水解酸化脈沖布水器

1、UASB工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法探討厭氧處理已經(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反響器,所以本文重點(diǎn)討論 UASB反響器的設(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都有三相別離器.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響器設(shè)計(jì)參考.*出水啊一沈淀麟熊脫冊(cè)速.可丁-氣體的上升刑4. ML 燉一位沉淀群里游處保理,圖 1 包含 UASB 醯圖2 UASB反響墨中竊忸

2、速關(guān)系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、處理和利用卜好氧后處理和污泥處理等局部,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(lèi)型厭氧反響器的布水管免于堵 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,在厭氧反響器內(nèi)積累會(huì)占據(jù)大量的池容,反響器池容的不斷減少最終將導(dǎo)致系統(tǒng)完 全失效.由于厭氧反響對(duì)水質(zhì)、水量和沖擊負(fù)荷較為敏感,所

3、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)是厭氧反響穩(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)、改善生物反響條件和可生化 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,可在調(diào)節(jié)池中取得一定程度的酸化,但是完全

4、的酸化是沒(méi)有必要的,甚至是有害處的.由于到達(dá)完全酸化后,污水 pH會(huì)下降,需采用投藥調(diào)整 pH值.另外有證據(jù)說(shuō)明完全酸化對(duì)UASB反響器的顆粒過(guò)程有不利的影響.對(duì)以下情況考慮酸化或相別離可能是有利的：1當(dāng)采用預(yù)酸化可去除或改變對(duì)甲烷菌有毒或抑制性化合物的結(jié)構(gòu)時(shí)；2當(dāng)廢水存在有較高的 Ca2+時(shí),局部酸化可預(yù)防顆粒污泥外表產(chǎn)生CaCO3結(jié)垢；3當(dāng)處理含高含懸浮物和/或采用高負(fù)荷,對(duì)非溶解性組分去除有限時(shí)；4在調(diào)節(jié)池中取得局部酸化效果可以通過(guò)調(diào)節(jié)池的合理設(shè)計(jì)取得.例如,上向流進(jìn)水方式,在反響器 底部形成污泥層1.0m.底部布水孔口設(shè)計(jì)為 510m2/孔即可.2、UASB反響器體積的設(shè)計(jì)a負(fù)荷設(shè)計(jì)法

5、采用有機(jī)負(fù)荷q或水力停留時(shí)間HRT設(shè)計(jì)UASB反響器是目前最為主要的方法.一旦 q或HRT確 定,反響器的體積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,反響器的容積負(fù)荷一般應(yīng)通過(guò)試 驗(yàn)確定.V = QS o/q1V =KQ.HRT2式中：Q-廢水流量,m3/d ；So-進(jìn)水有機(jī)物濃度,gCOD/L或gBOD 5/L.表1給出不同類(lèi)型廢水國(guó)內(nèi)外采用UASB反響器處理的負(fù)荷數(shù)據(jù),需要說(shuō)明的是表中無(wú)法一一注明采用的預(yù)處理?xiàng)l件和厭氧污泥類(lèi)型等情況,這些條件對(duì)選擇設(shè)計(jì)負(fù)荷是至關(guān)重要的.下表供設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí) 參考,選用前必須進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)和進(jìn)一步查詢有關(guān)的技術(shù)資料.表1國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)性UASB裝置的設(shè)計(jì)

6、負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表序號(hào)廢水類(lèi)型負(fù)荷kgCOD/m 3 d國(guó)外資料負(fù)荷kgCOD/m 3 d國(guó)內(nèi)資料平均最局最低廠家數(shù)平均最局最低廠家數(shù)1酒精生產(chǎn)11.615.77.176.520.02.0152啤酒廠9.818.85.6805.38.05.0103造酒廠13.918.59.9366.410.04.084葡萄酒廠10.212.08.045清涼飲料6.8 r12.01.885.05.05.0126小麥淀粉8.610.76.667淀粉9.211.46.465.48.02.728土豆加工等9.516.84.0249酵母業(yè)9.812.46.0166.06.06.0110檸檬酸生產(chǎn)8.414.31.0314.82

