【正文】 占地面積緊張的廠礦企業(yè)采用。由于大部分有機(jī)物已被降解 ,所以精處理區(qū)的 COD 負(fù)荷較低 ,產(chǎn)氣量也較小。 IC反應(yīng)器由 5 個基本部分組成 :混合區(qū)、污泥膨脹床區(qū)、內(nèi)循環(huán)系統(tǒng) ,精處理區(qū)和沉淀區(qū)。所以， UASB 在厭氧發(fā)酵工藝中的應(yīng)用越來越廣泛。研究者們開始以提高反應(yīng)器內(nèi)生物濃度和縮短反應(yīng)器的水力停留時間為基礎(chǔ)的一系列研究 。工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 畢業(yè)設(shè)計 課程設(shè)計 畢業(yè)論文 詳細(xì)資料 聯(lián)系 號； 1620812020 第一章 緒 論 厭氧反應(yīng)器的發(fā)展經(jīng)過了一個比較漫長的過程。 20 世紀(jì) 60 年代出現(xiàn)了以 AF(Anaerobic Filter 簡稱 AF)、厭氧流化床 (Anaerobic Fluidized Bed 簡稱 AFB)、上流式厭氧污泥床 (Upflow Anaerobic Sludge Bed簡稱 UASB)為代表的第二代厭氧反應(yīng)器 [2]。第二代厭氧反應(yīng)器中 AF、 UASB 等工藝在實(shí)際運(yùn)行中也出現(xiàn)了一些問題 ,諸如反應(yīng)器存在死容積、進(jìn)水短流等問題。其中內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)是 IC反 應(yīng)器工藝的核心構(gòu)造 ,它由一級三相分離器、沼氣提升管、氣液分離器和泥水下降管組成 (見圖 1—1)。精處理區(qū)產(chǎn)生的沼氣由二級三相分離器收集 ,通過集氣管進(jìn)入氣液分離器并通過沼氣排出管排出。 3. 沼氣提升實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán) ,不必外加動力 第一章 緒論 4 厭氧流化床載體的流化是通過出水回流由水泵加壓實(shí)現(xiàn) ,因此必須消耗一部分動力。 IC 反應(yīng)器相當(dāng)于兩級 UASB 工藝處理。逐級測定 (gradient measurements)表明污泥床混合的 相當(dāng)好，液體紊動不會將大顆粒污泥洗去 [910]. 與 UASB 反應(yīng)器相比，盡管 IC 反應(yīng)器中顆粒污泥的洗出有所增加，但第 二厭氧反應(yīng)室可以將足夠的生物量滯留在反應(yīng)器中。建立的顆粒粒徑分布模型能很好地描述 IC 反應(yīng)器中較大顆粒的分布。該 1C 反應(yīng)器的進(jìn)水容積負(fù)荷率高達(dá) COD25kg/()～ 30 kg/(),COD 的去除率在 80%。 工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 表 1— 2 IC反應(yīng)器在國外的運(yùn)用 表 1— 3 IC反應(yīng)器處理各類工業(yè)廢水的參數(shù) [17] 表 1— 4 IC反應(yīng)器與 UASB反應(yīng)器處理同類廢水的參數(shù)比較 [17] IC 反應(yīng)器的缺陷 客觀地認(rèn)識和評價一個新的工藝是進(jìn)一步開發(fā)研究的基礎(chǔ) ,盡管 IC 反應(yīng)器有第一章 緒論 8 如前所述的諸多 優(yōu) 點(diǎn) ,但同時也有一些不足之處 : ①進(jìn)水需預(yù)處理。污泥分析表明 ,與 UASB 反應(yīng)器相比 , IC 反應(yīng)器內(nèi)含有較高濃度的細(xì)微顆粒污泥 (形成大顆粒污泥的前體 ),加上水力停留時間相對短和較大的高徑比 ,其出水中就含有更多的細(xì)微顆粒污泥 ,這使得后續(xù)沉淀設(shè)備成為必要 ,加重了后續(xù)設(shè)備的負(fù)擔(dān)。此外 ,工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 國內(nèi)運(yùn)行的 IC 反應(yīng)器中的顆粒污泥均從荷蘭進(jìn)口 ,為降低工程造價 ,需進(jìn)一步掌第二章 內(nèi)循環(huán)厭氧消化器（ IC）方案設(shè)計與計算 10 握在 IC反應(yīng)器水力條件下 ,培養(yǎng)活性和沉降性能俱佳顆粒污泥的關(guān)鍵技術(shù)。 