水解酸化之升流式反应器（二）
关于水解酸化升流式反应器设计相关内容基本源于UASB那一块，相当于把三相分离器拿掉了，基本上参照着UASB来设计。
1.长/宽/高
任何反应器，从设计层面上来说，长、宽、高三个参数基本居于首位，其它的很多辅助参数也是服务于这三个终极参数。
1）停留时间：升流式水解酸化池主要靠池下方污泥层与进水之间的接触而得到水解酸化处理，污泥层浓度比较大，一般15-25g/L，厚度3m左右，停留时间中发挥作用的那部分时间主要是污泥层中的水解酸化时间，一般来说，如生活污水停留时间为2-4h，低浓度废水或有生活污水的工业废水为2-6h，高浓度工业废水停留时间一般为6h以上，越是难处理，所需的接触处理的时间就越长。
2）上升流速：升流式水解酸化池的上升流速宜为0.5-2.0m/h，对于难降解的可适当降低。流速高了，容易跑泥；流速低了，下方水泥的扰动作用弱，泥水接触不充分。分层来说，下方由于污泥（颗粒污泥）占据一部分断面，导致下方过水断面减小，那么泥之间的缝隙流速就会大一些，上端没什么泥了，流速就又变小了些，下大上小，但平均来说宜介于上述流速范围内。
3）有了上升流速和停留时间，那么水深和水体积也就出来了，继而可以得出池子的面积。一般建议有效水深4-8m，超高0.5-1.0m。至于体积，建议单格不大于2000m3，过大容易导致配水、运行、管理等方面的不便。
4）通常情况下，为了布水均匀，需要将池子分格考虑，如采用多格共壁的矩形反应池。池子的长宽比对造价有较大的影响，长宽比为4:1以上时土建费用增加十分显著。建造多个池子可以增加处理系统的适应能力，可以关闭其中一个池子进行维修，而其它池子可继续运行。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，单个池子长度建议不宜大于20m，宽度不宜大于10m。
5）在确定尺寸或分格数时，几个限制性条件：水体积、长宽比、长度、宽度。
2.布水装置
一般升流式不需要机械搅拌，靠的是水力搅拌，总觉得机械的效率会高些，水力搅拌效率低，那么如果采用水力搅拌，布水必须均匀，本来效率就不高，再不布水均匀的话，那就完了。布水均匀才能保证池底各个角落泥水充分接触，只有这样，水解酸化才能充分。如每个点布水面积不宜大于2m2；为了增强底部污泥和废水之间的接触，布水装置进水点距反应器池底宜保持150-250mm的距离。这里主要说下比较常见的脉冲布水器（下图左）和一管一孔的点对点布水器（下图右）。
1）脉冲布水器：一个不大的罐子，连续进水，但间歇出水，出流量大于进流量，瞬间出水完成，时间短，出流流速大，对池底污泥扰动作用大。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。为了防止脉冲过程中污泥流失，建议池深6.5m以上。池底通常采用穿孔管出水，孔口流速大（不小于2m/s），可以形成较大局部阻力，以降低沿程阻力对配水的影响。由于各个孔口流速大，管路局部损失占比总损失比重小，那么就意味着管子可以拉长点，也即池子面积可以做的大点。孔口出水流速大，相对而言，泥水混合效率好一些。缺点是孔洞容易发生堵塞，应尽可能避免在一个管上有过多的孔口。
中央虹吸管建议流速2.0-2.5m/s，孔口直径φ15-25mm，孔口流速2.0-3.0m/s。为了配水均匀，配水管中心距建议1.0-2.0m，出水孔宜可采用1.0-2.0m。配水管管径不宜小于100mm。孔口向下或与垂线呈45°方向，每个出水孔服务面积为2m2左右。
2）点对点布水器：脉冲布水器靠的是排气营造负压环境，进而实现大流量排水，这个角度来说，有点管道压力排水的感觉。而点对点布水器那就是单纯的重力排水了，没有形成负压的条件，都是跟大气相通的。一簇簇细小的圆形竖管，围成一个圆筒，进水自筒底向上流入筒内，随着筒内水位的上升，水面没过周边细小竖管侧壁所开的洞口（有点堰上出流的感觉）而流入池底。一个小竖管对应一个布水点出口，点对点。从特点来看，点对点是一管一孔出水，布水分布的均匀性要好一些；但是由于流速小，水头损失也相对较小；正是因为流速小，所以也是容易堵塞的；池内竖管密密麻麻，维护起来也不是很方便。
