行中使用纤维膜时,采用UASB可提高甲烷生产率。

上流式多级厌氧反应器(UMAR)处理木薯淀粉废水的研究

对自行研制的上流式多级厌氧反应器(UMAR)处理木薯淀粉废水的启动和运行特性进行了研究.结果表明,UMAR反应器启动周期短,易培养出活性高的颗粒污泥,经过40 d的运行,COD去除率可达84%,VSS/TSS由78%增加到90.4%.UMAR处理效率高,水力停留时间(HRT)为4 h,进水COD为6 250 mg/L,容积负荷为24 kg/(m3.d)时,COD去除率在75%以上.UMAR反应器对负荷提高、低pH冲击、进水水质的改变表现出良好的耐受能力.

Ca^(2+)对上流式多级厌氧反应器处理蔗渣渗滤液的影响

研究了上流式多级厌氧反应器(UMAR)处理蔗渣渗滤液过程中Ca2+浓度对反应器运行特性和颗粒污泥性质的影响。结果表明,对于蔗渣渗滤液而言,进水中低浓度的Ca2+浓度(80～300 mg/L)对颗粒污泥产甲烷活性无抑制,COD去除率最高可达93.3%;Ca2+浓度达到500 mg/L以上时,对厌氧颗粒污泥的活性有抑制作用;随着Ca2+浓度进一步升高,抑制作用加强,污泥灰分明显升高,活性成分下降,COD去除效率明显降低,污泥粘结沉积在反应器底部,导致系统内循环出现障碍。因此,在实际生产中应减少废水中Ca2+的引入量。

上流式多级处理厌氧反应器(UMAR)处理棉浆黑液

棉浆黑液是高浓度有机废水,有较好的厌氧可生化性。利用上流式多级处理厌氧反应器处理棉浆黑液,容积负荷在14.4-24kg/(m3.d)之间,平均COD去除率可达到80%,同时可产生沼气,具有很好的应用前景。

上流式厌氧污泥床反应器用于黑水预处理

采用上流式厌氧污泥床反应器（UASB）对黑水进行厌氧预处理,探讨了温度和水力停留时间（HRT）等条件对黑水中有机物的去除转化规律和产甲烷性能的影响.结果表明,厌氧预处理对黑水中有机物去除效果良好,总化学需氧量去除率均在80％左右,悬浮性化学需氧量、溶解性化学需氧量去除率均分别在90％和40％以上.在HRT为10～30 h,总化学需氧量容积负荷率为1.0～2.4 kg· m-3 ·d-1条件下,水温主要影响溶解性化学需氧量的去除效果;除温度外,截留悬浮物水解酸化的另一限制因素是进水溶解性化学需氧量质量浓度.研究认为,采用UASB反应器厌氧预处理黑水的HRT不应低于30 h、水温为30℃左右,该条件下总化学需氧量、悬浮性化学需氧量、溶解性化学需氧量的去除率分别达到79.1％、91.6％和42.1％,厌氧预处理的出水生化需氧量与化学需氧量的质量浓度比提高到0.60.

低pH值下上流式厌氧污泥床反应器(UASB)以糖蜜为底物制取高纯度氢气

采用由有机玻璃制成的上流式厌氧污泥床反应器(UASB),以糖蜜废水为发酵底物,投加适量氯化铵和磷酸二氢钾,研究在低p H值下系统的产氢性能.在系统启动初期,投加碳酸氢钠控制进水p H=6.75—7.15,使系统处于中性厌氧发酵,固定进水COD为4000 mg·L^(-1),HRT=8 h.系统运行20 d后,系统处于混合型发酵类型,随后停止投加碳酸氢钠.系统经过45 d的运行,乙醇和乙酸浓度占总浓度的79.39%,而丙酸的浓度只占总浓度的10.89%,形成了稳定的典型乙醇型发酵.第65天,乙醇和乙酸的浓度分别为840.56 mg·L^(-1)、403.12 mg·L^(-1),乙醇与乙酸浓度占总浓度的93.2%,氢气含量为86.97%.在出水p H=2.81时,系统产氢性能最佳.氢气产率为2.079 mmol·L^(-1)·h^(-1),氢气产量1.12 m3·m-3·d^(-1),氢气含量91.46%,是稳定期氢气含量的1.65倍.

