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1、废水及污水处理UASB反应器系统设计技术方案1、预处理设施：一般预处理系统包括粗格栅、细格栅或水力筛、沉砂池、调节 （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 对对于保护各种类型厌氧反应器的布水管免于堵塞是必需的。当污水中含有砂砾时，例如以薯干为原料的酿酒废水，怎么强 调去除砂砾的重要性也不过分。不可生物降解的固体，在厌氧反应器内积累会占据大量的池 容，反应器池容的不断减少最终将导致系统完全失效。由于厌氧反应对水质、水量和冲击负荷较为敏感，所以对于工 业废水适当尺寸的调节池，对水质、水量的调节是厌氧反应稳定运 行的保证。调节池的作用是均质和均量，一
2、般还可考虑兼有沉淀、混合、 加药、中和和预酸化等功能。在调节池中设有沉淀池时，容积需扣 除沉淀区的体积；根据颗粒化和pH调节的要求，当废水碱度和营养 盐不够需要补充碱度和营养盐（N、P）等；可采用计量泵自动投加 酸、碱和药剂，通过调节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，对厌氧过程有抑制作 用的物质、改善生物反应条件和可生化性也是厌氧预处理的主要手 段，也是厌氧预处理的目的之一。仅考虑溶解性废水时，一般不需考虑酸化作用。对于复杂废水，可在调节池中取得一定程度的酸化，但是完全 的酸化是没有必要的，甚至是有害处的。因为达到完全酸化后，污 水pH会下降，需采用投药调整pH值
3、。另外有证据表明完全酸化对UASB反应器的颗粒过程有不利的影 响。对以下情况考虑酸化或相分离可能是有利的：1) 当采用预酸化可去除或改变对甲烷菌有毒或抑制性化合物的 结构时；2) 当废水存在有较高的Ca2+时，部分酸化可避免颗粒污泥表面 产生CaCO3结垢；3) 当处理含高含悬浮物和/或采用高负荷，对非溶解性组分去 除有限时；4) 在调节池中取得部分酸化效果可以通过调节池的合理设计取 得。例如，上向流进水方式，在反应器底部形成污泥层(1.0m)。底 部布水孔口设计为510m2/孔即可。2、UASB反应器体积的设计：a) 、负荷设计法：采用有机负荷(q)或水力停留时间(HRT)设计UASB反应器
4、是目 前最为主要的方法。一旦q或HRT确定，反应器的体积(V)可以很容易根据公式(1或2)计算。对某种特定废水，反应器的容积负荷一般应通过试验确定。V = QS/q；(1)oV 二KQ.HRT；(2)式中：Q废水流量，ma/d；So-进水有机物浓度，gCOD/L或gBOD/L。表1给出不同类型废水采用UASB反应器处理的负荷数据，需要 说明的是表中无法一一注明采用的预处理条件和厌氧污泥类型等情 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考，选用前必须进行必要的实验和进步查询有关的技术资料。表1： UASB装置设计负荷统计表序号废水类型负荷kgCOD/ma d (国外资料)负
5、荷kgCOD/ma d(国内资料)平均最高最低厂家数平均最高最低厂家数1酒精生产11.615.77.176.520.02.0152啤酒厂9.818.85.6805.38.05.0103造酒厂13.918.59.9366.410.04.084葡萄酒厂10.212.08.045清凉饮料6.812.01.885.05.05.0126小麦淀粉8.610.76.667淀粉9.211.46.465.48.02.728土豆加工等9.516.84.0249酵母业9.812.46.0166.06.06.0110柠檬酸生产8.414.31.0314.820.06.5311味精3.24.02.3212再生纸，纸浆1
6、2.320.07.91513造纸12.738.96.03914食品加工9.113.30.8103.54.03.0215屠宰废水6.26.26.213.14.02.3416制糖15.222.58.21217制药厂10.933.26.3115.08.00.8518家畜饲料厂10.510.510.5119垃圾滤液9.912.07.97b）、经验公式方法：采用同样经验公式描述不同厌氧处理系统处理生活污水HRT与 去除率（E）之间的关系，并且对不同反应器处理生活污水的数据进行 了统计，得出了参数值。朋r =（3）;式中：C1 ,C2反应常数。c) 、动力学方法：酸性发酵和甲烷发酵过程重要的动力学常数(见
