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。

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