UASB厭氧反應(yīng)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)及

UASB系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1預(yù)處理設(shè)施

一般預(yù)處理系統(tǒng)包括粗格柵、細(xì)格柵或水力篩、沉砂池、調(diào)節(jié)(酸化)池、營養(yǎng)鹽和pH調(diào)控系統(tǒng)。格柵和沉砂池的是去除粗大固體物和機(jī)的可沉固體，這對(duì)對(duì)于保護(hù)各種類型厭氧反應(yīng)器的布水管免于堵塞是必需的。當(dāng)污水中含砂礫時(shí)，例如以薯干為原料的釀酒廢水，怎么強(qiáng)調(diào)去除砂礫的重要性也不過分。不可生物降解的固體，在厭氧反應(yīng)器內(nèi)積累會(huì)占據(jù)大量的池容，反應(yīng)器池容的不斷減少終將導(dǎo)致系統(tǒng)完失效。

由于厭氧反應(yīng)對(duì)水質(zhì)、水量和沖擊負(fù)荷較為敏感，所以對(duì)于工業(yè)廢水適當(dāng)尺寸的調(diào)節(jié)池，對(duì)水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)是厭氧反應(yīng)穩(wěn)定的。調(diào)節(jié)池的是均質(zhì)和均量，一般還可考慮兼沉淀、混合、加藥、中和和預(yù)酸化等功能。在調(diào)節(jié)池中設(shè)沉淀池時(shí)，容積需扣除沉淀區(qū)的體積；根據(jù)顆粒化和pH調(diào)節(jié)的要求，當(dāng)廢水堿度和營養(yǎng)鹽不夠需要補(bǔ)充堿度和營養(yǎng)鹽(N、P)等；可采用計(jì)量泵自動(dòng)投加酸、堿和藥劑，通過調(diào)節(jié)池水力或機(jī)械攪拌達(dá)中和。

同時(shí)，酸化池或兩相系統(tǒng)是去除和改變，對(duì)厭氧過程抑制的物質(zhì)、改善生物反應(yīng)條件和可生化性也是厭氧預(yù)處理的主要手段，也是厭氧預(yù)處理的之一。僅考慮溶解性廢水時(shí)，一般不需考慮酸化。對(duì)于復(fù)雜廢水，可在調(diào)節(jié)池中取得一定程度的酸化，但是完的酸化是沒必要的，甚至是害處的。因?yàn)檫_(dá)到完酸化后，污水pH會(huì)下降，需采用投藥調(diào)整pH值。另外證據(jù)表明完酸化對(duì)UASB反應(yīng)器的顆粒過程不利的。對(duì)以下情況考慮酸化或相分離可能是利的：

1) 當(dāng)采用預(yù)酸化可去除或改變對(duì)甲烷菌毒或抑制性化合物的結(jié)構(gòu)時(shí)；

2) 當(dāng)廢水存在較高的Ca2+時(shí)，部分酸化可避免顆粒污泥表面產(chǎn)生CaCO3結(jié)垢；

3) 當(dāng)處理含高含懸浮物和/或采用高負(fù)荷，對(duì)非溶解性組分去除；

4) 在調(diào)節(jié)池中取得部分酸化效果可以通過調(diào)節(jié)池的設(shè)計(jì)取得。例如，上向流進(jìn)水方式，在反應(yīng)器底部形成污泥層(1.0m)。底部布水孔口設(shè)計(jì)為5～10m2/孔即可。

2UASB反應(yīng)器體積的設(shè)計(jì)

a) 負(fù)荷設(shè)計(jì)法

采用機(jī)負(fù)荷(q)或水力停留時(shí)間(HRT) 設(shè)計(jì)UASB反應(yīng)器是為主要的方法。一旦q或HRT確定，反應(yīng)器的體積(V)可以很容易根據(jù)公式(1或2)計(jì)算。對(duì)某種定廢水，反應(yīng)器的容積負(fù)荷一般應(yīng)通過試驗(yàn)確定。

V = QSo/q (1)

V =KQ.HRT (2)

式中：Q---廢水流量，m3/d；

So---進(jìn)水機(jī)物濃度，gCOD/L或gBOD5/L。

采用同樣經(jīng)驗(yàn)公式描述不同厭氧處理系統(tǒng)處理生活污水HRT與去除率(E)之間的關(guān)系，并且對(duì)不同反應(yīng)器處理生活污水的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，得出了參數(shù)值。

