升流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器系列化和設(shè)備化研究

升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的系列化和設(shè)備化研究一、概述對(duì)各種厭氧工藝的應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在世界范圍（不包括中國＞內(nèi)到99年共統(tǒng)計(jì)了130個(gè)3采用了不同類型的反應(yīng)器見圖。其中有近座采用反應(yīng)器，占全部項(xiàng)目的9反應(yīng)器最大的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單便于放大、運(yùn)行管理簡單。目前雖然僅占厭氧工藝應(yīng)用總數(shù)的左右，但是考慮到其是近年來剛剛開發(fā)的工藝，其占據(jù)市場的速度非?？欤谛陆▍捬跆幚硌b置中占有很大的比例。而在我國采用各種厭氧處理技術(shù)據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到年共有個(gè)項(xiàng)目采用不同類型的厭氧反應(yīng)器見圖。其中采用反應(yīng)器的有座以上，占全部項(xiàng)目的8基本與國外應(yīng)用情況相類似。L國際13口3L國際13口3個(gè)厭氧項(xiàng)目（99年T月Mb）國內(nèi)厭氧項(xiàng)目共219冢mi世界^圍內(nèi)和中國采用厭氧工藝琉計(jì)國際上荷蘭的 、美國的 和比利時(shí)的 公司是世界上主要三個(gè) 技術(shù)的廠家。僅這三家公司占國際市場份額的4這三家公司的技術(shù)主要是采用 技術(shù)，這反映了 技術(shù)除其技術(shù)本身的特點(diǎn)之外，其市場化的水平也是比較高的。這與 技術(shù)本身的特點(diǎn)有關(guān)，如的反應(yīng)器、三相分離器和顆粒污泥等等都是專有技術(shù)，技術(shù)含量較高。這使得厭氧 工藝在歐洲迅速得到了推廣和普及，目前已向美國和世界其他地區(qū)輻射。反應(yīng)器反應(yīng)器的原理升流式厭氧污泥床 反應(yīng)器是由 在七十年代開發(fā)的。圖是 反應(yīng)器及其設(shè)備的示意圖。廢水被盡可能均勻的引入到 反應(yīng)器的底部，污水向上通過包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥床。厭氧反應(yīng)發(fā)生在廢水與污泥顆粒的接觸過程，反應(yīng)產(chǎn)生的沼氣引起了內(nèi)部的循環(huán)。附著和沒有附著在污泥上的沼氣向反應(yīng)器頂部上升，碰擊到三相分離器氣體發(fā)射板，引起附著氣泡的污泥絮體脫氣。氣泡釋放后污泥顆粒將沉淀到污泥床的表面，氣體被收集到反應(yīng)器頂部的三相分離器的集氣室。一些污泥顆粒會(huì)經(jīng)過分離器縫隙進(jìn)入沉淀區(qū)。 反應(yīng)器包括以下幾個(gè)部分：進(jìn)水和配水系統(tǒng)、反應(yīng)器的池體和三相分離器圖。如果考慮整個(gè)厭氧系統(tǒng)還應(yīng)該包括沼氣收集和利用系統(tǒng)。在 反應(yīng)器中最重要的設(shè)備是三相分離器，這一設(shè)備安裝在反應(yīng)器的頂部并將反應(yīng)器分為下部的反應(yīng)區(qū)和上部的沉淀區(qū)。2、反應(yīng)器的池體幾何形狀第一個(gè)生產(chǎn)性的 反應(yīng)器 和在圣保羅 處理生活污水的中試廠 具有特殊的形狀，即上部的沉淀池的截面積大于下部反應(yīng)區(qū)的截面積圖。較大表面積的沉淀器的水力負(fù)荷較低，有利于保持反應(yīng)器內(nèi)的污泥，對(duì)于低濃度污水尤為重要。但是對(duì)于高濃度污水，有機(jī)負(fù)荷比水力負(fù)荷更重要，因此沉淀池截面沒有必要設(shè)計(jì)為較大的表面積圖。但是實(shí)際上不論是在建的或已投入運(yùn)轉(zhuǎn)的大部分生產(chǎn)規(guī)模的 反應(yīng)器，在反應(yīng)器的反應(yīng)和沉淀部分是等面積的圖所示。建筑直壁的反應(yīng)器比斜壁的具有較大（或較?。疽韵聝H討論直壁的反應(yīng)器。以下僅討論直壁的反應(yīng)器。沉淀池的反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)上更加有利。因此從反應(yīng)器的形狀有矩形和圓形這兩種反應(yīng)器，已大量應(yīng)用于實(shí)際中。