一、UASB厭氧反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 

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)污水中含降性物質(zhì)時(shí)，如含硫酸鹽的味精廢水在處理上仍一定的難度。在厭氧處理較為的是UASB反應(yīng)器，其與其它的厭氧處理工藝一定的共同特點(diǎn)。

含厭氧處理單元的水處理過(guò)程一般括預(yù)處理、厭氧處理(括沼氣的收集、處理和利用)、好氧后處理和污泥處理等部分，

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)括粗格柵、細(xì)格柵或水力篩、沉砂池、調(diào)節(jié)(酸化)池、營(yíng)養(yǎng)鹽和pH調(diào)控系統(tǒng)。格柵和沉砂池的是去除粗大固體物和機(jī)的可沉固體，這對(duì)對(duì)于保護(hù)各種類型厭氧反應(yīng)器的布水管免于堵塞是應(yīng)的。當(dāng)污水中含砂礫時(shí)，例如以薯干為原料的釀酒廢水，強(qiáng)調(diào)去除砂礫的重要性也不過(guò)分。不可生物降解的固體，在厭氧反應(yīng)器內(nèi)積累會(huì)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)完失效。

由于厭氧反應(yīng)對(duì)水質(zhì)、水量和沖擊負(fù)荷較為敏感，所以對(duì)于工業(yè)廢水適當(dāng)尺寸的調(diào)節(jié)池，對(duì)水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)是厭氧反應(yīng)的。調(diào)節(jié)池的是均質(zhì)和均量，一般還可考慮兼沉淀、混合、加藥、中和和預(yù)酸化等功能。在調(diào)節(jié)池中設(shè)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(yíng)養(yǎng)鹽不夠需要補(bǔ)充堿度和營(yíng)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(guò)調(diào)節(jié)池水力或機(jī)械攪拌達(dá)中和。

同時(shí)，酸化池或兩相系統(tǒng)是去除和改變，對(duì)厭氧過(guò)程降的物質(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。僅考慮溶解性廢水時(shí)，一般不需考慮酸化。對(duì)于復(fù)雜廢水，可在調(diào)節(jié)池中取得一定程度的酸化，但是完的酸化是沒(méi)必要的，甚至是害處的。因?yàn)檫_(dá)到完酸化后，污水pH會(huì)下降，需采用投藥調(diào)整pH值。另外證據(jù)表明完酸化對(duì)UASB反應(yīng)器的顆粒過(guò)程不利的。對(duì)以下情況考慮酸化或相分離可能是利的:

1) 當(dāng)采用預(yù)酸化可去除或改變對(duì)甲烷菌毒或降性化合物的結(jié)構(gòu)時(shí);

2) 當(dāng)廢水存在較高的Ca2+時(shí)，部分酸化可避免顆粒污泥表面產(chǎn)生CaCO3結(jié)垢;

3) 在調(diào)節(jié)池中取得部分酸化效果可以通過(guò)調(diào)節(jié)池的設(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(duì)某種特定廢水，反應(yīng)器的容積負(fù)荷一般應(yīng)通過(guò)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)水機(jī)物濃度，gCOD/L或gBOD5/L。

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(duì)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(guò)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(méi)使它能夠在和設(shè)計(jì)厭氧處理系統(tǒng)過(guò)程中成為力的工具，通過(guò)評(píng)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。

3、UASB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。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(huì)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(guò)高會(huì)引起污泥流失，為保持足夠多的污泥，上升流速不能過(guò)一定的限值，從而使反應(yīng)器的高度受到限制;高度與CO2溶解度關(guān)，反應(yīng)器越高溶解的CO2濃度越高，因此，pH值越。如pH值于優(yōu)值，會(huì)危害系統(tǒng)的效率。

從上考慮: 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。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(duì)于UASB反應(yīng)器還其他的流速關(guān)系(圖2)。對(duì)于日平均上升流速的值見(jiàn)表3，應(yīng)該注意對(duì)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(zhǎng)、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(zhǎng)和寬，在同樣的面積下正方形池的周長(zhǎng)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(zhǎng)相差10%，這意味著建筑要增加10%。但從布水均勻性考慮，矩形在長(zhǎng)/寬比較大較為合適。從布水均勻性和性考慮，矩形池在長(zhǎng)/寬比在2:1以下較為合適。長(zhǎng)/寬比在4:1時(shí)增加十分突出。

圓形反應(yīng)器在同樣的面積下，其周長(zhǎng)比正方形的少12%。但這一特點(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(duì)于采用公共壁的矩形反應(yīng)器，池型的長(zhǎng)寬比對(duì)造也較大的影響。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)。