升流式厌氧污泥层反应器的设计

升流式厌氧污泥层反应器的设计

UASB反应器应用于生产的历史尚较短，对生产实践经验的总结不多，还不能提出完整的工程设计方法，尚街进一步总结和得高，本节将根据现有的有关资料提出有关UASB反应器的设计方法。

UASB反应器设计的主要内容有下列几项：首先根据处理废水的性质选定适宜的池型和确定有效容积及其主要部位的尺寸，如高、直径、长宽比等。其次，设计进水配水系统、出水系统和三相分离器。此外，还要考虑排泥和刮渣虑系统。下面分别加以叙述。

1、UASB反应器容积及主要构造尺寸的确定

UASB目前反应器有效容积(包括沉淀前区和反应区)均采用进水容积负荷法进行确定，即： V＝QS0

VV

式中： V—反应器，有效容积m3；

Q—废水流量，m3/d；

S0—进水有机物浓度，gCOD/L或gBOD5/L

NV—容积负荷kgCODBOD5/(m3·d)

容积负荷值与反应器的温度、废水的性质和浓度有关，同时与反应器内是否形成颗粒污泥也有很大关系。对某种废水，反应器的容积负荷一般应通过试验确定，如何同类型的废水处理资料，可以作为参考选用。

食品工业废水或与其性质相似的其他工业废水，采用UASB反应器处理，在反应器内往往能够形成厌氧颗粒污泥，不同反应温度下的进水容积负荷可参考表3－19－10所列数据确定，COD去除率一般可达80－90％。但如果反应器内不能形成厌氧颗粒污泥，而主要为絮状污泥、则反应器的容积负荷不可能很高，因为负荷高絮状污泥将会大量流失。所以进水容积负荷一般不超过5kgCOD/(m3·d)。

反应器的有效高度通常应通过试验确定。现行生产性装置的有效高度常采用4－6m。低浓度废水、水力停留时间较短，常采用较小的高度，浓度较高的废水水力停留时间长，则常采用较大的反应器高度。 确定反应器有效高度后，就可以求定反应器的总水平面积，进而确定直径和长宽比。为了运行的灵活性，同时考虑维修的可能，一般设二座或二座以上反应器。

由于反应器的水平面积一般与三相分离器的沉淀面积相同，所以确定的水平面积必须用沉淀区的表面负荷来校核，如不适合，则必须改变反应器的高度或加大三相分离器沉淀区的面积。

2、进水配水系统的设计

进水配水系统兼有配水和水力搅拌的功能、所以必须满足以下各项要求：

①进水必须在反应器底部均匀分配，确保各单位面积的进水量基本相同，以防止短路或表面负荷不均匀等现象发生。

②应满足污泥床水力搅拌的需要，要同时考虑水力搅拌与产生的沼气搅拌，怄达到完全混合的效果，确保进水有机物与污泥迅速混合，防止局部产生酸化现象。

UASB反应器进配水系统有多种形式，但多属专利，具体设计数据未公开，配水系统的形式有以下几种：

(1)树枝管式配水系统

如图3－19－25所示，为了配水均匀一般采用对称布置，各支管出水口向下距池底约20cm，位于所服务面积的中心。管口对准的池底所设的反射锥体，使射流向四周散开，均布于池底，一般出水口直径采用15－20mm，每个出水口服务面积为2－4m2。这种形式的配水系统的特点是比较简单，只要施工安装正确，配水能够基本达到均匀分布的要求。

图3-19-25 树枝管式配水系统 图3-19-25 空孔管配水系统

(2)穿孔管配水系统

如图3－19－26所示。为了配水均匀，配水管中心距可采用1.0-2.0m，出水孔距也可采用1.0-2.0m，孔径一般为10-20mm，常采用15mm，孔口向下或与垂线呈45 方向，每个出水孔服务面积一般为2-4m2。配水管的直径最好不小于100mm，配水管中心距池底一般为20－25cm。为了使穿孔管各孔出水均匀，要求出水流速不小于2m/s，使出水孔阻力损失大于空孔管的沿程阻力损失，为了增大出水孔的流速，可采用脉冲间歇进水。

(3)多点多管配水系统

如图3－19－17所示。此种配水系统的特点是一根配水管只服务一个配水点，配水管根数与配水点数相同。只要保证每根配水管流量相等，则即可达到每个配水点流量相等的要求。一般多采用配水渠道通过三角堰把废水均匀流入配水管的方式。也有在反应器不同高度设置配水管和配水点。国外有些专利采用脉冲配水器，每根管是间歇进水的，但整个反应器是连续进水的。

图3－19－17 多点多管配水系统

配水系统的形式确定后，就可进行管道布置、计算管径和水头损失，根据水头损失和反应器(或配水渠)水面主调节池(或集水池)水面高程差计算进水水泵所需的扬程，可以选择合适的水泵。

