UASB的主要設(shè)計(jì)問題

/UASB的主要設(shè)計(jì)問題黃曉東張存鐸（清華大學(xué)環(huán)境工程系,北京１0００84)(核工業(yè)部第五設(shè)計(jì)研究院)摘要介紹了UAＳＢ的主要結(jié)構(gòu)、外形尺寸和三相分離器等方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及經(jīng)驗(yàn)參數(shù)關(guān)鍵詞ＵＡＳB設(shè)計(jì)ＴhｅＭａinDｅsiｇniｎgPｒoblｅmsofＵＡSBAＢSTＲAＣTＴｈedesignｐrｉnｃiｐｌeanｄpａraｍeterregａrdinｇｔｈemainｓtrｕｃtｕre，dimenｓiｏnandthｒeeｐhａｓｅseparａt(yī)orwasintroｄucedintｈepaper。KｅｙWｏrｄsUAＳBＤesigning．UASB－升流式厭氧污泥床是荷蘭著名教授Lｅttinga于70年代開發(fā)的一種新型高效污水厭氧處理裝置，其特色和優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在顆粒污泥的形成使反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度大幅度提高,水力停留時間因此大大縮短。加上UAＳB內(nèi)設(shè)三相分離器而省去了沉淀池,又不需攪拌設(shè)備和填料，從而使結(jié)構(gòu)也趨于簡單.基于以上優(yōu)點(diǎn),ＵＡSB在國外倍受重視,成為近年來國外發(fā)展最快的一種厭氧處理技術(shù).據(jù)有關(guān)資料介紹,到1991年全世界已有3００座工業(yè)規(guī)模的處理裝置在正常運(yùn)行。近年來國內(nèi)清華大學(xué)等單位也紛紛將其作為重要的研究方向，但生產(chǎn)規(guī)模的UＡSＢ處理裝置還沒有充足的設(shè)計(jì)規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)可供參考。本文將結(jié)合國外資料和已有的研究和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對其設(shè)計(jì)要點(diǎn)予以概述。主要結(jié)構(gòu)和外形尺寸圖１UASＢ的結(jié)構(gòu)簡圖UAＳＢ從總體上分為三個部分：消化區(qū)，過渡區(qū)和沉淀區(qū)（參見圖1)。消化區(qū)由于有顆粒污泥床的存在，是進(jìn)行厭氧反應(yīng)的主要場所,所以又稱反應(yīng)區(qū)。從消化區(qū)底部進(jìn)入反應(yīng)器的污水在顆粒污泥床進(jìn)行充分的混合接觸和反應(yīng)過程中產(chǎn)生沼氣及其它氣體。在消化區(qū)的上部由于氣體的攪動而形成一個污泥濃度較小的懸浮層，即所謂的過渡區(qū)。氣泡帶著污泥和水一起上升進(jìn)入沉淀區(qū)，UASB反應(yīng)器最具特色的部分－三相分離器就設(shè)在這個區(qū)域。上升的氣泡碰到三相分離器下部的折射板會折向板的四周,并穿過水層進(jìn)入氣室.在三相分離器外部的沉淀區(qū)污泥發(fā)生絮凝沉淀并在重力作用下沿三相分離器的外壁下滑回反應(yīng)區(qū)。而經(jīng)泥水分離后的處理出水則從沉淀區(qū)溢流堰上部排出。從荷蘭的Lettingａ教授于19７7年建成世界上第一痤20０m3UASB示范裝置以來，曾出現(xiàn)過三種不同形式的反應(yīng)器（如圖2所示)。但目前一般認(rèn)為上下截面相等的第3種形式總體效果最好。反應(yīng)器體積計(jì)算:V＝QTV—體積Q-流量T－水力停留時間對于熱帶和來熱帶地區(qū)建議采用6小時的水力停留時間。對于氣溫較低的地區(qū)，應(yīng)適當(dāng)延長Ｔ，比如有建議當(dāng)氣溫在1０-１２℃時,T應(yīng)增至１２~１4小時。如果體積超過１0０0ｍ３，則最好將反應(yīng)器分為二座或二座以上,這樣不僅可以節(jié)省投資,同時還可以提高操作彈性,便于故障檢修和維護(hù)。反應(yīng)器高度選擇恰當(dāng)與否對有機(jī)物的去除率有重要影響。液體的上升流速與反應(yīng)器的高度直接有關(guān),在體積一定的情況下，二者成正比。