IC 反應(yīng)器因?yàn)榛亓鞯南♂屪饔?,應(yīng)該比 UASB 更能處理難降解甚至有毒的有機(jī)物 ,這一點(diǎn)已在普通 EGSG 反應(yīng)器中得到較為普遍的證實(shí)。與以 UASB 為代表的第二代高效厭氧反應(yīng)器相比 ,IC 反應(yīng)器在容積負(fù)荷 ,能耗 ,工程造價 ,占地面積等諸多方面 ,代表著當(dāng)今世界上厭氧生物反應(yīng)器的最高 水平。 設(shè)消化器的直徑為 D（ m） ，高度為 H(m),容積為 V 總 （ m3） 則： V 總＝ ? D2H/4=? D24D/4=? D3 (24) D=?總V= = H=4D=4?= 對數(shù)據(jù)取整得 23m IC反應(yīng)器的構(gòu)造圖 標(biāo)注如下圖 2— 1 所示： 工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 圖 2— 1 IC反應(yīng)器的構(gòu)造圖 配 水系統(tǒng)的設(shè)計 配 水系統(tǒng)的形式主要有以下幾種。此種配水系統(tǒng)的特點(diǎn)是一根配水管只服務(wù)一個配水點(diǎn)，即配水管根數(shù)與配水點(diǎn)數(shù)相同。 在實(shí)際廢水處理中，常采用 BOD或 COD 來表示有機(jī)物的含量，而不去測定具體有機(jī)物。 則每升廢液去除的 COD 為 20200mg/L?80％＝ 16000mg/L 每座反應(yīng)器每天處理廢水 500m3，則每天去除 COD 為 : 500 310? L?16000mg/L=? 910 mg, 確定沼氣管直徑時管內(nèi)的氣流速度最大為 8m/s,平均為 5m/s【 2】 .那么反應(yīng)器內(nèi)每日所產(chǎn)沼氣的量為： Q 沼氣 = %680 ??? PQS =500m3 20kgCOD/m3 =4000m3 (29) 式中 S0進(jìn)水 COD 或 BOD5濃度， kgCOD/m3； Q 廢水流量， m3； P厭氧條件下完全降解 1gCOD 產(chǎn)生的沼氣量， m3/kgCOD； Q 沼氣 消化器中每天產(chǎn)生的沼氣的量， m3； Q=US 沼氣管 (210) 則沼氣管的直徑 d=?uQ4=3600245 40004 ??? ??= 取整為 110mm。 在上面的計算中已經(jīng)知道每座反應(yīng)器每天去除 COD 為 109mg 則每天產(chǎn)生 VSS 量為： QVSS＝ ?8000kgCOD/d=800kgVSS/d＝ (2— 11) 顆粒污泥的干重 ( TSS) 是揮發(fā)性懸浮物 (VSS)與灰分 (ASH) 之和。在理論情況下，完全厭氧消化狀況下 1㎏ COD 可得沼氣 ，實(shí)際只有 。而適當(dāng)?shù)亟档吞嵘叨?(h2)卻可以增加發(fā)酵液的循環(huán)量。上升管中的氣持率 （ 可通過上升管中氣體 (Ugr)和液體 (Ulr)表面上升流速間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系表達(dá)式估算 : gr? = )(lrgrgr uuu ?? (2— 15) 當(dāng)氣體表面上升流速和液體表面上升流速分別在 m/s 一 m/s、 。通過實(shí)驗(yàn) 〔 4〕 觀察到 :咀不宜設(shè) 在提升管的最下端 。回流管直徑過小 ,會提高氣液分離器中的滯留液位 ,滯留液位淹沒提升管的溢流口時 ,會給提升造成 一定的阻力。設(shè)置氣封的目的就是為了使在第一反應(yīng)室中產(chǎn)生的沼氣能夠全部的由集氣罩收集從提升管中排到上部的氣液分離器。 高度設(shè)計在距離反應(yīng)器 9m 的位置。 工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 第二反應(yīng)室中的氣封設(shè)計成和第一反應(yīng)室一樣， 氣封的水平距離設(shè)計為 。 (3) 使污泥通過斜板返回反應(yīng)器地反應(yīng)區(qū)。為了防止某些廢水產(chǎn)生浮沫，可以在三相分離器的集氣室內(nèi)安裝噴霧噴嘴。 之間。 。