UASB反應(yīng)器
一、UASB原理
UASB反應(yīng)器廢水被盡可能均勻的引入反應(yīng)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(yīng)發(fā)生在廢水和污泥顆粒接觸的過程。在厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生的沼氣（主要是甲烷和二氧化碳）引起了內(nèi)部的循環(huán)，這對于顆粒污泥的形成和維持有利。在污泥層形成的一些氣體附著在污泥顆粒上，附著和沒有附著的氣體向反應(yīng)器頂部上升。上升到表面的污泥撞擊三相反應(yīng)器氣體發(fā)射器的底部，引起附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，附著和沒有附著的氣體被收集到反應(yīng)器頂部的三相分離器的集氣室。置于極其使單元縫隙之下的擋板的作用為氣體發(fā)射器和防止沼氣氣泡進(jìn)入沉淀區(qū)，否則將引起沉淀區(qū)的絮動(dòng)，會(huì)阻礙顆粒沉淀。包含一些剩余固體和污泥顆粒的液體經(jīng)過分離器縫隙進(jìn)入沉淀區(qū)。 由于分離器的斜壁沉淀區(qū)的過流面積在接近水面時(shí)增加，因此上升流速在接近排放點(diǎn)降低。由于流速降低污泥絮體在沉淀區(qū)可以絮凝和沉淀。累積在三相分離器上的污泥絮體在一定程度上將超過其保持在斜壁上的摩擦力，其將滑回反應(yīng)區(qū)，這部分污泥又將與進(jìn)水有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)。
二、UASB反應(yīng)器的構(gòu)成
UASB反應(yīng)器包括以下幾個(gè)部分：進(jìn)水和配水系統(tǒng)、反應(yīng)器的池體和三相分離器。
在UASB反應(yīng)器中最重要的設(shè)備是三相分離器，這一設(shè)備安裝在反應(yīng)器的頂部并將反應(yīng)器分為下部的反應(yīng)區(qū)和上部的沉淀區(qū)。為了在沉淀器中取得對上升流中污泥絮體／顆粒的滿意的沉淀效果，三相分離器第一個(gè)主要的目的就是盡可能有效地分離從污泥床／層中產(chǎn)生的沼氣，特別是在高負(fù)荷的情況下，在集氣室下面反射板的作用是防止沼氣通過集氣室之間的縫隙逸出到沉淀室，另外擋板還有利于減少反應(yīng)室內(nèi)高產(chǎn)氣量所造成的液體絮動(dòng)。
反應(yīng)器的設(shè)計(jì)應(yīng)該是只要污泥層沒有膨脹到沉淀器，污泥顆?；蛐鯛钗勰嗑湍芑氐椒磻?yīng)室（應(yīng)該認(rèn)識(shí)到有時(shí)污泥層膨脹到沉淀器中不是一件壞事。相反，存在于沉淀器內(nèi)的膨脹的泥層將網(wǎng)捕分散的污泥顆粒／絮體，同時(shí)它還對可生物降解的溶解性COD起到一定的去除作用）。只一方面，存在一定可供污泥層膨脹的自由空間，以防止重的污泥在暫時(shí)性的有機(jī)或水力負(fù)荷沖擊下流失是很重要的。水力和有機(jī)(產(chǎn)氣率)負(fù)荷率兩者都會(huì)影響到污泥層以及污泥床的膨脹。
UASB系統(tǒng)原理是在形成沉降性能良好的污泥凝絮體的基礎(chǔ)上，并結(jié)合在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置污泥沉淀系統(tǒng)使氣、液、固三相得到分離。形成和保持沉淀性能良好的污泥(其可以是絮狀污泥或顆粒型污泥)是UASB系統(tǒng)良好運(yùn)行的根本點(diǎn)。
1、三相分離器的原理
在UASB反應(yīng)器中的三相分離器(GLS)是UASB反應(yīng)器最有特點(diǎn)和最重要的裝置。它同時(shí)具有兩個(gè)功能：
①能收集從分離器下的反應(yīng)室產(chǎn)生的沼氣；②使得在分離器之上的懸浮物沉淀下來。對上述兩種功能均要求三相分離器的設(shè)計(jì)避免沼氣氣泡上升到沉淀區(qū)，如其上升到表面將引起出水混濁．降低沉淀效率，并且損失了所產(chǎn)生的沼氣。
設(shè)計(jì)三相分離器的原則是：
(1)間隙和出水面的截而積比 影響到進(jìn)入沉淀區(qū)和保持在污泥相中的絮體的沉淀速度。 (2)分離器相對于出水液面的位置 確定反應(yīng)區(qū)(下部)和沉淀區(qū)(上部)的比例。在多數(shù)UASB反應(yīng)器中內(nèi)部沉淀區(qū)是總體積的15％—20％。 (3)三相分離器的傾角 這個(gè)角度要使固體可滑回到反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)，在實(shí)際中是在45～60℃之間。這個(gè)角度也確定了三相分離器的高度，從而確定了所需的材料。 (4)分離器下氣液界面的面積 確定了沼氣的釋放速率。適當(dāng)?shù)尼尫怕蚀蠹s是1～3m3/（m2·h）。速率低有形成浮渣層的趨勢，非常高導(dǎo)致形成氣沫層，兩者都導(dǎo)致堵塞釋放管。
對于低濃度污水處，當(dāng)水力負(fù)荷是限制性設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，在三相分離器縫隙處保持大的過流面積，使得最大的上升流速在這一過水?dāng)嗝嫔媳M可能的低是十分重要的。原則上只有出水截面的面積(而不是縫隙面積)才是決定保持在反應(yīng)器中最小沉速絮體的關(guān)鍵。
2、進(jìn)水和配水系統(tǒng)的要求 進(jìn)水系統(tǒng)兼有配水和水力攪拌的功能，為了保證這兩個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，需要滿足如下原則：
