采油废水及污水处理设计与运行技术方案厌氧处理废水及污水工艺法设计方案

采油废水及污水处理设计与运行技术方案（厌氧处理废水及污水工艺法设计方案）

一、概述厌氧处理已经成功地应用于各种高、中浓度的工业废水处理中虽然中、高浓度的废水在相当程度上得到了解决，但是当污水中含有抑制性物质时，如含有硫酸盐的味精废水在处理上仍有一定的难度在厌氧处理领域应用最为广泛的是UASB反应器，UASB反应器的设计方法与其它的厌氧处理工艺有一定的共同点，例如，流化床和UASB都有三相分离器UASB和厌氧滤床对于布水的要求是一致的，所以结果也可以作为其他反应器设计参考图1■含UASB进水L由木

1、配水孔口负荷一个进水点服务的最大面积问题是应该进行深入的实验研究对于UASB反应器建议在完成为了起动之后，每一个进水点负担

2.0到

4.0叱对获得满意的去除效率是足够的但是在温度低于20°C或者低负荷的情况，产气率较低并且污泥和进水的混合不充分时，需要较高密度的布水点对于城市污水建议1~2叱/孔表4根据UASB反应器的大量实践推荐的进水管负荷表4采用UASB处理主要为溶解性废水时进水管口负荷污泥典型每一个进水口负荷皿负荷kgCOD/nh-d颗粒污泥

0.5sl

2.01~22s424凝絮状污泥〉40kgDS/m

36.5—

11.01~21-22s32中等浓度絮状污泥120s1-21-240kg/m32s

522、进水分配系统:进水分配系统的合理设计对UASB处理厂的良好运转是至关重要的，进水系统兼有配水和水力搅拌的功能，为了这两个功能的实现，需要满足如下原则a）确保单位面积的进水量基本相同，以防止短路等现象发生；b）尽可能满足水力搅拌需要，保证进水有机物与污泥迅速混合；c）很容易观察到进水管的阻塞；d）当阻塞被发现后，很容易被清除在生产装置中采用的进水方式大致可分为间歇式（脉冲式）、连续流、连续与间歇相结合等方式；从布水管的形式有一管多孔、一管一孔和分枝状等多种形式1）、连续进水方式（一管一孔）为了确保进水均匀分布，每一个进水管线仅仅与一个进水点相连接，是最为理想的情况（图3a）为保证每一个进水点的流量相等，建议用高于反应器的水箱（或者渠道式）进行分配，通过渠道或者分配箱之间的三角堰来保证等量的进水这种系统的好处是容易观察到阻塞情况比/fcjb）脉冲配水方式C）方■柱（或者一管多孔）配水图3UASD反应器不同的配水方式原理图2）、脉冲进水方式:UASB反应器最为显著的特点是不少采用脉冲进水方式有些认为脉冲方式进水，使底层污泥交替进行收缩和膨胀，有助于底层污泥的混合图3a为采用的一种脉冲布水器的原理图，该系统借鉴了给水中虹吸滤池的布水方式

3、一管多孔配水方式采用在反应器池底配水横管上开孔的方式布水，为了配水均匀，要求出水流速不小于

2.Om/so这种配水方式可用于脉冲进水系统一管多孔式配水方式的问题是容易发生阻塞，因此，应该尽可能避免在一个管上有过多的孔口

4、分枝式配水方式这种配水系统的特点采用较长的配水支管增加沿程阻力，以达到布水均匀的目的图3c根据笔者的实践，最大的分枝布水系统的负荷面积为54m2大阻力系统配水均匀度好，但水头损失大小阻力系统水头损失小，如果不影响处理效率，可减少系统的复杂程度对其他类型布水方式，也有不少设计和运行经验与三相分离器一样，不同型式的布水装置之间，很难比较孰优孰劣事实上，各种类型的布水器都有成功的经验和业绩

3、配水管道设计对重力布水方式，污水通过三角堰进入反应器时可能吸入空气，会引起对甲烷菌的抑制；进入大量气体与产生的沼气会形成有爆炸可能的混合气体；同时，气泡太多可能还会影响沉淀功能因为，大于

