UASB反應器的原理

1、硬化原理和薄殼結(jié)構(gòu)原理，通過專用技術和設備將24mm鍍鋅或鍍搪瓷鋼板建造成體積為1002000m 3的考慮整個厭氧系統(tǒng)還應該包括沼氣收集和利用系統(tǒng)。在UASB 反應器中最重要的設備是三相分離器，這一設UASB 反應器的原理升流式厭氧污泥床 （UASB） 反應器是由 Lettinga 在七十年代開發(fā)的。圖 2 是 UASB 反應器及其設備的示意 圖。廢水被盡可能均勻的引入到 UASB 反應器的底部，污水向上通過包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥床。厭 氧反應發(fā)生在廢水與污泥顆粒的接觸過程，反應產(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 沼氣向反應器頂部上升，碰擊到三相分離器氣體發(fā)射板，引起附

2、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，氣體被收集到反應器頂部的三相分離器的集氣室。一些污泥顆粒會經(jīng)過分離器縫（圖 2）。 如果備安裝在反應器的頂部并將反應器分為下部的反應區(qū)和上部的沉淀區(qū)。2、反應器的池體幾何形狀第一個生產(chǎn)性的 UASB 反應器 （200m 3） 和在圣保羅 CETESB 處理生活污水的中試廠 （120m 3）具有特殊的形狀，即上部的 （沉淀池的 ）截面積大于下部反應區(qū)的截面積 （圖 3a） 。較大表面積的沉淀器的水力負荷較低，有利于保持反應器內(nèi)的污泥，對于低濃度污水尤為重要。但是對于高濃度污水，有機負荷比水力負荷更重要，因此沉淀池截面沒有必要設計為較

3、大的表面積（圖 3b） 。但是實際上不論是在建的或已投入運轉(zhuǎn)的大部分生產(chǎn)規(guī)模的 UASB 反應器，在反應器的反應和沉淀部分是等面積的（圖 3c 所示 ） 。建筑直壁的反應器比斜壁的具有較大 （或較小 ）沉淀池的反應器在結(jié)構(gòu)上更加有利。因此，以下僅討論直壁的UASB 反應器。從反應器的形狀有矩形和圓形這兩種反應器，已大量應用于實際中。圓形反應器具有結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定的優(yōu)點，同時對于圓形反應器在同樣的面積下，其周長比正方形的少12% 。所以圓形池子的建造費用比具有相同面積的矩形反應器至少要低 12% 。但是圓形反應器的這一優(yōu)點僅僅在采用單個池子時才成立，所以，單個或小的反應器可以建造成圓形的。當建立兩個或

4、兩個以上反應器時，矩形反應器可以采用共用壁。當建造多個矩形反應器時有其優(yōu)越性。對于采用公共壁的矩形反應器，池型的長寬比對造價也有較大的影響。對于大型UASB 反應器建造多個池子隙進入沉淀區(qū)。 UASB 反應器包括以下幾個部分： 進水和配水系統(tǒng)、反應器的池體和三相分離器的系統(tǒng)是有益的，這可以增加處理系統(tǒng)的適應能力。如果有多個反應池的系統(tǒng)，則可能關閉一個進行維護和 修理，而其他單元的反應器繼續(xù)運行。三、UASB反應器的設備化1、矩形（鋼筋混凝土）結(jié)構(gòu)反應器混凝土結(jié)構(gòu)的 UASB反應器是最為常見的結(jié)構(gòu)和材料型式，但是采用標準化和系列化的設計必須考慮結(jié)構(gòu)的通用性和簡單性，在此基礎上形成的系列化才推廣的

5、價值。池體的標準化主要是根據(jù)三相分離器的尺寸進行布置的，筆者采用的三相分離器的平面尺寸是2X 5m。根據(jù)這一形式布置池體有以下幾種方式（圖4）。圖4中（a）為整個池表面均采用三相分離器的形式，而圖4b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。標準化可以分為單池單個分離器和兩個并列分離器，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。由于三相分離器的尺寸原因，池子的寬度一般以 5m為模數(shù)，長度方向以2m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。如前所述由于反應器的長寬比的范圍涉及到池子的經(jīng)濟性，所以在上述范

6、圍內(nèi)選擇要結(jié)合池子組數(shù)考慮 適當?shù)拈L寬比。池長（m）68101214161820222426單池寬5m150200250300350400450500550600650雙池寬5m3004005006007008009001000 1100 1200 1300池長（m）1012141618202224262830單池寬10m 500600700800900100011001200 1300 *00 1”00（體積單位：m3）表1矩形反應器的平面尺寸和有效體積的選用表格雙池寬 10m 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000注：反

