升流式厭氧污泥層反應(yīng)器的設(shè)計(jì)..

1、升流式厭氧污泥層反應(yīng)器的設(shè)計(jì)UASB反應(yīng)器應(yīng)用于生產(chǎn)的歷史尚較短，對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)不多，還不能提出完整的工程設(shè)計(jì) 方法，尚街進(jìn)一步總結(jié)和得高，本節(jié)將根據(jù)現(xiàn)有的有關(guān)資料提出有關(guān)UASB反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方法。UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有下列幾項(xiàng)：首先根據(jù)處理廢水的性質(zhì)選定適宜的池型和確定有效容 積及其主要部位的尺寸，如高、直徑、長(zhǎng)寬比等。其次，設(shè)計(jì)進(jìn)水配水系統(tǒng)、出水系統(tǒng)和三相分離器。 此外，還要考慮排泥和刮渣慮系統(tǒng)。下面分別加以敘述。1、UASB反應(yīng)器容積及主要構(gòu)造尺寸的確定UASB目前反應(yīng)器有效容積(包括沉淀前區(qū)和反應(yīng)區(qū))均采用進(jìn)水容積負(fù)荷法進(jìn)行確定，即：QS0V =0Vv式中：V 反應(yīng)器，有

2、效容積 m3;Q廢水流量，m3/d;So 進(jìn)水有機(jī)物濃度，gCOD/L或gBOD 5/LNV 容積負(fù)荷 kgCODBOD 5/(m3 d)容積負(fù)荷值與反應(yīng)器的溫度、廢水的性質(zhì)和濃度有關(guān)，同時(shí)與反應(yīng)器內(nèi)是否形成顆粒污泥也有很大 關(guān)系。對(duì)某種廢水，反應(yīng)器的容積負(fù)荷一般應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定，如何同類(lèi)型的廢水處理資料，可以作為參 考選用。食品工業(yè)廢水或與其性質(zhì)相似的其他工業(yè)廢水，采用UASB反應(yīng)器處理，在反應(yīng)器內(nèi)往往能夠形成厭氧顆粒污泥，不同反應(yīng)溫度下的進(jìn)水容積負(fù)荷可參考表3 -19- 10所列數(shù)據(jù)確定，COD去除率一般可達(dá)80- 90%。但如果反應(yīng)器內(nèi)不能形成厭氧顆粒污泥，而主要為絮狀污泥、則反應(yīng)器的容積

3、負(fù)荷不可能 很高，因?yàn)樨?fù)荷高絮狀污泥將會(huì)大量流失。所以進(jìn)水容積負(fù)荷一般不超過(guò)5kgCOD/(m 3 d)。表3- 19 10不同溫度的設(shè)計(jì)容積負(fù)荷溫 度(C )設(shè)計(jì)容積負(fù)荷kgCOD/(m 3 d)高溫(50 - 55)20 - 30中溫(30 - 35)10-20常溫(20 - 25)5 - 10低溫(10 - 15)2 - 5反應(yīng)器的有效高度通常應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定?，F(xiàn)行生產(chǎn)性裝置的有效高度常采用4 - 6m。低濃度廢水、水力停留時(shí)間較短，常采用較小的高度，濃度較高的廢水水力停留時(shí)間長(zhǎng)，則常采用較大的反應(yīng)器高度。確定反應(yīng)器有效高度后，就可以求定反應(yīng)器的總水平面積，進(jìn)而確定直徑和長(zhǎng)寬比。為了運(yùn)行的

4、靈 活性，同時(shí)考慮維修的可能，一般設(shè)二座或二座以上反應(yīng)器。由于反應(yīng)器的水平面積一般與三相分離器的沉淀面積相同，所以確定的水平面積必須用沉淀區(qū)的表 面負(fù)荷來(lái)校核，如不適合，則必須改變反應(yīng)器的高度或加大三相分離器沉淀區(qū)的面積。2、進(jìn)水配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)水配水系統(tǒng)兼有配水和水力攪拌的功能、所以必須滿足以下各項(xiàng)要求： 進(jìn)水必須在反應(yīng)器底部均勻分配，確保各單位面積的進(jìn)水量基本相同，以防止短路或表面負(fù)荷不 均勻等現(xiàn)象發(fā)生。 應(yīng)滿足污泥床水力攪拌的需要，要同時(shí)考慮水力攪拌與產(chǎn)生的沼氣攪拌，慪達(dá)到完全混合的效果， 確保進(jìn)水有機(jī)物與污泥迅速混合，防止局部產(chǎn)生酸化現(xiàn)象。UASB反應(yīng)器進(jìn)配水系統(tǒng)有多種形式，但多屬專(zhuān)利

5、，具體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)未公開(kāi)，配水系統(tǒng)的形式有以下 幾種：(1) 樹(shù)枝管式配水系統(tǒng)如圖3- 19-25所示，為了配水均勻一般采用對(duì)稱(chēng)布置，各支管出水口向下距池底約20cm，位于所服務(wù)面積的中心。管口對(duì)準(zhǔn)的池底所設(shè)的反射錐體，使射流向四周散開(kāi)，均布于池底，一般出水口直徑 采用15-20mm，每個(gè)出水口服務(wù)面積為2 - 4m2。這種形式的配水系統(tǒng)的特點(diǎn)是比較簡(jiǎn)單，只要施工安裝正確，配水能夠基本達(dá)到均勻分布的要求。圖 3-19-25 樹(shù)枝管式配水系統(tǒng)圖 3-19-25 空孔管配水系統(tǒng)(2) 穿孔管配水系統(tǒng)如圖3- 19-26所示。為了配水均勻，配水管中心距可采用1.0-2.0m，出水孔距也可采用 1.0-2