布水器到布水口应尽可能少的采用弯头等非直管，水通过布水器进入池内时，管道垂直段流速（或顶部）应低于0.2-0.3m/s，管道垂直段上部管径应大于下部。反应器底部采用较小直径的管道产生高的流速，从而产生较强的扰动使进水与污泥之间亲密接触。大于2mm直径的气泡通常在水中以大约0.2-0.3m/s速度上升，如果上端管径较大，使得管中流速小于0.2-0.3m/s，那么可以使得气体逃逸，避免将其带入至水底，而下端采用较大的管径，可以使得出口流速增大，产生较强的扰流促使泥水接触充分。
3. 出水堰
出水宜采用堰式出水，出水堰口负荷不应大于2.9L/(m·s)。出水应在汇水槽上加设三角堰；堰上水头（堰底距离上游水面高差）大于25mm，水位于三角堰齿1/2处。如果堰高100mm，水头近似50mm；如果堰高50mm，水头近似25mm。
由于出水不均匀，或发生堰不是完全水平的问题，较小的水头会引起相对大的流量误差。为了消除或最终减少这些问题，堰上水头不小于25mm。出水堰口负荷和堰上水头两个限制条件基本上把出水三角堰的具体尺寸给确定了。和其它出水构筑物相比，这里的出水堰要求基本没有太大的变化。
每次看到堰时，都会想起《现代给水处理构筑物与工艺系统设计计算》书中的这句话：锯齿堰、水平堰集水不易堵塞，其单位流量分别与堰上作用水头的1.5-2.5次方成正比。而淹没式孔口出流流量和孔口淹没水位的0.5次方成正比，显然配备淹没孔口出流的集水槽的沉淀池在水位变化时，不会立即增大出水流量以至于使滤池滤速变化过大，因此它具有定的缓冲作用。下式分别为：90°锯齿堰、水坪堰、淹没孔口出流的流量计算公式。
以90°锯齿堰为例，分析当某种原因导致堰上水头上升1/2mm时，流量增加比例与初始水头之间关系，见下图。20mm初始堰上水头时增加比例为14/28%，25mm初始堰上水头时增加比例为11/23%，50mm初始堰上水头时增加比例为5/11%。也就是说初始堰上水头越大，后期某种原因所导致的流量变化越小，当然了，堰上水头不能很大，因为有堰口负荷的限制性条件。
《室外排水设计标准》（GB50014-2021）7.5.8：初次沉淀池的出口堰最大负荷不宜大于2.9L/ (m·s)；二次沉淀池的出水堰最大负荷不宜大于1.7L/(m·s)，当二次沉淀池采用周边进水周边出水辐流沉淀池时，出水堰最大负荷可适当放大。周边进水周边出水辐流沉淀池由于表面水力负荷较高，出水槽一般采用单侧集水的形式，因此出水堰最大负荷可适当放大。
《室外给水设计标准》（GB50013-2018）9.4.8：沉淀池和澄清池宜采用集水槽集水，集水槽溢流率不宜大于250m3/(m·s)，对应2.9L/(m·s)。为了不致因溢流率过高而使絮粒被出水水流带出。
《升流式厌氧污泥床污水处理工程技术规范》（HJ2013-2012）6.3.5.4：出水堰口负荷宜小于1.7L/(m·s)
4. 排泥
1）反应器内采用重力排泥方式时，排泥点应设在反应器中下部，污泥层与水面之间高度应保持在1.0-1.5m，同时应预留底部排泥口。排泥管干管管径应不小于200mm。
2）由于升流式反应器内必须保证较高的污泥浓度，才能实现有效的水解酸化，有点“集中力量办大事”的感觉。随着系统的运行，污泥量会逐渐增加，虽然厌/兼氧微生物长的慢，但也在增长，需要排泥来保证新老更替；日渐增加的无机SS会沉积下去，也将造成管路堵塞；因为污泥层厚度的增加，质量较轻的污泥很容易随出水流失，影响出水水质。因此，需要定期排泥。一般采用重力方式排泥，排出量由污泥界面仪控制。
3）排泥点宜设在污泥区中下部和底部两点。一般在污泥床的底层宜形成浓污泥，浓污泥由于颗粒和小砂粒积累等原因活性变低，底部排泥可以避免或减少在反应器内积累砂砾；中下部排泥点可保证水力运行的畅通，又可使悬浮污泥有沉降的空间。
5. 其它
无论是布水管还是排泥管，设计中都要尽量考虑管路的堵塞处理情况，比如水冲洗，设置反冲洗系统，水冲洗系统一般为设计流量的2-3倍；气反冲洗系统气水比一般为5-10:1。
参考文献：
1. 张强. 水解酸化在工业园区污水处理工程中的应用.
2. 王凯军. UASB 工艺系统设计方法探讨.
3. 王凯军等. 水解-好氧生物处理工艺讨.
4. 任南琪等. 厌氧生物技术原理与应用.
5. 张玉先等. 现代给水处理构筑物与工艺系统设计计算.
6. 升流式厌氧污泥床反应器污水处理工程技术规范(HJ2013-2012).
7. 水解酸化反应器污水处理工程技术规范(HJ 2047-2015).
8. 室外排水设计标准(GB50014-2021).
9. 室外给水设计标准(GB 50013-2018).