UASB和IC反应器的原理及设计

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1、21目录UASB反应器1一、UASB原理1二、UASB反应器的构成21、三相分离器的原理32、进水和配水系统的要求3三、UASB反应器的主要设备41、反应器的池体42、三相分离器的设计83、进水分配系统10四、其他设计考虑141、配水管道设计142、出水系统的设计153、排泥系统的设计154、浮渣清除方法的考虑165、防腐措施16五、附属设备171、剩余沼气燃烧器172、保温加热设备173、监控设备17IC反应器18一、IC反应器的原理18二、IC反应器的设计201、COD容积负荷的确定202、三相分离器203、配水系统204、循环系统215、高径比的控制216、其他22UASB反应器一、UA

2、SB原理UASB反应器废水被尽可能均匀的引入反应器的底部，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和污泥颗粒接触的过程。在厌氧状态下产生的沼气（主要是甲烷和二氧化碳）引起了内部的循环，这对于颗粒污泥的形成和维持有利。在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上，附着和没有附着的气体向反应器顶部上升。上升到表面的污泥撞击三相反应器气体发射器的底部，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，附着和没有附着的气体被收集到反应器顶部的三相分离器的集气室。置于极其使单元缝隙之下的挡板的作用为气体发射器和防止沼气气泡进入沉淀区，否则将引起沉淀区的絮动，会阻碍颗粒沉

3、淀。包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体经过分离器缝隙进入沉淀区。由于分离器的斜壁沉淀区的过流面积在接近水面时增加，因此上升流速在接近排放点降低。由于流速降低污泥絮体在沉淀区可以絮凝和沉淀。累积在三相分离器上的污泥絮体在一定程度上将超过其保持在斜壁上的摩擦力，其将滑回反应区，这部分污泥乂将与进水有机物发生反应。二、UASB反应器的构成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。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。为了在沉淀器中取得对上升流中污泥絮体/颗粒的满意的沉淀效果，三相分离器第一个主要的

4、目的就是尽可能有效地分离从污泥床/层中产生的沼气，特别是在高负荷的情况下，在集气室下面反射板的作用是防止沼气通过集气室之间的缝隙逸出到沉淀室，另外挡板还有利丁减少反应室内高产气量所造成的液体絮动。反应器的设计应该是只要污泥层没有膨胀到沉淀器，污泥颗粒或絮状污泥就能滑回到反应室（应该认识到有时污泥层膨胀到沉淀器中不是一件坏事。相反，存在丁沉淀器内的膨胀的泥层将网捕分散的污泥颗粒/絮体，同时它还对可生物降解的溶解性COD起到一定的去除作用）。只一方面，存在一定可供污泥层膨胀的自由空间，以防止重的污泥在暂时性的有机或水力负荷冲击下流失是很重要的。水力和有机（产气率）负荷率两者都会影响到污泥层以及污泥

5、床的膨胀。UASB系统原理是在形成沉降性能良好的污泥凝絮体的基础上，并结合在反应器内设置污泥沉淀系统使气、液、固三相得到分离。形成和保持沉淀性能良好的污泥(其可以是絮状污泥或颗粒型污泥)是UASB系统良好运行的根本点。1、三相分离器的原理在UASB反应器中的三相分离器(GLS)是UASB反应器最有特点和最重要的装置。它同时具有两个功能：能收集从分离器下的反应室产生的沼气；使得在分离器之上的悬浮物沉淀下来。对上述两种功能均要求三相分离器的设计避免沼气气泡上升到沉淀区，如其上升到表面将引起出水混浊.降低沉淀效率，并且损失了所产生的沼气。设计三相分离器的原则是：间隙和出水面的截而积比影响到进入沉淀区

6、和保持在污泥相中的絮体的沉淀速度。分离器相对于出水液面的位置确定反应区(下部)和沉淀区(上部)的比例。在多数UASB反应器中内部沉淀区是总体积的15%20%。(1) 三相分离器的倾角这个角度要使固体可滑回到反应器的反应区，在实际中是在4560C之间。这个角度也确定了三相分离器的高度，从而确定了所需的材料。分离器下气液界面的面积确定了沼气的释放速率。适当的释放率大约是13m3/(m2h)。速率低有形成浮渣层的趋势，非常高导致形成气沫层，两者都导致堵塞释放管。对于低浓度污水处，当水力负荷是限制性设计参数时，在三相分离器缝隙处保持大的过流面积，使得最大的上升流速在这一过水断面上尽可能的低是十分重要的