6、.0m ,孔徑一般為10-20mm，常采用15mm，孔口向下或與垂線呈 45方向，每個(gè)出水孔服務(wù)面積一般為2-4m2。配水管的直徑最好不小于100mm，配水管中心距池底一般為20- 25cm。為了使穿孔管各孔出水均勻，要求出水流速不小于 2m/s，使出水孔阻力損失大于空孔管的沿程阻力損失，為了增大出水孔的流速，可采 用脈沖間歇進(jìn)水。(3) 多點(diǎn)多管配水系統(tǒng)如圖 3-19-17 所示。此種配水系統(tǒng)的特點(diǎn)是一根配水管只服務(wù)一個(gè)配水點(diǎn)，配水管根數(shù)與配水點(diǎn) 數(shù)相同。只要保證每根配水管流量相等，則即可達(dá)到每個(gè)配水點(diǎn)流量相等的要求。一般多采用配水渠道 通過(guò)三角堰把廢水均勻流入配水管的方式。也有在反應(yīng)器不同

7、高度設(shè)置配水管和配水點(diǎn)。國(guó)外有些專(zhuān)利 采用脈沖配水器，每根管是間歇進(jìn)水的，但整個(gè)反應(yīng)器是連續(xù)進(jìn)水的。圖 3-19-17 多點(diǎn)多管配水系統(tǒng)配水系統(tǒng)的形式確定后，就可進(jìn)行管道布置、計(jì)算管徑和水頭損失，根據(jù)水頭損失和反應(yīng)器(或配水渠)水面主調(diào)節(jié)池 (或集水池 )水面高程差計(jì)算進(jìn)水水泵所需的揚(yáng)程，可以選擇合適的水泵。3、三相分離器設(shè)計(jì)( 1 )三相分離器的基本構(gòu)造 三相分離器的型式是多種多樣的，但其三項(xiàng)主要功能均為：氣液分離、固液分離和污泥回流三個(gè)功 能：主要組成部分為氣封、沉淀區(qū)和回流縫。圖3 - 1 9 - 28所示為三相分離器的基本構(gòu)造形式。圖 3-19-28 三相分離器的基本構(gòu)造圖3- 19-

8、28中的a式構(gòu)造簡(jiǎn)單，但泥水分離的情況不佳，在回流縫同時(shí)存在上升和下降兩股流體， 相互干擾，污泥回流不通暢。 c 式也存在類(lèi)似情況。 b 式的構(gòu)造較為復(fù)雜，但污泥回流和水流上升互不干 擾，污泥回流通暢，泥水分離效果較好，氣體分離效果也較好。(2) 三相分離器的布置形式三相分離器有多種多樣的布置形式， 下面將列出常用的幾種形式 于容積較大的 UASB 反應(yīng)器， 往 往有若干個(gè)連續(xù)安裝的三相分離器系統(tǒng)，如圖3-19-29所示。(3) 三相分離器的設(shè)計(jì)方法三相分離器的設(shè)計(jì)可分為三個(gè)內(nèi)容：沉淀區(qū)設(shè)計(jì)、回流縫設(shè)計(jì)和氣液分離設(shè)計(jì)。本節(jié)將以圖3-19-28c為例來(lái)說(shuō)明設(shè)計(jì)計(jì)算方法。圖3- 19 -30為三相

9、分離器設(shè)計(jì)計(jì)算斷面的幾何關(guān)系圖。圖 3- 19- 30 三相分離器的布置形式沉淀區(qū)設(shè)計(jì)：三相分離器沉淀區(qū)的設(shè)計(jì)方法與普通二次沉淀池的設(shè)計(jì)相似，主要考慮兩項(xiàng)因素， 即沉淀面積和水深。沉淀區(qū)的面積根據(jù)廢水量和沉淀區(qū)的表面負(fù)荷確定，由于在沉淀區(qū)的厭氧污泥與水 中殘余的有機(jī)物尚能產(chǎn)生生化反應(yīng)，有少量的沼氣產(chǎn)生，對(duì)固液分離有一定的干擾。這種情況在處理高 濃度有機(jī)廢水時(shí)可能更為明顯，所以建議表面負(fù)荷一般應(yīng)v1.0m3/(m2h)。圖3- 19-29c形式三相分離器集氣罩 (氣室 ) 上的復(fù)蓋水深可采用 0.5-1.0m, 集氣罩斜面的坡度應(yīng)采用55- 60，沉淀區(qū)斜面 (或斗)的高度建議采用 0.5 1.

10、0m。不論何種形式三相分離器，其沉淀區(qū)的總水深應(yīng)1.5m，并保證在沉淀區(qū)的停留時(shí)間介于1.5 - 2.0h。如能滿足上述條件，則可取得良好的固液分離效果?；亓骺p設(shè)計(jì)：由圖 3 19 30可知，三相分離器由上、 圖319 29所示的幾何關(guān)系可得：b1=h3/tg 0F二組重疊的三角形集氣罩所組成，根據(jù)式中:16 下三角形集氣罩底的寬度，m;20 -下三角形集氣罩斜面的水平夾角，一般可采用 h3 下三角形集氣罩的垂直高，b2=b-2b1b2 相鄰二個(gè)下三角形集氣罩之間的水平距離，55 60;式中：-單元三相分離器的寬度，下三角形集氣罩之間的污泥回流縫中混合液的上升流速Q(mào)V1 =S1:V1-回流縫中

