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UASB厌氧反响器的设计
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厌氧办理已经成功地于各样高、中浓度的废水办理中。固然
中、高浓度的废水在相当程度上获取认识决,可是当污水中
含有克制性物质时,如含有硫酸盐的味精废水在办理上仍有
必定的难度。在厌氧办理领域应用最为宽泛的是UASB反响
器,所以本文重点谈论UASB反响器的设计方法。可是,其
与其余的厌氧办理工艺有必定的共同点,比方,流化床和
UASB都有三相分别器。而UASB和厌氧滤床关于布水的要
求是一致的,所以结果也能够作为其余反响器设计。包含厌
氧办理单元的水办理过程一般包含预办理、厌氧办理(包含沼气的采集、办理和利用)、好氧后办理和污泥办理等部分,能够用图1所示的流程表示。一、UASB系统设计1、预办理设备
一般预办理系统包含粗格栅、细格栅或水力筛、沉砂池、调理(酸化)池、营养盐和pH调控系统。格栅和沉砂池的目的是去除粗大固体物和无机的可沉固体,这对关于保护各样类
型厌氧反响器的布水管免于拥堵是必需的。当污水中含有砂砾时,比方以薯干为原料的酿酒废水,怎么重申去除砂砾的
重要性也可是分。不行生物降解的固体,在厌氧反响器内累积会据有大批的池容,反响器池容的不停减少最后将以致系统完整无效。
因为厌氧反响对水质、水量和冲击负荷较为敏感,所以关于工业废水适合尺寸的调理池,对水质、水量的调理是厌氧反响稳固运行的保证。调理池的作用是均质和均量,一般还可考虑兼有积淀、混淆、加药、中和和预酸化等功能。在调理池中设有积淀池时,容积需扣除积淀区的体积;依据颗粒化和pH调理的要求,当废水碱度和营养盐不够需要增补碱度和营养盐(N、P)等;可采纳计量泵自动投加酸、碱和药剂,经过调理池水力或机械搅拌达中和作用。
同时,酸化池或两相系统是去除和改变,对厌氧过程有
克制作用的物质、改良生物反响条件和可生化性也是厌氧预办理的主要手段,也是厌氧预办理的目的之一。仅考虑溶解性废水时,一般不需考虑酸化作用。关于复杂废水,可在调理池中获得必定程度的酸化,可是完整的酸化是没有必需的,
甚至是有害处的。因为达到完整酸化后,污水pH会降落,
需采纳投药调整pH值。其余有凭证表示完整酸化对UASB反响器的颗粒过程有不利的。对以下状况考虑酸化或相分别可能是有利的:
当采纳预酸化可去除或改变对甲烷菌有毒或克制性化合物的构造时;
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当废水存在有较高的Ca2时,部分酸化可防范颗粒污泥表面产生CaCO3结垢;
当办理含高含悬浮物和/或采纳高负荷,对非溶解性组分去除有限时;
在调理池中获得部分酸化成效能够经过调理池的合理设计获得。比方,上向流进水方式,在反响器底部形成污
泥层()。底部布水孔口设计为5~10m2/孔即可。
2、UASB反响器体积的设计
负荷设计法
采纳有机负荷(q)或水力逗留时间(HRT)设计UASB反
应器是最为主要的方法。一旦q或HRT确立,反响器的体
积(V)能够很简单依据公式(1或2)计算。对某种特定废水,
反响器的容积负荷一般应经过试验确立。V=QSo/q
(1)V=
(2)式中:Q---废水流量,m3/d;
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So---
进水有机物浓度,
gCOD/L
或
gBOD5/L
。
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表1给出不一样种类废水国内外采纳
UASB
反响器办理的负荷
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数据,需要说明的是表中没法一一注明采纳的预办理条件和
厌氧污泥种类等状况,这些条件对选择设计负荷是至关重要
的。下表供设计人员设计时参照,采纳前一定进行必需的实
验和进一步查问相关的技术资料。表1国内外生产性UASB
装置的设计负荷统计表负荷kgCOD/m3·d(外国资料)负荷
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kgCOD/m3·d(国内资料)b)经验公式方法
采纳相同经验公式描绘不一样厌氧办理系统办理生活污水
HRT与去除率(E)之间的关系,而且对不一样反响器办理生活
污水的数据进行了统计,得出了参数值。式中:
C1,C2——反响常数。c)动力学方法
很多者致力于动力学的研究,依据众多研究结果汇总了
酸性发酵和甲烷发酵过程重要的动力学常数。到当前为止,
动力学的,还没有使它能够在选择和设计厌氧办理系统过程
中成为有力的工具,经过谈论所获取的实验结果的经验方法
此刻还是设计和优化厌氧消化系统的独一的选择。表2厌氧
动力学参数mm(d-1)3、UASB反响器的详尽设计
反响器的体积和高度
采纳水力逗留时间进行设计时,体积(V)按公式(1)或(2)
