如何设计才能实现UASB高效稳定的运行？

北极星环保网讯:UASB反应器的结构见图1，主要由进水布水系统、反应区(含污泥床区、悬浮污泥层区)、沉淀区(含三相分离器)、出水收集系统、沼气收集系统和排泥系统组成。

废水由进水系统从反应器的底部进入，进水系统兼有布水和水力搅拌的作用。布水器均匀布水，布水器出水口高速水流的冲击和上升气泡的扰动使污水与污泥混合，因此反应区无需设搅拌器。

气泡带着污泥和水一起上升进入沉淀区，UASB反应器最具特色的三相分离器就设在这个区域。三相分离器的主要作用是将反应中产生的沼气、污泥和被处理废水加以分离。它相当于传统污水处理工艺中的二沉池，并同时具有污泥回流的功能，随上升水流进入出水区的污泥，沿沉淀区底部的斜壁滑下而重新回到反应区内。

经泥水分离后的处理出水则从沉淀区上部的集水槽排出。气、固、液分离后的气体(沼气)由气室收集，再由沼气管通过水封器后安全燃烧或净化回收利用。

反应器内的污泥超过一定高度，将随出水一起冲出反应器。因此，反应器需定期排泥，排泥点设在污泥区中上部或底部，排除剩余的絮状污泥或活性低的无机污泥。

UASB反应器的工程设计

某中药制药厂污水处理工程的废水来源于设备清洗水､下脚料废液清洗水､提取工段废水和辅助工段的清洗水等,提取工段废水量最大,且浓度高｡

污水处理工程的设计日处理量为5000m3/d,设计水质为:CODCr≤8000mg/L,BOD5≤3500mg/L,SS≤500mg/L,pH=9~12,出水水质达到《中药类制药工业污染物排放标准》(GB21906-2008),即:COD≤100mg/L,BOD5≤20mg/L,SS≤50mg/L,pH=6~9｡

主体工艺采用UASB-好氧生物接触氧化法,UASB为中温(35℃)条件下运行｡由于厌氧反应对水质､水量和冲击负荷较为敏感,所以在UASB之前设计了调节池,同时具有预酸化作用,用于去除和改变复杂中药废水中的抑制厌氧过程的物质､改善生物反应条件和可生化性｡

反应器的池体及容积

厌氧反应器池体为矩形钢筋混凝土结构,考虑系统运行的灵活性和维护检修的方便性,将UASB反应器设计为2座并联运行｡对于大多数工业废水而言,决定反应器容积大小的控制因素是有机容积负荷,因此采用容积负荷法计算池容,设计容积负荷为3.7kgCOD˙m-3d-1,采用出水回流(回流比200%)以满足上升流速需要｡

每座反应器的有效容积:V=Q×S0÷N=(5000÷2)×(8000×10-3)÷3.7=5405m3｡水力停留时间:t=V÷Q=(5402×2)÷(5000÷24)=52h｡考虑布水的均匀性,又将每座反应器分成3格,则每个池格的设计进水流量：Q'=(5000+5000×200%)÷24÷2÷3=104m3/h｡对于矩形的UASB反应器,从布水均匀性和经济性考虑,矩形池长宽比在2∶1以下为宜｡在一定的有效容积下,UASB反应器高度则主要取决于可行的上升流速,高度小则上升流速减小,影响污水系统的搅动;高度大则上升流速大,但会引起污泥损失且能耗高｡

综合以上各个控制因素,取反应器的上升流速vr为0.5m˙s-1,则每座反应器的单池格面积:f=Q'÷vr=104÷0.5=208m2｡设计单池格长17m,宽12m,则每座反应器的总面积为:F=17×12×3=612㎡｡反应器有效高度:H=V÷F=5405÷612=8.83m,容积有效系数为0.87,则反应器总高:H=8.83÷0.87=10.1m｡

布水系统

布水的均匀性对UASB处理能力至关重要｡布水系统兼有配水和水力搅拌的功能,布水均匀可以避免反应器内部出现死区,使污水在底部与污泥充分混合,为提高生化降解速率创造条件｡进水采用大阻力布水方式,从UASB反应器的池底进入,这种布水方式构造简单,降低成本及安装难度｡为防止腐蚀,进水管道系统采用UPVC材质｡

每个池格设布水管5根,管中心间距2.4m｡布水管直径d=100mm,管内流速v=0.7m/s｡为了避免堵塞,布水孔口直径一般不小于15mm,设计孔口直径d0=20mm｡布水口出流速度不应小于2m˙s-1,则每根布水管的布水口数量为:n0=q'0÷(f0×v0)=(104÷5÷3600)÷(π÷4×0.022×2)=9个,n0取8个,复核孔口流速:v0=2.3m/s｡单个孔口的服务面积为:s=f÷n=(17×12)÷(8×5)=5.1㎡｡

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