7、0.06.5311味精3.24.02.3212再生紙,紙漿12.320.07.91513造紙12.738.96.03914食品力口工9.113.30.8103.54.03.0215屠宰廢水6.26.26.213.14.02.3416制糖15.222.58.21217制藥廠10.933.26.3115.08.010.8518家畜飼料廠10.510.510.5119垃圾濾液9.912.07.97b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)不同反響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：Ci ,C2反響常數(shù).c動(dòng)力學(xué)

8、方法許多研究者致力于動(dòng)力學(xué)的研究,Henxen和Harremoes1983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) 見(jiàn)表2.到目前為止,動(dòng)力學(xué)理論的開(kāi)展,還沒(méi)有使它能夠在選擇和設(shè)計(jì) 厭氧處理系統(tǒng)過(guò)程中成為有力的工具,通過(guò)評(píng)價(jià)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)的唯一的選擇.表2厭氧動(dòng)力學(xué)參數(shù)Henxen和Harremoes , 1982培養(yǎng)mm(d")丫(mgVSS/mgCOD)KmmgCOD/(mgVSS?d)Ks(mgCOD/L)產(chǎn)酸菌2.00.1513200甲烷菌0.40.031350混合培養(yǎng)0.40.1823、UASB反響器的詳細(xì)設(shè)計(jì)

9、1反響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.選擇反響器高度的原那么是設(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,上升流速不能超過(guò)一定的限值,從而 使反響器的高度受到限制；高度與 CO2溶解度有關(guān),反響器越高溶解的 CO2濃度越高,因此,pH值越低. 如pH值低于最優(yōu)值,會(huì)危害系統(tǒng)的效率.從經(jīng)濟(jì)上考慮：土方工程隨池深增加而增加,但占地面積那么相反；考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蚝偷匦螚l件,一般將反響器建造在半地下減少建筑和保溫費(fèi)用.最經(jīng)濟(jì)的反響器高度深度一般是在4

10、到6m之間,并且在大多數(shù)情況下這也是系統(tǒng)最優(yōu)的運(yùn)行范圍.2反響器的升流速度對(duì)于UASB反響器還有其他的流速關(guān)系圖2.對(duì)于日平均上升流速的推薦值見(jiàn)表3,應(yīng)該注意對(duì)短時(shí)間如26h的頂峰值是可以承受的即暫時(shí)的頂峰流量可以接收.表3 UASB和EGSB允許上升流速平均日流量UASB反響器Vr=0.253.0m/h0.751.0m/h顆粒污泥 絮狀污泥Vs< 1.5m/h絮狀污泥< 8m/h顆粒污泥Vo< 12m/h顆粒污泥< 3.0m/h絮狀污泥Vg= 1m/h建議最小值3反響器的截面積和反響器的長(zhǎng)、寬 或直徑在確定反響器的容積和高度 H之后,可確定反響器的截面積 Ao從而確定

11、反響器的長(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.以外表積為 600m 2的反響器為例,30 x 20m的反響器與15mx 40m的反響器周長(zhǎng)相差10%,這意味著建筑費(fèi)用要增加 10%.但從布水 均勻性考慮,矩形在長(zhǎng)/寬比擬大較為適宜.從布水均勻性和經(jīng)濟(jì)性考慮,矩形池在長(zhǎng)/寬比在2:1以下較為適宜.長(zhǎng)/寬比在4:1時(shí)費(fèi)用增加十分顯著.圓形反響器在同樣的面積下,其周長(zhǎng)比正方形的少12% o但這一優(yōu)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)以上反響器時(shí),矩形反響器可以采用共用壁.對(duì)于采用公共壁的矩形反響器,池型的長(zhǎng) 寬比對(duì)造價(jià)也有較大的影響.如果不考慮