7、表2)。通过评 价所获得的实验结果的经验方法现在仍是设计和优化厌氧消化系统 的唯一的选择。表2：厌氧动力学参数(参考)培养m (dm1)Y(mgVSS/mgCOD)KmmgCOD/(mgVSS d)Ks(mgCOD/L)产酸菌2.00.1513200甲烷菌0.40.031350混合培养0.40.1823、UASB反应器的详细设计：1) 、反应器的体积和高度：采用水力停留时间进行设计时，体积(V)按公式(1 )或(2)计算。选择反应器高度的原则是设计、运行和经济上综合考虑的结果。从设计、运行方面考虑：高度会影响上升流速，高流速增加系 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
8、足够多的污泥，上升流速 不能超过一定的限值，从而使反应器的高度受到限制；高度与CO溶2 解度有关，反应器越高溶解的叫浓度越高，因此，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：土方工程随池深增加而增加，但占地面积则相反；考虑当地的 气候和地形条件，一般将反应器建造在半地下减少建筑和保温费 用。最经济的反应器高度（深度）一般是在4到6m之间，并且在大多 数情况下这也是系统最优的运行范围。2）、反应器的升流速度：对于UASB反应器还有其他的流速关系（图2）。对于日平均上升 流速的推荐值见表3,应该注意对短时间（如26h）的高峰值是可以 承受的（即暂时的高峰流量可以接收）。表3
9、 : UASB和EGSB允许上升流速（平均日流量）UASB反应器Vr = 0.253.0m/h ； 0.751.0m/h颗粒污泥絮状污泥V W1.5m/h絮状污泥W8m/h颗粒污泥V W12m/h颗粒污泥W3.0m/h絮状污泥V =1m/h建议最小值3) 、反应器的截面积和反应器的长、宽(或直径)：在确定反应器的容积和高度(H)之后，可确定反应器的截面积 (A)。从而确定反应器的长和宽，在同样的面积下正方形池的周长比 矩形池要小，矩形UASB需要更多的建筑材料。以表面积为600m2的反应器为例，30X20m的反应器与15mX40m 的反应器周长相差10%，这意味着建筑费用要增加10%。但从布水
10、均匀性考虑，矩形在长/宽比较大较为合适。从布水均 匀性和经济性考虑，矩形池在长/宽比在2:1以下较为合适。长/宽 比在4:1时费用增加十分显著。圆形反应器在同样的面积下，其周长比正方形的少12%。但这 一优点仅仅在采用单个池子时才成立。当建立两个或两个以上反应器时，矩形反应器可以采用共用 壁。对于采用公共壁的矩形反应器，池型的长宽比对造价也有较大 的影响。如果不考虑其他因素，这是一个在设计中需要优化的参 数。4) 、单元反应器最大体积和分格化的反应器：在UASB反应器的设计中，采用分格化对运行操作是有益的。首 先，分格化的单元尺寸不会过大，可避免体积过大带来的布水均匀 性等问题；同时多个反应器
11、对系统的启动也是有益的，可首先启动 一个反应器，再用这个反应器的污泥去接种其他反应器；另外，有 利于维护和检修，可放空一个反应器进行检修，而不影响系统的运行。从目前实践看最大的单体UASB反应器（不是最优的）可为1000- 2000m3。5）、单元反应器的系列化：单元的标准化根据三相分离器尺寸进行，三相分离器的型式趋 向于多层箱体的设备化结构。以2X5m的三相分离器为例，原则上讲有多种配合形式。但从 标准化和系列化考虑，要求具有通用性和简单性。所以，池子宽度是以5m为模数，长度方向是以2m为模数。布 置单元尺寸的方式可分成单池单个分离器和单池两个分离器的形 式。原则上如果采用管道或渠道布水，池子的长度是不受限制。如前所述，由于长宽比涉及到反应器的经济性，所以要结合池 子组数考虑适当的长宽比。对宽度为10m的单个反应器，2:1的长宽比的反应器可达到 2000m3的池容。对更大的反应器，如果需要也可采用双池共用壁的 型式。
