漳州市UASB厭氧反應(yīng)器
概述
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)污水中含抑制性物質(zhì)時，如含硫酸鹽的味精廢水在處理上仍一定的難度。在厭氧處理領(lǐng)域較為的是UASB反應(yīng)器，所以本文討論UASB反應(yīng)器的設(shè)計方法。但是，其與其它的厭氧處理工藝一定的共同點，例如，流化床和UASB都三相分離器。而UASB和厭氧濾床對于布水的要求是的，所以結(jié)果也可以作為其他反應(yīng)器設(shè)計。
包含厭氧處理單元的水處理過程一般包括預(yù)處理、厭氧處理(包括沼的收集、處理和利用)、好氧后處理和污泥處理等部分，可以用圖1所示的流程表示。
二、UASB設(shè)計
1、預(yù)處理設(shè)施
一般預(yù)處理包括粗格柵、細格柵或水力篩、沉砂池、調(diào)節(jié)(酸化)池、營養(yǎng)鹽和pH調(diào)控。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)致完失效。
由于厭氧反應(yīng)對水質(zhì)、水量和沖擊負荷較為敏感，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中和。
同時，酸化池或兩相是去除和改變，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：
1) 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。
2、UASB反應(yīng)器體積的設(shè)計
a) 負荷設(shè)計法
采用機負荷(q)或水力停留時間(HRT) 設(shè)計UASB反應(yīng)器是較為主要的方法。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)計算。對某種定廢水，反應(yīng)器的容積負荷一般應(yīng)通過試驗確定。
V = QSo/q (1)
V =KQ.HRT (2)
式中：Q---廢水流量，m3/d；
So---進水機物濃度，gCOD/L或OD5/L。
表1給出不同類型廢水外采用UASB反應(yīng)器處理的負荷數(shù)據(jù)，需要說明的是表中法一一注明采用的預(yù)處理條件和厭氧污泥類型等情況，這些條件對選擇設(shè)計負荷是至關(guān)重要的。下表供設(shè)計人員設(shè)計時參考，選用前必須進行必要的實驗和進一步查詢關(guān)的技術(shù)資料。
表1外性UASB裝置的設(shè)計負荷統(tǒng)計表負荷kgCOD/m3·d(外資料) 負荷kgCOD/m3·d(資料)
b) 經(jīng)驗公式方法
采用同樣經(jīng)驗公式描述不同厭氧處理處理生活污水HRT與去除率(E)之間的關(guān)系，并且對不同反應(yīng)器處理生活污水的數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計，得出了參數(shù)值。
式中：C1 ,C2——反應(yīng)常數(shù)。
c) 動力學(xué)方法
許多者致力于動力學(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)酵過程重要的動力學(xué)常數(shù)。到目前為止，動力學(xué)的，還沒使它能夠在選擇和設(shè)計厭氧處理過程中成為力的工具，通過評價所獲得的實驗結(jié)果的經(jīng)驗方法現(xiàn)在仍是設(shè)計和優(yōu)化厭氧消化的的選擇。
漳州市UASB厭氧反應(yīng)器
3、UASB反應(yīng)器的詳細設(shè)計
1) 反應(yīng)器的體積和高度
采用水力停留時間進行設(shè)計時，體積(V)按公式(1)或(2)計算。選擇反應(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，高流速增加擾動和污泥與進水之間的接觸。但流速過高會引起污泥流失，為保持足夠多的污泥，上升流速不能超過一定的限值，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值低于優(yōu)值，會危害的效率。
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。較的反應(yīng)器高度(深度)一般是在4到6m之間，并且在大多數(shù)情況下這也是較優(yōu)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
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)器進行檢修，而不影響的。從目前實踐看大的單體UASB反應(yīng)器(不是較優(yōu)的)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。
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