12、其他因素,這是一個(gè)在設(shè)計(jì)中需要優(yōu)化的參數(shù).4單元反響器最大體積和分格化的反響器在UASB反響器的設(shè)計(jì)中,采用分格化對(duì)運(yùn)行操作是有益的.首先,分格化的單元尺寸不會(huì)過(guò)大,可預(yù)防體積過(guò)大帶來(lái)的布水均勻性等問(wèn)題；同時(shí)多個(gè)反響器對(duì)系統(tǒng)的啟動(dòng)也是有益的,可首先啟動(dòng)一個(gè)反響器,再用這個(gè)反響器的污泥去接種其他反響器；另外,有利于維護(hù)和檢修,可放空一個(gè)反響器進(jìn)行檢修,而不影響系統(tǒng)的運(yùn)行.從目前實(shí)踐看最大的單體UASB反響器不是最優(yōu)的可為1000-2000m 3.5單元反響器的系列化單元的標(biāo)準(zhǔn)化根據(jù)三相別離器尺寸進(jìn)行,三相別離器的型式趨向于多層箱體的設(shè)備化結(jié)構(gòu).以2X5m的三相別離器為例,原那么上講有多種配合形式

13、.但從標(biāo)準(zhǔn)化和系列化考慮,要求具有通用性和簡(jiǎn)單性.所以,池子寬度是以5m為模數(shù),長(zhǎng)度方向是以 2m為模數(shù).布置單元尺寸的方式可分成單池單個(gè)別離器和 單池兩個(gè)別離器的形式.原那么上如果采用管道或渠道布水,池子的長(zhǎng)度是不受限制.如前所述,由于長(zhǎng)寬 比涉及到反響器的經(jīng)濟(jì)性,所以要結(jié)合池子組數(shù)考慮適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)寬比.對(duì)寬度為10m的單個(gè)反響器,2:1的長(zhǎng)寬比的反響器可到達(dá) 2000m 3的池容.對(duì)更大的反響器,如果需要也可采用雙池共用壁的型式.三、反響器的配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1、配水孔口負(fù)荷一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)效勞的最大面積問(wèn)題是應(yīng)該進(jìn)行深入的實(shí)驗(yàn)研究.對(duì)于UASB反響器Lettinga建議在完成了起動(dòng)之后,每個(gè)進(jìn)水點(diǎn)負(fù)擔(dān)

14、 2.0到4.0m2對(duì)獲得滿意的去除效率是足向O勺.但是在溫度低于20c或低負(fù)荷的情況,產(chǎn)氣率較低并且污泥和進(jìn)水的混合不充分時(shí),需要較高密度的布水點(diǎn).對(duì)于城市污水De Man和Van der Last 1990建議12m2/孔.表4是Lettinga等人根據(jù)UASB反響器的大量實(shí)踐推薦的進(jìn)水管 負(fù)荷.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/m 3 d)顆粒污泥0.5 12.01-224> 2>4凝絮狀污泥 3> 40kgDS/m6.5 1<1.01-21223>2中等濃度絮狀污泥一 一 .3120 40kg/m

15、1-2<1225>22、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),需要滿足如下原那么：a保證單位面積的進(jìn)水量根本相同,以預(yù)防短路等現(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,很容易被去除.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保證進(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3a

16、o為保證每一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)的流量相等,建議用高于反響器的水箱或渠道式進(jìn)行分配,通過(guò)渠道或分配箱之間的三角堰來(lái)保證等量的進(jìn)水.這種系統(tǒng)的好處是容易觀察到堵塞情況.b脈沖配水方式c分枝或一管資孔甯金水方式圖3 UASB反響髭不同的配水方式原理圖2脈沖進(jìn)水方式我國(guó)UASB反響器與國(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)為脈沖方式進(jìn)水,使底層污泥交替進(jìn)行收縮和膨脹,有助于底層污泥的混合.圖 3a為北京環(huán)科院采用的一種脈沖布水器 的原理圖,該系統(tǒng)借鑒了給水中虹吸濾池的布水方式.3 一管多孔配水方式采用在反響器池底配水橫管上開(kāi)孔的方式布水,為了配水均勻,要求出水流速不小于2.0m/s o這種配水

