專利名稱：改進(jìn)的流化床方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用改進(jìn)的流化床方法及設(shè)備進(jìn)行的厭氧廢水凈化。早在70年代，工業(yè)廢水的厭氧處理就顯示出相當(dāng)?shù)闹匾?，并使具有高生物物質(zhì)濃度的改進(jìn)反應(yīng)器得到了開發(fā)。與其它高速厭氧反應(yīng)器(填料反應(yīng)器，UASB反應(yīng)器等易得到的主要反應(yīng)器)相比較，流化床系統(tǒng)的一個主要的優(yōu)點是有更高的凈化能力，不會發(fā)生反應(yīng)器阻塞(在填料反應(yīng)器中易阻塞)不會發(fā)生淤渣存留(在UASB體系中，如未獲得粒狀淤渣，則產(chǎn)生存留問題)以及體積小占地面積小。較高的向上流動的液體速度防止了阻塞并保證了物流與附著在載體上的生物物質(zhì)之間的良好接觸。該流化床反應(yīng)的立式結(jié)構(gòu)及較小的尺寸使整個結(jié)構(gòu)變得極為緊湊，從而防止了臭氣的出現(xiàn)，根據(jù)情況可采用(貴重的)抗腐蝕材料。
但是，厭氧流化床反應(yīng)器的缺點也是已知的，這就是微生物層的增長和對其控制的問題。在反應(yīng)器的底部經(jīng)常是出現(xiàn)裸載體顆粒，這就會造成部分反應(yīng)器不具備凈化活性。還有起動時間較長等操作問題，這是由于裸載體顆粒成長時間長而造成的，它一般需要2-4個月才能長成。
例如，在甲烷產(chǎn)生階段，在工業(yè)規(guī)模條件下，當(dāng)用合適的微生物接種后，成長階段需要4-12周。在這種時間內(nèi)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(例如)最大負(fù)荷非常敏感。如果負(fù)荷用kgCOD/kgVSS/天來表示的話，則該負(fù)荷對反應(yīng)器中的很少數(shù)量的微生物來說是太大了。這會造成大量微生物的損失。一個很短時間的偶然事件就會造成幾乎是完全的系統(tǒng)的新的起動。另外，對于所推薦的短停留時間(見例如EPA-28846)，起動過程的PH的控制是必要的。另一個缺點是當(dāng)反應(yīng)器停止動轉(zhuǎn)時，沉降在反應(yīng)器底部的載體材料會使液體分布器發(fā)生阻塞。
USP4253956描述了另一類厭氧方法，即UASB-系統(tǒng)(上流厭氧淤渣床)。該方法是已知的且常常被用于實際中。當(dāng)在嚴(yán)格的規(guī)定條件下于起動階段前加入足夠的粒狀淤渣時，在工業(yè)規(guī)模中可得到短且可重現(xiàn)的起動。該粒狀淤渣可從其它UASB系統(tǒng)中得到。該類粒狀淤渣由活性材料顆粒構(gòu)成，它是在UASB系統(tǒng)中自然產(chǎn)生的。這些顆?？杀３制浠钚詭啄辏⒖捎煞磻?yīng)器中去除或存貯在其中，這就使這些顆粒非常適用于新設(shè)備或于突然停車后重新起動的現(xiàn)有設(shè)備的接種材料。該UASB系統(tǒng)也非常適用于季節(jié)性工廠(如甜菜等糖加工廠)，在這種工廠中，加工過程常會停頓幾個月，因而快速重新起動是非常必要的。
但是，UASB反應(yīng)器也有一些缺點，例如，液體的速度(1-2m/h)不足以防止反應(yīng)器中惰性沉降物的(部分)沉降。在很多情況下要想防止這種現(xiàn)象，就必須在一個初分離器中先處理廢水分出這種惰性沉積物。由于其結(jié)構(gòu)特性，UASB系統(tǒng)對上部的氣體進(jìn)入非常敏感，從而引起腐蝕。有時由于上部泄漏，會發(fā)出臭氣。頂部壓力必須保持很低，這樣會使腐蝕性生物氣體的輸送在不使用壓縮機(jī)的情況下變得幾乎不可能。另外，當(dāng)需要初沉降器時，設(shè)備占面積很大，這么大的面積在廢水源的近處并不是易于得到的。
對于低濃度的廢水，設(shè)計了一種改進(jìn)的UASB反應(yīng)器，即所謂的EGSB(擴(kuò)展粒狀淤渣床)反應(yīng)器(見G.LettingaandL.H.Pol，Wat，Sci.Fech.Vol.18，No.12(1986)pp.99-108)當(dāng)?shù)蜐舛葟U水被送入UASB反應(yīng)器時，氣體的產(chǎn)生太慢，由形成于反應(yīng)器內(nèi)的該氣體而產(chǎn)生的混合變得非常不充分，反應(yīng)器運轉(zhuǎn)的也不好。
為了克服這一問題，在EGSB系統(tǒng)中采用顯著較高的上升的液體速度，這會形成明顯的淤渣床膨脹，并且隨之而得到淤渣/水的良好接觸，及生物物質(zhì)的更好的應(yīng)用。通常，這些高上升速度可通過流出物的循環(huán)而得到。
