厭氧罐攪拌器

厭氧消化過程中,混合攪拌技術(shù)的應(yīng)用,可以有效地解決因微生物和可降解有機(jī)物無法實(shí)際接觸而造成的傳質(zhì)困難以及物理、化學(xué)和生物學(xué)性狀不均勻等問題,從而改善反應(yīng)器的性能并提高厭氧消化的沼氣產(chǎn)量。處理可降解有機(jī)物時(shí),厭氧消化反應(yīng)器的優(yōu)良性通常表現(xiàn)為沼氣產(chǎn)量較高且反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定;而在反應(yīng)器內(nèi)部,可降解有機(jī)物的停留時(shí)間以及有機(jī)物和活性微生物之間的實(shí)際接觸在很大程度上決定了厭氧反應(yīng)器的性能。一般來說,對(duì)于厭氧消化反應(yīng)器這樣的半連續(xù)進(jìn)料系統(tǒng)而言,為了達(dá)到有機(jī)物基質(zhì)和微生物之間的良好接觸效果,攪拌是最有效、也最可行的手段。

發(fā)酵攪拌裝置

攪拌器及其對(duì)厭氧消化過程的效用，對(duì)于目前的規(guī)模化沼氣工程而言,厭氧消化反應(yīng)器內(nèi)最常用的攪拌裝置是沼氣回流攪拌、出水回流攪拌和機(jī)械攪拌,三種攪拌方式有著各自的優(yōu)缺點(diǎn),沼氣回流攪拌攪拌是污泥厭氧消化過程中一個(gè)重要的控制因素,對(duì)污泥厭氧消化過程中的沼氣射流攪拌比污泥循環(huán)攪拌的效果要好,在這種攪拌方式下,每4小時(shí)進(jìn)行一次攪拌是比較合適的。但是,污泥消化產(chǎn)生的沼氣僅能起到部分的攪拌作用,不能維持消化過程的穩(wěn)定。另外,對(duì)于低濃度厭氧消化過程而言,很可能因?yàn)橄到y(tǒng)自身所產(chǎn)生的沼氣量小而導(dǎo)致沼氣回流攪拌起不到很明顯的攪拌混合作用。在沼氣產(chǎn)量不足的情況下,反應(yīng)器中停滯區(qū)的體積和傳質(zhì)都不會(huì)得到改善。沼氣回流攪拌過程中所需要的壓縮和釋放操作費(fèi)用較高,并且很難確定達(dá)到有效攪拌所需的合適的氣體量,另外,為了達(dá)到較好攪拌效果而增加回流氣體的壓力對(duì)微生物活性的影響目前還不清楚,氣體壓力對(duì)沼氣產(chǎn)量影響中,線性增加沼氣回流攪拌的壓力，盡管壓力增加,但池容產(chǎn)氣率仍基本維持在1.25L左右。另外,在升流厭氧過濾反應(yīng)器內(nèi),沼氣產(chǎn)生的升流過程對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部的混合有著顯著的影響,與此同時(shí),氣體表面負(fù)荷率被認(rèn)為是衡量升流反應(yīng)器中混合效果的重要指標(biāo)。出水回流攪拌以升流污泥床反應(yīng)器和固定生物膜反應(yīng)器結(jié)合的混合厭氧反應(yīng)器處理人工合成廢水,當(dāng)有機(jī)負(fù)荷為10.8kg時(shí),出水回流攪拌在回流比例為6.4：1時(shí)達(dá)到最優(yōu)的COD去除率90.2%。并且他們發(fā)現(xiàn),雖然沼氣攪拌對(duì)改善反應(yīng)器死區(qū)有著較好的效果,但其對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)形態(tài)并不產(chǎn)生很大影響,相對(duì)而言,出水回流攪拌較沼氣攪拌能發(fā)揮更大的作用。死區(qū)的產(chǎn)生在很大程度上是由于微生物在攪拌混合不足情況下的繁殖生長(zhǎng)活動(dòng)產(chǎn)生的,這種污泥內(nèi)局部微生物濃度過高的現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致流體在反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)渠道發(fā)生改變,從而使得死區(qū)產(chǎn)生。機(jī)械攪拌在以COD濃度約為500mg的人工合成廢水為消化原料機(jī)械攪拌強(qiáng)度對(duì)厭氧序批式系統(tǒng)消化效果的影響 ,在攪拌速度為50r/min時(shí),反應(yīng)器對(duì)過濾和非過濾物料的去除率分別為80%和88%,此時(shí),反應(yīng)器擁有良好的固體停留期且沒有顆粒污泥破碎情況出現(xiàn)。

沼氣厭氧罐攪拌器分為氣體攪拌、葉輪機(jī)械攪拌、污泥回流攪拌三種攪拌方式，在低固體濃度(TS5%)條件下,三種攪拌方式對(duì)產(chǎn)氣的影響基本一致,且和不攪拌沒有明顯的產(chǎn)氣差別,這可能是由于厭氧消化過程中本身所產(chǎn)的沼氣就能達(dá)到有效混合反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)的效果;然而提高固體濃度(TS為10%)之后,攪拌所起的作用則凸顯出來,污泥回流攪拌、葉輪機(jī)械攪拌和氣體回流攪拌三種方式的沼氣產(chǎn)量分別較不攪拌多29%,22%和15%。值得注意的是,不論使用何種攪拌方式,固體濃度的升高都會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器有效容積的利用系數(shù)降,因?yàn)?高固體濃度流體攪拌時(shí),僅在槳葉旁時(shí)才發(fā)生流體的流動(dòng),離葉端一段距離則流體的流速就急劇下降,直至保持靜止?fàn)顟B(tài)。

盡管機(jī)械攪拌被認(rèn)為是最有效的混合方式,但是其在運(yùn)行過程中不易進(jìn)行反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)備的維護(hù),其長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性不如氣體攪拌和水力攪拌。隨著氣體回流量的增加,甲烷產(chǎn)量逐漸下降。因此盡管沼氣回流攪拌在低固體濃度的厭氧消化中有著較好的應(yīng)用前途,但回流過程中空氣的滲入是其無法克服的障礙。另外,雖然攪拌在高固體濃度厭氧消化過程中起到很好的作用,但是啟動(dòng)階段的持續(xù)攪拌會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)pH值較低和反應(yīng)器的不穩(wěn)定運(yùn)行,這也使得反應(yīng)器的啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)。

當(dāng)機(jī)械攪拌速度從500rpm增加到900rpm時(shí),總的厭氧消化轉(zhuǎn)化率也隨之增加。所以他們認(rèn)為,有效的機(jī)械攪拌可以改善顆粒有機(jī)物的懸浮狀態(tài)并加速這些懸浮顆粒有機(jī)物的溶解過程,這個(gè)加速過程通過以下步驟進(jìn)行:1)機(jī)械攪拌通過剪切作用將大的顆粒物變成粒徑更小的;2)促進(jìn)有機(jī)固體