17、方式可用于脈沖進(jìn)水系統(tǒng).一管多孔式配水方式的問(wèn)題是容易發(fā)生堵塞,因此,應(yīng)該盡可能預(yù)防在一個(gè) 管上有過(guò)多的孔口.4分枝式配水方式這種配水系統(tǒng)的特點(diǎn)采用較長(zhǎng)的配水支管增加沿程阻力,以到達(dá)布水均勻的目的圖3c o根據(jù)筆者的實(shí)踐,最大的分枝布水系統(tǒng)的負(fù)荷面積為54m2.大阻力系統(tǒng)配水均勻度好,但水頭損失大.小阻力系統(tǒng)水頭損失小,如果不影響處理效率,可減少系統(tǒng)的復(fù)雜程度.對(duì)其他類(lèi)型布水方式,我國(guó)也有很多設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn).與三相別離器一樣,不同型式的布水裝置之間, 很難比擬孰優(yōu)孰劣.事實(shí)上,各種類(lèi)型的布水器都有成功的經(jīng)驗(yàn)和業(yè)績(jī).3、配水管道設(shè)計(jì)對(duì)重力布水方式,污水通過(guò)三角堰進(jìn)入反響器時(shí)可能吸入空氣,會(huì)引起對(duì)

18、甲烷菌的抑制；進(jìn)入大量氣體與產(chǎn)生的沼氣會(huì)形成有爆炸可能的混合氣體；同時(shí),氣泡太多可能還會(huì)影響沉淀功能 .由于,大于2.0mm直徑的氣泡在水中以大約 0.20.3m/s速度上升,采用較大的管徑使液體在管道的垂直局部的流速低于這 一數(shù)值,可適當(dāng)?shù)仡A(yù)防超過(guò)2mm直徑的空氣泡進(jìn)入反響器,同時(shí)還可預(yù)防氣阻.在反響器底部用較小直徑,形成高的流速產(chǎn)生較強(qiáng)的擾動(dòng),使進(jìn)水與污泥之間混合增強(qiáng).污水中存在大的物體可能堵塞進(jìn)水管,設(shè)計(jì)良好的進(jìn)水系統(tǒng)要求可疏通堵塞；對(duì)于壓力流采用穿孔管 布水器一管多孔或分枝狀,需考慮設(shè)液體反沖洗或清堵裝置,可采用停水分池分段反沖；采用一管多孔 布水管道,布水管道尾端最好兼作放空和排泥管

19、,以利于去除堵塞；采用重力流布水方式一管一孔,如果進(jìn)水水位差僅僅比反響器的水位稍高水位差小于10cm將經(jīng)常發(fā)生堵塞.在水箱中的水位三角堰的底 部與反響器中的水位差大于 30cm很少發(fā)生這種堵塞.無(wú)論采用那一種布水方式,盡可能少地采用彎頭等 非直管.四、氣、固、液三相別離裝置三相別離器是UASB反響器最有特點(diǎn)和最重要的裝置.它同時(shí)具有兩個(gè)功能：1能收集從別離器下的反響室產(chǎn)生的沼氣；2使得在別離器之上的懸浮物沉淀下來(lái).三相別離器設(shè)計(jì)要點(diǎn)匯總：1集氣室的隙縫局部的面積應(yīng)該占反響器全部面積的1520 %; 2在反響器高度為 57m時(shí),集氣室的高度在 1.52m ; 3在集氣室內(nèi)應(yīng)保持氣液界面以釋放和收集氣體,預(yù)防浮渣或泡沫層的形成