水处理反应器
污水处理技术之UASB工艺调试方案
污水处理技术之 UASB 工艺调试方案所属行业: 水处理关键词： UASB 颗粒污泥有机废水一、 UASB 反应器简介上流式厌氧污泥床(UASB),是一种处理污水的厌氧生物方法，又叫升流式厌氧污泥床，英文缩写 UASB。
污水自下而上通过 UASB。
反应器底部有一个高浓度、高活性的污泥床，污水中的大部份有机污染物在此间经过厌氧发酵降解为甲烷和二氧化碳。
因水流温和泡的搅动，污泥床之上有一个污泥悬浮层。
反应器上部有设有三相分离器，用以分离消化气、消化液和污泥颗粒。
消化气自反应器顶部导出；污泥颗粒自动滑落沉降至反应器底部的污泥床；消化液从澄清区出水。
UASB 负荷能力很大，合用于高浓度有机废水的处理。
运行良好的 UASB 有很高的有机污染物去除率，不需要搅拌，能适应较大幅度的负荷冲击、温度和 pH 变化。
二、工作原理UASB 反应器中的厌氧反应过程与其他厌氧生物处理工艺一样，包括水解，酸化，产乙酸和产甲烷等。
通过不同的微生物参预底物的转化过程而将底物转化为最终产物——沼气、水等无机物。
在厌氧消化反应过程中参预反应的厌氧微生物主要有以下几种：①水解—发酵(酸化)细菌，它们将复杂结构的底物水解发酵成各种有机酸，乙醇，糖类，氢和二氧化碳；②乙酸化细菌，它们将第一步水解发酵的产物转化为氢、乙酸和二氧化碳；③产甲烷菌，它们将简单的底物如乙酸、甲醇和二氧化碳、氢等转化为甲烷。
UASB 由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)温和室三部份组成。
在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝结性能的污泥在下部形成污泥层。
要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。
沼气以弱小气泡形式不断放出，弱小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。
内循环厌氧反应器
水处理内循环厌氧反应器内循环厌氧反应器(internal circulation reaction ，IC)，是荷兰PAQUES于20世纪80年代中期在UASB反应器的基础上开发成功的第3代超高效厌氧反应器。
到1988年，世界上第1座生产性规模的IC反应器在荷兰投人运行，到目前为止，已成功地应用于啤酒生产、造纸、食品加工、柠檬酸等的生产。
IC反应器与以UASB为代表的第2代厌氧反应器相比，在容积负荷、电耗、工程造价、占地面积等诸多方面，具有绝对的优势，是对现代高效厌氧反应器的一种突破，有着重大的理论意义和实用价值，进一步研究和开发IC反应器，推广其应用范围已成为当前厌氧处理的重点内容之一。
1.1 IC反应器的基本构造IC反应器可以看作是由2个UASB反应器叠加串联构成，高径比一般为4一8，高度可达16一25m。
由5部分组成:混合区、第1反应区、第2反应区、内循环系统和出水区。
其中内循环系统是IC反应器的核心部分，由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和污泥回流管组成。
参见图1。
1.2进液和混合布水系统通过布水系统泵人反应器内，布水系统MA 液与从IC反应器上部返回的循环水、反应器底部的污泥有效地混合，由此产生对进液的稀释和均质作用。
为了进水能够均匀的进入IC 反应器的流化床反应室，布水系统采用了一个特别的结构设计。
1.3流化床反应室在此部分，和颗粒污泥混合物在进水与循环水的共同推动下，迅速进人流化床室。
废水和污泥之间产生强烈而有效的接触。
这导致很高的污染物向生物物质(即颗粒污泥)的传质速率。
在流化床反应室内，废水中的绝人部分可生物降解的污染物被转化为生物气。
这些生物气在被称为一级沉降的下部三相分离器处收集并导人气体提升器，通过这个提升装置部分泥水混合物被传送到反应器最上部的气液分离器，气体分离后从反应器导出。