圓形反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)于圓形反應(yīng)器在同樣的面積下，其周長比正方形的少12。%所以圓形池子的建造費(fèi)用比具有相同面積的矩形反應(yīng)器至少要低12。%但是圓形反應(yīng)器的這一優(yōu)點(diǎn)僅僅在采用單個(gè)池子時(shí)才成立，所以，單個(gè)或小的反應(yīng)器可以建造成圓形的。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。當(dāng)建造多個(gè)矩形反應(yīng)器時(shí)有其優(yōu)越性。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)也有較大的影響。對(duì)于大型 反應(yīng)器建造多個(gè)池子的系統(tǒng)是有益的，這可以增加處理系統(tǒng)的適應(yīng)能力。如果有多個(gè)反應(yīng)池的系統(tǒng)，則可能關(guān)閉一個(gè)進(jìn)行維護(hù)和修理，而其他單元的反應(yīng)器繼續(xù)運(yùn)行。反應(yīng)器的設(shè)備化、矩形（鋼筋混凝土＞結(jié)構(gòu)反應(yīng)器a）整個(gè)池面布滿三相分離器 切部分池面采用三相分離器圖4矩形單池UAEB反應(yīng)器裝配式三相分離器和反應(yīng)器平面尺寸布置混凝土結(jié)構(gòu)的 反應(yīng)器是最為常見的結(jié)構(gòu)和材料型式，但是采用標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的設(shè)計(jì)必須考慮結(jié)構(gòu)的通用性和簡單性，在此基礎(chǔ)上形成的系列化才推廣的價(jià)值。池體的標(biāo)準(zhǔn)化主要是根據(jù)三相分離器的尺寸進(jìn)行布置的，筆者采用的三相分離器的平面尺寸是X。根據(jù)這一形式布置池體有以下幾種方式圖。圖中為整個(gè)池表面均采用三相分離器的形式，而圖是池頂?shù)囊徊糠植捎贸伢w本身結(jié)構(gòu)構(gòu)成氣室。這樣可以節(jié)省一部分三相分離器的投資。標(biāo)準(zhǔn)化可以分為單池單個(gè)分離器和兩個(gè)并列分離器，大型結(jié)構(gòu)可采用雙池公用壁的形式。很明顯如果需要也可以構(gòu)成雙池每池兩組分離器的形式。因?yàn)槿喾蛛x器的尺寸原因，池子的寬度一般以為模數(shù)，長度方向以為模數(shù)。原則上如果采用管道或渠道布水，池子的長度是不受限制。如前所述因?yàn)榉磻?yīng)器的長寬比的范圍涉及到池子的經(jīng)濟(jì)性，所以在上述范圍內(nèi)選擇要結(jié)合池子組數(shù)考慮適當(dāng)?shù)拈L寬比。表1矩形反應(yīng)器的平面尺寸和有效體積的選用表格（體積單位：m3>池長單池寬雙池寬池長單池寬雙池寬注反應(yīng)器的有效高度為，一般推薦 反應(yīng)器的高度為?m表是根據(jù)上述原則給出了 系列化的一組選擇。從原則上講安排X的三相分離器的平面布置還可以有其他多種的平面配合形式如，寬度可以以為模數(shù)，而長度以為模數(shù)，構(gòu)成X,X,X,X,X ……的系列。甚至可以采用三相分離器橫豎混合布置的形式。但是考慮通用性和簡單性的原則，推薦表1的組合方式。圖是采用混凝土反應(yīng)器的一種可整體安裝的三相分離器設(shè)計(jì)形式。三相分離器設(shè)備固定可以采用牛腿和工字鋼支撐的兩種形式。需要說明的是因?yàn)檫\(yùn)行過程中，三相分離器的氣室內(nèi)有一定量的沼氣，所以會(huì)形成比較大的浮力。需要考慮上部的固定措施，固定措施可以借助出水管和出氣管，以及其他形式。2 反應(yīng)器新型結(jié)構(gòu)和材料的開發(fā)德國 公司的拼裝和 公司的雙折邊咬口制罐技術(shù)國外發(fā)達(dá)國家的工業(yè)廢水處理項(xiàng)目大多已采用新設(shè)備、新材料和新工藝來設(shè)計(jì)和建造，如德國利浦公司的雙折邊咬口技術(shù)和 公司的拼裝制罐技術(shù)就是其中之一。這些技術(shù)應(yīng)用金屬塑性加工中的加工硬化原理和薄殼結(jié)構(gòu)原理，通過專用技術(shù)和設(shè)備將?鍍鋅或鍍搪瓷鋼板建造成體積為? 的反應(yīng)器。具有施工周期短、造價(jià)較低、質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，其施工周期比同樣規(guī)模的混凝土罐縮短60，%罐體自重僅為混凝土罐的10，%比普通鋼板罐節(jié)省材料達(dá)50以%上，而且耐腐蝕，不需保養(yǎng)維