11、混合液上升流速，m/h ;Q 反應(yīng)器設(shè)計(jì)廢水流量，m3/h;S1 下三角形集氣罩回流縫的總面積，m2,其值可用下式表示：S1 = b2x l x n:I 反應(yīng)器的寬度，即三相分離器的長(zhǎng)度，n 反應(yīng)器的三相分離器單元數(shù)。為了使回流縫的水流穩(wěn)定，污泥能順利地回流，建議流速上三角形集氣罩與下三角形集氣罩斜面之間回流縫的流速V2 = q/s2式中：S2 上三角形集氣罩回流縫的面積，S2= cx l x 2n式中：c上三角形集氣罩回流縫的寬度，CE,建議 CE0.2m。為了使回流縫和沉淀區(qū)的水流穩(wěn)定，確保良好的固液分離效果和污泥的順利回流，要求滿足下列條 件：m，即污泥的回流縫之一;m。(Vi )可用下

12、式計(jì)算:式中:式中:m；vi2m/h。(V2)可用下式計(jì)算:m2，可用下式表示:m,即為圖3-19-30中的c點(diǎn)至AB斜面的垂直距離v 2 v 12.0m/h氣液分離設(shè)計(jì)：由圖 3 19 30可知，欲達(dá)到氣液分離目的，上下二組三角形集氣罩的斜邊 必須重疊，重疊的水平距離 (AB的水平投影)越大，氣體分離效果越好，去除氣泡的直徑越小，對(duì)沉淀固 液分離效果的影響越小。所以，重疊量的大小是決定氣液分離效果好壞的關(guān)鍵。由圖3 19 30可知，由反應(yīng)區(qū)上升的水流從下三角形集氣罩回流縫過(guò)渡到上三角形集氣罩回流縫 再進(jìn)入沉淀區(qū)，其水流狀態(tài)比較復(fù)雜。當(dāng)混合液上升A點(diǎn)后將沿著AB方向斜面流動(dòng)，并設(shè)流速時(shí)假定A點(diǎn)

13、的氣泡以速度v b垂直上升，所以氣泡的運(yùn)動(dòng)軌跡將沿著 v a和v b合成速度的方向運(yùn)動(dòng)， 速度合成的平行加邊形法則，則有：二 _ ADBCa ABAB要使氣泡分離后進(jìn)入沉淀區(qū)的必要條件是：二 AD Va AB氣泡上升速度(v b)與其直徑、水溫、液體和氣體的密度、廢水的粘滯系數(shù)等因素有關(guān)。當(dāng)氣泡的直 徑很小(d0.1mm)時(shí)，在氣泡周?chē)乃鞒蕦恿鳡顟B(tài)，Re1，這時(shí)氣泡的上升速度可用斯篤克斯分式計(jì)算。即：是：-AB制j2式中 V b氣泡上升速度，cm/s;a，同根據(jù)(Stokes)d氣泡直徑，cm;p i廢水密度，g/cm3；p g沼氣密度，g/cm3；g重力加速度，cm/s2；廢水的動(dòng)力粘滯

14、系數(shù)，g/(cm s)；= V P 1v 廢水的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)，cm?/s; 碰撞系數(shù)，可取-.95。4. 出水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出水的均勻排除也是保證反應(yīng)器均勻穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，尤其對(duì)固液分離的影響較大。UASB反應(yīng)器的出水槽布置與三相分離器沉淀區(qū)設(shè)計(jì)有關(guān)，通常每個(gè)單元三相分離器設(shè)一個(gè)出水槽，常用的兩種布置 形式，如圖3 - 19-31(a)所示。出水槽寬度常采用20cm，深度則計(jì)算確定。圖3- 19-31(b)所示出槽的特點(diǎn)是出水槽與三相分離器集氣罩成一整體，有助于實(shí)現(xiàn)裝配化，簡(jiǎn)化 加工和安裝過(guò)程。當(dāng)UASB反應(yīng)器為封閉式時(shí)，總出水管必須通過(guò)一個(gè)水封，以防漏氣和確保厭氧條件。當(dāng)處理的廢水中含有蛋白質(zhì)和

15、脂肪或含有大量懸浮固體時(shí)，出水一般也挾帶有大量懸浮固體或漂浮 污泥，為了減少出水懸浮固體量，在出水槽前設(shè)置擋板，這樣可減少出水中懸浮固體數(shù)量，有利于提高 出水水質(zhì)。5. 浮渣清除系統(tǒng)設(shè)計(jì)在處理含蛋白質(zhì)或脂肪較高的工業(yè)廢水時(shí)，這些化合物的存在會(huì)促進(jìn)泡沫的產(chǎn)生和污泥的漂浮，在 集氣室和反應(yīng)器的液面可能形成一層很厚的浮渣層，對(duì)正常運(yùn)行會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，如阻礙沼氣的順利釋 放，或堵塞出氣管，導(dǎo)致部分沼氣從沉淀區(qū)逸出，干擾了沉淀區(qū)的沉淀效果，為了清除浮渣層，必須設(shè) 置專(zhuān)門(mén)的清除設(shè)備或采取預(yù)防措施。在沉淀區(qū)液面產(chǎn)生的浮渣層，可用刮渣機(jī)清除，它們的構(gòu)造與沉淀池和氣浮池的刮渣機(jī)相同。在氣室形成的浮，渣難于清除，

