升流式厌氧污泥床_UASB_反应器的设备化研究_王凯军

升流式厌氧污泥床(UASB)反应器的设备化研究＊王凯军贾立敏提要通过对国内外厌氧工艺的发展分析,提出了UASB反应器设备化是今后的发展方向的观点。在“九五”期间对UASB反应器进行了设备化研究工作,其中对混凝土结构的矩形UASB反应器,结合三相分离器进行了反应器标准化和系列化的设计工作。对国外引进的两种反应器的制作技术进行了圆形UASB反应器的设备化研究。结合工程应用的分析表明,用新型材料制成的UASB反应器在技术和经济上具有一定的优越性。关键词UASB反应器设备化拼装式反应器Lipp技术圆形反应器矩形反应器0概述＊国家“九五”科技攻关课题(95-909-05-04)。对各种厌氧工艺的应用进行统计,在世界范围内(不包括中国)到1999年共统计了1303个采用了不同类型的反应器(见图1a)。其中有近800座采用UASB反应器,占全部项目的59%。UASB反应器最大的优点是结构简单便于放大、运行管理方便。EGSB目前虽然仅占厌氧工艺应用总数的11%左右,但是考虑到其是近年来刚刚开发的工艺,其占据市场的速度非常快,在新建厌氧处理装置中占有很大的比例。而在我国据不完全统计,到1999年共有219个项目采用不同类型的厌氧反应器(见图1b)。其中采用UASB反应器的有120座以上,占全部项目的58%,基本与国外应用情况相类似。国际上荷兰的PAQUES,美国的BIOTHANE和比利时的BIOTIM公司是世界上三个主要UASB技术的厂家。仅这三家公司就占国际市场份额的74%。这反映了UASB技术除其技术本身的特点之外,其市场化的水平也是比较高的。这与UASB技术本身的特点有关,如UASB的反应器、三相分离器和颗粒污泥等等都是专有技术,技术含量较高。这使得厌氧UASB工艺在欧洲得到了迅速推广和普及,目前已向美国和世界其他地区辐射。1UASB反应器1.1UASB反应器的原理升流式厌氧污泥床(UASB)反应器是由Lettinga图1国内外采用厌氧工艺统计在70年代开发的。图2是UASB反应器及其设备的示意图。污水被尽可能均匀地引入到UASB反应器的底部,向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在污水与污泥颗粒的接触过程,反应产生的沼气引起内部循环。附着在沼气上的污泥随沼气向反应器顶部上升,碰击到三相分离器气体反射板,引起附着气泡的污泥絮体脱气。气泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面,气体被收集到反应器顶部的三相分离器的集气室。一些污泥颗粒会经过分离器缝隙进入沉淀区。UASB反应器包括以下几个部分:进水和配水系统、反应器的池体和三相分离器(见图2)。整个厌氧系统还应该包括沼气收集和利用系统。在UASB反应器中最重要给水排水Vol.27No.4200185DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2001.04.027图2UASB反应器原理示意图3UASB反应器几何形状和沉淀区的关系的设备是三相分离器,这一设备安装在反应器的顶部并将反应器分为下部的反应区和上部的沉淀区。1.2反应器的池体几何形状第一个试验规模的UASB反应器(200m3)和在圣保罗CETESB处理生活污水的中试厂(120m3)的UASB反应器具有特殊的形状,即上部(沉淀区)的截面积大于下部(反应区)的截面积(见图3a)。较大表面积的沉淀区的水力负荷较低,有利于保持反应器内的污泥,对于低浓度污水尤为重要。但是对于高浓度污水,有机负荷比水力负荷更重要,因此沉淀区截面没有必要设计为较大的表面积(见图3b)。但是实际上不论是在建的或已投入运转的大部分生产规模的UASB反应器,在反应器的反应和沉淀部分是等面积的(见图3c)。建筑直壁的反应器比斜壁的具有较大(或较小)沉淀池的反应器在结构上更加有利。因此,以下仅讨论直壁的UASB反应器。反应器的形状有矩形和圆形两种,已大量应用于实际中。圆形反应器具有结构较稳定的优点,同时与面积相同的矩形池相比,其周长少12%。所以圆形池子的建造费用比具有相同面积的矩形反应器至少要低12%。但是圆形反应器的这一优点仅仅在采用单个池子时才成立,所以单个或小的反应器可以建造成圆形。当建造两个或两个以上反应器时,矩形反应器可以采用共用壁。当建造多个矩形反应器时有其优越性。对于采用公共壁的矩形反应器,池型的长宽比对造价也有较大的影响。对于大型UASB反应器建造多个池子的系统是有益的,这可以增加处理系统的适应能力。如果有多个反应池的系统,则可能关闭一个进行维护和修理,而其他单元的反应器继续运行。2UASB反应器的设备化图4矩形单池UASB反应器装配式三相分离器和反应器平面尺寸布置2.1矩形(钢筋混凝土)结构反应器混凝土结构的UASB反应器是最为常见的结构,但是采用标准化和系列化的设计必须考虑结构的通用性和简单性,在此基础上形成的系列化才有推广价值。池