3、三相分离器设计

(1)三相分离器的基本构造

三相分离器的型式是多种多样的，但其三项主要功能均为：气液分离、固液分离和污泥回流三个功能：主要组成部分为气封、沉淀区和回流缝。图3－19－28所示为三相分离器的基本构造形式。

图3－19－28 三相分离器的基本构造

图3－19－28中的a式构造简单，但泥水分离的情况不佳，在回流缝同时存在上升和下降两股流体，相互干扰，污泥回流不通畅。c式也存在类似情况。b式的构造较为复杂，但污泥回流和水流上升互不干扰，污泥回流通畅，泥水分离效果较好，气体分离效果也较好。

(2)三相分离器的布置形式

三相分离器有多种多样的布置形式，下面将列出常用的几种形式 于容积较大的UASB反应器，往往有若干个连续安装的三相分离器系统，如图3－19－29所示。

(3)三相分离器的设计方法

三相分离器的设计可分为三个内容：沉淀区设计、回流缝设计和气液分离设计。本节将以图3－19－28c为例来说明设计计算方法。图3－19－30为三相分离器设计计算断面的几何关系图。

图3－19－30 三相分离器的布置形式

①沉淀区设计：三相分离器沉淀区的设计方法与普通二次沉淀池的设计相似，主要考虑两项因素，即沉淀面积和水深。沉淀区的面积根据废水量和沉淀区的表面负荷确定，由于在沉淀区的厌氧污泥与水中残余的有机物尚能产生生化反应，有少量的沼气产生，对固液分离有一定的干扰。这种情况在处理高浓度有机废水时可能更为明显，所以建议表面负荷一般应＜1.0m3/(m2·h)。图3－19－29c形式三相分离器集气罩(气室) 上的复盖水深可采用0.5-1.0m, 集气罩斜面的坡度应采用55°－60°，沉淀区斜面(或斗)的高度建议采用0.5－1.0m。不论何种形式三相分离器，其沉淀区的总水深应≥1.5m，并保证在沉淀区的停留时间介于1.5－2.0h。如能满足上述条件，则可取得良好的固液分离效果。

②回流缝设计：由图3－19－30可知，三相分离器由上、下二组重叠的三角形集气罩所组成，根据图

3－19－29所示的几何关系可得：

b1=h3/tgθ

式中： b1－－下三角形集气罩底的1

2宽度，m；

θ－－下三角形集气罩斜面的水平夹角，一般可采用55°－60°；

h3－－下三角形集气罩的垂直高，m。

b2=b-2b1

式中： b2－－相邻二个下三角形集气罩之间的水平距离，m，即污泥的回流缝之一；

－单元三相分离器的宽度，m。

下三角形集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速(V1)可用下式计算：

V1＝Q

S1 b－

式中： V1－－回流缝中混合液上升流速，m/h；

Q－－反应器设计废水流量，m3/h；

S1－－下三角形集气罩回流缝的总面积，m2，其值可用下式表示：

S1＝b2×l×n

式中： l－－反应器的宽度，即三相分离器的长度，m；

n－－反应器的三相分离器单元数。

为了使回流缝的水流稳定，污泥能顺利地回流，建议流速v1<2m/h。

上三角形集气罩与下三角形集气罩斜面之间回流缝的流速(V2)可用下式计算： V2＝Q/S2

式中： S2－－上三角形集气罩回流缝的面积，m2，可用下式表示：

S2＝c×l×2n

式中： c－－上三角形集气罩回流缝的宽度，m，即为图3-19-30中的c点至AB斜面的垂直距离 CE，建议CE>0.2m。

为了使回流缝和沉淀区的水流稳定，确保良好的固液分离效果和污泥的顺利回流，要求满足下列条件： ν2<ν1<2.0m/h

③气液分离设计：由图3－19－30可知，欲达到气液分离目的，上下二组三角形集气罩的斜边必须重叠，重叠的水平距离(AB的水平投影)越大，气体分离效果越好，去除气泡的直径越小，对沉淀固液分离效果的影响越小。所以，重叠量的大小是决定气液分离效果好坏的关键。