16、可用定期進(jìn)行循環(huán)水或沼氣反沖等方法減少或去除。這時(shí)必須設(shè)置 沖洗管和循環(huán)水泵(或氣泵)。6. 排泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)UASB反應(yīng)器污泥床區(qū)均勻排泥也是使反應(yīng)器正常工作的重要因素，因?yàn)榇笮头磻?yīng)器一般都不設(shè)污 泥斗，池底面積又較大，所以不宜集中在一點(diǎn)排泥，否則污泥床區(qū)的污泥分布不均勻，在排泥口附近的 污泥濃度會(huì)大大降低，從而影響該處出水的處理效果，因此必須進(jìn)行均勻的多點(diǎn)排泥。排泥點(diǎn)設(shè)多少合 適，尚有待于在實(shí)踐中總結(jié)，建議每10m2設(shè)一個(gè)排泥口。當(dāng)采用穿孔管配水系統(tǒng)時(shí)，同時(shí)肥穿孔管兼作1排泥管是較為適宜的。專(zhuān)設(shè)排泥管管徑一般不小于200mm，以防堵塞。為了運(yùn)行方便，可在反應(yīng)器高-2處或三相分離器下 0.5m處

17、再設(shè)一個(gè)排泥口。沿反應(yīng)器高度均勻地設(shè)5-6個(gè)污泥取樣管。7. 其他設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問(wèn)題UASB反應(yīng)器加熱和保溫的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法可參閱本章19.2節(jié)消化池設(shè)計(jì)的的有關(guān)部分。UASB反應(yīng)器沼氣的收集、貯存和利用的設(shè)計(jì)計(jì)算也可參閱本章19.2節(jié)有關(guān)部分。UASB反應(yīng)器的各部分應(yīng)采取相應(yīng)的防腐措施，以延長(zhǎng)反應(yīng)器的使用壽命。一3一例某工業(yè)廢水的流量為2600m /d,廢水的 COD為2200mg/L , SS為700 mg/L , pH6 7,水溫為20- 25C，要求處理后 COD 500 mg/L , SS 500 mg/L。試采用UASB反應(yīng)器處理并進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。解經(jīng)過(guò)類(lèi)比調(diào)查，已知在常溫條件下 UA

18、SB反應(yīng)器的進(jìn)水容積負(fù)荷為 6.0kgCOD/(m 3 d), COD和SS 的去除率分別為85 %和70 % ,沼氣產(chǎn)率為0.4m3(沼氣)/kgCOD(去除)。污泥的表現(xiàn)產(chǎn)率為 0.05kgVSS/kgCOD(去除)、VSS/SS = 0.8, UASB 的有效高度為 4.6m。(1) 處理后出水水質(zhì)計(jì)算 出水COD濃度為：2200 x (1 0.85) = 330mg/L( 500mg/L)出水SS濃度為：700 x (1 0.70)=210 mg/L( 500mg/L)當(dāng)采用UASB反應(yīng)器處理，COD和SS兩項(xiàng)指標(biāo)均勻可滿足排入城市排水系統(tǒng)的要求。(2) UASB反應(yīng)器有效容積及主要部

19、位尺寸的確定：根據(jù)(3.19.48)式，UASB反應(yīng)器的有效容積為：2600 226.0二 953m3考慮檢修時(shí)不至于全部停產(chǎn)，采用2座UASB反應(yīng)器,33953 - 2 = 476.5m 477m每個(gè)反應(yīng)器容積為:已知反應(yīng)器高定為 4.6m，則單個(gè)反應(yīng)器的平面面積為:477 - 4.6 = 103.6 m2 104 m2反應(yīng)器寬采用7.2m，反應(yīng)器長(zhǎng)為：104 十 7.2 14.4mUASB反應(yīng)器構(gòu)造的確定經(jīng)計(jì)算后，設(shè)計(jì)的 UASB反應(yīng)器的構(gòu)造示之于例圖1。例圖1 UASB反應(yīng)器構(gòu)造示意圖(4)三相分離器設(shè)計(jì)三相分離器沉淀區(qū)的沉淀面積即為反應(yīng)器的水平面積，則沉淀區(qū)的表面負(fù)荷率為:-104 =

20、 0.52m3/(m2 h)2241.0 m3/(m2 h)根據(jù)圖3 19 28和3 19 30設(shè)上、下三角形集氣罩斜面水平夾角為55,取保護(hù)高度h1h2= 0.5m , h3= 1.2m，則:b1=h3/tg55 =1.2/1.428=0.84m0.5m,b2=2.4-2 x b1=0.72m下三角形集氣罩之間縫隙(b2 )中的上升流速(V 1)的計(jì)算:根據(jù)(3.19.52)式，縫隙總面積(S1)為：2S1 = b2x L x n=0.72 x 7.2 x 6=31.1m1=108.3231.1=1.74m/h(2m/h)上三角形集氣罩回流縫中的流速(V 2)(= V a)的計(jì)算：設(shè)上三角形

21、集氣罩回流縫的寬度c= 0.42m，根據(jù)(3.19.54)式縫隙總面積(S2)為:S2= ex L x n=0.42 x 7.2 x 12=36.29m2108.3v 2= v a=1.49m/h2 x 36.29符合 V 2( V a) V 1a(5)進(jìn)水配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 采用穿孔管配水，每個(gè)反應(yīng)器設(shè)徑為15mm，孔距為1.8m，每個(gè)孔的服務(wù)面積為1.8 x 1.8=3.24m2。孔口向下，穿孔管中心距0.275m。每個(gè)反應(yīng)器共有 32個(gè)出水孔，采用連續(xù)進(jìn)水，每個(gè)孔的流速為2.66m/s。水力計(jì)算略。(6)出水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用鋸齒形出水槽，槽寬0.2m，槽高0.2m。每個(gè)上三角形集氣罩頂上設(shè)一條