厌氧序批式反应器处理垃圾渗滤液及产甲烷特性研究

为研究厌氧序批式反应器(ASBR)处理垃圾渗滤液的效能与机制,依次考察了不同进水浓度下ASBR运行过程中有机物的去除效率、甲烷转化和污泥特性。结果表明:随着进水浓度的提升,ASBR表现出较高的垃圾渗滤液预处理效能,当进水COD为13000 mg/L,运行周期为12 h时,ASBR对COD的去除率稳定在90%以上,甲烷转化率可达到0.352 L/gCOD。垃圾渗滤液在厌氧消化过程由于氨氮的作用能产生一定的碱度,ASBR出水pH高于进水,稳定在7.0~7.2,且可抵消挥发性脂肪酸积累导致的酸化,增加系统的缓冲能力。ASBR预处理高浓度垃圾渗滤液具有较高的稳定性,可实现较高的甲烷产率。

上流式厌氧污泥床反应器处理木薯酒精废水性能

构建了上流式厌氧污泥床(UASB)反应器系统,考察其对高浓木薯酒精废水的处理性能及抗冲击能力。运行结果表明,通过稀释进水COD来逐步提高容积负荷的方式,UASB可运行90 d可达到稳定运行状态。在适宜的COD容积负荷12.4 kg/(m^(3)·d)(HRT为50 h)下,COD平均去除率和甲烷平均产率分别可达到90.4%±0.8%和(2.67±0.04)L/(L·d)。在高容积负荷15.5 kg/(m^(3)·d)和低pH(5.5)冲击下,UASB反应器对COD去除率仍分别可达到81.4%±1.8%和74.1±1.4%。Geobacter和Methanomassiliicoccus分别为UASB系统内的优势产酸菌群和产甲烷菌种。

上流式厌氧反应器改性污泥处理含铬废水的动力学模型

为揭示上流式厌氧反应器(UASB)改性污泥处理含铬废水过程中硫酸根还原与化学需氧量(COD)的去除、微生物增长之间的定量关系,在合理的假设及分析下,通过理论推导建立了COD降解与硫酸根还原的动力学模型,并通过实验测得了动力学参数。用不同硫酸根浓度下UASB改性污泥体系处理含铬废水过程中的数据对所建动力学模型进行了验证,S2-的实测值和理论值拟合很好(R=0.986 7),表明所建动力学模型可以描述UASB改性污泥处理含铬废水过程。

上流式厌氧污泥床反应器的腐蚀与防护

由于上流式厌氧污泥床 (UASB)内发生的反应主要属于化学过程和生物过程 ,因此UASB反应器内壁极易发生腐蚀 ,从而影响反应效果 ,降低设备使用寿命 ,增加维护费用。在分析了上流式厌氧污泥床反应器的结构与工艺对腐蚀的作用的基础上 ,讨论了腐蚀机理 ,提出了应在改进防腐设计、采用耐腐蚀材料和对设备进行防腐处理等 3个方面采取措施 ,从而防止UASB反应器内的腐蚀现象。

上流式分段厌氧反应器内流场的三维数值模拟研究

针对上流式分段厌氧反应器(Up-flow Staged Sludge Bed)内部流场流态的复杂情况,采用多相流欧拉模型通过数值模拟考察了进水方式、挡流板结构形式、进水流速对反应器内三维流场的影响。模拟结果表明:在局部进水和较宽回流缝(50 mm)的结构形式下反应器内呈现较好复合流态;并且进水流速为0.001 m/s时,反应器内污泥床层不仅保持较好的浮动状态,而且污泥床层上部形成了颗粒污泥的悬浮区域,实现反应器内废水与颗粒污泥的充分接触和混合。

