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(shí)，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(jì)方法。但是，其與其它的厭氧處理工藝一定的共同點(diǎn)，例如，流化床和UASB都三相分離器。而UASB和厭氧濾床對(duì)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(jì)。
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(jì)
1、預(yù)處理設(shè)施
一般預(yù)處理包括粗格柵、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。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。
2、UASB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(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OD5/L。
表1給出不同類型廢水外采用UASB反應(yīng)器處理的負(fù)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?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)行必要的實(shí)驗(yàn)和進(jìn)一步查詢關(guān)的技術(shù)資料。
表1外性UASB裝置的設(shè)計(jì)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表負(fù)荷kgCOD/m3·d(外資料) 負(fù)荷kgCOD/m3·d(資料)
b) 經(jīng)驗(yàn)公式方法
采用同樣經(jīng)驗(yàn)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(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，還沒使它能夠在選擇和設(shè)計(jì)厭氧處理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)化厭氧消化的的選擇。
漳州市UASB厭氧反應(yīng)器
3、UASB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。選擇反應(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(huì)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(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)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，而不影響的。從目前實(shí)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(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(jiǎn)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。
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