衡陽市UASB厭氧反應(yīng)器

UASB系統(tǒng)設(shè)計

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的可沉固體，這對對于保護各種類型厭氧反應(yīng)器的布水管免于堵塞是必需的。當(dāng)污水中含砂礫時，例如以薯干為原料的釀酒廢水，怎么強調(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)對水質(zhì)、水量和沖擊負(fù)荷較為敏感，所以對于工業(yè)廢水適當(dāng)尺寸的調(diào)節(jié)池，對水質(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，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)廢水堿度和營養(yǎng)鹽不夠需要補充堿度和營養(yǎng)鹽(N、P)等；可采用計量泵自動投加酸、堿和藥劑，通過調(diào)節(jié)池水力或機械攪拌達(dá)中和。

同時，酸化池或兩相系統(tǒng)是去除和改變，對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，一般不需考慮酸化。對于復(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。因為達(dá)到完酸化后，污水pH會下降，需采用投藥調(diào)整pH值。另外證據(jù)表明完酸化對UASB反應(yīng)器的顆粒過程不利的。對以下情況考慮酸化或相分離可能是利的：

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

2) 當(dāng)廢水存在較高的Ca2+時，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)計為5～10m2/孔即可。

UASB反應(yīng)器的詳細(xì)設(shè)計

1) 反應(yīng)器的體積和高度

采用水力停留時間進(jìn)行設(shè)計時，體積(V)按公式(1)或(2)計算。反應(yīng)器高度的原則是設(shè)計、和上綜合考慮的結(jié)果。從設(shè)計、方面考慮：高度會影響上升流速，高流速增加系統(tǒng)擾動和污泥與進(jìn)水之間的接觸。但流速過高會引起污泥流失，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)的范圍。

2) 反應(yīng)器的升流速度

對于UASB反應(yīng)器還其他的流速關(guān)系(圖2)。對于日平均上升流速的值見表3，應(yīng)該注意對短時間(如2～6h)的高峰值是可以承受的(即暫時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

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)點僅僅在采用單個池子時才成立。當(dāng)建立兩個或兩個以上反應(yīng)器時，矩形反應(yīng)器可以采用共用壁。對于采用公共壁的矩形反應(yīng)器，池型的長寬比對造價也較大的影響。如果不考慮其他因素，這是一個在設(shè)計中需要優(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)計中，采用分格化對操作是益的。先，分格化的單元尺寸不會過大，可避免體積過大帶來的布水均勻性等問題；同時多個反應(yīng)器對系統(tǒng)的啟動也是益的，可先啟動一個反應(yīng)器，再用這個反應(yīng)器的污泥去接種其他反應(yīng)器；另外，利于維護和檢修，可放空一個反應(yīng)器進(jìn)行檢修，而不影響系統(tǒng)的。從目前實踐看大的單體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分離器和單池兩個分離器的形式。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。對寬度為10m的單個反應(yīng)器，2:1的長寬比的反應(yīng)器可達(dá)到2000m3的池容。對更大的反應(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

1、配水孔口負(fù)荷

一個進(jìn)水點的大面積是應(yīng)該進(jìn)行深入的實驗。對于UASB反應(yīng)器在完成了起動之后，每個進(jìn)水點負(fù)擔(dān)2.0到4.0m2對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，需要較高密度的布水點。對于城市污水建議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進(jìn)水管口負(fù)荷每個進(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)計對UASB處理的良好運轉(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，為了這兩個功能的實現(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。

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，每個進(jìn)水管線僅僅與一個進(jìn)水點相連接，是為理想的情況(圖3a)。為每一個進(jìn)水點的流量相等，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?！?/span>

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管上過多的孔口。

4) 分枝式配水方式

這種配水系統(tǒng)的點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。

對其他類型布水方式，我也很多設(shè)計和經(jīng)驗。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。事實上，各種類型的布水器都成功的經(jīng)驗和業(yè)績。

3、配水管道設(shè)計

對重力布水方式，污水進(jìn)入反應(yīng)器時可能吸入空，會引起對甲烷菌的抑制；進(jìn)入大量體與產(chǎn)生的沼會形成爆炸可能的混合體；同時，泡太多可能還會影響沉淀功能。因為，大于2.0mm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)生較強的擾動，使進(jìn)水與污泥之間混合加強。

污水中存在大的物體可能堵塞進(jìn)水管，設(shè)計良好的進(jìn)水系統(tǒng)要求可疏通堵塞；對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。

衡陽市UASB厭氧反應(yīng)器

、固、液三相分離裝置

1、三相分離器是UASB反應(yīng)器點和重要置。它同時具兩個功能：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)計要點匯總：

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，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。

對于低濃度污水處理，當(dāng)水力負(fù)荷是限制性時，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。

建筑材料

適當(dāng)?shù)慕ㄖ牧蠈τ赨ASB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被損害。

厭氧反應(yīng)器應(yīng)該盡可能的避免采用金屬材料，即使昂貴的不銹鋼也會受到嚴(yán)重的腐蝕，而油漆或其他涂料僅僅能起到部分保護。一般反應(yīng)器池壁合適的建筑材料是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，即使混凝土也可能受到化學(xué)侵蝕。如果碳酸根和鈣離子的濃度積低于碳酸鈣的溶解度，鈣離子將從混凝土中溶出，造成混凝土結(jié)構(gòu)的剝蝕?；炷两Y(jié)構(gòu)也需要采用在水交界面上下一米采用環(huán)氧樹脂。對一些殊部件可采用非腐蝕性材料，如PVC用做進(jìn)出水管道，三相分離器的一部分或浮渣擋板采用玻璃鋼或不銹鋼。