UASB厭氧反應(yīng)器的設(shè)計(jì)

-UASB厭氧反響器的設(shè)計(jì)厭氧處理已經(jīng)成功地于各種高、中濃度的廢水處理中。雖然中、高濃度的廢水在相當(dāng)程度上得到了解決，但是當(dāng)污水中含有抑制性物質(zhì)時(shí)，如含有硫酸鹽的味精廢水在處理上仍有一定的難度。在厭氧處理領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的是UASB反響器，所以本文重點(diǎn)討論UASB反響器的設(shè)計(jì)方法。但是，其與其它的厭氧處理工藝有一定的共同點(diǎn)，例如，流化床和UASB都有三相別離器。而UASB和厭氧濾床對(duì)于布水的要求是一致的，所以結(jié)果也可以作為其他反響器設(shè)計(jì)。包含厭氧處理單元的水處理過(guò)程一般包括預(yù)處理、厭氧處理(包括沼氣的收集、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(yíng)養(yǎng)鹽和pH調(diào)控系統(tǒng)。格柵和沉砂池的目的是去除粗大固體物和無(wú)機(jī)的可沉固體，這對(duì)對(duì)于保護(hù)各種類型厭氧反響器的布水管免于堵塞是必需的。當(dāng)污水中含有砂礫時(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(guò)分。不可生物降解的固體，在厭氧反響器內(nèi)積累會(huì)占據(jù)大量的池容，反響器池容的不斷減少最終將由于厭氧反響對(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)是厭氧反響穩(wěn)定運(yùn)行的保證。調(diào)節(jié)池的作用是均質(zhì)設(shè)有沉淀池時(shí)，容積需扣除沉淀區(qū)的體積；根據(jù)顆?；蚿H調(diào)節(jié)的要求，當(dāng)廢水堿度和營(yíng)養(yǎng)鹽不夠需要補(bǔ)充堿度和營(yíng)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(guò)調(diào)節(jié)池水力或機(jī)械攪拌達(dá)中和作用。同時(shí)，酸化池或兩相系統(tǒng)是去除和改變，對(duì)厭氧過(guò)程有抑制作用的物質(zhì)、改善生物反響條件和可生化性也是厭氧預(yù)處理的主要手段，也是厭氧一定程度的酸化，但是完全的酸化是沒(méi)有必要的，甚至是有害處的。因?yàn)榈竭_(dá)完全反響器的顆粒過(guò)程有不利的。對(duì)以下情況考慮酸化或相別離可能是有利的：1)當(dāng)采用預(yù)酸化可去除或改變對(duì)甲烷菌有毒或抑制性化合物的構(gòu)造時(shí)；33)當(dāng)處理含高含懸浮物和/或采用高負(fù)荷，對(duì)非溶解性組分去除有限時(shí)；4)在調(diào)節(jié)池中取得局部酸化效果可以通過(guò)調(diào)節(jié)池的合理設(shè)計(jì)取得。例如，上向流進(jìn)水方式，在反響器底部形成污泥層(1.0m)。底部布水孔口設(shè)計(jì)為5～10m2/孔即采用有機(jī)負(fù)荷(q)或水力停留時(shí)間(HRT)設(shè)計(jì)UASB反響器是最為主要的方法。一旦q或HRT確定，反響器的體積(V)可以很容易根據(jù)公式(1或2)計(jì)算。對(duì)*種特定廢水，反響器的容積負(fù)荷一般應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。-oV=KQ.HRT(2)3/d；表1給出不同類型廢水國(guó)內(nèi)外采用UASB反響器處理的負(fù)荷數(shù)據(jù)，需要說(shuō)明的是表中無(wú)法一一注明采用的預(yù)處理?xiàng)l件和厭氧污泥類型等情況，這些條件對(duì)選擇設(shè)計(jì)負(fù)荷是至關(guān)重要的。下表供設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)參考，選用前必須進(jìn)展必要的實(shí)驗(yàn)和采用同樣經(jīng)歷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)不同反響器處理生活污水的數(shù)據(jù)進(jìn)展了統(tǒng)計(jì)，得出了參數(shù)值。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(guò)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(méi)有使它能夠在選擇和設(shè)計(jì)厭氧處理系統(tǒng)過(guò)程中成為有力的工具，通過(guò)評(píng)價(jià)所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的經(jīng)歷方法現(xiàn)在仍是設(shè)計(jì)和優(yōu)化厭氧消化系統(tǒng)的唯一的選擇。-1)反響器的體積和高度原則是設(shè)計(jì)、運(yùn)行和上綜合考慮的結(jié)果。從設(shè)計(jì)、運(yùn)行方面考慮：高度會(huì)影響上升為保持足夠多的污泥，上升流速不能超過(guò)一定的限值，從而使反響器的高度受到限22如pH值低于最優(yōu)值，會(huì)危害系統(tǒng)的效率。從經(jīng)濟(jì)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?)反響器的升流速度對(duì)于UASB反響器還有其他的流速關(guān)系(圖2)。對(duì)于日平均上升流速的推薦值見(jiàn)表3，應(yīng)該注意對(duì)短時(shí)間(如2～6h)的頂峰值是可以承受的(即暫時(shí)的頂峰流量可以接表3UASB和EGSB允許上升流速(平均日流量)V＝0.25~3.0m/hr0.75~1.0m/h顆粒污泥s-顆粒污泥V≤12m/hV＝1m/hog3)反響器的截面積和反響器的長(zhǎng)、寬(或直徑)器的長(zhǎng)和寬，在同樣的面積下正方形池的周長(zhǎng)比矩形池要小，矩形UASB需要更多的建筑材料。