升流式厌氧污泥床(UASB)反应器的系列化和设备化研究

chinayzb

升流式厌氧污泥床(UASB)反应器的系列化和设备化研究

摘要：本研究通过对国内外厌氧工艺的发展分析，提出了各种厌氧反应器中应用最为广泛的UASB反应器设备化是国内外的发展方向的观点。在“九五攻关”期间对UASB反应器进行设备化研究工作，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，新型材料的UASB反应器在技术和经济上具有一定的优越性。 关键字：UASB反应器 设备化 拼装式反应器 Lipp技术 圆形和矩形反应器 The Standardized and Equalization of Upflow Anaerobic Sludge Blanket(UASB) Reactor Beijing Municipal Research Institute of Environmental Protection 　　Abstractor：In this paper, the development of anaerobic treatment processes are analyzed, the Equalization of the most popularized in application among various kind anaerobic reactors, UASB reactor is trend of technology in abroad and at home. During Nine Five-Year Program periods, the key project for equalization of UASB reactor has been conducted. For rectangular concrete UASB reactor, the standardized and equalization for UASB reactor has been pursued with a special three phase separator. The two kind of new material for production UASB reactor are introduced, which are used for the cycle UASB reactor. The full-scale projects application indicated that UASB reactor made by these new material and techniques are technique and economic feasible and profitable. 　　Key Words：UASB reactor, Equalization, resemble reactor, Lipp technique, cycle and rectangular reactor 一、概述 　　对各种厌氧工艺的应用进行统计，在世界范围(不包括中国)内到99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、运行管理简单。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。而在我国采用各种厌氧处理技术据不完全统计，到99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。 登录/注册后可看大图 　　国际上荷兰的PAQUES、美国的BIOTHANE和比利时的BIOTIM公司是世界上主要三个UASB技术的厂家。仅这三家公司占国际市场份额的74%，这三家公司的技术主要是采用UASB技术，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工艺在欧洲迅速得到了推广和普及，目前已向美国和世界其他地区辐射。 二、UASB反应器 1、UASB反应器的原理 　　升流式厌氧污泥床(UASB)反应器是由Lettinga在七十年代开发的。图2是UASB反应器及其设备的示意图。废水被尽可能均匀的引入到UASB反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水与污泥颗粒的接触过程，反应产生的沼气引起了内部的循环。附着和没有附着在污泥上的沼气向反应器顶部上升，碰击到三相分离器气体发射板，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(图2)。如果考虑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。 2、反应器的池体几何形状 　　第一个生产性的UASB反应器(200m3)和在圣保罗CETESB处理生活污水的中试厂(120m3)具有特殊的形状，即上部的(沉淀池的)截面积大于下部反应区的截面积(图3a)。较大表面积的沉淀器的水力负荷较低，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，因此沉淀池截面没有必要设计为较大的表面积(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(图3c所示)。建筑直壁的反应器比斜壁的具有较大(或较小) 登录/注册后可看大图 　　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。 登录/注册后可看大图 　　从反应器的形状有矩形和圆形这两种反应器，已大量应用于实际中。圆形反应器具有结构较稳定的优点，同时对于圆形反应器在同样的面积下，其周长比正方形的少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的。 　　当建立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。

chinayzb

三、UASB反应器的设备化 1、矩形(钢筋混凝土)结构反应器

登录/注册后可看大图

　　混凝土结构的UASB反应器是最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才推广的价值。池体的标准化主要是根据三相分离器的尺寸进行布置的，笔者采用的三相分离器的平面尺寸是2×5m。根据这一形式布置池体有以下几种方式(图4)。图4中(a)为整个池表面均采用三相分离器的形式，而图4b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。标准化可以分为单池单个分离器和两个并列分离器，大型结构可采用双池公用壁的形式。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原因，池子的宽度一般以5m为模数，长度方向以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。如前所述由于反应器的长宽比的范围涉及到池子的经济性，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。 [table=239] 　　 UASB反应器由于其反应过程和反应产物均有一定的腐蚀性，其对于材料防腐性能有特殊的要求。采用柔性搪瓷预制钢板或Lipp不锈钢复合钢板的防腐形式，能阻止筒体腐蚀。特殊防腐涂层的开发，解决了钢制反应器腐蚀问题。同时此项技术由于整体设计合理的罐体结构材料用量大大减少，降低了造价。并将UASB工艺技术设备化，将技术融于设备中，形成技术含量高的一体化设备。 　　a) 拼装制罐技术 　　拼装技术采用高新技术制成的罐体材料，以快速低耗的现场拼装方式最终成型，组成成套化的单元反应器设备，使污水处理设备的全套装置达到技术先进、配制合理、性能优良、耐腐性好、维修便利、外表美观的效果。罐体材料将根据不同反应器采用软性搪瓷或其他防腐形式预制钢板。预制的钢板采用以栓接方式拼装，栓接处加特制密封材料防漏(见图6a)，此种预制钢板形成的保护层不仅能阻止罐体腐蚀，而且具有抗酸碱的功能。 b) Lipp技术 　　Lipp罐制作时薄钢板通过一台成型机和一台咬合机，在成型机上薄钢板上部被折成h形而下部被折成n形，在咬合机上薄钢板上部与上一层薄钢板的下部被咬合在一起的成型过程和截面形状(如图6b)。废水处理中被处理废水具有腐蚀性(如酸碱废水)的废水，或处理工艺过程中产生腐蚀性(如厌氧处理)的情况，采用镀锌板无法像搪瓷钢板一样法满足罐体材料具有耐腐蚀的要求。而全部用不锈钢卷板来制作罐体其制作成本相当高，通过复合机械，将镀锌卷板与0.3mm厚度的不锈钢薄膜复合在一起，其截面形状如图6b所示。

登录/注册后可看大图

　　Lipp制罐技术是一种具有世界先进水平的制罐工艺与技术，但是需要特殊机械。80年代国内粮食系统引进多套加工机械，并且在粮仓上有大量的应用。目前也逐步应用于污水处理。 2) 两种罐体的基础和配件

登录/注册后可看大图

　　　 　　应用上述两项技术由于罐体所用材料较少，在基础承载力计算中几乎可以不考虑罐体自重对基础的承压要求。在基础底板浇筑时，按所要制作的罐件直径在底板表面留一条宽150mm，深100mm的预留槽，槽内按直径均匀放置一定数量的预埋件，反应器制作完成后，放入预留槽内，用螺栓将罐体和预埋件固定，然后用膨胀混凝土和沥青等材料来密封，最后覆细石混凝土保护层(见图7a)。罐体的设计是设备化的一部分工作，可对不同高度和直径的反应器的结构进行系列设计。这样整个反应器的设计仅仅是基础的结构设计，这在结构设计中比较简单。图7b是基础图设计之一，这样整个反应器池体和基础的设计就形成了系列化。