式中：C1 ,C2——反應(yīng)常數(shù)。

c) 動(dòng)力學(xué)方法

許多者致力于動(dòng)力學(xué)的研究，根據(jù)眾多研究結(jié)果匯總了酸性發(fā)酵和甲烷發(fā)酵過程重要的動(dòng)力學(xué)常數(shù)。到目前為止，動(dòng)力學(xué)的，還沒使它能夠在和設(shè)計(jì)厭氧處理系統(tǒng)過程中成為力的工具，通過評(píng)價(jià)所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)方法現(xiàn)在仍是設(shè)計(jì)和優(yōu)化厭氧消化系統(tǒng)的。

3UASB反應(yīng)器的詳細(xì)設(shè)計(jì)

1) 反應(yīng)器的體積和高度

采用水力停留時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，體積(V)按公式(1)或(2)計(jì)算。反應(yīng)器高度的原則是設(shè)計(jì)、和上綜合考慮的結(jié)果。從設(shè)計(jì)、方面考慮：高度會(huì)影響上升流速，高流速增加系統(tǒng)擾動(dòng)和污泥與進(jìn)水之間的接觸。但流速過高會(huì)引起污泥流失，為保持足夠多的污泥，上升流速不能過一定的限值，從而使反應(yīng)器的高度受到限制；高度與CO2溶解度關(guān)，反應(yīng)器越高溶解的CO2濃度越高，因此，pH值越低。如pH值低于值，會(huì)危害系統(tǒng)的效率。

從上考慮：土方工程隨池深增加而增加，但占地面積則相反；考慮當(dāng)?shù)氐暮蚝偷匦螚l件，一般將反應(yīng)器建造在半地下減少建筑和保溫。的反應(yīng)器高度(深度)一般是在4到6m之間，并且在大多數(shù)情況下這也是系統(tǒng)范圍。

2) 反應(yīng)器的升流速度

對(duì)于UASB反應(yīng)器還其他的流速關(guān)系(圖2)。對(duì)于日平均上升流速的值見表3，應(yīng)該注意對(duì)短時(shí)間(如2～6h)的高峰值是可以承受的(即暫時(shí)的高峰流量可以接收)。

表3 UASB和EGSB允許上升流速(平均日流量) Vr＝0.25~3.0m/h

0.75~1.0m/h 顆粒污泥

絮狀污泥 Vs≤1.5m/h

顆粒污泥 Vo≤12m/h Vg＝1m/h

3) 反應(yīng)器的截面積和反應(yīng)器的長、寬(或直徑)

在確定反應(yīng)器的容積和高度(H)之后，可確定反應(yīng)器的截面積(A)。從而確定反應(yīng)器的長和寬，在同樣的面積下正方形池的周長比矩形池要小，矩形UASB需要更多的建筑材料。以表面積為600m2的反應(yīng)器為例，30×20m的反應(yīng)器與15m×40m的反應(yīng)器周長相差10%，這意味著建筑要增加10%。但從布水均勻性考慮，矩形在長/寬比較大較為合適。從布水均勻性和性考慮，矩形池在長/寬比在2:1以下較為合適。長/寬比在4:1時(shí)增加十分突出。

圓形反應(yīng)器在同樣的面積下，其周長比正方形的少12%。但這一優(yōu)點(diǎn)僅僅在采用單個(gè)池子時(shí)才成立。當(dāng)建立兩個(gè)或兩個(gè)以上反應(yīng)器時(shí)，矩形反應(yīng)器可以采用共用壁。對(duì)于采用公共壁的矩形反應(yīng)器，池型的長寬比對(duì)造價(jià)也較大的影響。如果不考慮其他因素，這是一個(gè)在設(shè)計(jì)中需要優(yōu)化的參數(shù)。

4) 單元反應(yīng)器大體積和分格化的反應(yīng)器

在UASB反應(yīng)器的設(shè)計(jì)中，采用分格化對(duì)操作是益的。先，分格化的單元尺寸不會(huì)過大，可避免體積過大帶來的布水均勻性等問題；同時(shí)多個(gè)反應(yīng)器對(duì)系統(tǒng)的啟動(dòng)也是益的，可先啟動(dòng)一個(gè)反應(yīng)器，再用這個(gè)反應(yīng)器的污泥去接種其他反應(yīng)器；另外，利于維護(hù)和檢修，可放空一個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行檢修，而不影響系統(tǒng)的。從目前實(shí)踐看大的單體UASB反應(yīng)器可為1000-2000m3。

