UASB反应器的原理

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1、UASB反应器的原理Company number :0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108UASB反应器的原理升流式厌氧污泥床（UASB）反应器是由Lettinga在七十年代开发的。图2是 UASB反应器及其设备的示意图。废水被尽可能均匀的引入到UASB反应器的底 部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水与污 泥颗粒的接触过程，反应产生的沼气引起了内部的循环。附着和没有附着在污泥 上的沼气向反应器顶部上升，碰击到三相分离器气体发射板，引起附着气泡的污 泥絮体脱气。气泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，气体被收集到反应器 顶部的三相分离器的集气

2、室。一些污泥颗粒会经过分离器缝隙进入沉淀区。 UAS B 反应器包括以下几个部分：进水和配水系统、反应器的池体和三相分离器 （图 2）。如果考虑整个厌氧系统还应该包括沼气收集和利用系统。在 UASB 反应器中 最重要的设备是三相分离器，这一设备安装在反应器的顶部并将反应器分为下部 的反应区和上部的沉淀区。2、反应器的池体几何形状第一个生产性的UASB反应器（200m3）和在圣保罗CETESB处理生活污水的 中试厂（120m3 ）具有特殊的形状，即上部的（沉淀池的）截面积大于下部反应区的截 面积（图3a）。较大表面积的沉淀器的水力负荷较低，有利于保持反应器内的污 泥，对于低浓度污水尤为重要。但是

3、对于高浓度污水，有机负荷比水力负荷更重 要，因此沉淀池截面没有必要设计为较大的表面积（图3b）。但是实际上不论是在 建的或已投入运转的大部分生产规模的UASB反应器，在反应器的反应和沉淀部 分是等面积的（图 3c 所示）。建筑直壁的反应器比斜壁的具有较大（或较小）沉淀池的反应器在结构上更加有利。因此，以下仅讨论直壁的 UASB 反应sa器。从反应器的形状有矩形和圆形这两种反应器，已大量应用于实际中。圆形反 应器具有结构较稳定的优点，同时对于圆形反应器在同样的面积下，其周长比正 方形的少 12%。所以圆形池子的建造费用比具有相同面积的矩形反应器至少要低 12%。但是圆形反应器的这一优点仅仅在采用

4、单个池子时才成立，所以，单个或 小的反应器可以建造成圆形的。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。当建造多个 矩形反应器时有其优越性。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。对于大型 UASB 反应器建造多个池子的系统是有益的，这可以 增加处理系统的适应能力。如果有多个反应池的系统，则可能关闭一个进行维护 和修理，而其他单元的反应器继续运行。三、UASB反应器的设备化1、矩形（钢筋混凝土）结构反应器混凝土结构的 UASB 反应器是最为常见的结构和材料型式，但是采用标准化 和系列化的设计必须考虑结构的通用性和简单性，在此基础上形成的系列化才推 广的价值。

5、池体的标准化主要是根据三相分离器的尺寸进行布置的，笔者采用的 三相分离器的平面尺寸是2X5m。根据这一形式布置池体有以下几种方式（图 4）。图4中（a）为整个池表面均采用三相分离器的形式，而图4b是池顶的一部分 采用池体本身结构构成气室。这样可以节省一部分三相分离器的投资。标准化可 以分为单池单个分离器和两个并列分离器，大型结构可采用双池公用壁的形式。很明显如果需要也可以构成双池每池两组分离器的形式。由于三相分离器的尺寸 原因，池子的宽度一般以5m为模数，长度方向以2m为模数。原则上如果采用 管道或渠道布水，池子的长度是不受限制。如前所述由于反应器的长宽比的范围 涉及到池子的经济性，所以在上述

6、范围内选择要结合池子组数考虑适当的长宽 比。表1矩形反应器的平面尺寸和有效体积的选用表格(体积单位：m3)池长(m)68101214161820222426单池宽5m150200250300350400450500550600650双池宽5m3004005006007008009001000 1100 1200 1300池长(m)1012141618202224262830单池宽10m5006007008009001000 1100 1200 1300 1400 1500双池宽 10m1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000注