2.0mm直径的气泡在水中以大约

0.2-

0.3m/s速度上升，采用较大的管径使液体在管道的垂直部份的流速低于这一数值，可适当地避免超过2mm直径的空气泡进入反应器，同时还可避免气阻在反应器底部用较小直径，形成高的流速产生较强的扰动，使进水与污泥之间混合加强污水中存在大的物体可能阻塞进水管，设计良好的进水系统要求可疏通阻塞；对于压力流采用穿孔管布水器（一管多孔或者分枝状），需考虑设液体反冲洗或者清堵装置，可采用停水分池分段反冲；采用一管多孔布水管道，布水管道尾端最好兼作放空和排泥管，以利于清除堵塞；采用重力流布水方式（一管一孔），如果进水水位差仅仅比反应器的水位稍高（水位差小于10cm）将时常发生阻塞在水箱中的水位（三角堰的底部）与反应器中的水位差大于30cm很少发生这种阻塞无论采用那一种布水方式，尽可能少地采用弯头等非直管

四、气、固、液三相分离装置三相分离器是UASB反应器最有特点和最重要的装置它同时具有两个功能1）能采集从分离器下的反应室产生的沼气；2）使得在分离器之上的悬浮物沉淀下来三相分离器设计要点汇总1）集气室的隙缝部份的面积应该占反应器全部面积的15s20%;2）在反应器高度为5s7nl时，集气室的高度在3）在集气室内应保持气液界面以释放和采集气体，防止浮渣或者泡沫层的形成；4）在集气室的上部应该设置消泡喷嘴，当处理污水有严重泡沫问题时消泡;5）反射板与隙缝之间的遮盖应该在100~200inni以避免上升的气体进入沉淀室；6）出气管的直管应该充足以保证从集气室引出沼气，特殊是有泡沫的情况对于低浓度污水处理，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

五、建造材料选择适当的建造材料对于UASB反应器的持久性是非常重要的防腐较差的UASB反应器在使用3-5年后都浮现了严重腐蚀，最严重的腐蚀浮现在反应器上部气、液交壤面此处HS可能造成直接化学腐蚀，同时硫化氢被空气氧化为硫酸2或者硫酸盐，使局部pH下降造成间接化学腐蚀由于厌氧环境下的氧化-还原电位为-300mV,而在气水交壤面的氧化-还原电位为1OOmV,这就在气水交壤面构成为了微电池，形成电化学腐蚀无论普通钢材和普通不锈钢在此处都会被伤害厌氧反应器应该尽可能的避免采用金属材料，即使昂贵的不锈钢也会受到严重的腐蚀，而油漆或者其他涂料仅仅能起到部份保护普通反应器池壁最合适的建造材料是钢筋混凝土结构，即使混凝土也可能受到化学侵蚀如果碳酸根和钙离子的浓度积低于碳酸钙的溶解度，钙离子将从混凝土中溶出，造成混凝土结构的剥蚀混凝土结构也需要采用在气水交壤面上下一米采用环氧树脂防腐对一些特殊部件可采用非腐蚀性材料，如PVC用做进出水管道，三相分离器的一部份或者浮渣挡板采用玻璃钢或者不锈钢uh-祈罪◎忍面渔理r%一方件的上升况建rrVhmIM—在沅淀澎酷际StSH溟,2h.包含厌氧处理单元的水处理过程普通包括预处理、厌氧处理（包括沼气的采集、处理和利用）、好氧后处理和污泥处理等部份，可以用图1所示的流程表示

