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uasb反应器中三相分离器的设计 上部厌氧污泥处理装置（简称iusb）是20世纪70年代荷兰提出的一种新型高效废水处理装置。它具有结构简单、负荷高、适应性强等特点。能够有效处理高有机废水中的有机物。 1999年统计了国外1303个厌氧反应器,UASB反应器占59%,国内219个厌氧处理项目中120座以上采用了UASB反应器。UASB反应器由进水和配水系统、反应器的池体和三相分离器3部分组成,其中三相分离器是最重要的设备,它的功能、效率对整个系统的处理能力有极大的影响。目前国内外有多种结构的三相分离器,大多按固液和气液两相分离的方法进行设计,在负荷较高时仍会出现污泥流失,限制了反应器负荷的提高,因此能大规模生产应用的三相分离器并不多。本文分析了几种常见三相分离器的结构及特点,基于三相分离器的作用原理。设计出结构简单、分离效果好的分步式三相分离器,提出简易设计方法,在多个工程实际中得到应用,收到很好的效果。 1 分离器+固液缺乏分离 三相分离器同时具有两个功能:收集反应室产生的沼气,使分离器内的悬浮物有效沉降。图1为传统的三相分离器,是德国的专利设计。其工作过程是:反应器内含有大量气泡的三相混合流上升至分离器底部,碰到反射板,气体折流而上,与固、液相分离,集中到气室排放。固液混合液进入分离器,在沉淀区分离,澄清液通过溢流堰排出。失去气泡搅动作用的污泥发生絮凝、沉降和浓缩,然后沿斜壁下滑,通过污泥回流口返回反应区。由于沉淀区内液体无气泡,污泥回流口以上的混合液比重大于反应器内液体比重,使浓缩后的污泥能够返回反应区。由此,三相分离器要实现良好分离效果,应满足:1.水和污泥的混合物进入沉淀区之前,气泡必须分离; 2.污泥在沉淀器中的停留时间要短,以避免在沉淀区中产气; 3.沉淀区内表面负荷采用较小值,使污泥有效沉降。 2 不同结构的三元分离器工作原理 图1为传统的三相分离器(德国专利:Ger. Offen 2.921.070),混合液进入三相分离器后在反射锥的阻挡作用下折向两边,气泡快速上升,进入集气室,泥和水进入沉降区。由于消除了气泡的提升作用,液流在上升过程中速度逐渐降低,使污泥沉降。这种三相分离器结构简单,沉淀区内死区小,沉淀效率较高,但沉降区进水口和污泥回流口同在一处,易引起相互干扰,影响污泥正常回流,可能会造成厌氧污泥流失。 图2是3种目前常用的分离器。图2a中,气、液、固三相流体进入分离器后,气体由集气罩收集后排出反应器,泥和水则通过集气罩和阻气板之间的缝隙进入沉淀区,进行泥水分离,上清液排出,沉淀污泥则返回反应区。这种三相分离器结构简单,气室面积和容量都比较大,但由于进水和污泥回流都在同一个环形缝隙上,因而回流污泥必然要受到进水水流的干扰。此外,沉淀器出水槽和进水口在同一侧,易引起短流现象,影响固、液分离。因此这种分离器常用于污泥沉降性能良好,水力停留时间长的反应器。 图2b中,与气体分离后的液固混合物沿一狭形通道进入沉淀区,澄清液从溢流口排出,污泥在回流口形成污泥层,增加了回流推动力。该结构使污水进入与污泥回流严格分开,有利于污泥沉降,提高沉淀效率。但沉淀区的入流口面积较小,上升流速较快,沉淀区沉降性能较差的污泥可能被带出反应器。 图2c所示三相分离器由集气室、挡气板、配水管、扩张区和再次分离区组成。气体分离后,固体悬浮物和液体进入沉淀室,在处于层流状态的沉淀室中污泥被分离出来,并在回流隔室下部形成污泥层,利用密度差,浓缩污泥由隔室板滑返至反应器,这种分离器将沉淀区与扩张和回流隔室分隔开,分离效率高。但结构复杂,所占空间大,适用于大型反应器中。另一方面,当UASB反应器水力负荷较高时,三相分离器中沉淀区表面负荷也较大,泥水分离效率下降,易引起污泥流失。 由前述分析可知,不同结构的三相分离器均由集气室、沉降室、混合液入流口、污泥回流口和反射锥或阻气板组成。气体的完全分离、混合液入流口与污泥回流口分开、沉降室内较低的表面负荷均有利于提高三相分离器的分离效果。 3 三段式三相处理 3.1 气、液、固双向流分离 基于上述分析,充分考虑三相分离器必须满足的基本要求,笔者在有关工程实践中,设计了一种新型的分步式三相分离器(图3),由气体释放区(①区)、导流区(②区)、沉降区(③区)、污泥回流口(④区)、集气室(⑤区)以及气体折射板、混合液导流板、反射锥和集水槽组成。 气、液、固三相流在分离器中分步进行分离。首先含沼气的混合液在上升的过程中随着气泡合并密度降低,不断向上流动,在气体释放区上升到液面,气体释放到气室中。气体释放后的液体通过导流区,进入沉降区,沉降区的结构如同沉淀池,混合液从两边进入,上清液由中间集水槽排出,沉降浓缩后的污泥密度大于分离器下部含有气体的混合液的密度,由污泥回流缝流回厌氧生物反应区,维持高生物浓度。 3.2