UASB反应器的结构与设计方法袁秋笙

19望〕年第2期江苏环境科技UASB反应器的结构与设计方法袁秋笙(徐州市环境保护科学研究所徐州212)(X2)摘要剖析了升流式厌氧污泥床(UAS)B反应器的整体及分部结构,以某食品厂污水处理工程为实例,对各部分的具体参数、设计方法,作了详尽的介绍,有利于UASB技术的推广应用。关键词USAB结构设计反应区三相分离区月lJ青USAB是升流式厌氧污泥床的简称。与接触消化、厌氧生物滤池、折流板反应器、管道消化器等相比,UASB具有运行费用低、投资省、效果好、耐冲击负荷、适应pH和温度变化、结构简单及便于操作等优点,应用日益广泛。UASB于1977年实现工业化应用。由于能维持很高的生物量和很长的污泥龄,所以容积负荷高、处理效果好。在常温下,容积负荷5一10k薛oD/(m3·d),eon去除率在卯%以上。到证实脸一’」。表2三种进水条件的去除率(%)进水平均去除率序号coDNH3一NNT理论1入去除率好氧反硝化去除率现象;(2)人工创造微絮体缺氧环境、硝化反硝化菌种的人工强化(固定化细胞技术)来考察好氧反硝化现象;(3)控制SBR中间产物N街一N的硝化、反硝化。参考文献92.2892.6887.94七卯.7七卯.7之卯.768.61印.2146.8850.8649.1448.8617.7511.07今后研究方向(l)通过控制不同溶解氧条件考察好氧反硝化1997中国水环境公报。MoK~G.场belaost.瓦enictsofaeorbicgorwhtofadeinitrfyingb二teirum,deniitrifeans,inhtePersecneofniiattesand/orniitrets.Wat.Res.1997,(3):479一488RobertsonL.A,VanNielE.W.J,肠讹nl出15R.A.M.叨dKuenenJ.G二Simult出Icousniitrifeationanddeniitrifeationinaeorbieehel刀。stateeulturesofhtiosphaearPantotorpha.Appl.enviorn.Mieorbial,1988,54(11):2812一2812.ORbesortnL.A,ConrelisseR,DeVosp,Hadi配tomoRandKuenenJ.G二Aeorbiedenitirifeationinviarousheteortorl〕hienitirifesr.Anotnievan此euwenhoek,1989,56:289一299D.aPtuerau,N.Bel刀etandR.Moletta.oCl,山illdenitirifeationanddenitirifoationinasingleaeartdeeraetorusingtheaeorbicdenitirferCOMAMONSP.s湘inSG廿2,Wat.ReS.1997,31(6):1363-13700(收稿日期:l望列〕一03一19),人2八j4结论(l)序批式反应器(SBR)具有良好的去除废水中有机物及氨氮能力,在进水COD为346.印n娜L,3NH3一N为59.921班少L,HRT=0.73d,SRT=87.sd的条件下,COD去除率达92.28%,N珑一N去除率达99.7%以上,总氮去除率达68.61%;(2)进水碳氮比对氨氮的硝化没有影响,但对总氮去除率有显著的影响,进水碳源越充足,总氮的去4除率越高,试验结果表明,当进水COD(/N玛一N)为5.78时,总氮去除率达68.61%;(3)从总氮平衡、轨迹跟踪中均可发现,序批式反应器(SBR)好氧阶段有明显的好氧反硝化现象,5这一阶段的总氮去除率在进水碳源充足时不能忽视,大约有17.75%的总氮在此期间被去除。江苏环境科技1望刃年第2期在国外,USAB反应器主要应用于食品加工废水和城市生活污水处理。国内80年代开始引进开发该技术,主要应用于啤酒、酒精、制药、屠宰和柠檬等生产废水处理。