(1)進(jìn)水裝置的設(shè)計(jì)使分配到各點(diǎn)的流量相同，確保單位面積的進(jìn)水量基本相同，防止發(fā)生短路等現(xiàn)象；
(2)很容易觀察進(jìn)水管的堵塞，當(dāng)堵塞發(fā)現(xiàn)后、必須很容易被清除。
(3)應(yīng)盡可能的(雖然不是必須的)滿足污泥床水力攪拌的需要，保證進(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。 為確保進(jìn)水等量地分布在池底，每個(gè)進(jìn)水管僅與—個(gè)進(jìn)水點(diǎn)相連接是最理想狀態(tài)，只要保證每根配水管流量相等，即可取得均勻布水的要求；因此有必要采用特殊的布水分配裝置，以保證一根配水管只服務(wù)一個(gè)配水點(diǎn)，為了保證每一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)達(dá)到應(yīng)得的進(jìn)水流量，建議采用高于反應(yīng)器的水箱式(或渠道式)進(jìn)水分配系統(tǒng)。圖1—1給出了一種連續(xù)流的布水器形式，這種敞開的布水器的—個(gè)好處是可以容易用肉眼觀察堵塞情況。對高濃度廢水由于水力負(fù)荷較低，采用脈沖式進(jìn)水分配裝置是一種較好的選擇。
三、UASB反應(yīng)器的主要設(shè)備
1、反應(yīng)器的池體 有兩種基本幾何形狀的UASB反應(yīng)器：即矩形和圓形。這兩種類型的反應(yīng)器都已大量應(yīng)用于實(shí)際中。
圓形反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對于圓形反應(yīng)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(fèi)用比具有相同面積的矩形反應(yīng)器至少要低12％。但是圓形反應(yīng)器的這一優(yōu)點(diǎn)僅僅在采用單個(gè)池子時(shí)才成立，所以，單個(gè)或小的反應(yīng)器可以建造成圓形的。而大的反應(yīng)器經(jīng)常建成矩形的或方形的。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。當(dāng)建造多個(gè)矩形反應(yīng)器時(shí)有其優(yōu)越性。對于采用公共壁的矩形反應(yīng)器，池型的長寬比對造價(jià)也有較大的影響。對于大型UASB反應(yīng)器建造多個(gè)池子的系統(tǒng)是有益的，這可以增加處理系統(tǒng)的適應(yīng)能力。如果有多個(gè)反應(yīng)池的系統(tǒng)，則可能關(guān)閉一個(gè)進(jìn)行維護(hù)和修理，而其他單元的反應(yīng)器繼續(xù)運(yùn)行?；炷两Y(jié)構(gòu)的UASB反應(yīng)器是最為常見的結(jié)構(gòu)和材料型式，但是采用標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的設(shè)計(jì)必須考慮結(jié)構(gòu)的通用性和簡單性，在此基礎(chǔ)上形成的系列化設(shè)計(jì)才能有生命力和推廣的價(jià)值。
平面布置
池體的標(biāo)準(zhǔn)化主要是根據(jù)三相分離器的尺寸進(jìn)行布置的，目前生產(chǎn)的三相分離器的平面尺寸是2m×5m。根據(jù)這一形式布置池體有以下幾種方式(圖2-3、2-4和2-5)。圖2-3中(a)為整個(gè)池表面均采用三相分離器的形式，而(b)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。整個(gè)池子分成單池單個(gè)分離器、雙池每池單個(gè)分離器和單池兩個(gè)分離器的形式，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的原因，所以池子的寬度是以5m為模數(shù)，長度方向是以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。如前所述出于反應(yīng)器的長寬比的范圍涉及到建筑物的經(jīng)濟(jì)性，所以在上述范圍內(nèi)選擇要結(jié)合池子組數(shù)考慮適當(dāng)?shù)拈L寬比。
由于反應(yīng)器的高度推薦范圍為4～6m，表2-1給出了5m高的反應(yīng)器的尺寸選擇的系列。從原則上講安排2m×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4m× 5m，4m×10m，6m×5m，6m×10m，6m×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2-1的組合方式。
（1）設(shè)備固定形式
三相分離器設(shè)備固定的形式可以采用牛腿和工字鋼支撐的兩種形式(圖2-6)。需要說明的是由于運(yùn)行過程中，三相分離器的氣室內(nèi)有一定量的沼氣，所以會(huì)形成比較大的浮力，需要考慮上部的固定措施，固定措施可以借助出水管和出氣管，以及其他形式。池底同樣可以采用兩種不同的形式(圖2-7)．其中對于典型的UASB反應(yīng)器推薦采用因2-7(b)的形式，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)可以避免布水不均勻形成的死區(qū)問題：同時(shí)可以減少布水管的投資，但是會(huì)增加一定的土建投資。圖2-8是采用混凝土反應(yīng)器的工程圖示意，從圖見到的是一種可整體安裝的三相分離器設(shè)計(jì)形式。
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