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UASB反应器设计理念:
混凝土结构的UASB反应器是为常见的结构和材料型式,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设计才能有生命力和推广的价值。 (1)平面布置 池体的标准化主要是根据三相分离器的尺寸进行布置的,目前生产的三相分离器的平面尺寸是2m×5m。根据这一形式布置池体有以下几种方式:整个池表面均采用三相分离器的形式,而(b)是池顶的一部分采用池体本身结构构成气室;这样可以节省一部分三相分离器的投资。整个池子分成单池单个分离器、双池每池单个分离器和单池两个分离器的形式,很明显如果需要也可以构成双池每池两组分离器的形式。由于三相分离器的尺寸的原因,所以池子的宽度是以5m为模数,长度方向是以2m为模数。原则上如果采用管道或渠道布水,池子的长度是不受限制。如前所述出于反应器的长宽比的范围涉及到建筑物的经济性,所以在上述范围内选择要结合池子组数考虑适当的长宽比。由于反应器的高度推荐范围为4~6m,表2-1给出了5m高的反应器的尺寸选择的系列。从原则上讲安排2m×5m的三相分离器的平面布置还可以有其他多种的平面配合形式如,宽度可以以2m为模数,而长度以10m为模数。构成4m× 5m,4m×10m,6m×5m,6m×10m,6m×15m……的系列。甚至可以采用三相分离器横竖混合布置的形式。
厌氧技术的发展大致经历了三个阶段:
①以厌氧接触池为代表的厌氧反应器,污泥停留时间(SRT)和水力停留时间(HRT)大体相同,反应器内污泥浓度较低,处理效果差。为了达到较好的处理效果,废水在反应器内通常要停留几天到几十天之久。
②以UASB为代表的第二代厌氧反应器,依靠颗粒污泥的形成和三相分离器的作用,使污泥在反应器内滞留,实现了SRT>HRT,从而一定幅度地提高了反应器内污泥浓度,但是反应器的传质过程并不理想。要改善传质效果,有效的方法就是提高表面水力负荷和表面产气负荷。然而高负荷产生的剧烈搅动又会使反应器内污泥处于完全膨胀状态,污泥过量流失,不得不靠污泥的大量回流来增加生物量,使原本SRT>HRT向SRT=HRT方向转变,处理效果变差。
③作为第三代厌氧反应器的典型代表,我公司自行研究开发的BIC,在第二代厌氧反应器基础上进行优化设计,吸收其优点,克服其缺点,具有自己鲜明特色的厌氧处理反应器。BIC具有投资低、占地少、负荷高、耐冲击、运行费用低且运行稳定等优点。
各组成部分的功能特点分别叙述如下:
① 污泥床:
污泥床位于整个EGSB厌氧反应器的底部,污泥床内具有很高的污泥生物量,其污泥浓度(MLSS)一般为40000-80000mg/L,甚至可达150000mg/L。污泥床中的污泥由活性生物量占70-80%以上的高度发展的颗粒污泥组成,正常运行的EGSB中的颗粒污泥的粒径一般在0.5-5mm,具有优良的沉降性能,其沉降速度一般为1.2-1.4cm/s,其典型的污泥容积指数(SVI)为10-20mg/L。颗粒污泥中的生物相组成比较复杂,主要为球菌和粒状菌等。
污泥床的容积一般占整个EGSB厌氧反应器容积的30%左右,但它对EGSB厌氧反应器的整体处理效率起着极为重要的作用,它对反应器中有机物的降解量一般可占到整个反应器全部降解量的70-90%。污泥床对有机物的如此有效的降解作用,使得在污泥床内产生大量的沼气,微小的沼气气泡经过不断的积累、合并而逐渐形成较大的气泡,并通过其上升的作用而将整个污泥床层得到良好的混合。
② 污泥悬浮层:
污泥悬浮层位于污泥床的上部。它占据整个EGSB厌氧反应器容积的70%左右,其中的污泥浓度要低于污泥床,通常为15000-30000mg/L,由高度絮凝的污泥组成,一般为非颗粒状污泥,其沉速明显小于颗粒污泥的沉速,污泥容积指数一般在30-40mg/L之间,靠来自污泥床中上升的气泡使此层污泥得到良好的混合。污泥悬浮层中絮凝污泥的浓度呈自下而上逐渐减小的分布状态。这一层污泥担负着整个ESB厌氧反应器有机物降解量的10%-30%。
③ 沉淀区
沉淀区位于EGSB厌氧反应器的顶部,其作用是使得由于水流的夹带作用而随上升水流进入出水区的固体颗粒(主要是污泥悬浮层中的絮凝性污泥)在沉淀区沉淀下来,并沿沉淀区底部的斜壁滑下而重新回到反应区内(包括污泥颗粒和污泥悬浮层),以保证反应器中污泥不致流失,同时保证污泥床中污泥的浓度。沉淀区的另一个作用是,可以通过合理调整沉淀区的水位高度来保证整个反应器集气室的有效空间高度,防止集气空间被破坏。
④ 三相分离器:
三相分离器的主要作用是将气体(反应过程中产生的沼气)、固体(反应器中的污泥)和液位(被处理的污水)等三相加以分离,将沼气引入集气室,将处理水引入出水区,将固体颗粒导入反应区。它由气体收集器和折流档板等组成。三相分离器是EGSB厌氧反应器的主要特点之一,它的合理设计是确保EGSB正常运行的关键技术。
膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器是在UASB反应器的基础上发展起来的第三代厌氧生物反应器,与UASB反应器相比,它们大的区别在于反应器内液体上升流速的不同。在UASB反应器中,水力上升流速一般小于1m/h,污泥床更象一个静止床,而EGSB反应器通过采用出水循环,其水力上升流速一般可达5~10m/h,所以
反应器具有很大的高径比,可高达20米或更高。因此对于相同容积的反应器而言,EGSB反应器的占地面积大为减少;
颗粒污泥的膨胀床改善了废水中有机物与微生物之间的接触,强化了传质效果;
高容积负荷可达30kgCOD/m3•d;
布水均匀,三相分离器的工作状态和条件稳定。
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