二、UASB系统设计2UASB反应器中备不确吏关者公

1、预处理设施:普通预处理系统包括粗格栅、细格栅或者水力筛、沉砂池、调节（酸化）池、营养盐和pH调控系统格栅和沉砂池的目的是去除粗大固体物和无机的可沉固体，这对对于保护各种类型厌氧反应器的布水管免于阻塞是必需的当污水中含有砂砾时，例如以薯干为原料的酿酒废水，怎么强调去除砂砾的重要性也无非分不可生物降解的固体，在厌氧反应器内积累会占领大量的池容，反应器池容的不断减少最终将导致系统彻底失效由于厌氧反应对水质、水量和冲击负荷较为敏感，所以对于工业废水适当尺寸的调节池，对水质、水量的调节是厌氧反应稳定运行的保证调节池的作用是均质和均量，普通还可考虑兼有沉淀、混合、加药、中和和预酸化等功能在调节池中设有沉淀池时，容积需扣除沉淀区的体积；根据颗粒化和pH调节的要求，当废水碱度和营养盐不够需要补充碱度和营养盐（N、P）等；可采用计量泵自动投加酸、碱和药剂，通过调节池水力或者机械搅拌达中和作用同时，酸化池或者两相系统是去除和改变，对厌氧过程有抑制作用的物质、改善生物反应条件和可生化性也是厌氧预处理的主要手段，也是厌氧预处理的目的之一仅考虑溶解性废水时，普通不需考虑酸化作用对于复杂废水，可在调节池中取得一定程度的酸化，但是彻底的酸化是没有必要的，甚至是有害处的因为达到彻底酸化后，污水pH会下降，需采用投药调整pH值此外有证据表明彻底酸化对UASB反应器的颗粒过程有不利的影响对以下情况考虑酸化或者相分离可能是有利的1）当采用预酸化可去除或者改变对甲烷菌有毒或者抑制性化合物的结构时；2）当废水存在有较高的Ca2+时，部份酸化可避免颗粒污泥表面产生CaCO结垢；33）当处理含高含悬浮物和/或者采用高负荷，对非溶解性组分去除有限时；4）在调节池中取得部份酸化效果可以通过调节池的合理设计取得例如，上向流进水方式，在反应器底部形成污泥层（

1.0m）底部布水孔口设计为5-101112/孔即可

2、UASB反应器体积的设计a）、负荷设计法:采用有机负荷q或者水力停留时间HRT设计UASB反应器是目前最为主要的方法一旦q或者HRT确定，反应器的体积V可以很容易根据公式1或者2计算对某种特定废水，反应器的容积负荷普通应通过试验确定1）=QS/q;1O2）二KQ.HRT;2式中Q—废水流量，m/d;sS-一进水有机物浓度，gCOD/L或者gBOD/Lo o5表1给出不同类型废水国内外采用UASB反应器处理的负荷数据，需要说明的是表中无法一一注明采用的预处理条件和厌氧污泥类型等情况，这些条件对选择设计负荷是至关重要的下表供设计人员设计时参考，选用前必须进行必要的实验和进一步查询有关的技术资料表1UASB装置设计负荷统计表负荷kgCOD/m3-d负荷kgCOD/m.3-d（国（国序废水类型外洛科）内洛料）号平均最高最低厂家数平均最高最低厂家数1酒精生产

11.

615.

77.

176.

520.

02.0152啤酒厂

9.

818.

85.

6805.

38.

05.0103造酒厂

13.

918.

59.

9366.

410.

04.084葡萄酒厂

10.

212.

08.045清凉饮料

6.

812.

01.

885.

05.

05.0126小麦淀粉

8.

610.

76.667淀粉

9.

211.

46.

465.

48.

02.728土豆加工等

9.

516.

84.0249酵母业

9.

812.

46.

0166.

06.

06.0110柠檬酸生产

8.

414.

31.

0314.

820.

06.5311味精

3.

24.

02.3212再生纸，纸浆

12.

320.

07.91513造纸

12.

738.

96.03914食品加工

9.

113.

30.

8103.

54.

03.0215屠宰废水

6.

26.

26.

213.

14.

02.3416制糖

15.

222.

58.21217制药厂

10.

933.

26.

3115.

08.

00.8518家畜饲料厂

10.

510.

510.5119垃圾滤液

9.

912.