以外表積為600m2的反響器為例，30×20m的反響器與15m×40m的反響器周長(zhǎng)相差10%，這意味著建筑費(fèi)用要增加10%。但從布水均勻性考慮，矩形在長(zhǎng)/寬比較大較為適宜。從布水均勻性和經(jīng)濟(jì)性考慮，矩形池在長(zhǎng)/寬比在2:1以圓形反響器在同樣的面積下，其周長(zhǎng)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)以上反響器時(shí)，矩形反響器可以采用共用壁。對(duì)于采用公共壁的矩形反響器，池型的長(zhǎng)寬比對(duì)造價(jià)也有較大的影響。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)單元反響器最大體積和分格化的反響器在UASB反響器的設(shè)計(jì)中，采用分格化對(duì)運(yùn)行操作是有益的。首先，分格化的單元尺寸不會(huì)過(guò)大，可防止體積過(guò)大帶來(lái)的布水均勻性等問(wèn)題；同時(shí)多個(gè)反響器對(duì)系統(tǒng)的啟動(dòng)也是有益的，可首先啟動(dòng)一個(gè)反響器，再用這個(gè)反響器的污泥去接種其他反響器；另外，有利于維護(hù)和檢修，可放空一個(gè)反響器進(jìn)展檢修，而不影響系統(tǒng)的運(yùn)行。從目前實(shí)踐看最大的單體UASB反響器(不是最優(yōu)的)可為1000-2000m3。5)單元反響器的系列化單元的標(biāo)準(zhǔn)化根據(jù)三相別離器尺寸進(jìn)展，三相別離器的型式趨向于多層箱體的設(shè)備化構(gòu)造。以2×5m的三相別離器為例，原則上講有多種配合形式。但從標(biāo)準(zhǔn)化和系列化考慮，要求具有通用性和簡(jiǎn)單性。所以，池子寬度是以5m為模數(shù)，長(zhǎng)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)別離器和單池兩個(gè)別離器的形式。原則上如果采用管道或渠道布水，池子的長(zhǎng)度是不受限制。如前所述，由于長(zhǎng)寬比涉及到反響器的經(jīng)濟(jì)性，所以要結(jié)合池子組數(shù)考慮適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)寬比。對(duì)寬響器，如果需要也可采用雙池共用壁的型式。三、反響器的配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)效勞的最大面積是應(yīng)該進(jìn)展深入的實(shí)驗(yàn)。對(duì)于UASB反響器在完成了起動(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)氣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反響器的大表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/m3120～40kg/m32、進(jìn)水分配系統(tǒng)進(jìn)水分配系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)對(duì)UASB處理廠的良好運(yùn)轉(zhuǎn)是至關(guān)重要的，進(jìn)水系統(tǒng)-在生產(chǎn)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，是最為理想的情況(圖3a)。為保證每一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)的流量相等，建議用高于反響器的水箱(或渠道式)進(jìn)展分配，通過(guò)渠道或分配箱之間的三角堰來(lái)保證等量的進(jìn)水。這種系統(tǒng)的好處2)脈沖進(jìn)水方式UASB反響器與國(guó)外的最為顯著的特點(diǎn)是很多采用脈沖進(jìn)水方式。有些研究者一管多孔配水方式采用在反響器池底配水橫管上開(kāi)孔的方式布水，為了配水均勻，要求出水流速容易發(fā)生堵塞，因此，應(yīng)該盡可能防止在一個(gè)管上有過(guò)多的孔口。這種配水系統(tǒng)的特點(diǎn)采用較長(zhǎng)的配水支管增加沿程阻力，以到達(dá)布水均勻的目的(圖3c)。根據(jù)筆者的實(shí)踐，最大的分枝布水系統(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-對(duì)其他類型布水方式，我國(guó)也有很多設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)歷。與三相別離器一樣，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有成功3、配水管道設(shè)計(jì)對(duì)重力布水方式，污水進(jìn)入反響器時(shí)可能吸入空氣，會(huì)引起對(duì)甲烷菌的抑制；進(jìn)入大量氣體與產(chǎn)生的沼氣會(huì)形成有爆炸可能的混合氣體；同時(shí)，氣泡太多可能還會(huì)影響沉淀功能。因?yàn)椋笥?.0mm直徑的氣泡在水中以大約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局部的流速低于這一數(shù)值，可適當(dāng)?shù)胤乐剐纬筛叩牧魉佼a(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，布水管道尾端最好兼作放僅比反響器的水位稍高(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)與反響器中的水位差大于30cm很少發(fā)生這種堵塞。無(wú)論采用那一種布水方四、氣、固、液三相別離裝置-1)集氣室的隙縫局部的面積應(yīng)該占反響器全部面積的15～20%;五、建筑材料選擇適當(dāng)?shù)慕ㄖ牧蠈?duì)于UASB反響器的持久性是非常重要的。防腐較差的液交界面。此處H2S可能造成直接化學(xué)腐蝕，同時(shí)硫化氫被空氣氧化為硫酸或硫酸-電化學(xué)腐蝕。無(wú)論普通鋼材和一般不銹鋼在此處都會(huì)被損害。厭氧反響器應(yīng)該盡可能的防止采用金