但是，EGSB系統(tǒng)僅適用于處理較冷和濃度非常低的廢水。當(dāng)高濃度的廢水被送入EGSB系統(tǒng)時，反應(yīng)器內(nèi)將會形成大量的氣體，從而會干擾凈化過程。部分淤渣粒子則將會和物流中的懸浮固體一起被沖出反應(yīng)器。在傳統(tǒng)的沉降器設(shè)計中，這些淤渣粒子很難從懸浮固體中分離出來，從而造成活性生物物質(zhì)的流失。因此，EGSB反應(yīng)器無法處理高濃度廢水，而以使用一般的UASB反應(yīng)器為佳。在G，Lettinga和L.H.P的文章中未提及淤渣的生長。
本發(fā)明的目的是提供一種方法，在該方法中，是將流化床方法和UASB一方法的優(yōu)點結(jié)合起來，從而形成了一種改進(jìn)的流化床方法。
本發(fā)明的另一目的是提供這樣一種改進(jìn)的流化床方法，該方法可以在非常適合于該類方法的改進(jìn)的設(shè)備中進(jìn)行。不僅本發(fā)明的方法可以在該設(shè)備中進(jìn)行，其它采用載體材料的流化床方法也可以在其中進(jìn)行。


圖1示意出了EP-A-90450中公開的三相分離器。
圖2至圖4表示了本發(fā)明的實施方案及其水平橫截面圖，說明了在反應(yīng)器中產(chǎn)生的生物氣體的部分收集。
圖5表示了在三相分離器中使用了兩個平行板。
圖6表示了在三相分離器中使用了很多平行板。
圖7表示了液體分布裝置的結(jié)構(gòu)的兩個實施方案及它的水平截面釁。
圖8表示了一個實驗室流化床反應(yīng)器，其中的淤渣顆?？梢詼y定。
圖9表示了帶有幾個平行隔板的三相分離器。該分離器以中試規(guī)模進(jìn)行測試。
UASB反應(yīng)器一般具有4-20小時的液體停留時間。UASB反應(yīng)器中的淤渣顆粒處在1-2米/小時液體空塔速度和1-2米/小時的氣體空塔速度(在反應(yīng)器的上部)中。令人吃驚的是發(fā)現(xiàn)這類粒狀淤渣極其適宜于作為其中的液體停留時間為0.5-4小時，空塔液體速度平均為4-25米/小時(最好為6-20米/小時)以及空塔氣體速平均為4-15米/小時的流化床中的活性物質(zhì)，并且不會發(fā)生破壞。
在進(jìn)一步研究和實驗之后，我們吃驚地發(fā)現(xiàn)，粒狀淤渣在其被導(dǎo)入流化床反應(yīng)器后不僅保持了其粒狀結(jié)構(gòu)及其生物活性，而且也適應(yīng)于極為湍動流化床條件。甚至在該反應(yīng)器中顆粒狀淤渣的數(shù)量隨時間而增加。該現(xiàn)象在酸化和甲烷形成反應(yīng)器中被發(fā)現(xiàn)。該改進(jìn)的流化床方法具有流化床方法和UASB方法的優(yōu)點，但沒有上述方法的缺點。從實驗室規(guī)模，中試規(guī)模及工業(yè)規(guī)模的裝置中得到的該改進(jìn)方法的結(jié)果清楚地表明了本發(fā)明不僅僅在起始階段，而且也在穩(wěn)態(tài)條件下表現(xiàn)出的優(yōu)越性。
對EGSB方法來說，本發(fā)明的優(yōu)越性可通過將本發(fā)明的與EGSB方法比較而發(fā)現(xiàn)。EGSB方法，A.W.A.deManetal.在(Proc.22-26May，1988，P.197ff)上有描述，該方法是在本發(fā)明的優(yōu)先權(quán)日之后公開的。
如前所述，EGSB不適于高濃度的廢水。反應(yīng)器中的高空塔速度可以通過流出物的大量循環(huán)來得到，但會導(dǎo)至反應(yīng)器的生產(chǎn)能力降低。低濃度的廢水會使氣體的生成量減少，從而就會出現(xiàn)和湍動有關(guān)的較溫和的條件。
防止具有高氣體和液體速度的方法中的活性淤渣顆粒的損失不是通過在(EGSB)反應(yīng)器中選擇溫和的條件來達(dá)到的，而是通過淤渣顆粒向反應(yīng)器的的效的，選擇性的回流而達(dá)到的。這種觀點構(gòu)成了本發(fā)明的基礎(chǔ)。
淤渣的這種回流可通過使用不同的分離技術(shù)來實現(xiàn)，例如使用放置在反應(yīng)器頂部或其它地方的沉降器。通過在該分離器中選擇合適的條件，可以將淤渣顆粒從含有懸浮固體的物流中分離出來。用這種方法，可以凈化完全不適于EGSB方法的廢水。
為了表明本方法的優(yōu)點，在表1中比較了EGSB和本方法(UFB)的一些典型特點。
表1EGSBUFB反應(yīng)器高度(m)5-1010-25由于轉(zhuǎn)化的COD而產(chǎn)生的氣體(m3氣體/m2反應(yīng)器橫截面積.天) ＜1 1.5-15COD載荷(kg COD/m3反應(yīng)器體積.天) 1-5 10-80回流比＊5-100-4空塔液體速度(m/h)6-85-20＊回流比＝循環(huán)的物流與反應(yīng)器進(jìn)料的比例。
