一、概述 厭氧處理已經(jīng)成功地應(yīng)用于各種高、中濃度的工業(yè)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)污水中含有抑制性物質(zhì)時(shí)，如含有硫酸鹽的味精廢水在處理上仍有一定的難度。在厭氧處理領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的是UASB反應(yīng)器，所以本文重點(diǎn)討論UASB反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方法。但是，其與其它的厭氧處理工藝有一定的共同點(diǎn)，例如，流化床和UASB都有三相分離器。而UASB和厭氧濾床對(duì)于布水的要求是一致的，所以結(jié)果也可以作為其他反應(yīng)器設(shè)計(jì)參考。 .jpg)
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包含厭氧處理單元的水處理過(guò)程一般包括預(yù)處理、厭氧處理(包括沼氣的收集、處理和利用)、好氧后處理和污泥處理等部分，可以用圖1所示的流程表示。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)包括粗格柵、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)。格柵和沉砂池的目的是去除粗大固體物和無(wú)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必需的。當(dāng)污水中含有砂礫時(shí)，例如以薯干為原料的釀酒廢水，怎么強(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)器池容的不斷減少最終將導(dǎo)致系統(tǒng)完全失效。 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)穩(wěn)定運(yùn)行的保證。調(diào)節(jié)池的作用是均質(zhì)和均量，一般還可考慮兼有沉淀、混合、加藥、中和和預(yù)酸化等功能。在調(diào)節(jié)池中設(shè)有沉淀池時(shí)，容積需扣除沉淀區(qū)的體積；根據(jù)顆?；蚿H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)中和作用。 同時(shí)，酸化池或兩相系統(tǒng)是去除和改變，對(duì)厭氧過(guò)程有抑制作用的物質(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)處理的目的之一。僅考慮溶解性廢水時(shí)，一般不需考慮酸化作用。對(duì)于復(fù)雜廢水，可
| 表1國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)性UASB裝置的設(shè)計(jì)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表 | ||||||||||
| 序號(hào) | 廢水類型 | 負(fù)荷kgCOD/m3·d(國(guó)外資料) | 負(fù)荷kgCOD/m3·d(國(guó)內(nèi)資料) | |||||||
| 平均 | 最高 | 最低 | 廠家數(shù) | 平均 | 最高 | 最低 | 廠家數(shù) | |||
| 1 | 酒精生產(chǎn) | 11.6 | 15.7 | 7.1 | 7 | 6.5 | 20.0 | 2.0 | 15 | |
| 2 | 啤酒廠 | 9.8 | 18.8 | 5.6 | 80 | 5.3 | 8.0 | 5.0 | 10 | |
| 3 | 造酒廠 | 13.9 | 18.5 | 9.9 | 36 | 6.4 | 10.0 | 4.0 | 8 | |
| 4 | 葡萄酒廠 | 10.2 | 12.0 | 8.0 | 4 | |||||
| 5 | 清涼飲料 | 6.8 | 12.0 | 1.8 | 8 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 12 | |
| 6 | 小麥淀粉 | 8.6 | 10.7 | 6.6 | 6 | < | ||||
| 7 | 淀粉 | 9.2 | 11.4 | 6.4 | 6 | 5.4 | 8.0 | 2.7 | 2 | |
| 8 | 土豆加工等 | 9.5 | 16.8 | 4.0 | 24 | |||||
| 9 | 酵母業(yè) | 9.8 | 12.4 | 6.0 | 16 | 6.0 | 6.0 | 6.0 | 1 | |
| 10 | 檸檬酸生產(chǎn) | 8.4 | 14.3 | 1.0 | 3 | 14.8 | 20.0 | 6.5 | 3 | |
| 11 | 味精 | 3.2 | 4.0 | 2.3 | 2 | |||||
| 12 | 再生紙,紙漿 | 12.3 | 20.0 | 7.9 | 15 | |||||
| 13 | 造紙 | 12.7 | 38.9 | 6.0 | 39 | | ||||
| 14 | 食品加工 | 9.1 | 13.3 | 0.8 | 10 | 3.5 | 4.0 | 3.0 | 2 | |
| 15 | 屠宰廢水 | 6.2 | 6.2 | 6.2 | 1 | 3.1 | 4.0 | 2.3 | 4 | |
| 16 | 制糖 | 15.2 | 22.5 | 8.2 | 12 | |||||
| 17 | 制藥廠 | 10.9 | 33.2 | 6.3 | 11 | 5.0 | 8.0 | 0.8 | 5 | |
| 18 | 家畜飼料廠 | 10.5 | 10.5 | 10.5 | 1 | |||||
| 19 | 垃圾濾液 | 9.9 | 12.0 | 7.9 | 7 |
b) 經(jīng)驗(yàn)公式方法 Lettinga等人采用同樣經(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 許多研究者致力于動(dòng)力學(xué)的研究，Henxen和Harremoes(19
| 表2 厭氧動(dòng)力學(xué)參數(shù)(Henxen和Harremoes，1982) | ||||
| 培養(yǎng) | mm(d-1) | Y(mgVSS/mgCOD) | Km[mgCOD/(mgVSS•d)] | Ks(mgCOD/L) |
