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UASB反應器
一、UASB原理
UASB反應器廢水被盡可能均勻的引入反應器的底部，污水向上通過包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥床。厭氧反應發生在廢水和污泥顆粒接觸的過程。在厭氧狀態下產生的沼氣（主要是甲烷和二氧化碳）引起了內部的循環，這對于顆粒污泥的形成和維持有利。在污泥層形成的一些氣體附著在污泥顆粒上，附著和沒有附著的氣體向反應器頂部上升。上升到表面的污泥撞擊三相反應器氣體發射器的底部，引起附著氣泡的污泥絮體脫氣。氣泡釋放后污泥顆粒將沉淀到污泥床的表面，附著和沒有附著的氣體被收集到反應器頂部的三相分離器的集氣室。置于極其使單元縫隙之下的擋板的作用為氣體發射器和防止沼氣氣泡進入沉淀區，否則將引起沉淀區的絮動，會阻礙顆粒沉淀。包含一些剩余固體和污泥顆粒的液體經過分離器縫隙進入沉淀區。 由于分離器的斜壁沉淀區的過流面積在接近水面時增加，因此上升流速在接近排放點降低。由于流速降低污泥絮體在沉淀區可以絮凝和沉淀。累積在三相分離器上的污泥絮體在一定程度上將超過其保持在斜壁上的摩擦力，其將滑回反應區，這部分污泥又將與進水有機物發生反應。
二、UASB反應器的構成
UASB反應器包括以下幾個部分：進水和配水系統、反應器的池體和三相分離器。
在UASB反應器中最重要的設備是三相分離器，這一設備安裝在反應器的頂部并將反應器分為下部的反應區和上部的沉淀區。為了在沉淀器中取得對上升流中污泥絮體／顆粒的滿意的沉淀效果，三相分離器第一個主要的目的就是盡可能有效地分離從污泥床／層中產生的沼氣，特別是在高負荷的情況下，在集氣室下面反射板的作用是防止沼氣通過集氣室之間的縫隙逸出到沉淀室，另外擋板還有利于減少反應室內高產氣量所造成的液體絮動。
反應器的設計應該是只要污泥層沒有膨脹到沉淀器，污泥顆粒或絮狀污泥就能滑回到反應室（應該認識到有時污泥層膨脹到沉淀器中不是一件壞事。相反，存在于沉淀器內的膨脹的泥層將網捕分散的污泥顆粒／絮體，同時它還對可生物降解的溶解性COD起到一定的去除作用）。只一方面，存在一定可供污泥層膨脹的自由空間，以防止重的污泥在暫時性的有機或水力負荷沖擊下流失是很重要的。水力和有機(產氣率)負荷率兩者都會影響到污泥層以及污泥床的膨脹。
UASB系統原理是在形成沉降性能良好的污泥凝絮體的基礎上，并結合在反應器內設置污泥沉淀系統使氣、液、固三相得到分離。形成和保持沉淀性能良好的污泥(其可以是絮狀污泥或顆粒型污泥)是UASB系統良好運行的根本點。
1、三相分離器的原理
在UASB反應器中的三相分離器(GLS)是UASB反應器最有特點和最重要的裝置。它同時具有兩個功能：
①能收集從分離器下的反應室產生的沼氣；②使得在分離器之上的懸浮物沉淀下來。對上述兩種功能均要求三相分離器的設計避免沼氣氣泡上升到沉淀區，如其上升到表面將引起出水混濁．降低沉淀效率，并且損失了所產生的沼氣。
設計三相分離器的原則是：
(1)間隙和出水面的截而積比 影響到進入沉淀區和保持在污泥相中的絮體的沉淀速度。 (2)分離器相對于出水液面的位置 確定反應區(下部)和沉淀區(上部)的比例。在多數UASB反應器中內部沉淀區是總體積的15％—20％。 (3)三相分離器的傾角 這個角度要使固體可滑回到反應器的反應區，在實際中是在45～60℃之間。這個角度也確定了三相分離器的高度，從而確定了所需的材料。 (4)分離器下氣液界面的面積 確定了沼氣的釋放速率。適當的釋放率大約是1～3m3/（m2·h）。速率低有形成浮渣層的趨勢，非常高導致形成氣沫層，兩者都導致堵塞釋放管。
對于低濃度污水處，當水力負荷是限制性設計參數時，在三相分離器縫隙處保持大的過流面積，使得最大的上升流速在這一過水斷面上盡可能的低是十分重要的。原則上只有出水截面的面積(而不是縫隙面積)才是決定保持在反應器中最小沉速絮體的關鍵。