5) 單元反應(yīng)器的系列化

單元的規(guī)準(zhǔn)化根據(jù)三相分離器尺寸進(jìn)行，三相分離器的型式趨向于多層箱體的設(shè)備化結(jié)構(gòu)。以2×5m的三相分離器為例，原則上講多種配合形式。但從規(guī)準(zhǔn)化和系列化考慮，要求具通用性和簡單性。所以，池子寬度是以5m為模數(shù)，長度方向是以2m為模數(shù)。布置單元尺寸的方式可分成單池單個(gè)分離器和單池兩個(gè)分離器的形式。原則上如果采用管道或渠道布水，池子的長度是不受限制。如前所述，由于長寬比涉及到反應(yīng)器的性，所以要結(jié)合池子組數(shù)考慮適當(dāng)?shù)拈L寬比。對(duì)寬度為10m的單個(gè)反應(yīng)器，2:1的長寬比的反應(yīng)器可達(dá)到2000m3的池容。對(duì)更大的反應(yīng)器，如果需要也可采用雙池共用壁的型式。

反應(yīng)器的配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1配水孔口負(fù)荷

一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)的大面積是應(yīng)該進(jìn)行深入的實(shí)驗(yàn)。對(duì)于UASB反應(yīng)器在完成了起動(dòng)之后，每個(gè)進(jìn)水點(diǎn)負(fù)擔(dān)2.0到4.0m2對(duì)獲得滿意的去除效率是足夠的。但是在溫度低于20℃或低負(fù)荷的情況，產(chǎn)率較低并且污泥和進(jìn)水的混合不充分時(shí)，需要較高密度的布水點(diǎn)。對(duì)于城市污水建議1～2m2/孔。表4是根據(jù)UASB反應(yīng)器的大量實(shí)踐的進(jìn)水管負(fù)荷。

表4 采用UASB處理主要為溶解性廢水時(shí)進(jìn)水管口負(fù)荷每個(gè)進(jìn)水口負(fù)荷(m2) 負(fù)荷(kgCOD/m3·d) 凝絮狀污泥> 40kgDS/m3 中等濃度絮狀污泥120～40kg/m3

2進(jìn)水分配系統(tǒng)

進(jìn)水分配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)UASB處理的良好運(yùn)轉(zhuǎn)是至關(guān)重要的，進(jìn)水系統(tǒng)兼配水和水力攪拌的功能，為了這兩個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，需要滿足如下原則：a) 確保單位面積的進(jìn)水量基本相同，以防止短路等現(xiàn)象發(fā)生；b) 盡可能滿足水力攪拌需要，進(jìn)水機(jī)物與污泥迅速混合；c) 很容易觀察到進(jìn)水管的堵塞；d) 當(dāng)堵塞被發(fā)現(xiàn)后，很容易被清除。

UASB厭氧反應(yīng)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)及

在裝置中采用的進(jìn)水方式大致可分為間歇式(脈沖式)、連續(xù)流、連續(xù)與間歇相結(jié)合等方式；從布水管的形式一管多孔、一管一孔和分枝狀等多種形式。

1) 連續(xù)進(jìn)水方式(一管一孔)

為了確保進(jìn)水均勻分布，每個(gè)進(jìn)水管線僅僅與一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)相連接，是為理想的情況(圖3a)。為每一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)的流量相等，建議用高于反應(yīng)器的水箱(或渠道式)進(jìn)行分配，通過渠道或分配箱之間的三角堰來等量的進(jìn)水。這種系統(tǒng)的好處是容易觀察到堵塞情況。

2) 脈沖進(jìn)水方式

UASB反應(yīng)器與外的為突出的點(diǎn)是很多采用脈沖進(jìn)水方式。些研究者認(rèn)為脈沖方式進(jìn)水，使底層污泥交替進(jìn)行收縮和膨脹，助于底層污泥的混合。

3) 一管多孔配水方式

采用在反應(yīng)器池底配水橫管上開孔的方式布水，為了配水均勻，要求出水流速不小于2.0m/s。這種配水方式可用于脈沖進(jìn)水系統(tǒng)。一管多孔式配水方式的問題是容生堵塞，因此，應(yīng)該盡可能避免在一個(gè)管上過多的孔口。

4) 分枝式配水方式

這種配水系統(tǒng)的點(diǎn)采用較長的配水支管增加沿程阻力，以達(dá)到布水均勻的(圖3c)。根據(jù)筆者的實(shí)踐，大的分枝布水系統(tǒng)的負(fù)荷面積為54m2。大阻力系統(tǒng)配水均勻度好，但水頭損失大。小阻力系統(tǒng)水頭損失小，如果不處理效率，可減少系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

對(duì)其他類型布水方式，我也很多設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)。與三相分離器一樣，不同型式的布水裝置之間，很難比較孰優(yōu)孰劣。事實(shí)上，各種類型的布水器都成功的經(jīng)驗(yàn)和業(yè)績。