22、出水槽，每個(gè)反應(yīng)器共設(shè)6條出水槽，基本可保持出水均勻。則可以滿足可以脫除直徑等于或大于0.01cm的氣泡。8根d150mm、長(zhǎng)7.2m的穿孔管，穿孔管中心間距1.8 x 1.8=3.24m21.80m，配水孔 反應(yīng)器底=0.266cm/s=9.58m/h(7) 排泥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1計(jì)劃把配水穿孔管同時(shí)作為排泥管用，可達(dá)到排泥均勻的要求，同時(shí)可在反應(yīng)器的一側(cè)底部及池高一2處另設(shè)排泥管，用作輔助排泥。(8) 沼氣產(chǎn)量計(jì)算每日的沼氣產(chǎn)量為：32600x 2.2x 0.85 x 0.4=1944.8m (沼氣)/d(9) 產(chǎn)泥量計(jì)算每日理論產(chǎn)泥量為：2600x 2.2x 0.85x 0.05=243.1k

23、gVSS/d243.1- 0.8=303.9kgVSS/d三、升流式厭氧污泥層反應(yīng)器應(yīng)用實(shí)例1973年至1977年，在瓦根寧根(Wageningen)農(nóng)業(yè)大學(xué)和德勒夫(Delft)大學(xué)的幫助下，荷蘭CSM甜菜 糖業(yè)公司先后進(jìn)行了容積為 6m3、30m3和200m3的半生產(chǎn)性和生產(chǎn)性裝置的試驗(yàn)。 在中溫(35 C左右)條件 下，6m3裝置的容積負(fù)荷達(dá)到了 36kgCOD/(m 3 d)，生產(chǎn)性裝置達(dá)到了 kgCOD/(m 3 d), COD去除率為70- 90%。其后，原聯(lián)邦德國(guó)、比利時(shí)和美國(guó)等國(guó)的學(xué)者用UASB裝置進(jìn)行了處理土豆淀粉加工廢水、屠宰廢水、罐頭加工廢水、甲醇廢水、糖蜜廢水、酒精廢水

24、等各種規(guī)模的試驗(yàn)，均取得了較好的處理效果。至U 1990年9月，國(guó)外已有205座UASB的生產(chǎn)性裝置投入運(yùn)行。最近有些國(guó)家已把UASB反應(yīng)器成功地應(yīng)用于處理城市廢水。表3-19 11列舉出國(guó)外部分 UASB反應(yīng)器的應(yīng)用情況。國(guó)內(nèi)對(duì)UASB反應(yīng)器的研究起步于 1981年。許多單位先后進(jìn)行了用UASB反應(yīng)器處理多種有機(jī)廢水的試驗(yàn)研究，目前已建成并已投產(chǎn)運(yùn)行了一批半生產(chǎn)性和生產(chǎn)性UASB反應(yīng)器。表3 19 12所列舉的即為其所取得的數(shù)據(jù)。廢水類(lèi)型使用國(guó)家裝置數(shù)設(shè)計(jì)負(fù)荷3kgCOD/(m d)反應(yīng)器體積(m3)溫度(C)荷蘭712.5-17200-170030-35甜菜制糖原聯(lián)邦德國(guó)29.122300

25、,150030-35奧地利18304030-35荷蘭85-11240-150030-35土豆加工美國(guó)16220030-35瑞士18.560030-35土豆淀粉荷蘭210.3,10.91700,550030-35美國(guó)111.1180030-35玉米淀粉荷蘭110-1290030-35荷蘭16.550030-35小麥淀粉愛(ài)爾蘭19220030-35澳大利亞19.3420030-35大麥淀粉芬蘭1842030-35酒精荷蘭11670030-35原聯(lián)邦德國(guó)19230030-35美國(guó)17.00210030-35美國(guó)210.8,10.35000,180030-35酵母沙特阿拉伯110.595030-35荷

26、蘭15-10140023啤酒美國(guó)114460030-35美國(guó)15.7150020屠宰荷蘭13-560024牛奶加拿大16-845024荷蘭28-101000,74024造紙荷蘭1874020荷蘭15-6220025蔬菜罐頭荷蘭11037530-35美國(guó)11150030-35白酒泰國(guó)115300030-35城市廢水印度12.31200常溫哥倫比亞126600常溫表3- 19- 12我國(guó)部分半生產(chǎn)及生產(chǎn)性 UASB反應(yīng)器運(yùn)行數(shù)據(jù)廢水種類(lèi)溫度(C )反應(yīng)器容積(m3)COD容積負(fù)荷3kg/(m d)進(jìn)水COD(mg/L)COD去除率(%)研究或應(yīng)用 單位味精廢水30 - 324.65.5121508

27、8.5中科院廣州能源所酒精過(guò)濾液?jiǎn)J溫2422.3900-280091北京環(huán)保院、山東酒精總廠溶劑廢醪525314.81987088無(wú)錫環(huán)保監(jiān)測(cè)所無(wú)錫溶劑總廠檸檬酸廢水35620.320000-3600090常州市環(huán)境工程設(shè)計(jì)研 究所釀造廢水常溫64.84.22000-600082.4北京環(huán)保所丙丁廢醪352006-82500090華北制藥廠啤酒廢水常溫6.79-132000-300085清華大學(xué)、北京啤酒廠檸檬酸、慶 大霉素、螺旋 霉素384X 20011.752345091.2無(wú)錫第二制藥廠混合廢水 啤酒廢水常溫8X 2405-71500-300085北京啤酒廠、清華大學(xué) 19.5 厭氧生物