由图3－19－30可知，由反应区上升的水流从下三角形集气罩回流缝过渡到上三角形集气罩回流缝再进入沉淀区，其水流状态比较复杂。当混合液上升A点后将沿着AB方向斜面流动，并设流速νa，同时假定A点的气泡以速度νb垂直上升，所以气泡的运动轨迹将沿着νa和νb合成速度的方向运动，根据速度合成的平行加边形法则，则有：

bADBC aABAB

要使气泡分离后进入沉淀区的必要条件是：

bAD BC aABAB

气泡上升速度(νb)与其直径、水温、液体和气体的密度、废水的粘滞系数等因素有关。当气泡的直径很小(d<0.1mm)时，在气泡周围的水流呈层流状态，Re<1，这时气泡的上升速度可用斯笃克斯(Stokes)分式计算。即：

g2 b 1 g d 18

式中 νb—气泡上升速度，cm/s；

d—气泡直径，cm；

ρ1—废水密度，g/cm3；

ρg—沼气密度，g/cm3；

g—重力加速度，cm/s2；

μ—废水的动力粘滞系数，g/(cm·s)；

μ＝νΡ1

ν—废水的运动粘滞系数，cm2/s；

β—碰撞系数，可取-.95。

4. 出水系统的设计

出水的均匀排除也是保证反应器均匀稳定运行的关键，尤其对固液分离的影响较大。UASB反应器的出水槽布置与三相分离器沉淀区设计有关，通常每个单元三相分离器设一个出水槽，常用的两种布置形式，如图3－19－31(a)所示。出水槽宽度常采用20cm，深度则计算确定。

图3－19－31(b)所示出槽的特点是出水槽与三相分离器集气罩成一整体，有助于实现装配化，简化加工和安装过程。

当UASB反应器为封闭式时，总出水管必须通过一个水封，以防漏气和确保厌氧条件。

当处理的废水中含有蛋白质和脂肪或含有大量悬浮固体时，出水一般也挟带有大量悬浮固体或漂浮污泥，为了减少出水悬浮固体量，在出水槽前设置挡板，这样可减少出水中悬浮固体数量，有利于提高出水水质。

5. 浮渣清除系统设计

在处理含蛋白质或脂肪较高的工业废水时，这些化合物的存在会促进泡沫的产生和污泥的漂浮，在集气室和反应器的液面可能形成一层很厚的浮渣层，对正常运行会带来一些问题，如阻碍沼气的顺利释放，或堵塞出气管，导致部分沼气从沉淀区逸出，干扰了沉淀区的沉淀效果，为了清除浮渣层，必须设置专门的清除设备或采取预防措施。

在沉淀区液面产生的浮渣层，可用刮渣机清除，它们的构造与沉淀池和气浮池的刮渣机相同。

在气室形成的浮，渣难于清除，可用定期进行循环水或沼气反冲等方法减少或去除。这时必须设置冲洗管和循环水泵(或气泵)。

6. 排泥系统设计

UASB反应器污泥床区均匀排泥也是使反应器正常工作的重要因素，因为大型反应器一般都不设污泥斗，池底面积又较大，所以不宜集中在一点排泥，否则污泥床区的污泥分布不均匀，在排泥口附近的污泥浓度会大大降低，从而影响该处出水的处理效果，因此必须进行均匀的多点排泥。排泥点设多少合适，尚有待于在实践中总结，建议每10m2设一个排泥口。当采用穿孔管配水系统时，同时肥穿孔管兼作排泥管是较为适宜的。专设排泥管管径一般不小于200mm，以防堵塞。为了运行方便，可在反应器高1

2处或三

相分离器下0.5m处再设一个排泥口。沿反应器高度均匀地设5－6个污泥取样管。

7. 其他设计应考虑的问题

UASB反应器加热和保温的设计与计算方法可参阅本章§19.2节消化池设计的的有关部分。 UASB反应器沼气的收集、贮存和利用的设计计算也可参阅本章§19.2节有关部分。

UASB反应器的各部分应采取相应的防腐措施，以延长反应器的使用寿命。

[例]某工业废水的流量为2600m3/d，废水的COD为2200mg/L，SS 为700 mg/L，pH6－7，水温为20－25℃，要求处理后COD≤500 mg/L，SS≤500 mg/L。试采用UASB反应器处理并进行设计计算。

[解]

经过类比调查，已知在常温条件下UASB反应器的进水容积负荷为6.0kgCOD/(m3·d)，COD和SS的去除率分别为85％和70％，沼气产率为0.4m3(沼气)/kgCOD(去除)。污泥的表现产率为0.05kgVSS/kgCOD(去除)、VSS/SS＝0.8，UASB的有效高度为4.6m。

(1)处理后出水水质计算

出水COD浓度为：

2200×(1－0.85)＝330mg/L (≤500mg/L)

出水SS浓度为：

700×(1－0.70)=210 mg/L (≤500mg/L) 当采用UASB反应器处理，COD和SS两项指标均匀可满足排入城市排水系统的要求。 (2)UASB反应器有效容积及主要部位尺寸的确定： 根据(3.19.48)式，UASB反应器的有效容积为： V＝2600 2.2

