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UASB厭氧反應(yīng)器
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程度上解決，但是當污水中含有抑制性物質(zhì)時，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)用廣泛的是UASB反應(yīng)器，所以本文討論UASB反應(yīng)器的設(shè)計方法。但是，其與其它的厭氧處理工藝有一定的共同點，例如，流化床和UASB都有三相分離器。而UASB和厭氧濾床對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)計參考。
包含厭氧處理單元的水處理過程一般包括預(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
1、預(yù)處理設(shè)施
一般預(yù)處理系統(tǒng)包括粗格柵、細格柵或水力篩、沉砂池、調(diào)節(jié)(酸化)池、營養(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機的可沉固體，這對對于保護各種類型厭氧反應(yīng)器的布水管免于堵塞。當污水中含有砂礫時，例如以薯干為原料的釀酒廢水，怎么強調(diào)去除砂礫的重要性也不過分。不可生物降解的固體，在厭氧反應(yīng)器內(nèi)積累會占據(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)完全失效。
由于厭氧反應(yīng)對水質(zhì)、水量和沖擊負荷較為敏感，所以對于工業(yè)廢水適當尺寸的調(diào)節(jié)池，對水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)是厭氧反應(yīng)穩(wěn)定運行的保證。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，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，當廢水堿度和營養(yǎng)鹽不夠需要補充堿度和營養(yǎng)鹽(N、P)等；可采用計量泵自動投加酸、堿和藥劑，通過調(diào)節(jié)池水力或機械攪拌達中和作用。
同時，酸化池或兩相系統(tǒng)是去除和改變，對厭氧過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，一般不需考慮酸化作用。對于復(fù)雜廢水，可在調(diào)節(jié)池中取得一定程度的酸化，但是完全的酸化是沒有必要的，甚至是有害處的。因為達到完全酸化后，污水pH會下降，需采用投藥調(diào)整pH值。另外有證據(jù)表明完全酸化對UASB反應(yīng)器的顆粒過程有不利的影響。對以下情況考慮酸化或相分離可能是有利的：
1) 當采用預(yù)酸化可去除或改變對甲烷菌有毒或抑制性化合物的結(jié)構(gòu)時；
2) 當廢水存在有較高的Ca2+時，部分酸化可避免顆粒污泥表面產(chǎn)生CaCO3結(jié)垢；
3) 當處理含高含懸浮物和/或采用高負荷，對非溶解性組分去除有限時；
4) 在調(diào)節(jié)池中取得部分酸化效果可以通過調(diào)節(jié)池的合理設(shè)計取得。例如，上向流進水方式，在反應(yīng)器底部形成污泥層(1.0m)。底部布水孔口設(shè)計為5～10m2/孔即可。
2、UASB反應(yīng)器體積的設(shè)計
a) 負荷設(shè)計法
采用有機負荷(q)或水力停留時間(HRT) 設(shè)計UASB反應(yīng)器是目前為主要的方法。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)計算。對某種特定廢水，反應(yīng)器的容積負荷一般應(yīng)通過試驗確定。
V = QSo/q (1)
V =KQ.HRT (2)
式中： Q---廢水流量，m3/d；
So---進水有機物濃度，gCOD/L或gBOD5/L。
表１給出不同類型廢水國內(nèi)外采用UASB反應(yīng)器處理的負荷數(shù)據(jù)，需要說明的是表中無法一一注明采用的預(yù)處理條件和厭氧污泥類型等情況，這些條件對選擇設(shè)計負荷是至關(guān)重要的。下表供設(shè)計人員設(shè)計時參考，選用前進行必要的實驗和進一步查詢有關(guān)的技術(shù)資料。
表1國內(nèi)外生產(chǎn)性UASB裝置的設(shè)計負荷統(tǒng)計表
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序號
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廢水類型
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負荷kgCOD/m3·d(國外資料)
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負荷kgCOD/m3·d(國內(nèi)資料)
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平均
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高
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低
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廠家數(shù)
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平均
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高
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低
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廠家數(shù)
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1
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酒精生產(chǎn)
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11.6
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15.7
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7.1
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7
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6.5
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20.0
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2.0
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15
|
|
2
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啤酒廠
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9.8
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18.8
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5.6
|
80
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5.3
|
8.0
|
5.0
|
10
|
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3
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造酒廠
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13.9
|
18.5
|
9.9
|
36
|
6.4
|
10.0
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4.0
|
8
|
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4
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葡萄酒廠
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10.2
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12.0
|
8.0
|
4
|
|
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5
|
清涼飲料
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6.8
|
12.0
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1.8
|
8
|
5.0
|
5.0
|
5.0
|
12
|
|
6
|
小麥淀粉
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8.6
|
10.7
|
6.6
|
6
|
|
|
|
|
|
7
|
淀粉
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9.2
|
11.4
|
6.4
|
6
|
5.4
|
8.0
|
2.7
|
2
|
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8
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土豆加工等