7、應器的有效高度為 5m，一般推薦UASB反應器的高度為46m。表1是根據(jù)上述原則給岀了UASB系列化的一組選擇。從原則上講安排2X 5m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2m為模數(shù)，而長度以 10m為模數(shù)，構(gòu)成4 x 5，4 X 10，6X 5，6 X 10，6 X 15m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5a是采用混凝土反應器的一種可整體安裝的三相分離器設計形式。三相分離器設備固定可以采用牛腿 和工字鋼支撐的兩種形式。需要說明的是由于運行過程中，三相分離器的氣室內(nèi)有一定量的沼氣，所以會形 成

8、比較大的浮力。需要考慮上部的固定措施，固定措施可以借助岀水管和岀氣管，以及其他形式。2、UASB反應器新型結(jié)構(gòu)和材料的開發(fā) 1）德國Farmetic公司的拼裝和 Lipp公司的雙折邊咬口制罐技術(Li PP)國外發(fā)達國家的工業(yè)廢水處理工程大多已采用新設備、新材料和新工藝來設計和建造，如德國利浦公司的雙折邊咬口技術和Farmetic公司的拼裝制罐技術就是其中之一。這些技術應用金屬塑性加工中的加工反應器。具有施工周期短、造價較低、質(zhì)量高等優(yōu)點，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 50% 以上，而且耐腐蝕，不需保養(yǎng)維修，使用壽命要達2

9、0年以上。高質(zhì)量的自動化安裝技術，反應器的的先進性和經(jīng)濟性，表明這些技術是理想的、適宜于中國國情的現(xiàn)代化技術。UASB 反應器由于其反應過程和反應產(chǎn)物均有一定的腐蝕性，其對于材料防腐性能有特殊的要求。采用柔性搪瓷預制鋼板或 Lipp 不銹鋼復合鋼板的防腐形式，能阻止筒體腐蝕。特殊防腐涂層的開發(fā)，解決了鋼制反應器腐蝕問題。同時此項技術由于整體設計合理的罐體結(jié)構(gòu)材料用量大大減少，降低了造價。并將UASB工藝技術設備化，將技術融于設備中，形成技術含量高的一體化設備。a） 拼裝制罐技術拼裝技術采用高新技術制成的罐體材料，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器設備，使污水處理設備的全套

10、裝置達到技術先進、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)不同反應器采用軟性搪瓷或其他防腐形式預制鋼板。預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 6a） ，此種預制鋼板形成的保護層不僅能阻止罐體腐蝕，而且具有抗酸堿的功能。b) Lipp 技術Lipp 罐制作時薄鋼板通過一臺成型機和一臺咬合機，在成型機上薄鋼板上部被折成h 形而下部被折成 n形，在咬合機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 6b） 。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

11、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高，通過復合機械，將鍍鋅卷板與 0.3mm 厚度的不銹鋼薄膜復合在一起，其截面形狀如圖6b 所示。Lipp 制罐技術是一種具有世界先進水平的制罐工藝與技術，但是需要特殊機械。80 年代國內(nèi)糧食系統(tǒng)引進多套加工機械，并且在糧倉上有大量的應用。目前也逐步應用于污水處理。2） 兩種罐體的基礎和配件應用上述兩項技術由于罐體所用材料較少，在基礎承載力計算中幾乎可以不考慮罐體自重對基礎的承壓要求。在基礎底板澆筑時，按所要制作的罐件直徑在底板表面留一條寬150mm ，深 100mm 的預留槽，槽內(nèi)按直徑均勻放

12、置一定數(shù)量的預埋件，反應器制作完成后，放入預留槽內(nèi)，用螺栓將罐體和預埋件固定，然后用膨脹混凝土和瀝青等材料來密封，最后覆細石混凝土保護層（見圖 7a） 。罐體的設計是設備化的一部分工作，可對不同高度和直徑的反應器的結(jié)構(gòu)進行系列設計。這樣整個反應器的設計僅僅是基礎的結(jié)構(gòu)設計，這在結(jié)構(gòu)設計中比較簡單。圖 7b 是基礎圖設計之一，這樣整個反應器池體和基礎的設計就形成了系列化。3、拼裝預制和 Lipp 制罐技術的優(yōu)點和局限性施工時間短，質(zhì)量高是預制拼裝和 Lipp 反應器的優(yōu)點之一。由于機械化加工和施工方式，工作強度大幅減小，施工難度降低，施工質(zhì)量得到保障。雖然在預制加工過程中對材質(zhì)要求較高（如：拼裝