3配水管道設(shè)計(jì)

對(duì)重力布水方式，污水進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)可能吸入空，會(huì)引起對(duì)甲烷菌的抑制；進(jìn)入大量體與產(chǎn)生的沼會(huì)形成爆炸可能的混合體；同時(shí)，泡太多可能還會(huì)影響沉淀功能。因?yàn)?，大?.0mm直徑的泡在水中以大約0.2～0.3m/s速度上升，采用較大的管徑使液體在管道的垂直部分的流速低于這一數(shù)值，可適當(dāng)?shù)乇苊膺^2mm直徑的空泡進(jìn)入反應(yīng)器，同時(shí)還可避免阻。在反應(yīng)器底部用較小直徑，形成高的流速產(chǎn)生較強(qiáng)的擾動(dòng)，使進(jìn)水與污泥之間混合加強(qiáng)。

污水中存在大的物體可能堵塞進(jìn)水管，設(shè)計(jì)良好的進(jìn)水系統(tǒng)要求可疏通堵塞；對(duì)于壓力流采用穿孔管布水器(一管多孔或分枝狀)，需考慮設(shè)液體反沖洗或清堵裝置，可采用停水分池分段反沖；采用一管多孔布水管道，布水管道尾端兼作放空和泥管，以利于清除堵塞；采用重力流布水方式(一管一孔)，如果進(jìn)水水位差僅僅比反應(yīng)器的水位稍高(水位差小于10cm)將經(jīng)常發(fā)生堵塞。在水箱中的水位(三角堰的底部)與反應(yīng)器中的水位差大于30cm很少發(fā)生這種堵塞。論采用那一種布水方式，盡可能少地采用彎頭等非直管。

、固、液三相分離裝置

1、三相分離器是UASB反應(yīng)器點(diǎn)和重要置。它同時(shí)具兩個(gè)功能：

1) 能收集從分離器下的反應(yīng)室產(chǎn)生的沼；

2) 使得在分離器之上的懸浮物沉淀下來。

2、三相分離器設(shè)計(jì)要點(diǎn)匯總：

1) 集室的隙縫部分的面積應(yīng)該占反應(yīng)器部面積的15～20％；

2) 在反應(yīng)器高度為5～7m時(shí)，集室的高度在1.5～2m；

3) 在集室內(nèi)應(yīng)保持液界面以釋放和收集體，防止浮渣或泡沫層的形成；

4) 在集室的上部應(yīng)該設(shè)置消泡噴嘴，當(dāng)處理污水嚴(yán)重泡沫問題時(shí)消泡；

5) 反射板與隙縫之間的遮蓋應(yīng)該在100～200mm以避免上升的體進(jìn)入沉淀室；

6) 出管的直管應(yīng)該充足以從集室引出沼，別是泡沫的情況。

對(duì)于低濃度污水處理，當(dāng)水力負(fù)荷是限制性時(shí)，在三相分離器縫隙處保持大的過流面積，使得大的上升流速在這一過水?dāng)嗝嫔媳M可能的低是十分重要的。

五、建筑材料

適當(dāng)?shù)慕ㄖ牧蠈?duì)于UASB反應(yīng)器的性是非常重要的。較差的UASB反應(yīng)器在使用3-5年后都出現(xiàn)了嚴(yán)重腐蝕，嚴(yán)重的腐蝕出現(xiàn)在反應(yīng)器上部、液交界面。此處H2S可能造成直接化學(xué)腐蝕，同時(shí)硫化氫被空氧化為硫酸或硫酸鹽，使局部pH下降造成間接化學(xué)腐蝕。由于厭氧環(huán)境下的氧化-還原電位為-300mV，而在水交界面的氧化-還原電位為100mV，這就在水交界面構(gòu)成了微電池，形成電化學(xué)腐蝕。論普通鋼材和一般不銹鋼在此處都會(huì)被損害。

與其他類型的厭氧反應(yīng)器相較下述優(yōu)點(diǎn)：

1. 污泥床內(nèi)生物量多，折合濃度計(jì)算可達(dá)20~30g/L；

2. 容積負(fù)荷率高，在中溫發(fā)酵條件下，一般可達(dá)10kgCOD/（m³.d）左右，甚至能夠高達(dá)15~40kgCOD/(m³.d)，廢水在反應(yīng)器內(nèi)的水力停留時(shí)間較短，因此所需池容大大縮小。

3. 設(shè)備簡單，方便，勿需設(shè)沉淀池和污泥回流裝置，不需要充填填料，也不需在反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)機(jī)械攪拌裝置，造價(jià)相對(duì)較低，便于管理，且不存在堵塞問題。

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