通過將導(dǎo)入來自例如UASB反應(yīng)器或另一個本發(fā)明的方法在其中進(jìn)行的反應(yīng)器的淤渣可加速本發(fā)明的方法的起動。在沒有實質(zhì)性數(shù)量的淤渣接種的情況下起動也是可能的。但是，這在足夠數(shù)量的顆粒淤渣出現(xiàn)前會需要很長時間。通過選擇正確的操作條件可以將使用載體物質(zhì)的已運轉(zhuǎn)流化床方法轉(zhuǎn)變?yōu)楸痉椒?。用這種方式可以將傳統(tǒng)的方法逐漸轉(zhuǎn)變成本發(fā)明的方法。在本發(fā)明的一個實施方案中，可存在顆粒淤渣及在載體上的淤渣。該實施方案很適宜于現(xiàn)存的裝置。
本流化方法的顆?？梢猿惺芊磻?yīng)器中高度湍動條件。它們還表現(xiàn)出了其它優(yōu)良的性能，其活性可保持幾年，并可用于其它流化床方法的起動。另外它們還適宜于季節(jié)性工廠的廢水處理。
淤渣顆粒的極限降落速度(沉降性能的標(biāo)志)高于或至少等于UASB反應(yīng)器中的淤渣的極限降落速度。淤渣的活性至少與UASB反應(yīng)器中的淤渣的活性相同或經(jīng)常是比其更高。令人吃驚的是，我們發(fā)現(xiàn)淤渣的質(zhì)量取決于反應(yīng)器和三相分離器的結(jié)構(gòu)，這將在下面進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
該改進(jìn)的流化床方法可以在未改良的設(shè)計用于通過使用附著在載體上的生物物質(zhì)的凈化方法的流化床反應(yīng)器中進(jìn)行。但本發(fā)明的方法最好在改進(jìn)的流化床反應(yīng)器中進(jìn)行，這將在后面詳細(xì)描述。工業(yè)規(guī)模的實驗表明，用未改良有流化床反應(yīng)器可得到不甚理想的結(jié)果，這和液體分布裝置及裝在反應(yīng)器頂部的三相分離器的結(jié)構(gòu)有關(guān)。
由于液體離開分布裝置(5-10m/s)而造成的能量耗散是很大的，以至于顆粒淤渣都可能由于液體的噴射而崩解。EPA-90450中描述的三相分離器在較低液體和氣體載荷條件下作用良好，但在高載荷下，氣體(餾分)會常常進(jìn)入沉降室。這將會干擾沉降過程并造成長成的或裸載體顆粒，或天然顆粒的損失。
另外，本發(fā)明對液體分布裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，從而使流化床方法更適宜于顆粒淤渣。
另外，三相分離器的結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了改進(jìn)從而減少了長成的或裸載體顆粒的損失。并且在本發(fā)明的一個推薦的實施方案中，這種損失減少了很多。通過這樣，可在反應(yīng)器中維持更高的活性生物物質(zhì)的濃度，甚至在高的液體和氣體速度下也是如此。該改進(jìn)可以以圖1所示的已知循環(huán)流化床反應(yīng)器(1)為基礎(chǔ)來說明。設(shè)想在反應(yīng)器的橫截面上。上升氣泡的分布是均勻的，則約60%的在喉部(2)下面的室中形成的氣泡將集中形成園筒形氣泡簾(3)。由于向上流入沉降器(4)的液體流在喉部的偏轉(zhuǎn)而造成的向壁運動使該氣泡簾不穩(wěn)定。在氣體收集帽(57)和喉部(2)之間的經(jīng)向重疊板難以在任何時刻將氣泡通過收集帽帶走。氣泡進(jìn)入沉降器(4)會干擾沉降過程。在僅在頂部有較低氣流的反應(yīng)器中，這個問題不太明顯。
在USP4609460號中，公開了一種裝置，在該裝置中，當(dāng)在UASB反應(yīng)器中發(fā)酵產(chǎn)生的氣體到達(dá)反應(yīng)器的上部以前，就被大部分收集。其結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，并且在整個反應(yīng)器中有很多通過一個以上豎管結(jié)合起來的重疊的收集系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，液體物流的控制是很困難的或幾乎是不可能的，甚至對于UASB方法也是如此。在流化床系統(tǒng)中，它們完全不能用。
在USP4622147號中，公開了一種用于UASB方法的裝置，它具有3層氣體收集室。象USP4609460那樣，這個設(shè)計是用于低氣體液體速度的UASB反應(yīng)器的。該裝置不僅不能解決上述的當(dāng)用于流化床反應(yīng)器時而產(chǎn)生的有關(guān)氣泡簾的問題，而且該相分離結(jié)構(gòu)與反應(yīng)器的容積相比，占據(jù)了反應(yīng)器的相當(dāng)部分。
解決這一問題的顯而易見的方法是加大喉部和氣體收集帽之間的重疊板。但是，我們發(fā)現(xiàn)液體的速度在喉部加大，從而使處在沉降器之外的沉降的顆粒的返回更加困難。另外，大的直徑會使收集帽變大，從而其建造就更加困難。