28、濾池一、厭氧生物濾池的工藝特征厭氧生物濾池是裝填有濾料的厭氧生物反應(yīng)器，在濾料表面有以生物膜形態(tài)生長(zhǎng)的微生物群體，在 濾料的空隙中則截留了大量懸浮生長(zhǎng)的微生物，廢水通過(guò)濾料層時(shí)，有機(jī)物被截留，吸附及代謝分解， 最后在到穩(wěn)定化。厭氧生物濾池創(chuàng)建于二十世紀(jì)60年代末期，是公認(rèn)的早期的高效厭氧生物反應(yīng)器。1972的以來(lái)，一批生產(chǎn)性的厭氧生物濾池投入了運(yùn)行，處理廢水的COD濃度在300 85000mg/L的范圍內(nèi)，處理效果良好，運(yùn)行管理方便。厭氧生物濾池具有以下主要工藝特征1、濾料濾料是厭氧生物濾池的主體，其主要作用是提供微生物附著生長(zhǎng)的表面及懸浮生長(zhǎng)的空間，理想的 濾料應(yīng)具備下列條件： 比表面積大，

29、以利于增加厭氧生物濾池中生物固體的總量； 空隙率高，以截留并保持大量的懸浮生長(zhǎng)的微生物，并防止厭氧生物濾池被堵塞； 利于生物膜附著生長(zhǎng)，如表面粗糙的濾料就比表面光滑的濾料為佳； 具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，不易破損或流失； 化學(xué)和生物學(xué)穩(wěn)定性好，不易受廢水中化學(xué)物質(zhì)的侵蝕和微生物的分解破壞，也無(wú)有害物質(zhì)溶出， 使用壽命較長(zhǎng)； 質(zhì)輕，使厭氧生物濾池的結(jié)構(gòu)荷載較小； 價(jià)廉易得，以利于降低厭氧生物濾池的基建投資。曾被人采用或試驗(yàn)研究過(guò)的濾料種類(lèi)多，所得出的結(jié)論也不盡相同。有人認(rèn)為，由于厭氧生物濾池中截留的懸浮生長(zhǎng)的生物體比濾料表面的生物膜在凈化廢水中起的作用更大，因此濾料的比表面積(單位體積濾料所具有的面積

30、)不如濾料的空隙率重要，而且濾料應(yīng)具有截留生物體并防止其流失的特性。有人 提出最重要的濾料特性是其表面的粗糙度、總的空隙度和孔隙大小。有人在對(duì)粘土、珊瑚、貝殼、塑料 等四種濾料進(jìn)行比較試驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)，粘土制成的濾料取得的效果最好，并認(rèn)為其原因是粘土中含有 的某些無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物具有刺激產(chǎn)甲烷菌活性的作用。在生產(chǎn)及試驗(yàn)研究中最常用的濾料有以下幾類(lèi)：(1) 實(shí)心塊狀濾料如直徑為30 45mm的碎石、礫石等，此類(lèi)濾料價(jià)格低、貨源足，其缺點(diǎn)是比重大，比表面積和空 隙率均低。一般其比表面積僅為40 50m2/m3，空隙率僅為 50 60%。因此，采用實(shí)心塊狀濾料的厭氧生物濾池生物固體濃度低，使其有機(jī)負(fù)荷受到

31、限制，僅為3 6kgCOD/(m 3 d)，而且此類(lèi)濾池在運(yùn)行中易發(fā)生局部濾層被堵塞，以及隨之而生的短流現(xiàn)象，使運(yùn)行效果受到不利影響。(2) 空心塊狀濾料此類(lèi)濾料多用塑料制成，呈圓柱形或球形，內(nèi)部則有不同形狀不同大小的空隙。顯然，其比表面積 的空隙率都比實(shí)心塊狀濾料大大增加，因此可以提高厭氧生物濾池的生物固體量和相應(yīng)的處理能力，也 可減少濾料層的堵塞現(xiàn)象。圖3 19 32a所示為90mm直徑的波爾環(huán)，是一種較常用的空心塊狀濾料。(3) 管流型濾料包括塑料波紋板(如圖3 19 32b所示)和蜂窩填料因形成了管道水流而得名，其比表面積可達(dá)100200m2/m3，為實(shí)心塊狀濾料的 2 5倍，其孔隙率

32、右達(dá) 80 90%，為實(shí)心塊狀濾料的1.5倍左右，因此采用此類(lèi)濾料可以獲得較高的生物固體濃度，使厭氧生物濾池的有機(jī)負(fù)荷達(dá)5 15kgCOD/(m 3 d)。此類(lèi) 濾料質(zhì)輕、穩(wěn)定性，濾池運(yùn)行時(shí)不易被堵塞。但目前我國(guó)塑料制品價(jià)格尚較昂貴，采用此類(lèi)濾料將提高 厭氧生物濾池的基建費(fèi)用。a.空心塊狀濾料（波爾環(huán)）b.管流型濾料（塑料波紋板）c.交叉流型濾料圖 3 1932 厭氧生物濾池的幾種濾料（4）交叉流型濾料如圖 3 19 32c 所示。由圖可見(jiàn)這是由不同傾斜方向的波紋板或蜂窩管所組成的填料、當(dāng)水流經(jīng)過(guò) 此類(lèi)濾料所構(gòu)成的濾層時(shí)，水流方向呈交叉形 （或稱(chēng)折流形 ）。填料板 （或管 ）的傾斜角一般為 6

