UASB布水器的改进设计_白杨青

中国新技术新产品2010NO.7ChinaNewTechnologiesandProducts中国新技术新产品高新技术UASB布水器的改进设计白杨青郭亚兵胡蓓蓓（太原科技大学，山西太原030024）厌氧反应器UASB具有容积负荷高、处理容量大、投资少、占地面积小、启动快、运行稳定等优点，被广泛应用于高浓度有机废水处理[1]。UASB反应器包括以下几个部分：进水和配水系统、反应器的池体、三相分离器和沼气收集及再利用系统。其中，布水器布水的均匀性对UASB处理能力至关重要，布水均匀可以避免反应器内部出现死区，充分利用池体空间[2]。另外，良好的设计形式可以有效地降低布水器孔口的堵塞，提高布水质量，稳定UASB处理效率。1环状管网布水器简介它在平面上成对称分布，由彼此相交600的6根布水干管与外、中和内环管组成。污水沿UASB底部管道进入中心配水罐，经干管到环管，再从环管上的孔口流出。该种布水器由于对称布置，而且各干管、环管均为等直径管道，出水孔口大小也相同，在不考虑水头损失的情况下，理论上可以达到均匀配水的目的[3]。由图一可看出，此布水器中管网的两个特点：一是多由弯管组成，二是多为短管，局部水头损失对各出水孔口流量和压力的有影响，设计计算中应给予考虑和改进。本方案从减少弯管个数和尽量避免短管入手，对环状管网布水器进行了改进，即将环状管网简化为枝状管网。由于是对称结构，因而只取其简图的1/6进行分析，具体见图2和图3。图1环状管网布水器简图2反应器布水器的设计要点设计时需满足的原则[4]：2.1确保单位面积的进水量基本相同，以防止短路等现象发生；2.2对于城市污水，单孔孔口服务面积为1～2m2/孔为佳；2.3出水流速应在1.5m/s～2.0m/s之间。并尽可能避免在一个管上有过多的孔口；2.4无论采用那一种布水方式，应尽可能少地采用弯头等非直管；2.5出水孔径10～15mm。3布水器的水力计算3.1单孔服务面积和出流速度根据布水均匀性要求，布水器单位面积上的出水量应相等。一般情况下只要每个孔口的服务面积相等且出水点位于其服务面积的形心处，保证每个孔口的出水量相等，就能满足均匀性的要求。单孔孔口服务面积：（1）单孔孔口出流速度：（2）式中：Q-设计流量；D-UASB直径；n-孔口数量；d-孔口直径。3.2形心点位置的确定由图3，图4，单管的服务区域是一个开口为600的扇形。各个管段形心的位置可由平面薄片形心坐标计算公式得到，具体如下：（3）4布水器的改进设计现对华中正大有限公司废水处理工程中UASB反应器的布水器进行改进并通过计算确定其合理尺寸。UASB反应器为圆柱形，直径为8m，设计处理量为300m/d。底部采用环状管网布水器（见图1），中心进口前水头为9.0m，UASB反应器中的水位是8.8m。改进方案采用六根配水管，每根管上分布四个孔。考虑对称性，仍取1/6作简图示意（见图3、图4）。需确定出水孔位置及孔径的大小。为了避免堵塞，孔口直径不应小于10mm，因此本方案取d=10mm；单孔孔口服务面积A1≈2.09m2，A1在1.5~3m2之间，符合要求；单孔孔口出流速度v≈1.86m/s，介于1.5~2.0m/s之间，也满足条件。形心点位置的确定（见图3、图4）。其中，图3中字母a、b、c、d表示的是出水孔，图4中R1、R2、R3和R4分别表示横管上四个孔口a、b、c和d距底面中心的距离。依照平面薄片形心计算公式得：R1≈1.28m，R2≈2.34m,R3≈3.0m,R4≈3.6m。由上述计算可知,布水器的尺寸布置和孔口面积与现有工程(华中正大有限公司废水处理工程)中采用的布水器有所不同，二者比较如表1和表2所示。表1华中正大有限公司设计值另外，华中正大设计的孔口直径为13mm，本设计中孔口直径为10mm。5结论华中正大有限公司UASB设备布水器采用的环状管网，多由弯管和短管组成，易产生较大的局部水头损失因而在设计时应给予考虑。从表中数据看出，直管代替了弯管，节约了管道长度，因而也减小了出水孔间的沿程水头损失，使各个孔口压力基本一致，流量和流速相对均匀。枝状管网代替环状管网后，减少了弯头等非直管，有效降低了局部水头损失，避免了弯管特别是四通处由于流速降低而产生的固体沉淀。构造简单，降低成本及安装难度，便于维护和管理。文章的不足之处是只对UASB的布水器进行了改进，而UASB内部流态的好坏不仅与入口流速分布有关，还与其结构尺寸，特别是三相分离器有关，另外进水方式也有很大影响。在工程设计中应该将这几个方面综合起来进行考虑，实现布水器，三项分离器等构件的最佳组合方案，达到总体效果最佳。参考文献[1]崔玲,牛凤奇.UASB在废水处理中的应用及其影响因素[J].广西轻工业.2007,4(4):80~81[2]陈春光,郑爽英.升流式厌氧污泥床