6.0 953m 3

考虑检修时不至于全部停产，采用2座UASB反应器，每个反应器容积为：

953÷2＝476.5m3≈477m3

已知反应器高定为4.6m，则单个反应器的平面面积为：

477÷4.6＝103.6 m2≈104 m2

反应器宽采用7.2m，反应器长为：

104÷7.2 ≈14.4m

(3)UASB反应器构造的确定

经计算后，设计的UASB反应器的构造示之于例图1。

例图1 UASB反应器构造示意图

(4)三相分离器设计

三相分离器沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积，则沉淀区的表面负荷率为：

2600

2 24÷104＝0.52m3/(m2·h) [<1.0 m3/(m2·h)]

根据图3－19－28和3－19－30设上、下三角形集气罩斜面水平夹角为55°，取保护高度h1＝0.5m，h2＝0.5m，h3＝1.2m，则：

b1=h3/tg55°=1.2/1.428=0.84m

b2=2.4-2×b1=0.72m

下三角形集气罩之间缝隙(b2)中的上升流速(ν1)的计算：

根据(3.19.52)式，缝隙总面积(S1)为：

S1＝b2×L×n=0.72×7.2×6=31.1m2

ν1=108.32 31.1=1.74m/h (<2m/h) 上三角形集气罩回流缝中的流速(ν2)(= νa)的计算： 设上三角形集气罩回流缝的宽度c＝0.42m，根据(3.19.54)式缝隙总面积(S2)为： S2＝c×L×n=0.42×7.2×12=36.29m2 ν2=νa=108.3

2 36.29=1.49m/h

符合ν2(νa)< ν1<2.0m/h的要求。

已知BC＝CE/sin35°=0.42/0.5736=0.73m，取AB＝0.4m，上三角形集气罩的位置即可确定，其高h4为：

h4= AB cos55

b2 tg55° 2 0.72 ×1.4281=0.84m 2 = 0.4 0.5736

已知上三角形集气罩顶的水深为0.5m，则上、下三角形集气罩在反应器内的位置已确定。

根据已确定的三相分离器构造，如例图2还应该校核气液分离的条件是否能符合要求。

例图2 三相分离器的构造尺寸

根据(3.19.57)式可求得气泡在A点的上升速度(vb)。气泡的直径dg＝0.01cm，在常温(20℃)下，取ρ1

＝1.03g/cm3，ρg=1.2×10-3g/cm3，ν=0.0101cm2/s(按净水取值)，β=0.95：

0.0101×1.03＝0.0104g/(cm·s)

由于废水的μ一般比净水的μ大，可取废水的μ为0.02g/(cm·s)，则：

g0.95 9812 (1.03-1.2×10-3)×(0.01)2 b 1 g dg 18 18 0.02

=0.266cm/s=9.58m/h

根据前面的计算结果有：

b

a BCAB 0.730.49.58 1.83 μ＝νρ1＝ b aBCAB 1.49 6.43 则可以满足的要求，可以脱除直径等于或大于0.01cm的气泡。

(5)进水配水系统的设计

采用穿孔管配水，每个反应器设8根d150mm、长7.2m的穿孔管，穿孔管中心间距1.80m，配水孔径为15mm，孔距为1.8m，每个孔的服务面积为1.8×1.8=3.24m2。孔口向下，穿孔管中心距 反应器底0.275m。每个反应器共有32个出水孔，采用连续进水，每个孔的流速为2.66m/s。水力计算略。

(6)出水系统的设计

采用锯齿形出水槽，槽宽0.2m，槽高0.2m。每个上三角形集气罩顶上设一条出水槽，每个反应器共设6条出水槽，基本可保持出水均匀。

(7)排泥系统的设计

计划把配水穿孔管同时作为排泥管用，可达到排泥均匀的要求，同时可在反应器的一侧底部及池高1

2

处另设排泥管，用作辅助排泥。

(8)沼气产量计算

每日的沼气产量为：

2600×2.2×0.85×0.4=1944.8m3(沼气)/d

(9)产泥量计算

每日理论产泥量为：

2600×2.2×0.85×0.05=243.1kgVSS/d

243.1÷0.8=303.9kgVSS/d

三、升流式厌氧污泥层反应器应用实例

1973年至1977年，在瓦根宁根(Wageningen)农业大学和德勒夫(Delft)大学的帮助下，荷兰CSM甜菜糖业公司先后进行了容积为6m3、30m3和200m3的半生产性和生产性装置的试验。在中温(35℃左右)条件下，6m3装置的容积负荷达到了36kgCOD/(m3·d)，生产性装置达到了kgCOD/(m3·d)，COD去除率为70－90％。其后，原联邦德国、比利时和美国等国的学者用UASB装置进行了处理土豆淀粉加工废水、屠宰废水、罐头加工废水、甲醇废水、糖蜜废水、酒精废水等各种规模的试验，均取得了较好的处理效果。到1990年9月，国外已有205座UASB的生产性装置投入运行。最近有些国家已把UASB反应器成功地应用于处理城市废水。表3－19－11列举出国外部分UASB反应器的应用情况。