计算。选择反响器高度的原则是设计、运行和上综合考虑的
结果。从设计、运行方面考虑:高度会影响上升流速,高流
速增添系统扰动和污泥与进水之间的接触。但流速过高会引
起污泥流失,为保持足够多的污泥,上升流速不可以超出必定
的限值,从而使反响器的高度遇到限制;高度与CO2溶解
度相关,反响器越高溶解的CO2浓度越高,所以,pH值越
低。如pH值低于最优值,会危害系统的效率。
从经济上考虑:土方工程随池深增添而增添,但占地面
积则相反;考虑当地的天气和地形条件,一般将反响器建筑
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在半地下减少建筑和保温花费。最经济的反响器高度(深度)
一般是在4到6m之间,而且在大部分状况下这也是系统最
优的运行范围。
反响器的升流速度
关于UASB反响器还有其余的流速关系(图2)。关于日
均匀上升流速的介绍值见表4,应该注意对短时间(如2~6h)
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的顶峰值是能够承受的
(即临时的顶峰流量能够接收
)。表
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UASB
和
EGSB
同意上升流速
(均匀日流量
)Vr=
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~
~
颗粒污泥絮状污泥
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Vs≤
颗粒污泥
Vo≤12m/hVg
=1m/h
3)反响
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器的截面积和反响器的长、宽(或直径)
在确立反响器的容积和高度(H)以后,可确立反响器的截
面积(A)。从而确立反响器的长和宽,在相同的面积下正方形
池的周长比矩形池要小,矩形UASB需要更多的建筑资料。
以表面积为600m2的反响器为例,30×20m的反响器与
15m×40m的反响器周长相差10%,这意味着建筑花费要增
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加
10%
。但从布水均匀性考虑,矩形在长
/宽比较大较为合
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适。从布水均匀性和经济性考虑,矩形池在长
/宽比在
2:1
以
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下较为适合。长/宽比在4:1时花费增添十分明显。
圆形反响器在相同的面积下,其周长比正方形的少12%。
但这一长处不过在采纳单个池子时才成立。当成立两个或两
个以上反响器时,矩形反响器能够采纳共用壁。关于采纳公
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共壁的矩形反响器,池型的长宽比对造价也有较大的影响。
假如不考虑其余要素,这是一个在设计中需要优化的参数。
单元反响器最大概积和分格化的反响器
UASB反响器的设计中,采纳分格化对运行操作是有利的。第一,分格化的单元尺寸不会过大,可防范体积过大带来的布水均匀性等问题;同时多个反响器对系统的启动也是有利的,可第一启动一个反响器,再用这个反响器的污泥去接种其余反响器;其余,有利于保护和检修,可放空一个反响器进行检修,而不影响系统的运行。从当前实践看最大的单体UASB反响器(不是最优的)可为1000-2000m3。
单元反响器的系列化
单元的标准化依据三相分别器尺寸进行,三相分别器的
型式趋势于多层箱体的设备化构造。以2×5m的三相分别器
为例,原则上讲有多种配合形式。但从标准化和系列化考虑,
要求拥有通用性和简单性。所以,池子宽度是以5m为模数,
长度方向是以2m为模数。部署单元尺寸的方式可分红单池
单个分别器和单池两个分别器的形式。原则上假如采纳管道
或渠道布水,池子的长度是不受限制。如前所述,因为长宽
比波及到反响器的经济性,所以要结合池子组数考虑适合的
长宽比。对宽度为10m的单个反响器,2:1的长宽比的反响
器可达到2000m3的池容。对更大的反响器,假如需要也可
采纳双池共用壁的型式。二、反响器的配水系统的设计1、
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配水孔口负荷
一个进水滴服务的最大面积是应该进行深入的实验。对
于UASB反响器在达成了起动以后,
。可是在温度低于20℃
或低负荷的状况,产气率较低而且污泥和进水的混淆不充分
时,需要较高密度的布水滴。关于城市污水建议1~2m2/孔。
表4是依据UASB反响器的大批实践介绍的进水管负荷。表
4采纳UASB办理主要为溶解性废水时进水管口负荷每个