二級三相分離器和一級三相分離器的區(qū)別在于二級三相分離器右邊的集氣板長于左邊的集氣板，因?yàn)槎壢喾蛛x器的位置偏向于反應(yīng)器左邊。 沉淀區(qū)的設(shè)計主要考慮兩項因數(shù)，即沉淀面積和水深，沉淀區(qū)的面積根據(jù)廢水量和沉淀區(qū)的表面負(fù)荷確定，由于在沉淀區(qū)的厭氧污泥與水中殘余的有機(jī)物尚能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，有少量沼氣產(chǎn)生，對固液分離有一定的干擾，這種情況在處理高濃度有機(jī)廢水時可能更為明顯，所以建議三相分離器集氣罩 (氣室 )頂以上的覆蓋水深可采用 ～ ，集氣罩斜面的坡度應(yīng)采用 55～ 60。所以可以根據(jù)這個條件設(shè)計出氣液分離器的高度、底面積。 本設(shè)計取 ?！?）本設(shè)計采用 碳素鋼制 板換熱材料 α 取 200 W/（ m2當(dāng)然在不同情況下腐蝕作用機(jī)理也各不相同。 aq轉(zhuǎn)化，混凝土就有可能完全失去機(jī)械強(qiáng) 度，并遭受破壞 [33]。在反應(yīng)器上端處于氣－液交替狀況 ,上部沼氣顯酸性 ,使上部腐蝕尤為嚴(yán)重 ,加上反應(yīng)器內(nèi)有縫隙、內(nèi)應(yīng)力、水流、氣、液、固三相等存在 ,使反應(yīng)器不僅發(fā)生全面腐蝕 ,還發(fā)生縫隙工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 腐蝕、應(yīng)力腐蝕和磨損腐蝕，使腐蝕 加劇。對基體 (鋼、混凝土 )附著力好。該涂料為雙組份 (A,B 組份 ),配料前應(yīng)將 A,B 組份攪拌均勻 ,按重量比A:B=5:1配制 ,并充分?jǐn)噭?,在 2h內(nèi)用完。高徑比大就意味著進(jìn)水泵的能量消耗大 ,運(yùn)行費(fèi)用高 ,所以反應(yīng)器的選擇必須從建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)等各方面進(jìn)行綜合考慮。 (5) 針對 IC 的現(xiàn)狀本論文在設(shè)計還存在一些問題，特別是在一些數(shù)據(jù)的計算上還有些模糊。 參考文獻(xiàn) 36 致 謝 感謝何若平老師在畢業(yè)設(shè)計期間對我的 悉心 指導(dǎo)和幫助 ， 何老師的教誨和勉勵給了我很大的啟發(fā)和完成論文的信心 ,同時感謝林宇 師兄、江暉師兄、潘瀟瀟同學(xué)、程小丹 同學(xué)在 論文 設(shè)計期間給我的幫助。它與處理同類廢 水的 UASB反應(yīng)器中的顆粒污泥相比 ,具有顆粒較大、結(jié)構(gòu)較松散、強(qiáng)度較小等特點(diǎn) ,尚未發(fā)現(xiàn)更進(jìn)一步的研究報道。施工工藝簡單 ,采用刷涂、輥涂、噴涂均可。 氟橡膠硫化后 ,經(jīng) 10 年自然老化還能保持較好的性能 。 ② 盡量消除縫隙 ,或增大縫隙尺寸 ,以減小縫隙腐蝕的發(fā)生 ?；炷林械墓橇鲜?(CaCO3 等 )和鋼筋(Fe)被進(jìn)一步腐蝕 : nCaO 水泥石中的主要成分為水合硅酸鹽 (2Ca0 d 換熱 ＝＝ ??＝ m 且對于換熱器來說有： S 換熱 ＝ ? d 換熱 l 換熱 所以： l 換熱 ＝?換熱 換熱dS＝ ㎡ / = 換熱器在反應(yīng)器上的排布如圖 2— 7所示： 工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 31 圖 2— 7 換熱器的分布示意圖 防腐措施 生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，腐蝕是厭氧反應(yīng)器設(shè)計中應(yīng)格外注意的問題。 則在第二反映室內(nèi)的沼氣產(chǎn)量為： V=500m3 20 ㎏ /m3 =1000m3 (2— 21) R 集氣管 ＝uV?4＝ 收集管的長度設(shè)計為 7m。 水封高度 在集氣室氣液表面可能形成浮渣或浮沫，這些浮渣或浮沫可能會防礙氣泡的釋放。不論何種形式三相分離器，其沉淀區(qū)的總水深應(yīng)不小于 ，并保證在沉淀區(qū)的停留時間為 ～ 。 。一級三相分離器是由三角形 集氣罩構(gòu)成，它的斜面的水平夾角一般采用 55～ 60。它確定了沼氣的釋放速率。