UASB厭氧處理污水達(dá)標(biāo)排放設(shè)備UASB厭氧處理污水達(dá)標(biāo)排放設(shè)備

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)污水中含有抑制性物質(zhì)時(shí)，如含有硫鹽的味精廢水在處理上仍有一定的難度。在厭氧處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的是UASB反應(yīng)器，所以本文重點(diǎn)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有一定的共同點(diǎn)，例如，流化床和UASB都有三相分離器。而UASB和厭氧濾床對于布水的要求是*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(包括沼氣的收集、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系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1

預(yù)處理設(shè)施

一般預(yù)處理系統(tǒng)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)控系統(tǒng)。格柵和沉砂池的目的是去除粗大固體物和無機(jī)的可沉固體，這對對于保護(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)污水中含有砂礫時(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)積累會占據(jù)大量的池容，反應(yīng)器池容的不斷減少終將導(dǎo)致系統(tǒng)*失效。

由于厭氧反應(yīng)對水質(zhì)、水量和沖擊負(fù)荷較為敏感，所以對于工業(yè)廢水適當(dāng)尺寸的調(diào)節(jié)池，對水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)是厭氧反應(yīng)穩(wěn)定運(yùn)行的保證。調(diào)節(jié)池的作用是均質(zhì)和均量，一般還可考慮兼有沉淀、混合、加藥、中和和預(yù)酸化等功能。在調(diào)節(jié)池中設(shè)有沉淀池時(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)中和作用。

同時(shí)，酸化池或兩相系統(tǒng)是去除和改變，對厭氧過程有抑制作用的物質(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)處理的目的之一。僅考慮溶解性廢水時(shí)，一般不需考慮酸化作用。對于復(fù)雜廢水，可在調(diào)節(jié)池中取得一定程度的酸化，但是*的酸化是沒有必要的，甚至是有害處的。因?yàn)檫_(dá)到*酸化后，污水pH會下降，需采用投藥調(diào)整pH值。另外有證據(jù)表明*酸化對UASB反應(yīng)器的顆粒過程有不利的。對以下情況考慮酸化或相分離可能是有利的：

1) 當(dāng)采用預(yù)酸化可去除或改變對甲烷菌有毒或抑制性化合物的結(jié)構(gòu)時(shí)；

2) 當(dāng)廢水存在有較高的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，對非溶解性組分去除有*；

4) 在調(diào)節(jié)池中取得部分酸化效果可以通過調(diào)節(jié)池的合理設(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

采用有機(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。對某種特定廢水，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)水有機(jī)物濃度，gCOD/L或gBOD5/L。

表1給出不同類型廢水國內(nèi)外采用UASB反應(yīng)器處理的負(fù)荷數(shù)據(jù)，需要說明的是表中無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)一步查詢有關(guān)的技術(shù)資料。

表1國內(nèi)外生產(chǎn)性UASB裝置的設(shè)計(jì)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表負(fù)荷kgCOD/m3·d(國外資料) 負(fù)荷kgCOD/m3·d(國內(nèi)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系統(tǒng)處理生活污水HRT與去除率(E)之間的關(guān)系，并且對不同反應(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，還沒有使它能夠在選擇和設(shè)計(jì)厭氧處理系統(tǒng)過程中成為有力的工具，通過評價(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)化厭氧消化系統(tǒng)的的選擇。

表2 厭氧動(dòng)力學(xué)參數(shù)mm(d-1)

3UASB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)、運(yùn)行和上綜合考慮的結(jié)果。從設(shè)計(jì)、運(yùn)行方面考慮：高度會影響上升流速，高流速增加系統(tǒng)擾動(dòng)和污泥與進(jìn)水之間的接觸。但流速過高會引起污泥流失，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溶解度有關(guān)，反應(yīng)器越高溶解的CO2濃度越高，因此，pH值越低。如pH值低于值，會危害系統(tǒng)的效率。

從經(jīng)濟(jì)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)氐臍夂蚝偷匦螚l件，一般將反應(yīng)器建造在半地下減少建筑和保溫費(fèi)用。較經(jīng)濟(jì)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)情況下這也是系統(tǒng)的運(yùn)行范圍。

2) 反應(yīng)器的升流速度 

對于UASB反應(yīng)器還有其他的流速關(guān)系(圖2)。對于日平均上升流速的*值見表3，應(yīng)該注意對短時(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%，這意味著建筑費(fèi)用要增加10%。但從布水均勻性考慮，矩形在長/寬比較大較為合適。從布水均勻性和經(jīng)濟(jì)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)費(fèi)用增加十分顯著。

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。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，采用分格化對運(yùn)行操作是有益的。首先，分格化的單元尺寸不會過大，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)器對系統(tǒng)的啟動(dòng)也是有益的，可首先啟動(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，有利于維護(hù)和檢修，可放空一個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行檢修，而不影響系統(tǒng)的運(yùn)行。從目前實(shí)踐看大的單體UASB反應(yīng)器可為1000-2000m3。

5) 單元反應(yīng)器的系列化

單元的標(biāo)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，原則上講有多種配合形式。但從標(biāo)準(zhǔn)化和系列化考慮，要求具有通用性和簡單性。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)器的經(jīng)濟(jì)性，所以要結(jié)合池子組數(shù)考慮適當(dāng)?shù)拈L寬比。對寬度為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。對更大的反應(yīng)器，如果需要也可采用雙池共用壁的型式。