1.4内循环系统在气体提升器中，气提原理使气、水、污泥混合物快速上升，气体在反应器顶部分离之后，剩余的泥水混合物经过一个同心的管道向下流人反应器底部，由此在反应器内形成循环流。
反应器 (2)
例2：条件同例1，采用CSTR。
解：
C0 1 C0 1 t ( 1) ( 1 ) 107.6 min k Ci 0.92 0.01C0
显然远大于CMB，这是因CMB是在CO下，而CSTR 是在Ce下进行的。 多个CSTR串联使用时：
1 2 3 n
co
C1
C2
Cn-1
cn
如为一级反应，则有
物料衡算式为：
dCi V Q C Q C i V r (C i ) dt 0
按稳态考虑，即 dC i 0 ，于是：
dt
QC0 QCi Vr (Ci) 0
设为一级反应， r（Ci）=-kCi，则 故：
QC0 QCi VkCi 0
C0 1 C0 1 t ( 1) k Ci Ci 1 kt 可求出反应器体积V： V Qt
设为二级反应，r（Ci）=-kCi2，则：
ci t c o 1 1 1 dCi k (C C ) 2 i 0 kCi
例1：某消毒实验，采用CMB反应器，由试验知为一 级反应，且k=0.92/min。求细菌被灭活99%时所需 时间为多少？
CoCi Co 99% Ci 0.01Co 1 Ci 1 0.01Co t k ln Co 0.92 ln Co 5 min
dCi J D dx c c
式中：D ——称紊流扩散系数，
C
无论分子扩散或紊流扩散，若在扩散过程 的起端不断由外界投入新的扩散物质而在 终端不断将扩散物质输出，扩散将不断地 进行下去，空间各点的浓度分布将始终保 持不变——稳定扩散
水处理（给水和污水）过程的实现往往离不 开一定型式的反应器。
• 这里主要讨论两类：理想反应器和实际反应器。 理想反应器并不是真正的实际存在的反应器，而是 人为地做了某些假设条件以利于研究分析。常见的 两类理想反应器是真实反应器的两种极端情况：
膜生物反应器
一、工作原理膜生物反应器（简称MBR）是将膜分离技术与生物处理技术直接相接合而形成的一种新的水处理技术，利用膜的选择透过性，几乎能将所有的微生物截留在生物反应器内，这使得膜生物反应器内的生物浓度极高，理论上泥龄可以无限延长，极有效地去除氨氮及大分了有机物，使出水的有机物含量降至最低，出水清澈透明，无悬浮物，可以直接作为生活杂用水进行回用。
根据布置形式的不同，一般分为分置式MBR及浸没式MBR（又称一体式），其工艺流程如下：二、总体结构及组成膜生物反应器一般由池体、膜组件、曝气系统、出水系统及电控系统等组成，其总体结构如下图所示：1、池体池体一般由钢板及型钢焊接而成，其上有进、出水管道及排空管道。
2、膜组件膜组件是MBR的核心部件，主要由中空纤维膜与ABS管道组成，由专业厂商提供，不同的污水，膜组件的参数也不相同，膜组件主要起超滤作用，将污水中的微生物、大分子有机物及悬浮物等截留于MBR内，使污水得到净化。
3、曝气系统曝气系统主要由鼓风机（及其附件）、曝气管道等组成，管道上设有调节阀可以调整膜组件的曝气强度，以减轻膜污染。
4、出水系统主要由泵、阀门、管道、流量计等组成，泵的流量与抽吸压力与膜组件相配，流量可以通过流量计直接显示。
5、电控系统电控系统由PLC与电气元件等组成，其作用主要是控制MBR的自动运行及故障报警、显示等。
三、供货分散程度：一般在厂内组装完毕后整体供货，膜组件单独包装，安装结束时放置；当处理量超过15t/h小时，池体需现场制作，其余件在厂内加工完毕后现场安装。
四、安装前的准备1、检查其础是否与设备基础相符；2、检查管道方位是否与设计相符；3、对运输中的损伤、变形等应进行修复；4、资料（说明书、图纸等）是否齐全。
五、设备的安装整体供货时，将设备起吊就位，置于设备基础上，调正、调平，注意管道方位应与设计方位一致，设备水平度允差小于1/1000，然后将进、出水管道、排空管道与用户预留管道相接（注意不可接错），最后将膜组件放入池体内固定；分体式供货时，等池体制作完成就位后，将各管道与用户预留管道相接，最后将膜组件放入池体内固定，将其上管道法兰联接。
第二章 水处理反应器理论解读
Rr
?