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9.5
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16.8
|
4.0
|
24
|
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9
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酵母業(yè)
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9.8
|
12.4
|
6.0
|
16
|
6.0
|
6.0
|
6.0
|
1
|
|
10
|
檸檬酸生產(chǎn)
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8.4
|
14.3
|
1.0
|
3
|
14.8
|
20.0
|
6.5
|
3
|
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11
|
味精
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|
|
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3.2
|
4.0
|
2.3
|
2
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12
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再生紙,紙漿
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12.3
|
20.0
|
7.9
|
15
|
|
|
|
|
|
13
|
造紙
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12.7
|
38.9
|
6.0
|
39
|
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14
|
食品加工
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9.1
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13.3
|
0.8
|
10
|
3.5
|
4.0
|
3.0
|
2
|
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15
|
屠宰廢水
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6.2
|
6.2
|
6.2
|
1
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3.1
|
4.0
|
2.3
|
4
|
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16
|
制糖
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15.2
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22.5
|
8.2
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12
|
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17
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制藥廠
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10.9
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33.2
|
6.3
|
11
|
5.0
|
8.0
|
0.8
|
5
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18
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家畜飼料廠
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10.5
|
10.5
|
10.5
|
1
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19
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垃圾濾液
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9.9
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12.0
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7.9
|
7
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b) 經(jīng)驗公式方法
Lettinga等人采用同樣經(jīng)驗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，并且對不同反應(yīng)器處理生活污水的數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計，得出了參數(shù)值。
式中：C1 ,C2——反應(yīng)常數(shù)。
c) 動力學(xué)方法
許多研究者致力于動力學(xué)的研究，Henxen和Harremoes(1983)根據(jù)眾多研究結(jié)果匯總了酸性發(fā)酵和甲烷發(fā)酵過程重要的動力學(xué)常數(shù)(見表2)。到目前為止，動力學(xué)理論的發(fā)展，還沒有使它能夠在選擇和設(shè)計厭氧處理系統(tǒng)過程中成為有力的工具，通過評價所獲得的實驗結(jié)果的經(jīng)驗方法現(xiàn)在仍是設(shè)計和優(yōu)化厭氧消化系統(tǒng)的選擇。
表2 厭氧動力學(xué)參數(shù)(Henxen和Harremoes，1982)
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培養(yǎng)
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mm(d-1)
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Y(mgVSS/mgCOD)
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Km[mgCOD/(mgVSS?d)]
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Ks(mgCOD/L)
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產(chǎn)酸菌
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2.0
|
0.15
|
13
|
200
|
甲烷菌
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0.4
|
0.03
|
13
|
50
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混合培養(yǎng)
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0.4
|
0.18
|
2
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---
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3、UASB反應(yīng)器的詳細設(shè)計
1) 反應(yīng)器的體積和高度
采用水力停留時間進行設(shè)計時，體積(V)按公式(1)或(2)計算。選擇反應(yīng)器高度的原則是設(shè)計、運行和經(jīng)濟上綜合考慮的結(jié)果。從設(shè)計、運行方面考慮：高度會影響上升流速，高流速增加系統(tǒng)擾動和污泥與進水之間的接觸。但流速過高會引起污泥流失，為保持足夠多的污泥，上升流速不能超過一定的限值，從而使反應(yīng)器的高度受到限制；高度與CO溶解度有關(guān)，反應(yīng)器越高溶解的CO濃度越高，因此，pH值越低。如pH值低于優(yōu)值，會危害系統(tǒng)的效率?！ 慕?jīng)濟上考慮: 土方工程隨池深增加而增加，但占地面積則相反；考慮當?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費用。經(jīng)濟的反應(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)優(yōu)的運行范圍?！ τ赨ASB反應(yīng)器還有其他的流速關(guān)系。對于日平均上升流速的推薦值見表3，應(yīng)該注意對短時間(如2～6h)的高峰值是可以承受的(即暫時的高峰流量可以接收)。
USAB反應(yīng)器的上部設(shè)置氣、固、液三相分離器，下部為污泥懸浮層區(qū)和污泥床區(qū)，廢水由反應(yīng)器底部均勻泵入污泥訂區(qū)，與厭氧污泥充分接觸反應(yīng)，有機物被厭氧微生物分解成沼氣。液體、氣體與固體形成混合液流上升至三相分離器，使三者很好地分離，使80百分以上的有機物被轉(zhuǎn)化為沼氣，完成廢水處理過程?！?/p>
應(yīng)用特點
<> 高ＣＯＤ負荷（５－１０kgCODcr/m^3/d)
<> 可產(chǎn)生高沉降性能的顆粒污泥
<> 可以產(chǎn)生能源（沼氣）
<> 運行費用低
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咨詢熱線：
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消除環(huán)境污染，改善生存環(huán)境。