2、進水和配水系統的要求 進水系統兼有配水和水力攪拌的功能，為了保證這兩個功能的實現，需要滿足如下原則：
(1)進水裝置的設計使分配到各點的流量相同，確保單位面積的進水量基本相同，防止發生短路等現象；
(2)很容易觀察進水管的堵塞，當堵塞發現后、必須很容易被清除。
(3)應盡可能的(雖然不是必須的)滿足污泥床水力攪拌的需要，保證進水有機物與污泥迅速混合．防止局部產生酸化現象。 為確保進水等量地分布在池底，每個進水管僅與—個進水點相連接是最理想狀態，只要保證每根配水管流量相等，即可取得均勻布水的要求；因此有必要采用特殊的布水分配裝置，以保證一根配水管只服務一個配水點，為了保證每一個進水點達到應得的進水流量，建議采用高于反應器的水箱式(或渠道式)進水分配系統。圖1—1給出了一種連續流的布水器形式，這種敞開的布水器的—個好處是可以容易用肉眼觀察堵塞情況。對高濃度廢水由于水力負荷較低，采用脈沖式進水分配裝置是一種較好的選擇。
三、UASB反應器的主要設備
1、反應器的池體 有兩種基本幾何形狀的UASB反應器：即矩形和圓形。這兩種類型的反應器都已大量應用于實際中。
圓形反應器具有結構較穩定的優點，同時對于圓形反應器在同樣的面積下，其周長比正方形的少12％。所以圓形池子的建造費用比具有相同面積的矩形反應器至少要低12％。但是圓形反應器的這一優點僅僅在采用單個池子時才成立，所以，單個或小的反應器可以建造成圓形的。而大的反應器經常建成矩形的或方形的。當建立兩個或兩個以上反應器時，矩形反應器可以采用共用壁。當建造多個矩形反應器時有其優越性。對于采用公共壁的矩形反應器，池型的長寬比對造價也有較大的影響。對于大型UASB反應器建造多個池子的系統是有益的，這可以增加處理系統的適應能力。如果有多個反應池的系統，則可能關閉一個進行維護和修理，而其他單元的反應器繼續運行。混凝土結構的UASB反應器是最為常見的結構和材料型式，但是采用標準化和系列化的設計必須考慮結構的通用性和簡單性，在此基礎上形成的系列化設計才能有生命力和推廣的價值。
平面布置
池體的標準化主要是根據三相分離器的尺寸進行布置的，目前生產的三相分離器的平面尺寸是2m×5m。根據這一形式布置池體有以下幾種方式(圖2-3、2-4和2-5)。圖2-3中(a)為整個池表面均采用三相分離器的形式，而(b)是池頂的一部分采用池體本身結構構成氣室；這樣可以節省一部分三相分離器的投資。整個池子分成單池單個分離器、雙池每池單個分離器和單池兩個分離器的形式，很明顯如果需要也可以構成雙池每池兩組分離器的形式。由于三相分離器的尺寸的原因，所以池子的寬度是以5m為模數，長度方向是以2m為模數。原則上如果采用管道或渠道布水，池子的長度是不受限制。如前所述出于反應器的長寬比的范圍涉及到建筑物的經濟性，所以在上述范圍內選擇要結合池子組數考慮適當的長寬比。
由于反應器的高度推薦范圍為4～6m，表2-1給出了5m高的反應器的尺寸選擇的系列。從原則上講安排2m×5m的三相分離器的平面布置還可以有其他多種的平面配合形式如，寬度可以以2m為模數，而長度以10m為模數。構成4m× 5m，4m×10m，6m×5m，6m×10m，6m×15m??的系列。甚至可以采用三相分離器橫豎混合布置的形式。但是考慮通用性和簡單性的原則，推薦表2-1的組合方式。
（1）設備固定形式
三相分離器設備固定的形式可以采用牛腿和工字鋼支撐的兩種形式(圖2-6)。需要說明的是由于運行過程中，三相分離器的氣室內有一定量的沼氣，所以會形成比較大的浮力，需要考慮上部的固定措施，固定措施可以借助出水管和出氣管，以及其他形式。池底同樣可以采用兩種不同的形式(圖2-7)．其中對于典型的UASB反應器推薦采用因2-7(b)的形式，因為這種結構可以避免布水不均勻形成的死區問題：同時可以減少布水管的投資，但是會增加一定的土建投資。圖2-8是采用混凝土反應器的工程圖示意，從圖見到的是一種可整體安裝的三相分離器設計形式。
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