如今,处理胰岛素废水和豆奶粉废水的大型UASB装置也已建成。虽然UASB的应用日益广泛,但是有关该装置的设计方法没有完整的报道,这不利于USAB技术的推广应用。笔者根据工程实践和有关资料,详细介绍USAB的设计方法,供讨论。沉淀室沉淀室沉淀室扩}气室闯二2USAB的结构2.1总体结构(a)代八!八厂一一(e).气、一封了!犷口一气八:b了映一!一切仁图图图一lll甘llll(((二二11iJJJ团团团团团卜卜闪闪闪)))))_八▲八`八▲八`八`人人lllll犷犷犷万~气,尸丁份丫万一:::::::::::子子子十++++十+++〕〕;;;;;,+++++++{{{入入)))))+十+++++++lll)))))…褥戮戮{{{卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜.}}})))))卜/////////矛////////川川川))))))))))))))))))...)))))))图1UASB反应器总体结构示意USAB反应器为下进水上出水的柱形结构,分方柱形和圆柱形两种。如图1所示,外壁设保温层,内部从下至上为反应区和三相分离区,附配水封。污水中的有机物在反应区消解为C氏、C仇和HZO等,使水质净化。反应区不设搅拌,借布水器的均匀布水、布水器出水口高速水流的冲击和上升气泡的扰动使污水与污泥混合,所以UASB不消耗动力。由于反应区污泥床的污泥浓度很高,所以USAB净化效果很好。三相分离区使水、气、泥发生分离。沼气进入气室再经水封排出,污泥在沉淀室沉淀后回流入反应区以保持反应区高的生物量,净化水从集水槽排放。2.2三相分离区结构三相分离区是USAB的核心,三种基本结构形式都包含气封、气室、污泥回流缝和沉淀室。结构示意见图2:图2三相分离器结构示皿图2,3布水方式布水器是UASB的重要组成部分,它使污水沿底面均布,在底部与污泥充分混合。如图3所示,布水器的布水方式主要有等阻力布水、大阻力布水、逐点脉冲式布水和堰式布水四种。(a)等阻力布水:为连续式进水,布水管采用两分岔方式连接,且两岔管长度和直径均相等。根据流体力学的原理,此时支管阻力损失相等、流量和流速也相等。(b)大阻力布水:为连续式进水,在各支管上每隔一定距离一个似0一12~圆孔,形成多孔管。因孔口阻力损失较大,且大大超过管路阻力损失,所以管路阻力损失可忽略并形成大阻力孔口布水方式。因各孔白阻力相等,所以流量和流也相等。从这个意义上讲,大阻力布水也属等阻力布水。(c)逐点脉冲式布水:对各布水点来说是间歇进水,而对于整个反应器来说是连续进水,通过电磁阀的轮流切换形成逐点进水脉冲。每次切换只有一个(或几个)而不是全部水点进水,并将总流量集中在该点上,所以该点的流量脉冲较大,泥水得以充分混合。(d)堰式布水:为连续进水,每布水点与一定长度的布水堰相连。因各段堰长相等(三角堰齿数也相等),所以流量也相等。四种布水方式的出水口(或孔)均朝下,离地面约0.巧m。3工艺设计实例USAB反应器的工艺设计包括反应区设计和三相分离区设计两部分。反应区设计包括布水器设计和有效容积计算。三相分离区设计包括沉淀室设计和气液分离效果核算。现用实例说明设计方法。某食品厂生产废水引傲量Q二l劝时d/二,衬h/,COD=4《刀)n娜L,声二6.0一7.0,玉=3刀l珑犷L,1性书旧年第2期江苏环境科技川川布““-------------一一一OOO``尸,叨叨声声卜卜空门门门卜卜萄萄萄卜卜至月月月``护,叨叨、、,,左润润一~一一OOO一一一一一一一夕夕口口口口口声声、、、、、、一一一一一一一飞飞口口口口口口用USAB一活性污泥法处理。USAB℃,进水为原污水,出水要求COD`6.5一7.5,试设计该反应器。圈3反应温度t四种布水方式示意二20今以)卫琪穿L,PH=3.1反应区20℃时进水容积负荷4.0kgc0D(/衬·d),反应区有效深度h,`6.Om。空塔水流速度u`1.0耐h,空塔沼气上升速度ug`1.0耐h。