国内对UASB反应器的研究起步于1981年。许多单位先后进行了用UASB反应器处理多种有机废水的试验研究，目前已建成并已投产运行了一批半生产性和生产性UASB反应器。表3－19－12所列举的即为其所取得的数据。

国外部分 UASB 反应器的应用实例 废水类型 装置数 设计负荷 反应器体积 温度 (m3) [kgCOD/(m3·d)] (℃) 7 12.5-17 200-1700 荷兰 30-35 2 9.12 2300,1500 甜菜制糖 原联邦德国 30-35 1 8 3040 奥地利 30-35 8 5-11 240-1500 荷兰 30-35 1 6 2200 土豆加工 美国 30-35 1 8.5 600 瑞士 30-35 2 10.3,10.9 1700,5500 土豆淀粉 荷兰 30-35 1 11.1 1800 美国 30-35 1 10-12 900 玉米淀粉 荷兰 30-35 1 6.5 500 荷兰 30-35 1 9 2200 小麦淀粉 爱尔兰 30-35 1 9.3 4200 澳大利亚 30-35 1 8 420 大麦淀粉 芬兰 30-35 1 16 700 酒精 荷兰 30-35 1 9 2300 原联邦德国 30-35 1 7.00 2100 美国 30-35 2 10.8,10.3 5000,1800 美国 30-35 1 10.5 950 酵母 沙特阿拉伯 30-35 1 5-10 1400 23 荷兰 1 14 4600 啤酒 美国 30-35 1 5.7 1500 20 美国 1 3-5 600 24 屠宰 荷兰 1 6-8 450 24 牛奶 加拿大 2 8-10 1000,740 24 荷兰 1 8 740 20 造纸 荷兰 1 5-6 2200 25 荷兰 1 10 375 蔬菜罐头 荷兰 30-35 1 11 500 美国 30-35 1 15 3000 白酒 泰国 30-35 1 2.3 1200 城市废水 印度 常温 1 2 6600 哥伦比亚 常温 表 3-19-12 我国部分半生产及生产性 UASB 反应器运行数据 废水种类 温度 反应器容积 COD 容积负荷 进水 COD COD 去除率 研究或应用 (m3) (mg/L) (℃) [kg/(m3·d)] (%) 单位 4.6 5.5 12150 88.5 味精废水 30-32 中科院广州能源所 24 22.3 900-2800 91 酒精过滤液 高温 北京环保院 、 山东酒精 总厂 52 53 14.8 19870 88 溶剂废醪 无锡环保监测所 无锡溶剂总厂 35 6 20.3 20000-36000 90 柠檬酸废水 常州市环境工程设计研 究所 64.8 4.2 2000-6000 82.4 酿造废水 常温 北京环保所 35 200 6-8 25000 90 丙丁废醪 华北制药厂 6.7 9-13 2000-3000 85 啤酒废水 常温 清华大学、北京

啤酒厂 3-19-11 使用国家

§19.5 厌氧生物滤池

一、厌氧生物滤池的工艺特征

厌氧生物滤池是装填有滤料的厌氧生物反应器，在滤料表面有以生物膜形态生长的微生物群体，在滤料的空隙中则截留了大量悬浮生长的微生物，废水通过滤料层时，有机物被截留，吸附及代谢分解，最后在到稳定化。

厌氧生物滤池创建于二十世纪60年代末期，是公认的早期的高效厌氧生物反应器。1972的以来，一批生产性的厌氧生物滤池投入了运行，处理废水的COD浓度在300－85000mg/L的范围内，处理效果良好，运行管理方便。

厌氧生物滤池具有以下主要工艺特征

1、滤料

滤料是厌氧生物滤池的主体，其主要作用是提供微生物附着生长的表面及悬浮生长的空间，理想的滤料应具备下列条件：

①比表面积大，以利于增加厌氧生物滤池中生物固体的总量；

②空隙率高，以截留并保持大量的悬浮生长的微生物，并防止厌氧生物滤池被堵塞；

③利于生物膜附着生长，如表面粗糙的滤料就比表面光滑的滤料为佳；

④具有足够的机械强度，不易破损或流失；

⑤化学和生物学稳定性好，不易受废水中化学物质的侵蚀和微生物的分解破坏，也无有害物质溶出，使用寿命较长；

⑥质轻，使厌氧生物滤池的结构荷载较小；

⑦价廉易得，以利于降低厌氧生物滤池的基建投资。

曾被人采用或试验研究过的滤料种类多，所得出的结论也不尽相同。有人认为，由于厌氧生物滤池中截留的悬浮生长的生物体比滤料表面的生物膜在净化废水中起的作用更大，因此滤料的比表面积(单位体积滤料所具有的面积)不如滤料的空隙率重要，而且滤料应具有截留生物体并防止其流失的特性。有人提出最重要的滤料特性是其表面的粗糙度、总的空隙度和孔隙大小。有人在对粘土、珊瑚、贝壳、塑料等四种滤料进行比较试验的基础上发现，粘土制成的滤料取得的效果最好，并认为其原因是粘土中含有的某些无机营养物具有刺激产甲烷菌活性的作用。