發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)器的喉部聚集而成的氣泡簾可以與流動液體分開。當(dāng)收集的氣泡被直接送往氣體收集區(qū)時，則沉檔男Ч緩玫奈侍庖簿徒餼雋?，甚譄掚s詵從ζ髦屑叩鈉搴 或液體速度的情況也如此。這種特殊的生物氣體收集裝置不僅可裝在新流化床反應(yīng)器中，而且本發(fā)明的裝置也可以補裝在現(xiàn)存流化床反應(yīng)器中。
在圖2，3，4和5中表示了不同生物氣體出口的幾個實施方案。分配器6將氣泡收集起來(如無該分配器，則形成氣泡簾)。通過管(7)或室(7)，收集的氣體被直接送往氣體收集區(qū)(9)或與氣體收集區(qū)連結(jié)的收集管(8)(見圖4)。在工業(yè)規(guī)模的循環(huán)反應(yīng)器中，分配器(6)的直徑可是為0.5-10米，該分配器的高度在例如反應(yīng)器的直徑為3米的情況下為30-80厘米。最好是所有管子的尺寸均能保證氣體進(jìn)入氣體收集區(qū)且足以高于液面以免沉降器內(nèi)產(chǎn)生氣升循環(huán)流。
分配器(6)可收集30-80%，較好是50-80%的離開反應(yīng)器的氣體。雖然園形反應(yīng)器是推薦的，但是正方形的，長方開的或其它型式的反應(yīng)器也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。該流化床反應(yīng)器適宜高度至少為6米，最好至少10米。H/D宜為2-40，最好為2-10(H為反應(yīng)器高，D為直徑或平均直徑)。
進(jìn)一步，本發(fā)明在三相分離器中使用了平行板，這就使小固體顆粒更好地凝結(jié)或增長為大顆粒。在圖5和6中，給出了這種結(jié)構(gòu)的兩個實施方案。在USP4253956中，公開了一種UASB裝置，沉降器的傾斜壁是斷開的，以形成進(jìn)口。這樣形成的壁在進(jìn)口處是交錯的，以隔斷上升氣流，從而使該氣流不能進(jìn)入沉降器。處在斜置的壁的底端的沉降器出口使顆粒的返回變?yōu)榭赡?。由于液體和氣體速度高，所以這種原理可以用于流化床反應(yīng)器是十分令人吃驚的。通過使大部分的在反應(yīng)區(qū)形成的氣體旁路通過，可以使該原理用于流化床方法中(與氣體收集裝置結(jié)合)。
圖5表示了一個安在沉降器中的分配器(10)。圍繞著該分配器，進(jìn)行液體循環(huán)，這就使沉降的顆粒更好地從沉降器進(jìn)入反應(yīng)器，并改進(jìn)了在該分配器(10)上部的氣/液的分離。當(dāng)使用園形三相分離器時，該分配器的型狀為錐形。
另外，向上流動并達(dá)到該分配器下方的生物氣體氣流將被收集起來，并向上流動。這樣就會造成圍繞該分配器的升氣循環(huán)。這是因為該分配器兩邊的密度不一樣。
在圖6中，也裝了分配器10A和10B，這會使三相分離器發(fā)揮更好的作用。分配器的數(shù)目取決于需處理的液體的數(shù)量和技術(shù)設(shè)計尺寸的大小。但是，從經(jīng)濟(jì)上重最好安裝一個分配器(10)。
令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，上升氣體的循環(huán)對反應(yīng)器的良好穩(wěn)定操作有作用。該循環(huán)的結(jié)果是所有的液體在其離開沉降器之前，都要循環(huán)5-20次，并進(jìn)行上下運動。顆粒在該區(qū)域的平均停留時間增加，從而碰撞的機(jī)會也就增加了。
小顆?？赏ㄟ^碰撞或凝聚而增長成為大顆粒。這樣，就可以減少活性物物質(zhì)的損失，并大幅度增加顆粒粒狀。易于沉降的淤渣的形成速度。所以就可以將增長的活性顆粒與在凈化過程中無活性的懸浮固體分開來。
由于三相分離器的這種設(shè)計，改善了較小的淤渣粒子向球形淤渣的轉(zhuǎn)變。
與流化床系統(tǒng)相比較，本系統(tǒng)使反應(yīng)器快速起動，甚至在只有中等數(shù)量的接種淤渣存在下這也是可能的。
當(dāng)三相分離器為環(huán)形時，分配器(5)和(10)最好為截錐體。
按照設(shè)計要求，歐洲專利A-90450所述的液體分布裝置須使得進(jìn)入裸載體顆粒(例如砂子)床層的液體得到均勻分布。由于固體質(zhì)量大，并且為了避免其粘結(jié)(從而形成靜止區(qū)域)，液體須以高流速(5-10m/s)通過噴嘴，以便粉碎粒狀淤渣。
本發(fā)明對液體分布裝置的構(gòu)造進(jìn)行了改進(jìn)，使得流化應(yīng)反應(yīng)器更適用于粒狀淤渣(見圖7)。