其將影響進(jìn)入沉淀區(qū)和保持在污泥相中的絮體的沉降數(shù)度。 (5) 提高出水凈化效果。 。 第二反應(yīng)室的設(shè)計 從回流管中排出的廢水進(jìn)入第二反應(yīng)室被進(jìn)一步消化，第二反應(yīng)室是對廢水進(jìn)行進(jìn)一步的處理的區(qū)間，設(shè)置第二反應(yīng)室能夠更好處理廢水從而達(dá)到了一種高效率充分處理廢水的目的。所以氣封應(yīng)該設(shè)計成比集氣罩的外圈 小 一點(diǎn)的范圍之內(nèi)。 本設(shè)計 取 。 所以本設(shè)計中的 氣咀 也應(yīng)該遵循上述的要求，設(shè)計在略高于提升管的最下端由多個小孔組成。 Chisti 等 [9]根據(jù)能量守衡得出 r 升管中的液體表面上升流速 (U lr) , Pereboom結(jié)合IC 反應(yīng)器實(shí)際情況對 Ulr 進(jìn)行了修正，結(jié)果見下式 ulr= 222]])1( 1[][])1([)([2[gddrBgrTgdgrDAAKKhhg?????????? (2— 16) 式中： hD氣液擴(kuò)散高度， m。如果 “ 滯留液位 ” 超過溢流口，也會增加提升的阻力，減少循環(huán)量。 則 1 室 內(nèi)的沼氣產(chǎn)量為： V=500m3 20㎏ /m3 =3000m3 (213) 每 m3沼氣可提升發(fā)酵液的數(shù)量為 。其性能參數(shù)見下表 2— 1。設(shè)置在污 泥床區(qū)池底的排泥設(shè)備，由于污泥的流動性差，必須考慮排泥均勻。 1kgCOD 厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷量，如不考慮微生物合成，則可按 1kg葡萄糖完全氧化所含的 COD進(jìn)行計算。圖 3(a)中所示為德國設(shè)計專利，配水管設(shè)置在污泥床不用位置和不同高度上，廢水通過一個專門 設(shè)計的脈沖配水器 [如圖 2— 3(b)(c)]，廢水定時地分配給不同位置和高度的配水管，對整個反應(yīng)器進(jìn)水是連續(xù)的，這種配水系統(tǒng)效果是最好的。一般每個出水口服務(wù)面積為2～ 4m2，出水口直徑約 20mm。 IC 反應(yīng)器把 4 個重要的工藝過程集合在同一個反應(yīng)器內(nèi)，這 4 個工藝過程是： 1，進(jìn) 液和混合布水系統(tǒng)； 2,流化床反應(yīng)室； 3,內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)； 4,深度凈化反應(yīng)室。 總之 , IC 反應(yīng)器具有容積負(fù)荷高、處理容量大、投資少、占地面積小、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn) ,代表現(xiàn)階段厭氧反應(yīng)器的最高研究水平 ,值得進(jìn)一步研究開發(fā)和推廣應(yīng)用。現(xiàn)常采用的 IC 氧反應(yīng)器的水力模型是pereboom 等 [22]人于 1994 年在氣升式反應(yīng)器水力模型的基礎(chǔ)上提出的 ,還存在簡化不盡合理、計算參數(shù)難確定、計算復(fù)雜等問題 ,其合理性和實(shí)用性還有待進(jìn)一步研究。同時，在IC反應(yīng)器的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，由于 IC 反應(yīng)器自身存在某些缺點(diǎn)，主要是單位反應(yīng)器容積的有效利用率還沒有發(fā)揮到最佳值，在反應(yīng)器啟動初期產(chǎn)氣量少不能形成液體循環(huán)，因此， IC 反應(yīng)器還有待進(jìn)一步改進(jìn)和完善。此外 ,由于 IC 反應(yīng)器通常采用很短的水力停留時間 (HRT),所以反應(yīng)器進(jìn)水往往需預(yù)酸化處理。可見 , IC 工藝達(dá)到了技術(shù)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化。反應(yīng)器接種后的幾個月中顆粒污泥的性質(zhì)即得到優(yōu)化(development) 。顆粒污泥的性質(zhì)包括 :粒徑分布、強(qiáng)度、沉降速度、密度