V(?0 ? ?e) ? ? ts
第三节 污水的均化
工业企业的污水量一日内多变， 24小时的流量 不同，污水处理流程要求水量水质不变，需均化 调节。
? 水质均和 －水量负荷不变，水质变化，以水质变 化为曲线，求体积，需要搅拌设施。
? 水量调节 －水质负荷不变，水量变化，以水量变 化为曲线，设计池体积，不需要搅拌。
积 累
600
400
200
0
0
6
12
18
24
时间/h
调节池的最小容积： V=V-+V+
式中：V- ，V+分别为最大负偏差和最大正偏差
二、容积计算
1．排放的水质水量具有周期性变化 t=n 时
（1）池容积
（2）出水浓度
t
w ? ? qi i? 1
t
? C m ? ciq i/w i? 1
qi－均和周期逐时变化流量 。
第二章 反应器理论基础与污水 的均化
第一节 反应器理论基础 第二节 反应效率比较 第三节 污水的均化
第一节 反应器理论基础
一、 反应器分类 按反应器内物料的形态可以分为 均相反应
器和多相反应器。 按反应器的操作情况分为间歇式反应器和
连续式反应器。连续反应器可分为活塞流反应 器和恒流搅拌反应器。
1、间歇式反应器（ CMB）：
通常把反应器的容积 V除以流量Q所得的值称为停留 时间，也称 平均停留时间 。
停留时间分布函数 E（t）：测定出口物料里示踪物 的浓度随时间的变化。
各种反应器停留时间分布函数
E(t)
E(t)
τ
t
间歇式反应器
τ
t
活塞流反应器
膜生物反应器(MBR)介绍
膜生物反应器（MBR）介绍膜生物反应器（MBR）是把膜技术与污水处理中的生化反应结合起来的一门新兴技术，也称作膜分离活性污泥法。
最早出现在20 世纪70 年代，目前在世界范围内得到广泛应用。
膜生物反应器（MBR）用膜对生化反应池内的含泥污水进行过滤，实现泥水分离。
一方面，膜截留了反应池中的微生物，使池中的活性污泥浓度大大增加，达到很高的水平，使降解污染物的生化反应进行的更迅速更彻底，另一方面，由于膜的高过滤精度，保证了出水清澈透明，得到高质量的产水。
MBR 技术有以下特点和优势：⑴膜材质为PVDF,自身抗污染能力强，不易被污染物粘附，易清洗，适于污水处理。
⑵空隙率高、通量大，远高于其它材质的同类产品。
⑶膜材质化学性能稳定，抗氧化能力强，可以用酸、碱、氧化剂清洗，清洗后通量可完全恢复。
⑷膜寿命长达3-5 年。
⑸出水水质好，出水悬浮物和浊度接近于零，可直接回用。
⑹由于膜的高效截流作用，微生物完全截留在反应器内，实现了反应器水力停留时间（HRT）和污泥泥龄（SRT）的完全分离，使运行控制更加灵活稳定。
⑺反应器内的微生物浓度高达8000-12000mg/L，生化效率高，耐冲击负荷强。
⑻污泥泥龄（SRT）长，有利于增殖缓慢的硝化细菌的截流、生长和繁殖，系统硝化效率得以提高。
⑼反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄条件下运行，剩余污泥排放量少。
⑽膜分离使污水中的大分子难降解成分在生物反应器内有足够的停留时间，大大提高了难降解有机物的降解效率。
⑾系统自动化程度高，采用PLC 控制，可实现全程自动化控制。
⑿模块化设计，结构紧凑，占地面积小，运行费用低廉。
膜生物反应器（MBR）的类型根据膜的使用方法不同分为内置式和外置式两种。
内置式是将膜直接浸渍于生化反应池中，直接从膜元件中抽取净水，而外置式则是用泵将生物反应池的泥水混合物通过膜组件进行错流过滤循环，得到洁净3的透过水。
内置式膜生物反应器由于操作压力低，膜的通量相对较小，膜面积的使用量较大，而外置式膜生物反应器由于是在泵的压力下大流量循环错流过滤，膜的通量较大，使用的膜面积较小，但动力消耗较大。
mbr膜生物反应器的工作原理