為了保持一定的污泥濃度，上升流速不能太大，而另一方面又必須保持一定的流速以強(qiáng)化污水與顆粒污泥的接觸混合，因此應(yīng)將反應(yīng)器的高度限制在一定范圍內(nèi).考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面的因素,其高度一般取4～6m為宜。根據(jù)亨利定律，反應(yīng)器混合液中二氧化碳的濃度與液面的高度成正比，反應(yīng)器過高會使系統(tǒng)的pH值過低，一方面會降低厭氧的效率，另一方面也增加了對設(shè)備的腐蝕，所以反應(yīng)器的高度一般不應(yīng)超過６～7m.圖２三種不同形式的UＡSＢ如圖3所示,UASB從平面投影來看，有圓形和長方形（包括正方形)二種。圓形柱狀結(jié) 構(gòu)雖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，但與相匹配的環(huán)形三相分離器在加工制造上比較困難一些。通常將小型UＡSB建成圓柱形，而將大型的做成長方形。當(dāng)反應(yīng)器的數(shù)目在二個以上時，建議采用長方形，因?yàn)檫@樣可以彼此共用相鄰的邊墻而節(jié)約材料。對于圓形結(jié)構(gòu)而言，一旦體積和高度確定了，它的直徑及整個外形尺寸也就完全確定了。而對于長方形的UＡSＢ,從經(jīng)濟(jì)角度考慮，長寬比應(yīng)小于4:1。三相分離器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)氣液固三相分離器是UAＳB最重要的組成部分,也是其特色所在。它的作用可以概括為以下二個方面,(1)反應(yīng)器頂部的懸浮污泥在這里發(fā)生沉淀,使出水濁度降低.(2）分離并收集厭氧消化所產(chǎn)生的氣體.三相分離器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括以下幾個方面：器壁與水平面的夾角應(yīng)在４５～60０之間。氣體分離器之間間隙面的面積與反應(yīng)器總表面積之比不小于15％-２０%。氣體分離器的高應(yīng)在1。5~２m。為了防止上升的氣泡進(jìn)入沉淀區(qū),設(shè)在氣體分離下部的折射板與之重疊部分應(yīng)在１0~20cｍ之間。氣體出口管的直徑應(yīng)足夠大,以保證氣體能順利逸出,在可能出現(xiàn)泡沫的情況下更應(yīng)如此.若待處理污水起泡問題比較嚴(yán)重，則應(yīng)在氣體收集罩頂部設(shè)置除泡沫噴嘴。其它問題入流配水裝置為了防止短流和死角，應(yīng)保證配水的均勻性。方法是在反應(yīng)器底部設(shè)置多個進(jìn)水口,其個數(shù)n＝A／a，A是反應(yīng)器的總表面積，a是一個進(jìn)水口的面積。A值可參考表1所列經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取。表1進(jìn)水口面積的確定有機(jī)負(fù)荷ｋgＣＯD/m3.d進(jìn)水口面積/m３20。5-1２—41—２〉4〉2出水收集裝置大部分UASB的出水裝置與重力沉淀池類似。一般采用V型堰排水槽。為了防止懸浮固體的阻塞,影響出水的均勻性，堰的高度應(yīng)不小于２５ｍｍ。Ｖ型堰的個數(shù)按1～2個／m2.污泥排放裝置一般有二種污泥排放方式,一種是通過重力由反應(yīng)器中部排出。根據(jù)水質(zhì)和運(yùn)行情況，也可以考慮在反應(yīng)器底部或三相分離器下約0。５米處設(shè)污泥排放口。為了監(jiān)測各個部位污泥的質(zhì)量，可以高度方向上設(shè)５～6個取樣口.正確選擇排泥口的關(guān)鍵是要將那些活性低的污泥排出，而使活性高的污泥留在反應(yīng)器內(nèi)。由于通常污泥床底部的污泥濃度高，性能好，而上部的則相反，所以最好從污泥床上部排泥.但如果因雜質(zhì)和細(xì)砂在污泥床底部長期累積而降低了底部污泥的活性，則又應(yīng)從底部排泥。所以我們認(rèn)為最好在UASB中設(shè)置上下兩個不同位置的排泥口.設(shè)備材質(zhì)的選擇腐蝕是所有UASB反應(yīng)器遇到一個主要問題，由于有硫化氫等文化館性氣體的產(chǎn)生，反應(yīng)器,特別是其頂部往往會發(fā)生嚴(yán)重的。文化館為了防止或減輕,腐蝕，一方面可以采用不銹鋼或工程塑料等耐腐蝕材料，另一方面