當(dāng)(呈滯止?fàn)畹?液流被中斷時，天然顆粒幾乎不具備粘結(jié)的傾向。令人驚異的是，即使是很厚(厚度達(dá)數(shù)米)的粒狀淤渣層，通過在床層下部幾個部位輸送液體可很容易地使其開始流化。當(dāng)(向上流動)空塔速度為6-10m/hr時，發(fā)生混合、流化和均化。具有反應(yīng)活性的粒狀淤渣直接于反應(yīng)器最底部產(chǎn)生氣體，這樣又促進(jìn)了混合過程的進(jìn)行。
本發(fā)明的某些實例示于圖7之中，作為本發(fā)明的一個方面，其中有一些以多個可能的方向連接反應(yīng)器的進(jìn)液管。無需使用能夠形成局部高流速的特殊的出口噴嘴。正常情況下的出口流速為0.5-4m/s，以1-2m/s為佳，通過多個相互被隔開的進(jìn)口并采用根據(jù)需要周期地中斷或改變廢液通過每個進(jìn)口的流動這一方式將廢液注入發(fā)酵區(qū)。例如，依次將廢液輸送通過每個進(jìn)口一定的時間。矩形和園形反應(yīng)器的底部均為平面形或園錐形。
實施例1在一容積為4升、直徑為5.0cm的實驗室型流化應(yīng)反應(yīng)器(1)的頂部安裝一個容積為2升的三相分離器(見圖8)。
用由UABB反應(yīng)器產(chǎn)生的2升生物顆粒接種該流化床反應(yīng)器，其中含有150gss(懸浮固體)或120gvss(揮發(fā)性懸浮固體)。
實驗期間，塔內(nèi)液體的空塔速度保持在8.8m/h。
流經(jīng)管線(11)離開反應(yīng)器的一部分液休經(jīng)管線(13)被循環(huán)(17.0l/h)，其余部分經(jīng)管線(14)被排放。未凈化污水(15)(2.1l/h)與流出物的循環(huán)部分匯合在一起。
所產(chǎn)生的氣體被收集于室(9)內(nèi)并經(jīng)管線(12)被排放。
典型的廢水中含有2000mg/l乙酸和480mg/l乙醇，該廢水于流化床中被提純。于其中加入的營養(yǎng)物以促進(jìn)生物物質(zhì)的生長。
在包括開始的一段時間在內(nèi)的3個月期間，每天的平均處理量為36.6kgCOD/m3反應(yīng)體積，轉(zhuǎn)化效率為CODt＝92.4%。平均產(chǎn)生生物氣體45.7升/天(CODt＝化學(xué)需氧總量)。反應(yīng)器上部的空塔氣速計算值為0.97m/h。
反應(yīng)器內(nèi)的平均液體停留時間為2h，流化床反應(yīng)區(qū)內(nèi)的接觸時間為6分鐘。實驗結(jié)束時存在有156gss，相當(dāng)于135gVSS，相當(dāng)于2.11升的膨脹體積。
實驗證明，即使在這些條件下呈現(xiàn)生物物質(zhì)凈增長(15gvss)，但是粒狀淤渣仍保持完整。該方法可以高效率地、穩(wěn)定地進(jìn)行操作。
實施例2在一中間生產(chǎn)規(guī)模過程中提純來自Gist-brocades、Delft化工及發(fā)酵裝置的工業(yè)廢水。在一連續(xù)流動的攪拌釜反應(yīng)器內(nèi)酸化廢水，液體停留時間為8-12小時。將該反應(yīng)器的出料送往中間生產(chǎn)規(guī)模的流化床反應(yīng)器。流化床反應(yīng)器的流入液中含180-4500mg/l CODt，350-500mg/l硫酸鹽和0.5-1.0g/l惰性-SS。平均說來，流入物被酸化至50%-80%，該數(shù)值是以溶解COD中的脂肪酸的量為基準(zhǔn)計算的。圖1所示為園柱流化床反應(yīng)器，反應(yīng)器高度(不包括三相分離器在內(nèi))為19.45m，直徑為0.495m，其有效體積為3.7m3。喉部(2)近處的最小截面積為0.081m2，位于最底部的氣體收集帽的相應(yīng)截面積為0.108m2，其與垂直線的交角為55°。
向反應(yīng)器中加入150kg粒狀厭氧淤渣干燥固體(DS)。這種淤渣來自用于提純糖廠廢水的厭氧UASB-反應(yīng)器。淤渣中有機(jī)物含量為82%，開始時，反應(yīng)器中有120kgvss。粒狀淤渣的平均粒徑為2-3mm。試驗開始時，反應(yīng)器中膨脹粒狀淤渣應(yīng)層高度為7.7m。
經(jīng)過酸化的廢水與流出物的循環(huán)部分一起于反應(yīng)器的底部被導(dǎo)入反應(yīng)器。酸化廢水的PH值為6.0-6.7，循環(huán)液的PH值為7.2-7.5。
將1.40m/h液體導(dǎo)入反應(yīng)器，其空塔流速為7.4m/h。逐步增大導(dǎo)入液體中酸化廢水的百分?jǐn)?shù);導(dǎo)入反應(yīng)器中的酸化廢水第一天為300l/h，第五天為1000l/h。在第五天，液體導(dǎo)入總量增至1.80m3/h，空塔流速為9.5m/h。處理量的逐步增大是在將流出物中脂肪酸含量保持在100mg/l以下這一基礎(chǔ)上進(jìn)行的。
表2中給出的酸化廢水量、廢水總量及空塔流速。