7、：反应器的有效高度为5m,般推荐UASB反应器的高度为46m。表1是根据上述原则给出了 UASB系列化的一组选择。从原则上讲安排2X5m 的三相分离器的平面布置还可以有其他多种的平面配合形式如，宽度可以以2m为模数，而长度以10m为模数，构成4X5, 4X10, 6X5, 6X10, 6X15 m的系列。甚至可以采用三相分离器横竖混合布置的形式。但是考虑通用性 和简单性的原则，推荐表 1 的组合方式。图 5a 是采用混凝土反应器的一种可整体安装的三相分离器设计形式。三相 分离器设备固定可以采用牛腿和工字钢支撑的两种形式。需要说明的是由于运行 过程中，三相分离器的气室内有一定量的沼气，所以会形成

8、比较大的浮力。需要 考虑上部的固定措施，固定措施可以借助出水管和出气管，以及其他形式。2、UASB反应器新型结构和材料的开发1) 德国 Farmetic 公司的拼装和 Lipp 公司的双折边咬口制罐技术国外发达的工业废水处理工程大多已采用新设备、新材料和新工艺来设计和 建造，如德国利浦(Lipp)公司的双折边咬口技术和Farmetic公司的拼装制罐技术 就是其中之一。这些技术应用金属塑性加工中的加工硬化原理和薄壳结构原理， 通过专用技术和设备将24mm镀锌或镀搪瓷钢板建造成体积为1002000m3 的反应器。具有施工周期短、造价较低、质量高等优点，其施工周期比同样规模 的混凝土罐缩短 60%，

9、罐体自重仅为混凝土罐的 10%，比普通钢板罐节省材料 达50%以上，而且耐腐蚀，不需保养维修，使用寿命要达 20年以上。高质量的 自动化安装技术，反应器的的先进性和经济性，表明这些技术是理想的、适宜于 中国国情的现代化技术。UASB 反应器由于其反应过程和反应产物均有一定的腐蚀性，其对于材料防 腐性能有特殊的要求。采用柔性搪瓷预制钢板或Lipp不锈钢复合钢板的防腐形 式，能阻止筒体腐蚀。特殊防腐涂层的开发，解决了钢制反应器腐蚀问题。同时 此项技术由于整体设计合理的罐体结构材料用量大大减少，降低了造价。并将 U ASB 工艺技术设备化，将技术融于设备中，形成技术含量高的一体化设备。a)拼装制罐技

10、术拼装技术采用高新技术制成的罐体材料，以快速低耗的现场拼装方式最终成 型，组成成套化的单元反应器设备，使污水处理设备的全套装置达到技术先进、 配制合理、性能优良、耐腐性好、维修便利、外表美观的效果。罐体材料将根据 不同反应器采用软性搪瓷或其他防腐形式预制钢板。预制的钢板采用以栓接方式拼装，栓接处加特制密封材料防漏（见图6a），此种预制钢板形成的保护层不仅能 阻止罐体腐蚀，而且具有抗酸碱的功能。b） Lipp 技术Lipp 罐制作时薄钢板通过一台成型机和一台咬合机，在成型机上薄钢板上部 被折成h形而下部被折成n形，在咬合机上薄钢板上部与上一层薄钢板的下部被 咬合在一起的成型过程和截面形状（如图6

11、b）。废水处理中被处理废水具有腐蚀性 （如酸碱废水）的废水，或处理工艺过程中产生腐蚀性（如厌氧处理）的情况，采用 镀锌板无法像搪瓷钢板一样法满足罐体材料具有耐腐蚀的要求。而全部用不锈钢 卷板来制作罐体其制作成本相当高，通过复合机械，将镀锌卷板与厚度的不锈钢 薄膜复合在一起，其截面形状如图 6b 所示。Lipp 制罐技术是一种具有世界先进水平的制罐工艺与技术，但是需要特殊机 械。 80 年代国内粮食系统引进多套加工机械，并且在粮仓上有大量的应用。目 前也逐步应用于污水处理。2） 两种罐体的基础和配件应用上述两项技术由于罐体所用材料较少，在基础承载力计算中几乎可以不 考虑罐体自重对基础的承压要求。