13、結(jié)構(gòu)需要冷扎板和搪燒，Lipp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，但是由于其相等間距的咬合筋（或栓接）的作用，拼裝預制和 Lipp制罐具有相當大的環(huán)拉強度。對于圓形池體，滿足了環(huán)向受壓的要求也就是基本滿足了池體的強度要求。環(huán)向拉力的強度計算過程，對于不同的材料、不同的介質(zhì)以及不同的池容，需要進行計算。計算的過程實際上就是尋求最佳材料厚度的過程。例如，對直徑為10m，總高度6.5m，水力高度為6m的500m 3反應器，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3mm，而罐體上部均選用2mm。從理論上講，罐的壁厚可比2mm小。但是，考慮到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

14、等因素，一般不小于2mm。對于直徑大、高度高的罐體，理論上可選用更厚的鋼板制作。但由于國內(nèi)搪瓷鋼板的規(guī)格和Lipp制罐機械在機械壓緊強度，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4mm。所以，這兩種技術國內(nèi)制作的最大罐體直徑在 3040m。對于特殊的超大超高的罐體，可選用高強度材料。同樣，由于價格成本和池形的限制，拼裝預制和 Lipp制罐不適用對于容積小和直徑小于5m的反應器。從結(jié)構(gòu)上考慮拼裝和Lipp技術不適用于地下池和方形結(jié)構(gòu)池。升流式厭氧污泥床（uasb）反應器的系列化和設備化研究來自：免費論文網(wǎng)四、不同池型結(jié)構(gòu)的技術經(jīng)濟比較UASB反應器的材料，可采用碳鋼、Lipp（或拼裝

15、結(jié)構(gòu)）和混凝土結(jié)構(gòu)。對鋼制結(jié)構(gòu)的反應器需進行保溫處理，鋼池考慮采用現(xiàn)場 48mm厚阻燃型聚苯乙烯泡沫板及彩色防護板保溫和裝飾，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。附屬設備如三相分離器、配水系統(tǒng)、走道、扶手、樓梯暫等不考慮。對以上三種結(jié)構(gòu)型式進行了技術經(jīng)濟比較。三種池的容積均按1250m 3考慮，表2是投資、折舊和施工技術條件的對比表。序號項？目混凝土池（萬元）碳鋼池（萬元）拼裝或復合Lipp罐（萬元）1容積（總）10X20 X7m 15 X 8.0 XS 1015 X 8.0m X5 32重量（噸）-3612.203池體投資費用5628.814.54保溫投資費用

16、無4.04.05池基礎費用無3.02.46內(nèi)防腐費用無4.0無7外防腐費用無2.0無小計5641.820.9經(jīng)常維護費用8年防腐費無4.2（內(nèi)外）無表2不同結(jié)構(gòu)經(jīng)濟技術比較（投資、經(jīng)常維護費用和施工）由上述表格比較可知從一次性投資來看，以拼裝結(jié)構(gòu)和罐的價格最低，而混凝土池最高。但是，鋼化進程的提高，制作成本的降低，拼裝預制和Lipp制罐技術必將得到廣泛的推廣與應用。9設備折舊費1.87（30 年計）4.18（10 年計）0.92（25 年計）10施工周期三個月兩個月 一個月小計1.878.380.92施工要求11施工周期三個月兩個月 一個月12加工技術要求土建，嚴格焊接，較難專業(yè)設備，易13安

17、裝難易程度嚴格一般易14搬遷可能性不可能一般可能15外觀美觀程度低低高Lipp結(jié)構(gòu)和混凝土的投資相差不大，混凝土使用壽命遠遠高于碳鋼結(jié)構(gòu)池體。并且每年的經(jīng)常費用一年就相差較大。從整體比較來看，拼裝結(jié)構(gòu)或Lipp罐從投資上和年經(jīng)常費用上均較低。同時優(yōu)點是安裝方便，施工周期短。目前，我國的 UASB反應器大多以鋼筋混凝土為材料，施工期長，占地面積大，質(zhì)量難以控制，使一些工程因施工質(zhì)量不合格而不能正常運行。有一部分處理工業(yè)廢水的沼氣工程采用鋼板結(jié)構(gòu)，但傳統(tǒng)的焊接方法因 用料多、成本高、易腐蝕等問題而影響推廣應用。國外的實用經(jīng)驗與國內(nèi)的示范工程表明，在污水處理工程中，對于1002000m 3的圓形罐體，拼裝預制和Li