 有機廢水處理 早在二十世紀八十年代，隨著BIOPAQ?UASB（上流式厭氧污泥床）反應器的應用，帕克公司已經開始設計和供應將COD轉化為沼氣的裝置。UASB是荷蘭瓦赫寧根農業大學Gatze Lettinga教授的發明，該反應器可用于多種類型廢水的處理，并從中試放大到了工業規模。 從市政污泥和有機廢水中生產沼氣一直引起學術界和工業界的興趣，產生的可再生能源有利于限制全球變暖，甲烷等產物可以用作發電、生產蒸汽和干燥工藝的燃料。 UASB/EGSB/IC廢水厭氧處理裝置 碧臣儀器專業定制的UASB（EGSB）和IC反應器裝置，體積為10～20 L，高徑比分別為4～5:1和7～8:1。裝置分別配置保溫和循環系統，獨立運行。根據工藝模擬需要，水處理反應器裝置可獨立運行也可以形成整套系統串聯運行。 廢水有機濃度及懸浮物濃度勻較高，在進UASB和IC前必須進行預處理、固液分離等。UASB的主體結構包括： 進水布水系統，污泥反應區，三相分離器，出水系統，集氣室，排泥系統，浮渣清除系統等。圖1為UASB反應器的示意圖。要處理的污水從底部流入與污泥層中污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機物，在厭氧狀態下把它轉化為沼氣。顆粒污泥表面附著沼氣泡的浮力作用，以及游離上升沼氣泡的尾流作用下反應器頂部上升。顆粒污泥碰撞三相分離器后附著沼氣泡釋放，沼氣匯集至三相分離器集氣室由導管引出；顆粒污泥與廢水進入三相分離器沉淀區發生離散型沉積，顆粒污泥沉淀至斜板后滑落至厭氧反應區，實現厭氧微生物截留、累積；廢水與污泥分離后從沉淀區溢流堰上部溢出，然后排出厭氧反應器。 圖1 UASB反應器的示意圖 以UASB（EGSB）反應器為例，根據負荷和污泥顆粒化進程通常可分為三個階段，即： 1）啟動初始階段：反應器負荷通常小于2 kg COD/m3.day。 2）顆粒污泥出現期：該期內反應器負荷逐漸從2 kg COD/m3.day上升5 kg COD/m3.day，同時伴隨大量細小絮狀污泥的洗出，而在該階段末期通常會有沉降性能良好的顆粒污泥的形成。 3）顆粒污泥成熟期：該期反應器負荷會進一步增加到5 kg COD/m3.day以上，這期間絮狀污泥量會迅速減少，而顆粒污泥會加速生成。一旦反應器內充滿成熟顆粒污泥之后，其有機負荷有望超過20kg COD/m3.day。 IC反應器同樣分為上述三個階段，但IC的有機負荷可達20-50 kg COD/m3.day。 有機廢水厭氧處理的在線檢測 ?高效水處理反應器設置不同的采樣口（污水采樣口、污泥采樣口，配有閥門），可配置pH在線控制系統（可根據不同pH與酸堿調節泵聯動）、溫度控制系統、氣體收集裝置，流量顯示系統，計算機可調節各參數進行控制，并自動記錄數據。應用在IC和UASB厭氧反應系統的控制可以實現以下幾個功能： 1. 通過監測有機物濃度變化的變化，自動調節進水流量和回流水量保證在維持不同運行階段的有機負荷的條件下，維持工藝運行所需最佳的水力停留時間； 2. 伴隨不同階段有機負荷的變化，在線監測反應器內pH值、產氣以及相關氣體組分（根據需要），保障厭氧消解反應在正常的條件下運行； 3. 在維系厭氧反應器正常運行和出水COD達標的前提條件下，通過在線測試厭氧微生物的消化潛力，發掘系統處理廢水的潛力或者實現產能的最大化。 某木薯酒精廢水小試項目控制節點示意圖： 專家控制系統 耦合基于模型的專家系統控制器與實時在線監測設備，開發適合石化行業廢水厭氧處理的自動控制系統。研究物料含水率、C/N比、適宜的回流、曝氣方式和比例、有效攪拌方式、適宜溫度、pH值和堿度等多因素對廢水生化處理的影響，實現以復雜物料為發酵原料的厭氧反應器的高效運行；構建系統數學模型，實現對新型高效厭氧反應器的動態模擬；通過針對關鍵工藝參數和運行條件的在線監測，采用數學模型的動態模擬和專家系統，實現對處理復雜物料的厭氧發酵裝置的實時自動控制，實現廢水評價裝置的自動高效運行。 |