12、在基础底板浇筑时，按所要制作的罐件直径在 底板表面留一条宽150mm，深100mm的预留槽，槽内按直径均匀放置一定数 量的预埋件，反应器制作完成后，放入预留槽内，用螺栓将罐体和预埋件固定， 然后用膨胀混凝土和沥青等材料来密封，最后覆细石混凝土保护层（见图7a）。罐 体的设计是设备化的一部分工作，可对不同高度和直径的反应器的结构进行系列 设计。这样整个反应器的设计仅仅是基础的结构设计，这在结构设计中比较简 单。图7b是基础图设计之一，这样整个反应器池体和基础的设计就形成了系列 化。3、拼装预制和Lipp制罐技术的优点和局限性施工时间短，质量高是预制拼装和 Lipp 反应器的优点之一。由于机械化加

13、 工和施工方式，工作强度大幅减小，施工难度降低，施工质量得到保障。虽然在 预制加工过程中对材质要求较高（如：拼装结构需要冷扎板和搪烧， Lipp 罐需要 镀锌钢板和不锈钢薄板）。采用的薄壁结构虽然材料用量减少，但是由于其相等间距的咬合筋（或栓接） 的作用，拼装预制和 Lipp 制罐具有相当大的环拉强度。对于圆形池体，满足了 环向受压的要求也就是基本满足了池体的强度要求。环向拉力的强度计算过程， 对于不同的材料、不同的介质以及不同的池容，需要进行计算。计算的过程实际 上就是寻求最佳材料厚度的过程。例如，对直径为10m，总高度，水力高度为6 m的500m3反应器，其壁厚可选用了两种不同壁厚的材料用

14、于不同水力咼度的位 置，罐体下部壁厚为3mm，而罐体上部均选用2mm。从理论上讲，罐的壁厚可比 2mm 小。但是，考虑到结构稳定性等因素，一 般不小于2mm。对于直径大、高度高的罐体，理论上可选用更厚的钢板制作。 但由于国内搪瓷钢板的规格和 Lipp 制罐机械在机械压紧强度，咬口紧密度等方 面的限制，罐体的选用材料壁厚一般最大为4mm。所以，这两种技术国内制作 的最大罐体直径在3040m。对于特殊的超大超高的罐体，可选用高强度材料。 同样，由于价格成本和池形的限制，拼装预制和 Lipp 制罐不适用对于容积小和 直径小于5m的反应器。从结构上考虑拼装和Lipp技术不适用于地下池和方形结 构池。升

15、流式厌氧污泥床（uasb）反应器的系列化和设备化研究来自：四、不同池型结构的技术经济比较UASB反应器的材料，可采用碳钢、Lipp（或拼装结构）和混凝土结构。对钢 制结构的反应器需进行保温处理，钢池考虑采用现场48mm厚阻燃型聚苯乙烯 泡沫板及彩色防护板保温和装饰，碳钢的防腐材料采用环氧树脂加玻璃布三层做 法。混凝土池不考虑保温问题。附属设备如三相分离器、配水系统、走道、扶 手、楼梯暂等不考虑。对以上三种结构型式进行了技术经济比较。三种池的容积 均按1250m3考虑，表2是投资、折旧和施工技术条件的对比表。表2不同结构经济技术比较（投资、经常维护费用和施工）序号项目混凝土池（万元）碳钢池（万元）拼装或复合Lipp罐（万元）1容积（总）10x20x7m申15xx61005xx32重量（吨）-363池体投资费用564保温投资费用无5池基础费用无6内防腐费用无无7外防腐费用无无小计56经常维护费用8