污泥层高度2.5一3.5m。等阻力布水,服务面积1一3衬/个,出水口流速2一5耐s。沼气产率0.4衬/k邪oo。3.1.1有效容积vl叫d。dZ}d`-一~,d3Q·C。1Zoox4《xx)x10一3!d,进冰Vl二—二—=N4.012(X)m3圈4布水点分布示意3.1.2底面积F取h:二6.0m,r=v:/hl=2X()廿分成两个相同的池子,每池面积f:FZX()f二一=—=100耐n2设池长L为池宽B的2倍,则:f厅B=一=/一二7m.L二ZB二14mL勺212X()6.050/(4x3以刃)息德实际每池面积为f二98衬,总池面积F二】%衬3.1.3布水器设布水点服务面积S二3扩/个,每池布水点数f98n二一二一二33,取n二32个.分布如图4:S3设布水管内流速u,二0.5而s,边=o·6,记s,u3=0.7n订s,4tJ二0.8n扩s,电二l.om/s,u6二3.0m/s(管出口),则直径d为:=V6万丽瓦=40ITun/认山“侧而后瓦二2“~厂不一击=/—=17~勺0.785u5*=赢=1。-江苏环境科技19贝〕年第2期3.1.4验证③乌=6B·场3二6x7.0xo.765x2=64.3m2Q一岛|一今白一一u3空塔水流速度u二1.0而h,合理。二0.26n订h50=—=0.39m/hZx麟.30一巧ù成一O一、à一匡ù一一Q一F空塔气流速度ug二.Q△C·aF50x(4.0一0.4)x0.4二—=0.37n扩h1961.0耐h,合理。3.2三相分离区3.2.1气封与集气罩与短边平行,沿长边每池布置6个集气罩,构成6个分离单元,其结构如图5所示。要求u3u2ul`2.0耐h,些lla器,沼气管流速,·0而一④u3u2ul2.0耐h,合理。(B)、沼气分离效果校验设能分离气泡的最小直径d=8.oxor一3Cm,常温下清水的运动粘滞系数y=1.01x10一2。mZ/S,密度。,=1.01岁em3,沼气密度。=l.Zxlo一’酬em3,碰撞系数p二0.95,则:清水的动力粘滞系数,清水=,·p,二1.01xor一’x1.01=1.02、10一2酬(cm·S)由于饭水一般大于加水,可取玩水=2.0x10一2岁(。m·s),则:沼气泡上升速度(可分离的最小气泡)(A)、校核u:、u:、u3母·g(p;一p),二—d`二0.95x981(1.01-一20)x10一3233018下废水18x2.0xl0一2x(8.oxlo一3)2=O.167C而S=6.01:记hC,_lC。工上二二二二甲「l写日一~甘111一ub6.01一=—=6.75u。0.89BC0.672AB0.37弓二匀(J、C,1ubBC_、_Z、不田/几n,口枕OUa八0沂飞1了-0价9洲拜、LUb)A该三相分离器可脱除d)0.008Cm的沼气泡,所以分离效果良好。(C)、沼气管直径每个集气罩设1个沼气管,直径。二概=了斋黑二7’-//山今|ó州州川川日日ō.|月|00价O你9765卜800}/7653.2.2沉淀室设表面负荷率q`1.0衬(/廿·h),停留时间:二1.5一2.0h,有效水深0.5一2.Om,出水堰负荷a`5.4衬(/厅·h)。(A)、实际表面负荷率Q50q二下二一4.ox7.oxZ=0.255m3/(mZ·h)图5三相分离区单元结构示意图①S:二6B·味一6x7.oxo.43二15.1In,V50ul二一二—=1.38xl汀h25,2x18.11.0衬/(mZ·h),合理。(B)、有效水深h二:·q=2.0x0.255=0.51In(C)、出水堰负荷(单边开齿)=0.51Q一②求得AB二0.37m,BC=o.672m,CE二o.336m,则:乓==12B·CE=12x7.0x0.336=28.2m250二—二0.89n扩h2x28.214B14x7.05.4耐(/厅·h),合理。,n3/(心·h)(下转第24页)卫践江苏环境科技1侧列〕年第2期高度超过一定的数值后,处理效率的提高就微不足道了。(2)负荷率。生物滤池的负荷有水