UBF厭氧反應器運行存在問題及優化設計實施方案

謝 輝，陳育豪

（深圳能源資源綜合開發有限公司，廣東 深圳 518101）

UBF反應器又被稱為厭氧復合床，是加拿大Guiot于1984年在UASB和AF的基礎上成功開發的新型復合式厭氧反應器[1]。UBF主要由布水器、污泥層和填料層構成，整合了上流式厭氧污泥床（UASB）與厭氧濾池（AF）的技術優點，相當于在UASB裝置上部增設AF裝置，將濾床置于污泥床的中上部，由底部進水，于上部出水并集氣。

1 項目概況

某垃圾滲漏液處理項目設計處理量為1745 m3/d，采用“UBF中溫厭氧+MBR+納濾+反滲透+反滲透濃縮液蒸發結晶”的處理工藝。設計方案中，對于厭氧罐鋼結構罐體，單罐有效水深為15.3 m，直徑為16.8 m，每座反應器的有效容積為3389 m3，反應器下層為上流式污泥床，占反應器總容積的15%～20%，中層為厭氧濾床，裝有軟性填料，占總容積的35%。滲濾液經厭氧進水泵輸送進入反應器內，然后通過布水系統進行均勻分布。罐體上層為澄清區，部分出水回流，用以稀釋進水COD濃度，同時緩沖系統內的pH值。

2 運行現狀及問題

厭氧罐自2012年投入使用，經過5年運行，為檢查布水管堵塞、填料結垢、底部積泥等情況，同時對厭氧罐進行優化改造，決定選取一個厭氧罐進行清空檢查改造，于2017年12月開始對4#厭氧罐進行隔離清空，并進行全面檢查及優化改造。

厭氧罐原布水裝置采用頂部配水，配水總管位于厭氧罐頂部，設有1個布水罐及6根DN65不銹鋼布水干管。每根布水干管分為3根DN40不銹鋼布水支管，并伸至厭氧罐底部1 m處，增強對底部污泥床層的攪拌作用，使污泥床層內的微生物同進水基質得以充分接觸，從而達到更好的處理效果并促進顆粒污泥的形成。但是，滲漏液屬于高鹽高濃度廢水，極易在管道內壁形成污垢，導致管道堵塞，最終造成布水裝置的短流及布水不均勻[2]。

以4#厭氧罐近一年疏通情況為例，每運行2～3個月均需要對厭氧罐布水管及循環管進行一次清理，每次清理完后通量能恢復至120 m3/h左右，但是會逐步下降，每次清理時間為10～20 d，耗費大量人力物力，其間厭氧罐需停運，影響系統的處理能力。清罐檢查中發現，布水管內部結垢厚度為5～10 mm，原DN40管徑實際剩余25 mm左右的通徑（見圖1），已發生嚴重堵塞，造成堵塞的主要成分為可溶解性固體，利用鹽酸浸泡可去除，但在不清罐條件下無法拆卸布水管，無法進行清理，隨著運行時間增加，管道堵塞會越來越嚴重。

圖1 布水管堵塞情況

項目設計的UBF厭氧反應器采用軟性帶狀膜條填料，填料表面可以生長微生物膜，而且填料空隙能夠截留懸浮微生物[3]。填料輕靈密實，膜條堅固，膜條間設有防伸縮塑料帶，增強膜條的穩定性，并確保其固定長度，比表面積設計為100 m2/m3的生物量生長表面，生物膜生長快，脫膜容易。在此次清罐檢查中，發現填料結垢嚴重，結垢厚度5～10 mm，填料形成板片狀，比表面積下降嚴重，因填料面積大，且已發生老化，無法進行清理，因此需進行填料的更換。

