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1、新型内循环污泥浓缩消化反应器1 前言 随着我国社会经济和城市化的发展，城市污水的数量在不断增长。据预测 1，2010 年我国城市污水排放量将达到 440 亿m3/d；2020 年将达到 536 亿 m3/d。目前我国污水处理量和处理率虽然不高，但城市污水处理厂每年排放干污泥大约 30 万吨，而且还以每年 10的速度增长 2。我国现有污水处理厂，有很大一部分污泥处理设施没有有效运行，污泥没有得到妥善处理，致使城市污水处理的最终问题落到了污泥处理处置上。因此，如何有效处理污水厂污泥是国际范围内污（废）水处理领域中所面临的最为重要而复杂的问题 3。本研究基于内循环反应器的理论与设计，开发了一种新型污
2、泥浓缩消化反应器（STDR），将浓缩和消化集成在一个反应器的不同反应室，并使其相互促进，提高了反应器效率。 2 试验流程与方法2.1 试验流程本试验在重庆城南污水处理厂进行。试验流程如图 1 所示，反应器有效容积为 220L，其中起消化作用的主要是第二反应室，容积约 80L。反应器高度为 1.8 米，其中污泥压缩区为 0.4 米，反应室区高度为 1.2 米，沉淀区为 0.2 米。反应器构造参数见表 1，构造如图 2 所示。 试验污泥来自二沉池底部，经自吸式排污泵抽至高位配泥箱，配泥箱中安装有恒流装置，起调节和恒定流量的作用，进泥采用半连续方式。污泥经配泥箱进入 ICSTD 反应器进行浓缩并消化
3、处理，消化污泥由反应器底部排出，沼气由气液分离器顶部经洗气瓶和湿式气体流量计计量后排至室外，上清液由反应器出水区排出，由水箱计量上清液体积，采用沼气内循环进行连续搅拌。 表 1 反应器的构造参数Table1 Construction parameters of ICSTD项目 功能分区有效容积 （L）过水面积 （m 2）功能总体 220 0.1764 污泥浓缩与消化第一反应室 60 0.0864 污泥浓缩与消化第二反应室 80 0.09 污泥浓缩与消化污泥压缩区 25 0.09 污泥浓缩沉淀区 40 0.1764 上清液澄清出水区 15 0.1764 上清液排出固气液分离器 8 气液分离2.2
4、 试验过程与方法试验包括启动期与负荷运行期，其运行温度在 2035之间。启动时取重庆市唐家桥污水厂消化池污泥作为接种污泥，污泥接种量为 50L，与二沉池底部污泥混合后装满反应器，关闭沼气收集计量装置，开动循环气泵，密闭运行 2 天，反应器在 35 天左右达到设计负荷并稳定运行，完成启动。 运行期主要是考察反应器在不同有机负荷下的浓缩消化效果，并寻求反应器的最大设计负荷。3 试验结果与分析3.1 试验结果反应器在设计负荷下运行的试验结果如表 2 所示。3.2 结果分析3.2.1 有机负荷对 VS 去除率的影响反应器有机负荷对 VS 去除率的影响如图 3 所示：表 2 试验结果Tab.2 The
5、results of the experiment进泥量(L/d) 32 44 58 70 85HRT(d) 6.9 5 3.8 3.1 2.6SRT(d) 120.6 135.6 75.6 54.8 41有机负荷（KgVS/m 3d） 3.08 6.14 8.38 9.68 11.25有机物去除率（%） 86.3 82.7 80 79.1 54.1进泥浓度（%） 98.9 98.4 98.3 98.3 98.4排泥含水率（%） 87.4 88.8 89.8 90 94.6从图 3 可以看出，反应器有机物去除率与有机负荷呈一定规律性。随着反应器有机负荷的增大，有机物去除率逐渐减小，但当反应器的