圖5矩形混凝土反應(yīng)器的工程剖面圖修，使用壽命要達(dá)20圖5矩形混凝土反應(yīng)器的工程剖面圖反應(yīng)器因?yàn)槠浞磻?yīng)過程和反應(yīng)產(chǎn)物均有一定的腐蝕性，其對(duì)于材料防腐性能有特殊的要求。采用柔性搪瓷預(yù)制鋼板或 不銹鋼復(fù)合鋼板的防腐形式，能阻止筒體腐蝕。特殊防腐涂層的開發(fā)，解決了鋼制反應(yīng)器腐蝕問題。同時(shí)此項(xiàng)技術(shù)因?yàn)檎w設(shè)計(jì)合理的罐體結(jié)構(gòu)材料用量大大減少，降低了造價(jià)。并將 工藝技術(shù)設(shè)備化，將技術(shù)融于設(shè)備中，形成技術(shù)含量高的一體化設(shè)備。拼裝制罐技術(shù)拼裝技術(shù)采用高新技術(shù)制成的罐體材料，以快速低耗的現(xiàn)場拼裝方式最終成型，組成成套化的單元反應(yīng)器設(shè)備，使污水處理設(shè)備的全套裝置達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、配制合理、性能優(yōu)良、耐腐性好、維修便利、外表美觀的效果。罐體材料將根據(jù)不同反應(yīng)器采用軟性搪瓷或其他防腐形式預(yù)制鋼板。預(yù)制的鋼板采用以栓接方式拼裝，栓接處加特制密封材料防漏見圖，此種預(yù)制鋼板形成的保護(hù)層不僅能阻止罐體腐蝕，而且具有抗酸堿的功能。技術(shù)罐制作時(shí)薄鋼板通過一臺(tái)成型機(jī)和一臺(tái)咬合機(jī)，在成型機(jī)上薄鋼板上部被折成形而下部被折成形，在咬合機(jī)上薄鋼板上部與上一層薄鋼板的下部被咬合在一起的成型過程和截面形狀如圖。廢水處理中被處理廢水具有腐蝕性（如酸堿廢水＞的廢水，或處理工藝過程中產(chǎn)生腐蝕性（如厭氧處理＞的情況，采用鍍鋅板無法像搪瓷鋼板一樣法滿足罐體材料具有耐腐蝕的要求。而全部用不銹鋼卷板來制作罐體其制作成本相當(dāng)高，通過復(fù)合機(jī)械，將鍍鋅卷板與 厚度的不銹鋼薄膜復(fù)合在一起，其截面形狀如圖所示。圖6拼裝鋼板栓覆處特制密封（時(shí)和lipp咬合筋成型過程及截面形狀示意圖（b）制罐技術(shù)是一種具有世界先進(jìn)水平的制罐工藝與技術(shù)，但是需要特殊機(jī)械。年代國內(nèi)糧食系統(tǒng)引進(jìn)多套加工機(jī)械，并且在糧倉上有大量的應(yīng)用。目前也逐步應(yīng)用于污水處理。2＞兩種罐體的基礎(chǔ)和配件

㈤ （b）圖T兩種罐體的基礎(chǔ)處理形式（聲和反應(yīng)器的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)（b同時(shí)考慮了各種管道、預(yù)埋件等）應(yīng)用上述兩項(xiàng)技術(shù)因?yàn)楣摅w所用材料較少，在基礎(chǔ)承載力計(jì)算中幾乎可以不考慮罐體自重對(duì)基礎(chǔ)的承壓要求。在基礎(chǔ)底板澆筑時(shí)，按所要制作的罐件直徑在底板表面留一條寬 ，深 的預(yù)留槽，槽內(nèi)按直徑均勻放置一定數(shù)量的預(yù)埋件，反應(yīng)器制作完成后，放入預(yù)留槽內(nèi)，用螺栓將罐體和預(yù)埋件固定，然后用膨脹混凝土和瀝青等材料來密封，最后覆細(xì)石混凝土保護(hù)層見圖 。罐體的設(shè)計(jì)是設(shè)備化的一部分工作，可對(duì)不同高度和直徑的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行系列設(shè)計(jì)。這樣整個(gè)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)僅僅是基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中比較簡單。圖是基礎(chǔ)圖設(shè)計(jì)之一，這樣整個(gè)反應(yīng)器池體和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)就形成了系列化。3拼裝預(yù)制和 制罐技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和局限性施工時(shí)間短，質(zhì)量高是預(yù)制拼裝和反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)之一。