进水口负荷(m2)负荷(kgCOD/m3·d)凝絮状污泥>40kgDS/m3中等浓度絮状污泥120~40kg/m32、进水分派系统
进水分派系统的合理设计对UASB办理厂的优秀运行是至关重要的,进水系统兼有配水和水力搅拌的功能,为了
这两个功能的实现,需要满足以下原则:a)保证单位面积的进水量基实情同,以防范短路等现象发生;b)尽可能满足水力搅拌需要,保证进水有机物与污泥快速混淆;c)很简单观察到进水管的拥堵;d)当拥堵被发现后,很简单被除掉。
在生产装置中采纳的进水方式大概可分为间歇式(脉冲
)、连续流、连续与间歇相结合等方式;从布水管的形式有一管多孔、一管一孔和分枝状等多种形式。
连续进水方式(一管一孔)
为了保证进水均匀分布,每个进水管线不过与一个进水
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点相连结,是最为理想的状况(图3a)。为保证每一个进水滴
的流量相等,建议用高于反响器的水箱(或渠道式)进行分派,
经过渠道或分派箱之间的三角堰来保证等量的进水。这类系
统的利处是简单观察到拥堵状况。2)脉冲入水方式
UASB反响器与外国的最为明显的特色是很多采纳脉冲
进水方式。有些研究者以为脉冲方式进水,使基层污泥交替
进行缩短和膨胀,有助于基层污泥的混淆。3)一管多孔
配水方式
采纳在反响器池底配水横管上开孔的方式布水,为了配
水均匀,。这类配水方式可用于
脉冲入水系统。一管多孔式配水方式的问题是简单发生拥堵,
所以,应该尽可能防范在一个管上有过多的孔口。
分枝式配水方式
这类配水系统的特色采纳较长的配水支管增添沿程阻
力,以达到布水均匀的目的(图3c)。依据笔者的实践,最大
的分枝布水系统的负荷面积为54m2。大阻力系统配水均匀
度好,但水头损失大。小阻力系统水头损失小,假如不办理
效率,可减少系统的复杂程度。
对其余种类布水方式,我国也有很多设计和运行经验。
与三相分别器相同,不一样型式的布水装置之间,很难比较孰
优孰劣。事实上,各样种类的布水器都有成功的经验和业绩。
3、配水管道设计
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对重力布水方式,污水进入反响器时可能吸入空气,会引起对甲烷菌的克制;进入大批气体与产生的沼气会形成有爆炸可能的混淆气体;同时,气泡太多可能还会影响积淀功
能。因为,~,采纳较大的管径使液体在管道的垂直部分的流速
低于这一数值,可适合地防范超出2mm直径的空气泡进入反响器,同时还可防范气阻。在反响器底部用较小直径,形成高的流速产生较强的扰动,使进水与污泥之间混淆增强。
污水中存在大的物体可能拥堵进水管,设计优秀的进水
系统要求可疏导拥堵;关于压力流采纳穿孔管布水器(一管多孔或分枝状),需考虑设液体反冲洗或清堵装置,可采纳停水分池分段反冲;采纳一管多孔布水管道,布水管道尾端最好兼作放空和排泥管,以利于除掉拥堵;采纳重力流布水方式
(一管一孔),假如进水水位差不过比反响器的水位稍高(水位
差小于250px)将常常发生拥堵。在水箱中的水位(三角堰的
底部)与反响器中的水位差大于750px极少发生这类拥堵。
不论采纳那一种布水方式,尽可能少地采纳弯优等非直管。
三、气、固、液三相分别装置1、三相分别器是UASB反响
器最有特色和最重要的装置。它同时拥有两个功能:1)能收
集从分别器下的反响室产生的沼气;2)使得在分别器之上的
悬浮物积淀下来。2、三相分别器设计重点汇总:1)集气室
的隙缝部分的面积应该占反响器所有面积的15~20%;2)
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在反响器高度为5~7m时,~2m;3)在集气室内应保持气液界面以开释和采集气体,防范浮渣或泡
沫层的形成;4)在集气室的上部应该设置消泡喷嘴,当办理
污水有严重泡沫问题时消泡;5)反射板与隙缝之间的掩饰应该在100~200mm以防范上升的气体进入积淀室;6)出气管的直管应该充分以保证从集气室引出沼气,特别是有泡沫
的状况。关于低浓度污水办理,当水力负荷是限制性设计参数时,在三相分别器空隙处保持大的过流面积,使得最大的上升流速在这一过水断面上尽可能的低是十分重要的。四、
建筑资料选择适合的建筑资料关于UASB反响器的持
久性是特别重要的。防腐较差的UASB反响器在使用3-5年
后都出现了严重腐化,最严重的腐化出此刻反响器上部气、
液交界面。此处H2S可能造成直接化学腐化,同时硫化氢被
空气氧化为硫酸或硫酸盐,使局部pH降落造成间接化学腐化。因为厌氧环境下的氧化-复原电位为-300mV,而在气水交界面的氧化-复原电位为100mV,这就在气水交界面构成了微电池,形成电化学腐化。不论一般钢材和一般不锈钢在此处都会被伤害。
厌氧反响器应该尽可能的防范采纳金属资料,即使昂贵的不锈钢也会遇到严重的腐化,而油漆或其余涂料不过能起到部分保护。一般反响器池壁最适合的建筑资料是钢筋混凝土构造,即使混凝土也可能遇到化学伤害。假如碳酸根和钙
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