6、有机负荷达到 9.68KgVS/m3.d 时，反应器里的有机物去除率急剧下降，当负荷达到 11.25KgVS/m3.d 时，去除率降至 54.07。可见要取得较高的有机物去除率，反应器有机负荷拟控制在9.68KgVS/m3.d 以内。3.2.2 水力停留时间对 VS 的去除率影响水力停留时间与 VS 去除率的关系如图 4 所示。 从图 4 可以看出，随着反应器水力停留时间的加大，有机物分解率加大，但可以看出在水力停留时间为 3.1 天时，有机物分解率达到 79.08，而水力停留时间达到 6.9 天时，有机物去除率为86.27，比 3.1 天时大 7左右，但反应器的容积将加大一倍。由此可见，水力
7、停留时间为 3.1 天（负荷 9.68KgVS/m3.d）时，有机物去除率达到 79.08，此工况点为反应器的较佳工况。3.2.3 TS 与 VS 随时间的变化ICSTD 反应器作为污泥浓缩消化一体的反应器，其底流排泥含水率反映了剩余污泥在其中的浓缩效果。而厌氧消化的主要目的之一在于降解有机物，使处理基质达到稳定状态，其中总固体 TS 与TS 中有机物组分 VS 是厌氧消化的两个重要指标。通过 VS/TS 可以看出剩余污泥在反应器里的消化程度。 图 5 为试验过程中 VS/TS 的变化图(涵盖了所有负荷段)。由图5 可以看出，进泥的 VS/TS 比较稳定，保持在 0.630.69 左右，经过
8、ICSTD 反应器后 VS/TS 降至 0.20.33 左右，其有机物降解率达到 71.185.9，表明 ICSTD 反应器具有较好且稳定的消化效果。3.2.4 含水率的变化通过对反应器排泥含水率的测定可以看出 ICSTD 反应器的浓缩效果。图 5 为试验过程中含水率的变化图(涵盖了所有负荷段)。 由图 6 可以看出，反应器进泥浓度在 98.3左右，而稳定运行后排泥含水率在 90左右，浓缩效果良好。主要原因是反应器内污泥的厌氧消化过程中，有机物不断减少，而污泥不断无机化，在重力的作用下加速污泥的下沉，使之与污泥浓缩相互促进，可见ICSTD 反应器较好地达到了浓缩消化相互促进的效果。3.2.5
9、日产气量的变化图 7 为试验过程的产气量变化曲线。 从图 7 可以看出，随着试验的稳定和负荷的增加，反应器产气量总体呈上升趋势，但有时出现下降，主要是因为反应器进泥量波动出现冲击负荷，导致产气量下降，但经过两天左右，产气量又会上升。本研究中反应器里产甲烷活性较高平均产气率为 1.17 m3 /m3泥。3.3 反应器影响因素分析3.3.1 pH 值pH 值是厌氧消化处理最重要的影响因素之一。在本试验 pH 值变化情况如图 8 所示： 由图 8 可以看出,进泥和上清液的 pH 值变化较大，没有一定的规律性，但 pH 值的范围都在 7.08.0 之间。从第一反应室中部和第二反应室中部的 pH 值来看
10、，反应器内部的 pH 值变化不大，曲线比较平缓，其值范围在 77.8 之间，大部分值在 7.47.6 之间波动，该值处于产甲烷菌生长的最佳 pH 范围，说明该反应器内污泥厌氧消化状况良好。3.3.2 有机酸 VFA（以乙酸计）的影响 有机酸（VFA）是厌氧消化过程中另一项重要性能指标。有资料表明，运行良好的厌氧消化反应器，其 VFA 浓度应小于500mgHAc/L，最好是低于 300 mgHAc/L4。乙酸浓度在 200 mgHAc/L400 mgHAc/L 通常认为是正常的良好消化 5。本试验中对反应器的进泥、第一反应室中部、第二反应室中部、上清液的 VFA值进行测定。如图 9 所示。从图
11、9 可以看出，反应器内的有机酸浓度变化较大，反应器内的有机酸浓度明显比进泥的有机酸浓度大，从第一反应室中部和第二反应室中部的曲线走向来看趋于一致，只是第一反应室中部的有机酸浓度变化趋势大于第二反应室中部，主要是前者取样口位于第一反应室中部，在进泥口上方，受进泥的影响较大。总体上反应器的有机酸浓度基本在 300 mgHAc/L 以内，反应器内从未出现过酸化现象，并运行良好。4 结论内循环污泥浓缩消化反应器（ICSTD）提出了污泥浓缩消化一体化的新工艺，实现了污泥在浓缩过程中消化，在消化过程中浓缩，且浓缩功能与消化功能相互促进，是污泥浓缩与污泥厌氧消化领域的一个突破。ICSTD 反应器的消化效果良