| 產(chǎn)酸菌 | 2.0 | 0.15 | 13 | 200 |
| 甲烷菌 | 0.4 | 0.03 | 13 | 50 |
| 混合培養(yǎng) | 0.4 | 0.18 | 2 | --- |
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。選擇反應(yīng)器高度的原則是設(shè)計(jì)、運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)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
| 表3 UASB和EGSB允許上升流速(平均日流量) | |||
| UASB反應(yīng)器 | Vr＝0.25~ 0.75~ | 顆粒污泥 絮狀污泥 | |
| Vs≤ | 絮狀污泥 | ||
| ≤ | 顆粒污泥 | ||
| Vo≤ | 顆粒污泥 | ||
| ≤ | 絮狀污泥 | ||
| Vg＝ | 建議最小值 |
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
三、反應(yīng)器的配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1、配水孔口負(fù)荷 一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)服務(wù)的最大面積問(wèn)題是應(yīng)該進(jìn)行深入的實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)于UASB反應(yīng)器Lettinga建議在完成了起動(dòng)之后，每個(gè)進(jìn)水點(diǎn)負(fù)擔(dān)2.0到
| 表4 采用UASB處理主要為溶解性廢水時(shí)進(jìn)水管口負(fù)荷 | ||
| 污泥典型 | 每個(gè)進(jìn)水口負(fù)荷(m2) | 負(fù)荷(kgCOD/m3·d) |
| 顆粒污泥 | 0.5～1 | 2.0 |
| 1～2 | 2～4 | |
| > 2 | >4 | 凝絮狀污泥 > 40kgDS/m3 | 6.5～1 | <1.0 |
| 1～2 | 1～2 | |
| 2～3 | >2 | |
| 中等濃度絮狀污泥 120～ | 1～2 | <1～2 |
| 2～5 | >2 |
2、進(jìn)水分配系統(tǒng) 進(jìn)水分配系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)對(duì)UASB處理廠的良好運(yùn)轉(zhuǎn)是至關(guān)重要的，進(jìn)水系統(tǒng)兼有配水和水力攪拌的功能，為了這兩個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，需要滿足如下原則：a) 確保單位面積的進(jìn)水量基本相同，以防止短路等現(xiàn)象發(fā)生；b) 盡可能滿足水力攪拌需要，保證進(jìn)水有機(jī)物與污泥迅速混合；c) 很容易觀察到進(jìn)水管的堵塞；d) 當(dāng)堵塞被發(fā)現(xiàn)后，很容易被清除。 在生產(chǎn)裝置中采用的進(jìn)水方式大致可分為間歇式(脈沖式)、連續(xù)流、連續(xù)與間歇相結(jié)合等方式；從布水管的形式有一管多孔、一管一孔和分枝狀等多種形式。 1) 連續(xù)進(jìn)水方式(一管一孔) 為了確保進(jìn)水均勻分布，每個(gè)進(jìn)水管線僅僅與一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)相連接，是最為理想的情況(圖
2) 脈沖進(jìn)水方式 我國(guó)UASB反應(yīng)器與國(guó)外的最為顯著的特點(diǎn)是很多采用脈沖進(jìn)水方式。有些研究者認(rèn)
四、氣、固、液三相分離裝置
三相分離器是UASB反應(yīng)器最有特點(diǎn)和最重要的裝置。它同時(shí)具有兩個(gè)功能：1) 能收集從分離器下的反應(yīng)室產(chǎn)生的沼氣；2) 使得在分離器之上的懸浮物沉淀下來(lái)。三相分離器設(shè)計(jì)要點(diǎn)匯總：1) 集氣室的隙縫部分的面積應(yīng)該占反應(yīng)器全部面積的15～20％； 2) 在反應(yīng)器高度為5～7m時(shí)，集氣室的高度在1.5～2m；3) 在集氣室內(nèi)應(yīng)保持氣液界面以釋放和收集氣體，防止浮渣或泡沫層的形成；
4) 在集氣室的上部應(yīng)該設(shè)置消泡噴嘴，當(dāng)處理污水有嚴(yán)重泡沫問(wèn)題時(shí)消泡；
5) 反射板與隙縫之間的遮蓋應(yīng)該在100～
6) 出氣管的直管應(yīng)該充足以保證從集氣室引出沼氣，特別是有泡沫的情況。
對(duì)于低濃度污水處理，當(dāng)水力負(fù)荷是限制性設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，在三相分離器縫隙處保持大的過(guò)流面積，使得最大的上升流速在這一過(guò)水?dāng)嗝嫔媳M可能的低是十分重要的。
五、建筑材料
選擇適當(dāng)?shù)慕ㄖ牧蠈?duì)于UASB反應(yīng)器的持久性是非常重要的。防腐較差的UASB反應(yīng)器在使用3-5年后都出現(xiàn)了嚴(yán)重腐蝕，最嚴(yán)重的腐蝕出現(xiàn)在反應(yīng)器上部氣、液交界面。此處H2S可能造成直接化學(xué)腐蝕，同時(shí)硫化氫被空氣氧化為硫酸或硫酸鹽，使局部pH下降造成間接化學(xué)腐蝕。由于厭氧環(huán)境下的氧化-還原電位為-300mV，而在氣水交界面的氧化-還原電位為100mV，這就在氣水交界面構(gòu)成了微電池，形成電化學(xué)腐蝕。無(wú)論普通鋼材和一般不銹鋼在此處都會(huì)被損害。 厭氧反應(yīng)器應(yīng)該盡可能的避免采用金屬材料，即使昂貴的不銹鋼也會(huì)受到嚴(yán)重的腐蝕，而油漆或其他涂料僅僅能起到部分保護(hù)。一般反應(yīng)器池壁最合適的建筑材料是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，即使混凝土也可能受到化學(xué)侵蝕。如果碳酸根和鈣離子的濃度積低于碳酸鈣的
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