07.97b）、经验公式方法采用同样经验公式描述不同厌氧处理系统处理生活污水HRT与去除率（E）之间的关系，并且对不同反应器处理生活污水的数据进行了统计，得出了参数值式中C,C一反应常数I2C）、动力学方法酸性发酵和甲烷发酵过程重要的动力学常数（见表2）通过评价所获得的实验结果的经验方法现在仍是设计和优化厌氧消化系统的惟一的选择表2厌氧动力学参数（参考）md-i培养YmgVSS/mgCOD Km[mgC0D/mgVSS d]Ks mgCOD/L in产酸菌

2.

00.1513200甲烷菌

0.

40.031350混合培养

0.

40.

1823、UASB反应器的详细设计3）、反应器的体积和高度采用水力停留时间进行设计时，体积（V）按公式⑴或者

（2）计算选择反应器高度的原则是设计、运行和经济上综合考虑的结果从设计、运行方面考虑高度会影响上升流速，高流速增加系统扰动和污泥与进水之间的接触但流速过高会引起污泥流失，为保持足够多的污泥，上升流速不能超过一定的限值，从而使反应器的高度受到限制；高度与co溶解2度有关，反应器越高溶解的CO浓度越高，因此，pH值越低如pH2值低于最优值，会危害系统的效率从经济上考虑土方工程随池深增加而增加，但占地面积则相反；考虑当地的气候和地形条件，普通将反应器建造在半地下减少建造和保温费用最经济的反应器高度（深度）普通是在4到61n之间，并且在大多数情况下这也是系统最优的运行范围4）、反应器的升流速度对于UASB反应器还有其他的流速关系（图2）对于日平均上升流速的推荐值见表3,应该注意对短期（如2s6h）的高峰值是可以承受的（即暂时的高峰流量可以接收）表3:UASB和EGSB允许上升流速（平均日流量）UASB反应器V=

0.

253.Om/h颗粒污泥〜

0.

751.Om/h絮状污泥〜V

1.5m/h絮状污泥s8m/h颗粒污泥V12m/h颗粒污泥

03.Om/h絮状污泥V=Im/h建议最小值g

3、反应器的截面积和反应器的长、宽或者直径在确定反应器的容积和高度H之后，可确定反应器的截面积Ao从而确定反应器的长和宽，在同样的面积下正方形池的周长比矩形池要小，矩形UASB需要更多的建造材料以表面积为600ni2的反应器为例，30x20m的反应器与151nx40m的反应器周长相差10%,这意味着建造费用要增加10%但从布水均匀性考虑，矩形在长/宽比较大较为合适从布水均匀性和经济性考虑，矩形池在长/宽比在2:1以下较为合适长/宽比在4:1时费用增加十分显著圆形反应器在同样的面积下，其周长比正方形的少12%但这一优点仅仅在采用单个池子时才成立当建立两个或者两个以上反应器时，矩形反应器可以采用共用壁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如果不考虑其他因素，这是一个在设计中需要优化的参数

4、单元反应器最大体积和分格化的反应器在UASB反应器的设计中，采用分格化对运行操作是有益的首先，分格化的单元尺寸不会过大，可避免体积过大带来的布水均匀性等问题；同时多个反应器对系统的启动也是有益的，可首先启动一个反应器，再用这个反应器的污泥去接种其他反应器；止匕外，有利于维护和检修，可放空一个反应器进行检修，而不影响系统的运行从目前实践看最大的单体UASB反应器不是最优的可为1000-2000田

35、单元反应器的系列化单元的标准化根据三相分离器尺寸进行，三相分离器的型式趋向于多层箱体的设备化结构以2x5m的三相分离器为例，原则上讲有多种配合形式但从标准化和系列化考虑，要求具有通用性和简单性所以，池子宽度是以5m为模数，长度方向是以2m为模数布置单元尺寸的方式可分成单池单个分离器和单池两个分离器的形式原则上如果采用管道或者渠道布水，池子的长度是不受限制如前所述，由于长宽比涉及到反应器的经济性，所以要结合池子组数考虑适当的长宽比对宽度为10m的单个反应器，2:1的长宽比的反应器可达到2000m3的池容对更大的反应器，如果需要也可采用双池共用壁的型式

三、反应器配水系统设计。