33、0。此類(lèi)濾 料的比表面積和孔隙率與管流形濾料相類(lèi)似，但實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)二者比表面積相等時(shí)，采用交叉流型濾料 的厭氧生物濾池的 COD 去除率比采用管流型濾料的厭氧生物濾池為高， 其原因： 一是交叉流型濾料可以 使濾料層孔隙內(nèi)的水流分布得更均勻， 因此使廢水中有機(jī)物與生物膜中活性生物體的混合和接觸更充分； 二是在同樣面積的濾料表面上，交叉流型濾料可以保持更多的生物固體量，而管流型濾料則會(huì)由于水流 的沖刷而造成生物固體的脫落，實(shí)驗(yàn)還表明，交叉流型濾料厭氧生物濾池的式作特性要比采用空心塊狀 濾料的厭氧生物池為佳。因此，交叉流型濾料正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。（5）纖維濾料如圖 3 1933 所示，包括軟性尼

34、龍纖維濾料、半軟性聚乙烯、彈性聚苯乙烯濾料等。此類(lèi)濾料的 主要特性是纖維細(xì)而長(zhǎng)，因此，比表面積和孔隙率均大。當(dāng)廢水流經(jīng)濾池時(shí)，纖維隨水浮動(dòng)或飄起，使 其上的生物膜與廢水接觸情況良好，可提高有機(jī)物的傳質(zhì)效率。由于水流的剪切作用，還可使濾料表面 的生物膜不致過(guò)厚，保持較高的生物活性和良好的傳質(zhì)條件。只是采用軟性纖維填料時(shí)，易產(chǎn)生生物膜 結(jié)團(tuán)的現(xiàn)象，使生物膜的有效面積減小，傳質(zhì)條件變差。纖維填料的厭氧生物濾池一般不易堵塞，填料 價(jià)格也比上述幾種塑料填料為低，目前在我國(guó)應(yīng)用較普遍。a.軟性濾料b.半軟性濾料c.彈性濾料圖 31933 纖維濾料2. 構(gòu)造特征 厭氧生物濾可按其中水流的方向，分為升流式厭氧

35、生物濾池和降流式厭氧生物濾池兩大類(lèi)，近年來(lái) 又出現(xiàn)了一種升流式混合型厭氧反應(yīng)器，實(shí)際上是厭氧生物濾池的一種變型。這三種不同類(lèi)型的厭氧生 物濾池如圖 31934 所示。a.升流式b.降流式c.升流式混合型圖 319 34 幾種厭氧生物濾池由圖可見(jiàn)，厭氧生物濾池中濾料外，還應(yīng)設(shè)布水系統(tǒng)和沼氣收集系統(tǒng)。布水系統(tǒng)的作用是將進(jìn)水均 勻地分布于全池，同時(shí)也應(yīng)考慮到布水系統(tǒng)的孔口大小及流速是否足以防止其被堵塞。為了保證良好的 厭氧環(huán)境并盡可能多地收集沼氣，厭氧生物濾池多為封閉形，其中廢水水位高于濾料層，使濾料處于淹 沒(méi)狀態(tài)。沼氣收集系統(tǒng)上應(yīng)設(shè)水封、氣體流量計(jì)及安全火炬，沼氣應(yīng)盡可能地利用為能源或熱源。升流式

36、厭氧生物濾池的布水系統(tǒng)設(shè)于池底，廢水由布水系統(tǒng)引入濾池后均勻地向上流動(dòng)，通過(guò)濾料 層與其上的生物膜接觸，凈化后的出水從池頂部引出池外，池頂部還設(shè)有沼氣收集管。目前正在運(yùn)行的 大多數(shù)厭氧生物濾池都是升流式厭氧濾池，平面形狀呈圓形，直徑為6- 26m，高度為3- 13m。降流式厭氧生物濾池的水流方向正相反，其布水系統(tǒng)設(shè)于濾料層上部，出水排放系統(tǒng)則設(shè)于濾池底 部，其沼氣收集系統(tǒng)則與升流式厭氧生物濾池?zé)o異。升流式混合型厭氧反應(yīng)器的特點(diǎn)是減小了濾料層的厚度，在池底布水系統(tǒng)與濾料層之間留出了一定的空間，以便懸浮狀態(tài)的顆粒污泥能在其中長(zhǎng)、累積。當(dāng)進(jìn)水依次通過(guò)懸浮的顆粒污泥層及濾料層時(shí)，其中有機(jī)物將與顆粒污泥

37、及生物膜上的微生物接觸并得到穩(wěn)定。試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果均表明，這種結(jié)合了升流 式厭氧污泥床及升流式厭氧生物濾池特點(diǎn)的升流式混合型厭氧反應(yīng)器具有以下優(yōu)點(diǎn)： 與升流式厭氧生物濾池相比，減小了濾料層的高度，與升流式厭氧污泥床相比，可不設(shè)三相分離 器因此可節(jié)省基建費(fèi)用； 可增加反應(yīng)器中總的生物固體量，并減少濾池被堵塞的可能性。升流式混合型厭氧反應(yīng)器中濾料層高度與濾池總高度之比，以采用2/3 為宜。3. 運(yùn)行特征厭氧生物濾池中生物膜的厚度約1-4mm,生物固體濃度沿濾料層高度而變化。升流式厭氧生物濾池底部的生物固體濃度可達(dá)其頂部生物固體濃度的幾十倍，因此底部濾料層易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。降流式厭氧 生物濾池中向下的水流