表2日期導(dǎo)入的酸循環(huán)廢導(dǎo)入液體空塔液體停留化廢水(m3/h) 水(m3/h) 總量(m3/h) 流速(m/h) 時間(h)10.31.11.47.412.351.00.81.89.53.781.30.51.89.52.9261.50.652.1511.42.5341.70.752.4512.92.2392.10.352.4512.91.75432.50.42.915.31.48試驗期間，反應(yīng)器溫度保持在30-34℃達(dá)50天。
在此期間，反應(yīng)器的效力穩(wěn)定，脫除脂肪酸的效率均大于或等于90%。
試驗期間，須經(jīng)常測定膨脹粒狀淤渣床層的高度。試驗結(jié)束時，粒狀淤渣床層的高度為4.6m。顆粒能夠很好地被固定，其平均粒徑為2-3mm。生物氣體生成速度平均為40m/天，轉(zhuǎn)化率為20kgCOD/m.天，反應(yīng)器頂部的空塔氣速為8.5m/h。最大處理量時，氣體流速約為14.5m/h。
由于加入了來自厭氧UASB-反應(yīng)器的接種淤渣，因而在實驗開始時，淤渣部分為小顆粒，其至少部分被沖洗掉。這樣就會在實驗初期產(chǎn)生了粒狀淤渣的流失。此后，粒狀淤渣的數(shù)量保持穩(wěn)定。
試驗后，產(chǎn)生約84g(全部為干燥固體)顆粒淤渣，相當(dāng)于約有71kgvss，其中有機(jī)物含量為85%。試驗表明，即使是在高生物氣體和液體流速下大多數(shù)顆粒仍保持整體狀，并能夠迅速地適應(yīng)質(zhì)量可變的流入液。試驗期間，顆粒的形狀變得更為緊密;生物物質(zhì)的比活性平均值約為0.8kgCOD/kgvss.天(處理量峰值為1.6)實施例3在實施例2的園形流化應(yīng)反應(yīng)器(高度為19.45m，直徑為0.495m)頂部安裝有圖9所示的三相分離器。該三相分離器由矩形室(16)組成，該室的一側(cè)呈半園形(17)，室的下面有一適配器(18)，該適配器連接著一個直徑為0.495的園柱體(21)，該園柱體與反應(yīng)器連接。隔板(6)可用來收集約一半于反應(yīng)器中生成的生物氣體，它起圖2，3，4和5中裝置(6)的作用。收集到的生物氣體直接經(jīng)管線(7)被導(dǎo)向氣體收集室(9)。在氣體收集帽(5)的下面安裝有4個隔板(10)。
三相分離的總體積約為0.75m3。氣升循環(huán)流通過后，液體進(jìn)入沉降室(4)。流出物通過堰(19)(溢流)經(jīng)出口(20)離開反應(yīng)器。收集得到的氣體經(jīng)出口(21)被排出。圖9中有兩個液體出口(20)。
來自Gist-brocades，Delft(見實施例2)的廢水于流化應(yīng)反應(yīng)器中被提純。與實施例2相同，須先將廢水酸化。試驗開始時，反應(yīng)器中裝填84kg于實施例2所述實施結(jié)束時產(chǎn)生的粒狀厭氧淤渣(＝71kgvss)。在實施例2和3的試驗之間的12天期間，將淤渣保存在反應(yīng)器內(nèi)。這樣停車并不影響淤渣的性能或活性。
第一天，將500l/h酸化廢水與2.2m3/h循環(huán)液導(dǎo)入反應(yīng)器，其空塔流速為14m/h。此后，增大酸化廢水量，同時保持導(dǎo)入液體總量恒定。因此，于第2天1000l/h，第3天1500l/h，第4天2000l/h，緣 天開始酸化廢水的導(dǎo)入量為2500l/h。在此期間，生物氣體的生成量由大約8m3/天增至最大值75m3/天(最大處理量)。純化廢水中脂肪酸-COD含量總是低于150mg/l。這明確地表明提純基本上是徹底的。以反應(yīng)器有效體積為基準(zhǔn)計，總處理量在30-95kg COD/m.天之間變化(對應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為12-40kg COD/m.天)連續(xù)操作70天后停止實驗。脫氣后，狀粒厭氧淤渣量為103kg，而粒狀生物物質(zhì)估計為88kgvss。
試驗表明，三相分離器對厭氧(產(chǎn)甲烷)生物物質(zhì)形成顆粒起著促進(jìn)作用，即使是在高液體和生物氣體流速下(液體Vsup約為14m/h，反應(yīng)器頂部生物氣體最大流速為約16m/h)，也是如此。
實施例4使用實施例3中的園形流化應(yīng)反應(yīng)器(配置有圖9所示的三相分離器(進(jìn)行淤渣生長和造粒實驗。
在流化應(yīng)反應(yīng)器中提純來自Gist-brocadesDelft(見實施例2)的廢水。與實施例2相同，該廢水須先被酸化(液體停留時間為3-4小時)。