mbr膜生物反应器的工作原理MBR膜生物反应器是一种将膜技术与生物反应器相结合的新型水处理设备，具有高效、节能、稳定等优点。
其工作原理是通过生物反应器与膜分离技术相结合，实现废水的高效处理和固液分离。
MBR膜生物反应器的工作原理可以简单分为两个步骤：生物反应和膜分离。
首先是生物反应步骤。
废水进入生物反应器，其中含有大量的有机物和氨氮等污染物。
在生物反应器内，通过添加特定的微生物菌群，利用这些微生物的代谢能力，将有机物和氨氮等污染物降解为较低的水平。
这个过程中，微生物菌群通过吸附、生物降解等作用，将废水中的污染物转化为生物体和气体等物质。
接下来是膜分离步骤。
在生物反应器中，通过一种特殊的膜分离技术，将废水和微生物菌群分离开来。
这个膜通常是一种微孔膜，其孔径非常小，可以有效阻止微生物菌群的通过，同时允许水分子和溶解在水中的溶质通过。
这样，废水中的微生物菌群被截留在生物反应器的一侧，而经过膜的水则进入下一个处理阶段。
通过这样的生物反应和膜分离步骤，MBR膜生物反应器可以实现废水的高效处理和固液分离。
它能够有效去除废水中的有机物、氨氮、悬浮物和微生物等污染物，使废水达到排放标准。
与传统的活性污泥法相比，MBR膜生物反应器具有更高的处理效率和更好的稳定性，可以适应不同水质和处理规模的需求。
MBR膜生物反应器还具有一些其他优点。
首先，由于膜的存在，反应器内的微生物菌群可以有效保持稳定，不易被冲刷或剥离，从而增加了系统的稳定性。
其次，MBR膜生物反应器的处理效果稳定，出水水质优良，可以用于对水质要求较高的场所，如饮用水厂和医药工业等。
另外，MBR膜生物反应器还具有较小的占地面积和灵活的运行方式，可以根据实际需要进行模块化设计和布置。
MBR膜生物反应器通过生物反应和膜分离两个步骤，实现废水的高效处理和固液分离。
它具有高处理效率、稳定性好、出水水质优良等优点，是一种应用广泛的水处理设备。
随着膜材料和膜分离技术的不断发展，MBR膜生物反应器在水处理领域的应用前景将更加广阔。
水处理反应器理论
3.5.2 计算化学反应的转化率 1 转化率 经过一定的反应时间以后，已反应的反应物分子数 与起始的反应物分子数之比。如果反应前后总体积 没有变化，其转化率可以用反应物浓度的变化来计 算，即 (c A c A )V c A c A xA （3—53） cA /V cA 式中 x A —转化率； V —反应前后的总体积； c A —t=0时A的浓度； c A —t=t时A的浓度。
3.2.2质量传递 传递机理可分：主流传递；分子扩散传递；紊流扩散传递。 1.主流传递 物质随水流主体而移动，称主流传递。它与液体中物质 浓度分布无关，而与流速有关。传递速度与流速相等， 方向与水流方向一致。 2.分子扩散传递
或[质量单位/面积/时间] DB——分子扩散系数，单位：[面积/时间] Ci——组分I的浓度，单位：[摩尔/体积]或[质量单位/ 体积] x——浓度梯度方向的坐标
计算化学反应的转化率 1 转化率 经过一定的反应时间以后，已反应的反应物分子数 与起始的反应物分子数之比。如果反应前后总体积 没有变化，其转化率可以用反应物浓度的变化来计 算，即 (c A0 c A )V c A0 c A （3—53） xA
c A0 / V
c A0
式中
x A—转化率； V —反应前后的总体积； c A —t=0时A的浓度； c A —t=t时A的浓度。
• 间歇式、活塞流反应器和恒流搅拌反应器的比
较：（从流动形态、停留时间、反应速度、反 应物浓度比较） 间歇式反应器 停留时间向等，浓度相等 活塞流反应器 停留时间相等，反应速度、浓度沿管长变化 恒流搅拌反应器 反应速度不变。 恒流搅拌反应器串联 在级内是充分混合的，级间是不混合的
物料在反应器内的流动模型
dCi ， dt 0，则：