在生产及试验研究中最常用的滤料有以下几类：

(1)实心块状滤料

如直径为30－45mm 的碎石、砾石等，此类滤料价格低、货源足，其缺点是比重大，比表面积和空隙率均低。一般其比表面积仅为40－50m2/m3，空隙率仅为50－60％。因此，采用实心块状滤料的厌氧生物滤池生物固体浓度低，使其有机负荷受到限制，仅为3－6kgCOD/(m3·d)，而且此类滤池在运行中易发生局部滤层被堵塞，以及随之而生的短流现象，使运行效果受到不利影响。

(2)空心块状滤料

此类滤料多用塑料制成，呈圆柱形或球形，内部则有不同形状不同大小的空隙。显然，其比表面积的空隙率都比实心块状滤料大大增加，因此可以提高厌氧生物滤池的生物固体量和相应的处理能力，也可减少滤料层的堵塞现象。图3－19－32a所示为90mm直径的波尔环，是一种较常用的空心块状滤料。

(3)管流型滤料

包括塑料波纹板(如图3－19－32b所示)和蜂窝填料因形成了管道水流而得名，其比表面积可达100－200m2/m3，为实心块状滤料的2－5倍，其孔隙率右达80－90％，为实心块状滤料的1.5倍左右，因此采用此类滤料可以获得较高的生物固体浓度，使厌氧生物滤池的有机负荷达5－15kgCOD/(m3·d)。此类滤料质轻、稳定性，滤池运行时不易被堵塞。但目前我国塑料制品价格尚较昂贵，采用此类滤料将提高厌氧生物滤池的基建费用。

a.空心块状滤料(波尔环) b.管流型滤料(塑料波纹板) c.交叉流型滤料

图3－19－32 厌氧生物滤池的几种滤料

(4)交叉流型滤料

如图3－19－32c所示。由图可见这是由不同倾斜方向的波纹板或蜂窝管所组成的填料、当水流经过此类滤料所构成的滤层时，水流方向呈交叉形(或称折流形)。填料板(或管)的倾斜角一般为60°。此类滤料的比表面积和孔隙率与管流形滤料相类似，但实验表明，当二者比表面积相等时，采用交叉流型滤料的厌氧生物滤池的COD去除率比采用管流型滤料的厌氧生物滤池为高，其原因：一是交叉流型滤料可以使滤料层孔隙内的水流分布得更均匀，因此使废水中有机物与生物膜中活性生物体的混合和接触更充分；二是在同样面积的滤料表面上，交叉流型滤料可以保持更多的生物固体量，而管流型滤料则会由于水流的冲刷而造成生物固体的脱落，实验还表明，交叉流型滤料厌氧生物滤池的式作特性要比采用空心块状滤料的厌氧生物池为佳。因此，交叉流型滤料正得到越来越广泛的应用。

(5)纤维滤料

如图3－19－33所示，包括软性尼龙纤维滤料、半软性聚乙烯、弹性聚苯乙烯滤料等。此类滤料的主要特性是纤维细而长，因此，比表面积和孔隙率均大。当废水流经滤池时，纤维随水浮动或飘起，使其上的生物膜与废水接触情况良好，可提高有机物的传质效率。由于水流的剪切作用，还可使滤料表面的生物膜不致过厚，保持较高的生物活性和良好的传质条件。只是采用软性纤维填料时，易产生生物膜结团的现象，使生物膜的有效面积减小，传质条件变差。纤维填料的厌氧生物滤池一般不易堵塞，填料价格也比上述几种塑料填料为低，目前在我国应用较普遍。

a.软性滤料 b.半软性滤料 c. 弹性滤料

图3－19－33 纤维滤料

2. 构造特征

厌氧生物滤可按其中水流的方向，分为升流式厌氧生物滤池和降流式厌氧生物滤池两大类，近年来又出现了一种升流式混合型厌氧反应器，实际上是厌氧生物滤池的一种变型。这三种不同类型的厌氧生物滤池如图3－19－34所示。

a.升流式 b.降流式 c.升流式混合型

图3－19－34 几种厌氧生物滤池

由图可见，厌氧生物滤池中滤料外，还应设布水系统和沼气收集系统。布水系统的作用是将进水均匀地分布于全池，同时也应考虑到布水系统的孔口大小及流速是否足以防止其被堵塞。为了保证良好的厌氧环境并尽可能多地收集沼气，厌氧生物滤池多为封闭形，其中废水水位高于滤料层，使滤料处于淹没状态。沼气收集系统上应设水封、气体流量计及安全火炬，沼气应尽可能地利用为能源或热源。