與其它實施例相反，開始時中間生產(chǎn)規(guī)模設(shè)備中僅有很少量的粒狀淤渣。在淤渣床層增高的同時測定生物物質(zhì)(TS，VSS)及淤渣顆粒數(shù)量可確定淤渣的凈生長及新淤渣顆粒的形成(造粒)。此外，淤渣活性試驗可證明活性生物物質(zhì)的存在。開始時，反應(yīng)器內(nèi)淤渣應(yīng)層高1.5m(14kg vss，70%vss，20kg TS)。循環(huán)物流(進(jìn)料+循環(huán)流出物)在整個實驗期間為14.4m3/天，其向上的空塔流速為5m/h。開始時的原污水流量為200l/h，2星期后增至600l/h。這樣，COD的處理速率為60-80kg COD/天(＝16-22kg CODm3/天)。生物氣體生成量在8-14m/天之間變化，其空塔氣速約為2-3m/h。COD提純效率為55-60%。
3個月后，淤渣床層高度由1.5m增至4.8m，淤渣總量由20kgTS增至49kgTS，有機(jī)淤渣量由14kgvss增至40kgvss。實驗開始時，淤渣活性為0.9kgCOD/kgvss.天，在實驗進(jìn)行3個月后，活性為1.2kgCOD/kgvss.天。對單個淤渣顆粒進(jìn)行測定，結(jié)果表明，顆粒數(shù)量增加190%。
實驗結(jié)果清楚地表明，借助于本發(fā)明的沉降裝置，可完成造粒及淤渣的凈生長。另外，淤渣中活性生物物質(zhì)含量高，這表明反應(yīng)器中不存在無價值的懸浮固體。
實施例5該實驗例描述的是對來自酵母生產(chǎn)廠的廢水進(jìn)行工業(yè)二步厭氧處理的方法。
流入物中平均含有2500-4000mg/l COD300-600mg/l SO-24和300-600mg/l懸浮固體。
在兩個連接在一起的、體積各為100m3的罐中，使這三種組分被緩沖和混合。緩沖罐的溫度為約37℃。在5-7小時的液體停留時間內(nèi)，將廢水部分酸化，約60-90%可被生物降解的COD被酸化。連接在一起的兩個反應(yīng)器彼此相同，其三相分離器結(jié)構(gòu)如圖1所示。
該反應(yīng)器也示于歐洲專利申請0090450(見圖2，7和8)。反應(yīng)器高達(dá)12.3m(不包括三相分離器在內(nèi))，反應(yīng)器的直徑為3.0m，三相分離器直徑為4.0m。反應(yīng)器的有效體積為80m3，三相分離器中各部分之間的體積比與實施例1中相應(yīng)各部分之間的體積比大體相同。
有待提純的廢水經(jīng)5條水平分布管導(dǎo)入，管上裝有方向向下的液體入口噴嘴。
試驗開始時，第一反應(yīng)器(R-1)中有5000kg砂子，而在第二反應(yīng)器(R-2)中有13500kg砂子作為載體。這些載體的平均粒徑為0.2-0.4mm，堆積密度為2700kg/m3。這些砂子隨著用于提純廢水的生物物質(zhì)長大。在第一反應(yīng)器主要是進(jìn)行酸化，而在第二反應(yīng)器則主要是進(jìn)行甲烷發(fā)酵。然而，由于上述操作過程中所產(chǎn)生的問題，在數(shù)月之久的試驗中有大量長成的砂子被沖洗掉，這使得大量生物物質(zhì)流失。因此該系統(tǒng)的操作不穩(wěn)定。兩個反應(yīng)器的最初載荷量為40000kg砂子。
第1天，可通過變換操作條件刺激本發(fā)明粒狀淤渣的生成，從而使砂子不再用作載體。這通過逐漸取走殘余砂子并將導(dǎo)入液體總量由100m3/h減至65-70m3/h來實現(xiàn)，此時空塔液體流速由14m/h減至9m/h。實驗開始時導(dǎo)入的酸化廢水量為20m3/h，于第76天增至40m3/h。導(dǎo)入反應(yīng)器的液體總量通過減少循環(huán)液體量始終保持恒定。雖然第一天的處理量為中等，但是脂肪酸的轉(zhuǎn)化不完全R-1流出物中含有1900mg/l，而R-2流出物中含有600mg/l(R-2中的脂肪酸轉(zhuǎn)化效率為67%)。在歷時7個月的試驗期間，兩個反應(yīng)器內(nèi)的粒狀淤渣量逐漸增大，轉(zhuǎn)化效率增至最大脂肪酸轉(zhuǎn)化率，流入物料量可增至全部廢水均被處理時為止。該方法操作穩(wěn)定，采用本發(fā)明方法可消除使用砂子作為載體所遇到的各種問題。
表3所示為試驗結(jié)果。
表3日期流入物反應(yīng)器1反應(yīng)器2R-2處理量R-2效率(m)砂子生物顆粒砂子生物顆粒(kgCOD/m)COD脂肪(kg)(kgvss)(kg)(kgvss)(%)酸%1245000130135007016.55067413040001901300016014.57478764036083018.56280127401000137080007301762791824120015004000150020658220041200200040002000206582＊kgvss＝kg揮發(fā)性懸浮固體。
上述生物物質(zhì)通過以4個取自園柱形反應(yīng)器不同高度的樣品為基準(zhǔn)進(jìn)行計算得到。
表4所示為于飽和基底條件下測定的粒狀淤渣的活性。
