如何设计才能实现UASB高效稳定的运行？

三相分离器

三相分离器采用玻璃钢材质，每个池格设有4个三相分离器单元，每个单元的基本构造如图2所示。

三相分离器的设计主要分为三个内容：沉淀区设计、回流缝设计和气液分离设计。

1､沉淀区的设计

三相分离器沉淀区的设计方法与普通二沉池的设计方法相似｡主要考虑沉淀区的表面积和水深这两个因素｡由于沉淀区的厌氧污泥与出水中残余的有机物尚能起生化反应,在沉淀区仍有少量的沼气产生,对沉淀区的固液分离有些干扰,因此在处理高浓度有机废水时,表面负荷率应采用得小一些,一般表面负荷率<1.0m3/h,且沉淀区进水口的水流上升速度应小于2m/s｡

三相分离器长为17m,每个单元宽为3m,其中沉淀室长L=17m,宽度W=2.2m,沉淀室底部进水口宽a=0.817m｡单池格的沉淀区面积:F1=17×2.2×4=149.6㎡,沉淀区表面负荷:q'=Q'÷F1=104÷149.6=0.7m3/㎡h沉淀区进水口面积:F2=17×0.817×4=55.6m2,进水口上升流速:v'=Q'÷F2=104÷55.6=1.87m/h｡

为获得良好的固液分离效果,沉淀区斜面的高建议为0.5~1.0m,斜面与水平方向的夹角在45°~60°之间,且光滑,以利于污泥下滑返回反应区｡本设计三相分离器的斜面与水平方向的夹角θ=50°,斜面高度h2=0.82m,斜面以上垂直水深h1=0.5m｡

2､回流缝的设计

为了使回流缝的水流稳定,回流缝中水流的速度不能太高,以确保良好的气､固､液三相的分离效果,并使沉淀区沉降下来的污泥能迅速顺利地回流至反应区,回流缝中水流速度一般<2m/s｡缝隙宽度b=0.394m,回流缝过水面积:F3=17×0.394×2×4=53.6㎡,回流缝中的水流速度:va=Q'÷F3=104÷53.6=1.94m/h｡

为达到气液分离目的,气封与沉淀区的斜面必须重叠｡重叠的水平距离越大,气体的分离效果越好,对沉淀区固液分离效果的影响越小,重叠部分一般在0.1~0.2m之间｡本设计气封角度α=50°,气封与沉淀区的斜面重叠的水平距离c=0.18m｡

3､气液分离设计

确定了三相分离器的基本尺寸后,还应校核气液分离效果是否满足要求｡为了保证气泡不进人沉淀室,就必须使回流缝宽度和气液分离斜面的长度,以及气泡上升速度满足一定的关系,以使气泡合成速度方向的指向不低于沉淀室的缝隙口边缘点｡气泡分离而不进入沉淀室的必要条件是：vb/va>BC/AB｡气泡垂直上升速度vb的大小与碰撞系数β,气泡直径dg(cm),水温T(℃),废水的密度ρl(g˙cm-3)和气体的密度ρg(g/cm3),废水的动力粘滞系数μ(g˙cm-1s-1)和运动粘滞系数γ(cm2˙s-1)等因素有关｡当雷诺数Re<2时,气泡的上升流速可用斯托克斯公式计算:vb=β×g(ρl-ρg)d2g÷(18×μ)｡

假设能分离气泡的最小直径dg=0.008cm,则当20℃时沼气泡上升速度：vb=0.95×981×(1.03-1.2×10-3)×0.0082÷(18×2×10-2)=0.170cm/s=6.13m˙h-1,则vb/va=6.13/1.94=3.16,BC/AB=0.613/0.282=2.17,满足vb/va>BC/AB｡因此,三相分离器可脱除dg≥0.008cm的沼气泡｡三相分离器区总高:h=h1+h2+h3=0.5+0.82+0.83=2.15m｡

出水系统

出水收集装置设于UASB反应器顶部,尽可能均匀地收集处理后的废水｡每个三相分离器单元之上对应一个集水槽,槽上设三角堰,即每个池格为4组平行出水堰的多槽出水方式｡出水堰口负荷满足小于1.7L˙s-1m-1)的要求,出水系统的设计方法与沉淀池出水装置相同｡集水槽及堰板采用玻璃钢材质｡

排泥系统

每个池格的底部设1根DN150的排泥管，采用重力排泥方式。排泥管兼做反应器的放空管。穿孔排泥管的排泥孔直径为40mm，孔间距500mm。

沼气收集系统

UASB反应器的顶部为封闭式，在液面与池顶之间形成一个大的集气室，每个池格的池顶设一根直径DN100出气管，每根出气管设1套水封罐，之后三个池格的出气管汇集到总出气管。此外，因为UASB的池顶为共用集气室，为防止沼气随出水带出，在UASB的总出水管出口处设置1套水封。

UASB的运行效果

反应器的启动与调试

UASB反应器的接种污泥采用市政污水处理厂的消化污泥。厌氧反应器的启动采取分阶段逐步增大进水负荷的方法，当各阶段的出水CODCr去除率达80%以上时，再提高进水容积负荷，直至全负荷运行。调试初期，将氮肥与磷肥投加于预酸化调节池中，以维持微生物生长所需的营养物质平衡，同时根据调节池出水pH情况投加一定量的酸或碱以确保pH值稳定在微生物适宜的范围内。

运行效果

某中药制药厂污水处理工程2011年5月完成系统调试,运行至今各项指标均达到设计要求,这其中UASB反应器的高效稳定运行起到了关键作用｡目前,污水处理站系统运行正常｡UASB反应器的进水CODCr浓度在3500~7000mg˙L-1,反应器出水CODCr为300~450mg˙L-1,去除率基本在90%以上｡如此大容量的UASB反应器在国内还属少见,而其运行效果令人满意,分析主要原因如下:

1､结合以往工程实践经验,选定的设计参数合理,证实了设计方法切实可行｡

2､预酸化调节池的作用明显｡

现场监测结果表明,经预酸化作用后废水的B/C由0.24~0.33提高到0.35~0.48,且可维持厌氧进水pH在6~8的适宜范围,为厌氧反应器的运行创造了良好条件｡

3､废水加热系统的稳定运行确保了中温厌氧消化35℃的最佳温度条件｡

UASB反应器的设计与应用近年来在国内发展很快｡实践证明,它是处理各行业高､中浓度有机废水的切实可行的污水处理工艺｡吸收国内外的成功设计经验,设计出适合我国废水处理的UASB反应器,对于推动我国环保事业的发展很有意义｡

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