38、有利于避免濾層的堵塞，其中生物固體濃度的分布比較均勻。厭氧生物濾池適用于不同類(lèi)型，不同濃度的有機(jī)廢水，其有機(jī)負(fù)荷一般為0.2kgCOD/（m 3 d）-16kgC0D/（md），決定于被處理廢水的性質(zhì)及濃度。經(jīng)驗(yàn)表明，在相同的水質(zhì)條件下水力停留時(shí)間下， 升流式厭氧生物濾池的 COD 去除率較降流式生物濾池為高。 升流式混合型厭氧反應(yīng)器則具有更多運(yùn)行上 的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)被處理廢水的 C0D 濃度高于 8000- 12000mg/L 時(shí)，可采用出水回流的方式，其作用為： 減少對(duì)堿度的需求量，降低運(yùn)行費(fèi)用； 降低進(jìn)水的 C0D 濃度； 增大進(jìn)水流量，改善進(jìn)水的分布情況。大多數(shù)厭氧生物濾池均在中溫條件 （3

39、5C左右）下運(yùn)行，其產(chǎn)氣量約為390L/kgCOD（去除），沼氣中CH4 所占百分?jǐn)?shù)為 60- 95，決定于廢水中有機(jī)物的性質(zhì)。為節(jié)約加溫所需能量，也可在常溫下運(yùn)行。降低 溫度將使處理效率下降，經(jīng)驗(yàn)表明，溫度的突然下降會(huì)造成較大的影響，長(zhǎng)時(shí)期穩(wěn)定在較低溫度下運(yùn)行 則會(huì)因?yàn)閰捬跎餅V池中很長(zhǎng)的固體停留時(shí)間及很大的生物固體量而使溫度的影響減弱。近年來(lái)出現(xiàn)了一種新的厭氧生物濾池的運(yùn)行方式二級(jí)周期運(yùn)行方式，即兩個(gè)厭氧生物濾池串聯(lián)， 并周期性地交替作為第一級(jí)和第二級(jí)。 這種運(yùn)行方式使第一級(jí)濾池出水的 COD 顯著降低， 并在第二級(jí)濾 池中得到進(jìn)一步凈化。由于進(jìn)入第二級(jí)厭氧生物濾池的有機(jī)物量的減少，促進(jìn)了

40、濾池內(nèi)生物固體的衰減， 因此使剩余污泥量減少。這種運(yùn)行方式可以使厭氧生物濾池的替力得到充分發(fā)揮，使廢水處理效果改善。當(dāng)被處理的廢水所含的懸浮固體濃度大于10的 COD 濃度時(shí)，如采用升流式厭氧生物濾池，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)念A(yù)處理降低進(jìn)水懸浮物濃度，以防濾層堵塞，采用降流式厭氧生物濾池，則往往不必采用預(yù)處 理，處理懸浮固體濃度為 3000- 8000mg/L 的廢水亦不發(fā)生堵塞。4. 優(yōu)缺點(diǎn)與傳統(tǒng)的厭氧生物處理構(gòu)筑物及其他新型厭氧生物反應(yīng)器相比，厭氧生物濾池的突出優(yōu)點(diǎn)是： 生物固體濃度高，因此可獲得較高的有機(jī)負(fù)荷； 微生物固體停留時(shí)間長(zhǎng)，因此可縮短水力停留時(shí)間，耐沖擊負(fù)荷能力也較強(qiáng)； 啟動(dòng)時(shí)間短，停止運(yùn)

41、行后再啟動(dòng)也較容易； 不需回流污泥，運(yùn)行管理方便； 在處理水量和負(fù)荷有較大變化的情況下，其運(yùn)行能保持較大的穩(wěn)定性。 厭氧生物濾池的主要缺點(diǎn)是有被堵塞的可能，但通過(guò)改變?yōu)V料和改變運(yùn)行方式，這個(gè)缺點(diǎn)不難克服。二、厭氧生物濾池的設(shè)計(jì)計(jì)算厭氧生物濾池的設(shè)計(jì)包括濾料的選擇、濾料體積的計(jì)算、布水系統(tǒng)和沼氣收集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等，至今 尚無(wú)定型的設(shè)計(jì)計(jì)算程序。以下主要介紹濾料體積的計(jì)算方法和一些常用的設(shè)計(jì)參數(shù)。1、濾料體積的計(jì)算方法常用的計(jì)算濾料體積的方法有以下三種：(1)有機(jī)負(fù)荷法Q(S - Se)V 二F X1000式中v 濾料體積，m ；3Q 廢水流量，m/d ;So進(jìn)水有機(jī)物濃度,mg/L ; Se出水有機(jī)物濃度，mg/L;F 有機(jī)負(fù)荷，kgCOD(或 B0D5)/(m d)。在進(jìn)行具體工程的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，Q和S0是已知的，Se決定于對(duì)處理后出水的水質(zhì)要求，或可根據(jù)厭氧生物濾池一般可達(dá)到的有機(jī)物去除率確定。因此，重要的是正確選定有機(jī)負(fù)荷F,影響有機(jī)負(fù)荷大小的因素有： 廢水水質(zhì)，包括有機(jī)物的種類(lèi)和濃度，一般廢水濃度較高時(shí)可采用較高的有機(jī)負(fù)荷； 濾料性質(zhì)，當(dāng)采用比表面積和空隙率都較大的濾料時(shí)