7、。原则上只有出水截面的面积(而不是缝隙面积)才是决定保持在反应器中最小沉速絮体的关键。2、进水和配水系统的要求进水系统兼有配水和水力搅拌的功能，为了保证这两个功能的实现，需要满足如下原则：(1) 进水装置的设计使分配到各点的流量相同，确保单位面积的进水量基本相同，防止发生短路等现象；(2) 很容易观察进水管的堵塞，当堵塞发现后、必须很容易被活除。(3) 应尽可能的(虽然不是必须的)满足污泥床水力搅拌的需要，保证进水有机物与污泥迅速混合.防止局部产生酸化现象。为确保进水等量地分布在池底，每个进水管仅与一个进水点相连接是最理想状态，只要保证每根配水管流量相等，即可取得均匀布水的要求；因此有必要采用

8、特殊的布水分配装置，以保证一根配水管只服务一个配水点，为了保证每一个进水点达到应得的进水流量，建议采用高丁反应器的水箱式(或渠道式)进水分配系统。图11给出了一种连续流的布水器形式，这种敞开的布水器的一个好处是可以容易用肉眼观察堵塞情况。对高浓度废水由丁水力负荷较低，采用脉冲式进水分配装置是一种较好的选择。图ill一种连续流的布水器形式三、UASB反应器的主要设备1、反应器的池体有两种基本几何形状的UASB反应器：即矩形和圆形。这两种类型的反应器都已大量应用丁实际中。圆形反应器具有结构较稳定的优点，同时对丁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

9、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。而大的反应器经常建成矩形的或方形的。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。对丁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。对丁大型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。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

10、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2mx5m。根据这一形式布置池体有以下几种方式(图2-3、2-4和2-5)。图2-3中(a)为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。由丁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

11、所述出丁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。f必整个池面布满三相分离器部分池面采用三招分两器E3矩形单油UASE反皮器装配式三相分固辔和反应甜平面尺寸布置由丁反应器的高度推荐范围为46m,表2-1给出了5m高的反应器的尺寸选择的系歹0。从原则上讲安排2mx5m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4mx5m,4mx10m,6mx5m,6mx10m,6mx15m,的系列。甚至可以采用三相分离器横竖混合布置的形式。但是考虑通用性和简单性的原则，推荐表2-1的组合方式。(h)部

12、分池面采月切相分离器nnHUW整个池面布满三相分离罪图24妊形双池UASB反应器装配式三相分离器和反应器平面尺寸布置uGQJL2iQl2DQCLJ2W0；2401J2临松的紫状污泥3颗粒污泥1-!)-24、循环系统IC反应器中的三相分离器、气液分离器和沼气提升管、泥水下降管构成了反应器的“心脏”和循环系统，两者协同作用使得该反应器在处理有机工业废水方面比其他反应器更有优势。一级三相分离器收集的沼气经由沼气提升管携带泥水倒入顶部的气液分离器，分离后的泥水再沿泥水下降管返回反应器底部，与底部进水充分混合。因此，沼气提升管的设计要考虑能够使所收集的沼气顺利导出，还要考虑由气体上升产生的气提作用能够带

13、动泥水上升至顶部的气液分离器。这必然涉及到一级三相分离器的相对位置和沼气提升管管径的大小。泥水下降管必须保证不被下降的污泥堵塞，其管径可比沼气提升管管径粗一些，以利丁泥水在重力作用下自然下降至反应器底部和进水混合。此外，顶部气液分离器要大小适当，以维持一定的液位从而保证稳定的内循环量。5、高径比的控制对丁特定的废水，在一定的处理容量条件下高径比的不同将直接导致反应器内水流状况的不同，并通过传质速率最终影响生物降解速率，能否控制合适的高径比还将直接影响沉淀出水的效果。过高的反应器高度必使水泵动力消耗增加。国外的生产装置，高径比一般为48,反应器的直径和高度的关系主要通过选择适当的表面负荷（或水力停留时间来确定）。根据反应器的高度、容积、以及设计的表面负荷，便可以确定反应器的横截面积。6、其他在几乎所有的IC反应器的文献里的构造图中，在与第一级三相分离器相连的出气管（即上水管）和下降管以及与第二级三相分离器相连的出气管是分开标画的，而在实际运行的IC反应器中，三管式采用同心安装的，即下降管在内，上升管在外，而与第二级三相分离器相连的出气管处于最外侧。这样的安装方式可使得反应器结构紧凑，以节约容器内的有效空间。其它的设备与UASB相同