表4日期R-1中粒狀R-2粒狀被流出物沖洗掉淤渣的活性淤渣的活性的粒狀淤渣活性(kgCOD/kgvss.天)(kgCOD/kgvss.天(kgCOD/kgvss.天730.81.982.251850.851.631.42來自反應(yīng)器1的顆粒活性低于來自反應(yīng)器2的顆粒，這是由于反應(yīng)器1中存在酸化和制造甲烷的細(xì)菌。反應(yīng)器2中粒狀淤渣的活性高于厭氧系統(tǒng)(如UASB-反應(yīng)器)中的一般取值范圍0.4-0.8kgCOD/kgvss.天。由于三相分離器的不完善，致使部分淤渣被流出物沖洗掉。被沖洗掉的淤渣活性仍很高。
于第155天，自反應(yīng)器1取樣口(高于液體分布系統(tǒng))處采出的淤渣顆粒的極限沉降速度為39m/h，在高于液體分離系統(tǒng)3.9m處的取樣口，為30m/h，在高于液體分離系統(tǒng)7.3m處的取樣口為27m/h。
對于反應(yīng)器2來說，在高于液體分布系統(tǒng)1.0m和3.9m處，顆粒的極限沉降速度分別為32m/h和29m/h。
如上所述，在其中沒有載體(如砂子)的流化床反應(yīng)器中不進(jìn)行類似淤渣材料的接種也可獲得粒狀淤渣。
液體的向上空塔流速為8-10m/h，反應(yīng)器上部的生物氣體空塔流速分別為2-5m/h(R-1)和3-8m/h(R-2)。雖然未對反應(yīng)器進(jìn)行上述改進(jìn)，即配置氣體收集隔板(6)或隔板(10)或簡易進(jìn)料管，但仍能夠形成可純化廢水的粒狀淤渣。
基于工廠的生產(chǎn)條件其結(jié)果是引入注目，因為在工廠內(nèi)，液體和COD-處理量不斷變化，例如，在周末，幾乎沒有廢水供給該系統(tǒng)。
實施例6將圖4所示的特殊氣體收集器安裝在兩個直徑為5m，頂蓋直徑為6.5m的工業(yè)反應(yīng)器上，反應(yīng)器總體積為380m3，容積為240m3。兩個反應(yīng)器串聯(lián)操作，即先將進(jìn)料液導(dǎo)入主要進(jìn)行酸化和硫酸鹽還原過程的反應(yīng)器1中，然后將酸化液導(dǎo)入主要進(jìn)行甲烷生成過程的反應(yīng)器2之中。該特殊氣體收集器可收集約70%生成的氣體，該氣體不進(jìn)入三相分離器。
上述兩反應(yīng)器之外，同時還有另兩個采用同樣的進(jìn)料組合物。同樣的生物方法、同樣尺寸和在同樣的條件下進(jìn)行操作的反應(yīng)器。不過，在第二組反應(yīng)器中，并未配置特殊氣體收集器。所有(共計4個)反應(yīng)器均采用砂子(0.2-0.4mm)作為載體，根據(jù)生物物質(zhì)/載體的原理進(jìn)行操作。在500天的時間內(nèi)，兩組反應(yīng)器的操作中無大停頓，這清楚地表明了氣體收集器的作用。沒有氣體收集器，極限沉降速度為60m/h的長成的顆粒就在10m/h的液體空塔流速時發(fā)生流失，則流失量會上升至約50kg/天。若空塔流速為16m/h，則流失量會增至200kg/天甚至更多。當(dāng)采用了特殊氣體收集器時，即使是在空塔流速為16m/h時，該顆粒的流失也幾乎為零。
權(quán)利要求
1.廢水的厭氧提純方法，該方法包括采用粒狀淤渣的流化床法。
2.廢水的厭氧提純方法，其中粒狀淤渣與連續(xù)液體物流接觸，液體的向上空塔流速為4-25m/h。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中液體的向上空塔流速為6-20m/h。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的方法，其中所生成的生物氣體于反應(yīng)器頂部的空塔流速為4-15m/h。
5.按照權(quán)利要求1-4所述的方法，其中在三相分離器中將分離氣體、液體和淤渣分開，并在其中產(chǎn)生氣升循環(huán)。
6.加速權(quán)利要求1-5中所述提純方法啟動的方法，其中采用來自淤渣床過程或來自權(quán)利要求1-5所述過程的淤渣對反應(yīng)器進(jìn)行接種。
7.廢水的提純設(shè)備，其中包括高度為H、平均截面積為D襀/D之比為2-40(以2-10為佳)的反應(yīng)器，位于反應(yīng)器頂部的三相分離器，由一個以上分隔開的進(jìn)口管形成的液體導(dǎo)入裝置，這些管子以0.5-4m/s(以1-2m/s為佳)的出口速度從靠近反應(yīng)器底部的部位輸入液體。
全文摘要
本發(fā)明涉及廢水的厭氧提純方法，其中包括使用粒狀淤渣的流化床法。
文檔編號B01J8/00GK1033040SQ8810910
公開日1989年5月24日 申請日期1988年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1987年10月8日
發(fā)明者洛倫斯·皮特·艾德里安, 羅伯特·簡·佐特邁耶 申請人:吉斯特·布羅卡德斯股份有限公司