升流式厌氧生物滤池的布水系统设于池底，废水由布水系统引入滤池后均匀地向上流动，通过滤料层与其上的生物膜接触，净化后的出水从池顶部引出池外，池顶部还设有沼气收集管。目前正在运行的大多数厌氧生物滤池都是升流式厌氧滤池，平面形状呈圆形，直径为6－26m，高度为3－13m。

降流式厌氧生物滤池的水流方向正相反，其布水系统设于滤料层上部，出水排放系统则设于滤池底部，其沼气收集系统则与升流式厌氧生物滤池无异。

升流式混合型厌氧反应器的特点是减小了滤料层的厚度，在池底布水系统与滤料层之间留出了一定的空间，以便悬浮状态的颗粒污泥能在其中长、累积。当进水依次通过悬浮的颗粒污泥层及滤料层时，其中有机物将与颗粒污泥及生物膜上的微生物接触并得到稳定。试验运行结果均表明，这种结合了升流式厌氧

污泥床及升流式厌氧生物滤池特点的升流式混合型厌氧反应器具有以下优点：

①与升流式厌氧生物滤池相比，减小了滤料层的高度，与升流式厌氧污泥床相比，可不设三相分离器因此可节省基建费用；

②可增加反应器中总的生物固体量，并减少滤池被堵塞的可能性。

升流式混合型厌氧反应器中滤料层高度与滤池总高度之比，以采用2/3为宜。

3.运行特征

厌氧生物滤池中生物膜的厚度约1－4mm，生物固体浓度沿滤料层高度而变化。升流式厌氧生物滤池底部的生物固体浓度可达其顶部生物固体浓度的几十倍，因此底部滤料层易发生堵塞现象。降流式厌氧生物滤池中向下的水流有利于避免滤层的堵塞，其中生物固体浓度的分布比较均匀。

厌氧生物滤池适用于不同类型，不同浓度的有机废水，其有机负荷一般为0.2kgCOD/(m3·d)－16kgCOD/(m3·d)，决定于被处理废水的性质及浓度。经验表明，在相同的水质条件下水力停留时间下，升流式厌氧生物滤池的COD去除率较降流式生物滤池为高。升流式混合型厌氧反应器则具有更多运行上的优点。

当被处理废水的COD浓度高于8000－12000mg/L时，可采用出水回流的方式，其作用为： ①减少对碱度的需求量，降低运行费用；

②降低进水的COD浓度；

③增大进水流量，改善进水的分布情况。

大多数厌氧生物滤池均在中温条件(35℃左右)下运行，其产气量约为390L/kgCOD(去除)，沼气中CH4所占百分数为60－95％，决定于废水中有机物的性质。为节约加温所需能量，也可在常温下运行。降低温度将使处理效率下降，经验表明，温度的突然下降会造成较大的影响，长时期稳定在较低温度下运行则会因为厌氧生物滤池中很长的固体停留时间及很大的生物固体量而使温度的影响减弱。

近年来出现了一种新的厌氧生物滤池的运行方式—二级周期运行方式，即两个厌氧生物滤池串联，并周期性地交替作为第一级和第二级。这种运行方式使第一级滤池出水的COD显著降低，并在第二级滤池中得到进一步净化。由于进入第二级厌氧生物滤池的有机物量的减少，促进了滤池内生物固体的衰减，因此使剩余污泥量减少。这种运行方式可以使厌氧生物滤池的替力得到充分发挥，使废水处理效果改善。 当被处理的废水所含的悬浮固体浓度大于10％的COD浓度时，如采用升流式厌氧生物滤池，应采用适当的预处理降低进水悬浮物浓度，以防滤层堵塞，采用降流式厌氧生物滤池，则往往不必采用预处理，处理悬浮固体浓度为3000－8000mg/L的废水亦不发生堵塞。

4. 优缺点

与传统的厌氧生物处理构筑物及其他新型厌氧生物反应器相比，厌氧生物滤池的突出优点是： ①生物固体浓度高，因此可获得较高的有机负荷；

②微生物固体停留时间长，因此可缩短水力停留时间，耐冲击负荷能力也较强；

③启动时间短，停止运行后再启动也较容易；

④不需回流污泥，运行管理方便；

⑤在处理水量和负荷有较大变化的情况下，其运行能保持较大的稳定性。

厌氧生物滤池的主要缺点是有被堵塞的可能，但通过改变滤料和改变运行方式，这个缺点不难克服。

二、厌氧生物滤池的设计计算

厌氧生物滤池的设计包括滤料的选择、滤料体积的计算、布水系统和沼气收集系统的设计等，至今尚无定型的设计计算程序。以下主要介绍滤料体积的计算方法和一些常用的设计参数。