12、好，温度在 2035之间。试验结果表明，污泥中有机物含量由进泥的 6369降低到排泥的2033，有机物分解程度达到了 71.185.9。较佳运行参数为有机负荷 9.68KgVS/m3.d，水力停留时间 3.1 天，有机分解率79，达到并超过了高负荷消化池的有机分解率。ICSTD 反应器具有较好的浓缩效果，进泥含水率 98.3左右，在水力停留时间 3.1d 条件下，污泥浓缩停留时间为 54.8d，排泥含水率在 90左右，浓缩效果优于普通的浓缩池。STDR 各反应室的 pH 值均在 7.08.0 之间，VFA 一般在300mg/L 左右,产气率为 1.17 m3 /m3泥，反应器结构较为合理，具有
13、良好的厌氧消化和浓缩的条件。新型曝气生物滤池-Biostyr0前言 现代曝气生物滤池是在生物接触氧化工艺的基础上引入饮用水处理中过滤的思想而产生的一种好氧废水处理工艺，70 年代末 80 年代初出现于欧洲，其突出特点是在一级强化处理的基础上将生物氧化与过滤结合在一起，滤池后部不设沉淀池，通过反冲洗再生实现滤池的周期运行。由于其良好的性能，应用范围不断扩大，在经历了 80 年代中后期的较大发展后，到 90 年代初已基本成熟。在废水的二级、三级处理中，曝气生物滤池(biological aerated filter,以下简称 BAF)体现出处理负荷高、出水水质好，占地面积省等特点。90 年代以后，
14、BAF 的发展方兴未艾，工艺形式不断推陈出新，本文要介绍的即是现代 BAF 的代表工艺之一 Biostyr。1Biostyr 的结构和原理 Biostyr 是法国 OTV 公司的注册工艺，由于采用了新型轻质悬浮填料- -BIOSTYRENE(主要成分是聚苯乙烯，且比重小于 1g/cm3)而得名。下面以去除 BOD、SS 并具有硝化脱氮功能的反应器为例说明其工艺结构与基本原理 。1.1基本结构 如图 1 所示，滤池底部设有进水和排泥管，中上部是填料层，厚度一般为 2.53m，填料顶部装有挡板，防止悬浮填料的流失。挡板上均匀安装有出水滤头。挡板上部空间用作反冲洗水的储水区，其高度根据反冲洗水头而定
15、，该区内设有回流泵用以将滤池出水泵至配水廊道，继而回流到滤池底部实现反硝化。填料层底部与滤池底部的空间留作反冲洗再生时填料膨胀之用。 1 配水廊道2 滤池进水和排泥3 反冲洗循环闸门4 填料5 反冲洗气管6 工艺空气管7 好氧区8 缺氧区9 挡板10 出水滤头11 处理后水的储存和排出12 回流泵13 进水管图 1Biostyr 滤池结构示意 滤池供气系统分两套管路，置于填料层内的工艺空气管用于工艺曝气，并将填料层分为上下两个区：上部为好氧区，下部为缺氧区。根据不同的原水水质、处理目的和要求，填料层的高度可以变化，好氧区、厌氧区所占比例也可有所不同。滤池底部的空气管路是反冲洗空气管。1.2工作
16、原理 反应器为周期运行，从开始过滤至反冲洗完毕为一完整周期，具体过程如下：经预处理的 污水(主要是去除 SS 以避免滤池频繁反冲洗)与经过硝化后的滤池出水按照回流比混合后通过 滤池进水管进入滤池底部，并向上首先流经填料层的缺氧区。此时反冲洗空气管处于关闭状 态。缺氧区内，一方面，反硝化细菌利用进水中的有机物作为碳源将滤池进水中的 NO3-N 转化为 N2，实现反硝化脱氮。另一方面，填料上的微生物利用进水中的溶解氧和反硝化过程 中生成的氧降解 BOD，同时，SS 也通过一系列复杂的物化过程被填料及其上面的生物膜吸附 截留在滤床内。经过缺氧区处理的污水流经填料层内的曝气管后即进入了好氧区，并与空气 泡均匀混合继续向上流经填