因?yàn)闄C(jī)械化加工和施工方式，工作強(qiáng)度大幅減小，施工難度降低，施工質(zhì)量得到保障。雖然在預(yù)制加工過程中對(duì)材質(zhì)要求較高（如：拼裝結(jié)構(gòu)需要冷扎板和搪燒， 罐需要鍍鋅鋼板和不銹鋼薄板＞采用的薄壁結(jié)構(gòu)雖然材料用量減少，但是因?yàn)槠湎嗟乳g距的咬合筋（或栓接＞的作用，拼裝預(yù)制和制罐具有相當(dāng)大的環(huán)拉強(qiáng)度。對(duì)于圓形池體，滿足了環(huán)向受壓的要求也就是基本滿足了池體的強(qiáng)度要求。環(huán)向拉力的強(qiáng)度計(jì)算過程，對(duì)于不同的材料、不同的介質(zhì)以及不同的池容，需要進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算的過程實(shí)際上就是尋求最佳材料厚度的過程。例如，對(duì)直徑為，總高度 5水力高度為的反應(yīng)器，其壁厚可選用了兩種不同壁厚的材料用于不同水力高度的位置，罐體下部壁厚為，而罐體上部均選用2水。水a(chǎn)）采用a）采用Lipp耀作為U4EE反應(yīng)器b）拼裝式搪灌罐制成的U處E反應(yīng)器^13Lipp罐（a）和掰裝式搪餐舞（b）制成的UREB反應(yīng)器從理論上講，罐的壁厚可比2水小水。但是，考慮到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等因素，一般不小于2水。水對(duì)于直徑大、高度高的罐體，理論上可選用更厚的鋼板制作。但因?yàn)閲鴥?nèi)搪瓷鋼板的規(guī)格和 制罐機(jī)械在機(jī)械壓緊強(qiáng)度，咬口緊密度等方面的限制，罐體的選用材料壁厚一般最大為 。所以，這兩種技術(shù)國內(nèi)制作的最大罐體直徑在? 0對(duì)于特殊的超大超高的罐體，可選用高強(qiáng)度材料。同樣，因?yàn)閮r(jià)格成本和池形的限制，拼裝預(yù)制和 制罐不適用對(duì)于容積小和直徑小于的反應(yīng)器。從結(jié)構(gòu)上考慮拼裝和技術(shù)不適用于地下池和方形結(jié)構(gòu)池。四、不同池型結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較反應(yīng)器的材料，可采用碳鋼、或拼裝結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)。對(duì)鋼制結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器需進(jìn)行保溫處理，鋼池考慮采用現(xiàn)場?厚阻燃型聚苯乙烯泡沫板及彩色防護(hù)板保溫和裝飾，碳鋼的防腐材料采用環(huán)氧樹脂加玻璃布三層做法?；炷脸夭豢紤]保溫問題。附屬設(shè)備如三相分離器、配水系統(tǒng)、走道、扶手、樓梯暫等不考慮。對(duì)以上三種結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。三種池的容積均按考慮，表是投資、折舊和施工技術(shù)條件的對(duì)比表。表2不同結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較（投資、經(jīng)常維護(hù)費(fèi)用和施工〉序號(hào)項(xiàng)目混凝土池萬元碳鋼池萬元拼裝或復(fù)合 罐萬元容積總XX9 5XG(p 5 X6重量噸池體投資費(fèi)用保溫投資費(fèi)用無池基礎(chǔ)費(fèi)用無內(nèi)防腐費(fèi)用無無外防腐費(fèi)用無無小計(jì)經(jīng)常維護(hù)費(fèi)用年防腐費(fèi)無內(nèi)外無設(shè)備折舊費(fèi)年計(jì)年計(jì)年計(jì)施工周期三個(gè)月兩個(gè)月一個(gè)月小計(jì)施工要求施工周期三個(gè)月兩個(gè)月一個(gè)月加工技術(shù)要求土建，嚴(yán)格焊接，較難專業(yè)設(shè)備，易安裝難易程度嚴(yán)格一般易搬遷可能性不可能一般可能外觀美觀程度低低高由上述表格比較可知從一次性投資來看，以拼裝結(jié)構(gòu)和 罐的價(jià)格最低，而混凝土池最高。但是，鋼結(jié)構(gòu)和混凝土的投資相差不大，混凝土使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳鋼結(jié)構(gòu)池體。并且每年的經(jīng)常費(fèi)用一年就相差較大。從整體比較來看，拼裝結(jié)構(gòu)或 罐