1、滤料体积的计算方法

常用的计算滤料体积的方法有以下三种：

(1)有机负荷法

V Q(S0 Se)

F 1000

式中 V—滤料体积，m3；

Q—废水流量，m3/d；

S0—进水有机物浓度,mg/L；

Se—出水有机物浓度,mg/L;

F—有机负荷，kgCOD(或BOD5)/(m3·d)。

在进行具体工程的设计计算时，Q和S0是已知的，Se决定于对处理后出水的水质要求，或可根据厌氧生物滤池一般可达到的有机物去除率确定。因此，重要的是正确选定有机负荷F，影响有机负荷大小的因素有：

①废水水质，包括有机物的种类和浓度，一般废水浓度较高时可采用较高的有机负荷；

②滤料性质，当采用比表面积和空隙率都较大的滤料时，可采用较高的有机负荷；

③温度，如水温低于中温条件又不采取加温措施，应采用较低的有机负荷；

④其他，如pH值、营养物，有害物浓度等，均对有机负荷产生影响。

当废水性质较特殊，无可靠的资料可供借鉴时，最好通过试验性小试或半生产性中试采取有机负荷，试验条件如温度、水质、滤料深度等应尽可能与实际生产条件符合，并尽量设法减小试验装置边壁的影响。一般，设计采用的有机负荷值应比试验所求得的值小，以保证安全运行。

计算得滤料体积后，可进一步决定滤料的高度并计算滤池的面积。

(2)动力学计算法

当厌氧生物滤池不采用回流时，可假定其中水流状态接近于推流式，采用以下公式计算出水力停留时间，进而计算其滤料体积。

t=l

klnS0

Se

V=Q·t

式中 t—按滤料所占空池体积计算的水力停留时间，d；

k—生物反应动力学常数；d-1。

其他符号同前。

(3)经验公式计算法

美国学者杨(Young)和麦卡蒂(McCarty)在试验基础上建立了以下经验公式，表示厌氧生物滤池水力停留时间与其COD去除率的关系。

E＝100[I－SK(HRT)－m]

式中 E—溶解性COD去除率，％；

HRT—按滤料所占空池体积且没有回流计算的水力停留时间，h；

SKm—效率系数，决定于滤池构造及滤料特性，对波尔环滤料SK＝1.0，m=0.4；对交叉流型滤料 SK＝1.0，m＝0.55。

2、常用的设计参数

有机负荷—0.5—12kgCOD/(m3·d)

有机物去除率—60—95％(COD)

滤料层高度—2—5m(当采用升流式混合型厌氧反应器时，滤料层高度宜占滤池高度2/3)

相邻进水孔口距离—1－2m(不得大于2m)

污泥排放口距—≯3m

[例]已知工业废水流量为1000m3/d，COD浓度为10000mg/L，拟采用塑料滤料升流式厌氧生物滤池处理，水温35℃左右，要求的COD去除离为90％，试计算厌氧生物滤池滤料体积。

[解]

1.用有机负荷法计算

根据试验结果，选用有机负荷为6.5kgCOD/(m3·d)

V Q(S0 Se)

F 1000 1000(10 0.9)

6.5=1385m3

采用滤料层厚度为3m，滤池平面面积为：

A 1385

3 462m 2

2.用动力学公式计算

根据试验，知该废水的动力学常数k=1.53d-1，出水COD浓度可根据要求的COD去除率计得，为Se＝1000mg/L

t 10000 ln 1.5d 1.531000 1

V=1.5×1000=1500m3

为安全计，采用V＝1500m3，H＝3m，A=500m2。

表3-19-13 厌氧生物滤池应用实例

三、厌氧生物滤池的应用

表3－19－13所示为国内外应用厌氧生物滤池处理废水的若干实例。

由表列数据可见，厌氧生物滤池在美、加等国已被广泛应用于各种不同类型的废水，包括生活污水及COD浓度自3000－24000mg/L不等的工业废水，处理厂规模也不同，最大的厌氧生物滤池容积达12500m3，COD去除率在61－94％的范围内，有机负荷为0.1-15kgCOD/(m3·d)不等。在美、加两国内，应用最广泛的是升流式厌氧生物滤池，近年来有采用二级滤池及交叉流型滤料的趋势。

我国河北轻化工学院在石家庄第一制药厂成功地应用了升流式混合型厌氧生物反应器处理维生素C废水。哈尔滨建筑大学也采用同样的反应器处理乳品废水都取得良好的效果。

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