UBF反應器底部為高濃度污泥區，雖然設有13根排泥管道，并且采用底部進水方式進行攪動，由于布水管道的部分堵塞及排泥死區的存在，厭氧罐底部存在一定的積泥情況，部分為難以去除的硬泥。由于該部分污泥的存在，厭氧反應器的有效運行空間會逐漸減少。在清罐后對底部污泥進行測量，結果發現，厭氧罐底部存在一定厚度的硬泥及稀泥，硬泥的厚度由罐體外側往內側遞減，稀泥厚度約為硬泥之上700 mm，具體情況如圖2所示。

圖2 厭氧罐底部積泥情況

3 厭氧反應器的優化設計

針對UBF厭氧反應器運行過程存在的問題及清罐檢查過程發現的問題，筆者提出了厭氧反應器的優化方案。

3.1 布水裝置的優化

改進后的布水裝置仍由布水罐、6根布水干管、18根布水支管組成，具體改造示意圖如圖3所示。布水罐進水方式由原先罐子頂部進水，改為側面切向進水，利用自身水力旋轉，對布水罐內工藝流體進行攪拌，避免污泥在布水罐內的沉積。將原不銹鋼循環管改為PE鋼網復合管，較不銹鋼管而言更加耐腐蝕，利于后續的循環管酸洗，同時管自身強度也得到保證；增加管道法蘭，便于分段拆卸清洗。

將DN65不銹鋼布水干管改為DN80PE鋼網復合管，將厭氧罐頂部布水管套管由DN65擴孔至DN150，并內外加裝加強板，以增加罐頂承重強度，套管改為DN150UPVC管。同時，將原18根DN40不銹鋼布水支管改為DN65鋼絲軟管，套裝至DN150UPVC管內，軟管底部加裝長度為50 cm不銹鋼鋼管配重，后續維護時可從罐頂直接取出鋼絲軟管進行清理或更換，降低以往厭氧罐疏通維護時的工作強度。

取消循環布水支管（DN65）所有蝶閥，僅保留布水罐出口6支布水干管（DN80）總閥，減少閥門處的結垢堵塞。因布水支管改為DN65管道，較原先通徑更大，每次只需運行3根布水干管，檢修時切換至備用管路即可。

圖3 布水裝置改造示意圖

3.2 填料層的優化

填料結垢后易相互板結，此次優化主要為更換填料懸掛方式，懸掛密度較原本減少三分之一。懸掛寬度為需要懸掛填料格柵架長度三分之一，懸掛起點距離格柵板依次為格柵板長度的1/6、不懸掛、1/2，如此循環間隔懸掛，每支懸掛填料下方加配重，配重采用鋼筋并加以防腐。

3.3 排泥管道的優化

厭氧罐內部原有13根排泥管，其中6根距離罐壁5.5 m，6根距離罐壁2.5 m，1根距離罐壁8.4 m位于罐子正中，檢查發現厭氧罐底部積泥厚度由罐壁往中心處遞減，證明罐壁處排泥較為困難，因此將所有距離罐壁2.5 m長短管切短至距離罐壁1 m。

4 結論

優化改造后，改造厭氧罐進水COD為54335 mg/L，出水COD為12474 mg/L，去除率為77%，同期未改造厭氧罐去除效率分別為78.4%、76.8%，證明改造厭氧罐與未改造厭氧罐處理效果及能力相當。在填料面積減少后，厭氧處理效率未因濾床面積減少而降低。優化布水裝置后，因布水干管直徑由DN65改為DN80，布水支管直徑由DN40改為DN65，將原本6根布水干管均投入運行改為對稱運行3根布水干管，循環流量達到150 m3/h，流量下降趨勢與原先類似，依然存在結垢現象，因流量較改造前大，需檢修周期相對延長一倍，減少檢修頻率。在進行管道疏通時，只需將布水干管切換到備用管道，即可將結垢管道取出進行除垢，厭氧罐能保持正常運行，避免停運影響生產。將厭氧排泥管道從內部截短后，有利于對罐壁處剩余污泥的排出，使底部污泥排放更加均勻，避免厭氧罐底部形成污泥死區和厭氧罐有效容積的減少。