上流式厌氧反应器进水结构数值模拟分析

在污水水力停留时间一定的条件下,为研究上流式厌氧反应器进水结构中喷口密度、进水管内径和喷口安装角度等因素对进水均匀度的影响,首先建立了进水结构的参数化模型,然后提出了平面内速度变异系数倒数作为进水均匀度评价指标,最后采用流体力学软件Fluent,结合单因素以及多因素正交分析方法,对进水结构进行三维流场数值仿真。仿真结果表明:当进水管内径为110 mm,喷口密度为6,喷口安装角度为30°时,进水均匀度效果较优,有利于提升污水处理效果。

大中型湿垃圾半干法全混式厌氧反应器的运行性能、微生物特性及经济性评价

随着湿垃圾产生量的持续增加,大中型高效湿垃圾厌氧发酵工程发展迅速。以上海某生态园有机质固废处理项目为研究对象,对项目中有效容积分别为7160、4150 m^(3)的大型、中型半干法全混式厌氧反应器(CSTR)的运行性能及微生物群落结构特征等进行了系统研究。结果表明,稳定运行期间,大型、中型半干法CSTR平均有机负荷总体接近,平均值分别为2.02、2.04 kg/(m^(3)·d);大型半干法CSTR平均产沼率为914 Nm^(3)/t(以进料中单位质量挥发性固体(VS)产生的标况下沼气体积计,下同),显著高于中型半干法CSTR的696 Nm^(3)/t(P<0.01)。两种规模CSTR中的污泥浓度、上清液溶解性化学需氧量(SCOD)和挥发性脂肪酸等均无显著差异,SCOD去除率均可达90%以上。两种规模的CSTR中,微生物在门水平上的多样性分布无显著差异(P>0.05),均以厚壁菌门、盐杆菌门、拟杆菌门为主。大型、中型半干法CSTR进料收益分别为91.3、62.8元/m^(3),随着反应器规模的扩大,经济效益明显提升。

一种餐厨垃圾干式厌氧反应器的优化研究

传统干式厌氧反应器存在加热温差较大的缺点,为此本文提出腔道式搅拌加热系统的优化设计方案。通过中试实验,明确该优化设计可以明显缩小反应器的温差,为干式厌氧器的稳定运行提供基础条件。

有机条件下硫酸盐型厌氧氨氧化生物反应机理研究

为探究有机条件下硫酸盐型厌氧氨氧化(SRAO)生物反应机理,在上流式厌氧污泥床(UASB)反应器中,建立了SRAO反应体系,实现氨氮与硫酸盐同步去除。通过物质衡算、活性测定、微生物分析等,总结获得UASB反应器中SRAO过程分步分层进行的特点。首先,在中下层污泥中,氨氮与硫酸盐在微生物作用下发生反应,生成硫离子和硝态氮;随后,在中上层污泥中,硫离子与硝态氮发生硫自养反硝化反应,生成硫酸盐和氮气。反应器中硫离子的积累会抑制SRAO微生物活性,因此,第二步反应是整体反应的限速步骤。破解硫离子对SRAO微生物的活性抑制,是SRAO技术发展面临的一大难题。

零价铁强化上流式厌氧污泥床反应器处理煤化工费托合成废水研究

采用零价铁强化上流式厌氧污泥床反应器(UASB)处理费托合成废水。结果表明:经过120d运行,在进水COD平均质量浓度30 000mg/L、HRT=4.0d、进水pH=6.5的情况下,出水COD去除率平均值最高可达到81.1%,比空白组提高了20.2百分点。同时,通过对厌氧污泥胞外聚合物(EPS)三维荧光和污泥傅立叶红外光谱分析表明,零价铁的投加显著提升了EPS中蛋白质类物质的含量,提高了厌氧微生物的代谢活性。

上流式厌氧污泥床反应器处理糖蜜酒精废水的启动运行研究

将取自某糖厂的糖蜜酒精废水稀释约100倍,并经过改性蔗渣灰活性炭吸附后,选用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器进行处理。控制UASB反应器温度为40℃,进水流量为450mL/h,进水pH为6.5~7.2。结果表明,经过30d后,UASB反应器运行稳定,COD去除率达到60%,色度去除率达到25%,SO_4^(2-)去除率达到20%,产气量为60mL/L。