昭通市UASB厌氧反应器

　　简介：

　　UASB厌氧反应器废水被尽可能均匀的引入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水和污泥颗粒接触的过程。在厌氧状态下产生的沼(主要是甲烷和二氧化碳)引起了内部的循环，这对于颗粒污泥的形成和维持利。在污泥层形成的一些体附着在污泥颗粒上，附着和没附着的体向反应器部上升。上升到表面的污泥撞击三相反应器体发射器的底部，引起附着泡的污泥絮体脱。泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，附着和没附着的体被收集到反应器部的三相分离器的集室。

　　原理

　　UASB厌氧反应器废水被尽可能均匀的引入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水和污泥颗粒接触的过程。在厌氧状态下产生的沼(主要是甲烷和二氧化碳)引起了内部的循环，这对于颗粒污泥的形成和维持利。在污泥层形成的一些体附着在污泥颗粒上，附着和没附着的体向反应器部上升。上升到表面的污泥撞击三相反应器体发射器的底部，引起附着泡的污泥絮体脱。泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，附着和没附着的体被收集到反应器部的三相分离器的集室。置于 集室单元缝隙之下的挡板的为体发射器和防止沼泡进入沉淀区，否则将引起沉淀区的絮动，会阻碍颗粒沉淀。包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体经过分离器缝隙进入沉淀区。

　　由于分离器的斜壁沉淀区的过流面积在接近水面时增加，因此上升流速在接近放点降低。由于流速降低污泥絮体在沉淀区可以絮凝和沉淀。累积在三相分离器上的污泥絮体在一定程度上将超过其保持在斜壁上的摩擦力，其将滑回反应区，这部分污泥又将与进水机物发生反应。

　　构造

　　UASB厌氧反应器包括以下几个部分：进水和配水、反应器的池体和三相分离器。

　　在UASB厌氧反应器中重要的设备是三相分离器，这一设备安装在反应器的部并将反应器分为下部的反应区和上部的沉淀区。为了在沉淀器中取得对上升流中污泥絮体/颗粒的满意的沉淀效果，三相分离器一个主要的就是尽可能效地分离从污泥床/层中产生的沼，别是在高负荷的情况下，在集室下面反射板的是防止沼通过集室之间的缝隙逸出到沉淀室，另外挡板还利于减少反应室内高产量所造成的液体絮动。反应器的设计应该是只要污泥层没膨胀到沉淀器，污泥颗粒或絮状污泥就能滑回到反应室(应该认识到时污泥层膨胀到沉淀器中不是一件坏事。相反，存在于沉淀器内的膨胀的泥层将网捕分散的污泥颗粒/絮体，同时它还对可生物降解的溶解性COD起到一定的去除)。只一方面，存在一定可供污泥层膨胀的自由空间，以防止重的污泥在暂时性的机或水力负荷冲击下流失是很重要的。水力和机(产率)负荷率两者都会影响到污泥层以及污泥床的膨胀。UASB厌氧反应器原理是在形成沉降性能良好的污泥凝絮体的基础上，并结合在反应器内设置污泥沉淀使、液、固三相得到分离。形成和保持沉淀性能良好的污泥(其可以是絮状污泥或颗粒型污泥)是UASB厌氧反应器良好的根本点 。

　　附属设备

　　1、剩余沼燃烧器

　　一般不允许将剩余沼向空中放，以防污染大。在确剩余沼法利用时，可安装余燃烧器将其烧掉。燃烧器应装在安地区，并应在其前安装阀门和阻火器。剩余体燃烧器，是—种安装置，要能自动点火和自动灭火。剩余体燃烧器和消化池盖、或贮柜之间的距离，一般至少需要15m，并应设置在容易监视的开阔地。

　　2、保温加热设备

　　厌氧消化像其他生物处理工艺一样受温度影响很大，厌氧工艺受温度影响更加突出。中温厌氧消化的温度范围从30～35℃，可以计算在20℃和10℃的消化速率大约分别是30℃下大值的35%和12%。所以，加温和保温的重要性是不言而喻的。如果工或附近可利用的废热或者需要从出水中间收效量，则安装热交换器是必要的。

　　3、监控设备

　　为提高厌氧反应器的性，必须设置各种类型的计量设备和仪表，如控制进水量、投药量等计量设备和pH计(酸度计)、温度测量等自动化仪表。自动计量设备和仪表是的基础。对UASB厌氧反应器实行监控的主要两个，一个是了解进出水的情况，以便观测进水是否满足工艺设计情况;另外一个是为了控制各工艺的，判断工艺是否正常。由于UASB厌氧反应器的殊性还要增加一些检测项目，如挥发性机酸(VFA)、碱度和甲烷等。但是，这些设备属于规准设备，一些设备还很难形成在线的测量和控制。

　　分离装置

　　三相分离器是UASB厌氧反应器点和重要的装置。它同时具两个功能：

　　1) 能收集从分离器下的反应室产生的沼;

　　2) 使得在分离器之上的悬浮物沉淀下来。

　　三相分离器设计要点汇总：

　　1) 集室的隙缝部分的面积应该占反应器部面积的15～20%;

　　2) 在反应器高度为5～7m时，集室的高度在1.5～2m;

　　3) 在集室内应保持液界面以释放和收集体，防止浮渣或泡沫层的形成;

　　4) 在集室的上部应该设置消泡喷嘴，当处理污水严重泡沫问题时消泡;

　　5) 反射板与隙缝之间的遮盖应该在100～200mm以避免上升的体进入沉淀室;

　　6) 出管的直管应该充足以从集室引出沼，别是泡沫的情况。

　　对于低浓度污水处理，当水力负荷是限制性时，在三相分离器缝隙处保持大的过流面积，使得大的上升流速在这一过水断面上尽可能的低是十分重要的 。

　　UASB厌氧反应器优点：

　　废水厌氧生物技术由于其巨大的处理能力和潜在的空间，一直是水处理技术研究的热点。从传统的厌氧接触工艺发展到现今流行的UASB工艺，废水厌氧处理技术已日趋成熟。随着发展与资源、能耗、占地等因素间矛盾的进一步突出，现的厌氧工艺又面临着严峻的挑战，尤其是如何处理发展带来的大量高浓度机废水，使得研发技术更优化的厌氧工艺非常必要。内循环厌氧处理技术(以下简称IC厌氧技术)就是在这一背景下产生的处理技术，它是20世纪80年代中期由荷兰PAQUES研发成功，并推入废水处理工程市场，目前已成功于土豆加工、啤酒、食品和柠檬酸等废水处理中。实践证明，该技术去除机物的能力远远超过普通厌氧处理技术(如UASB)，而且IC反应器容积小、投资少、、，是一种值得推广的厌氧处理技术。

　　升流式厌氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Bed，简称UASB)，是由荷兰的Lettinga教授等在20世纪70年 代时开发的厌氧生物反应器。反应器工作时，污水经过均匀布水 进人反应器底部，污水自下而上地通过厌氧污泥床反应器。

　　UASB厌氧反应器三个重要的前提：

　　① 应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥;

　　② 产和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌;

　　③ 设计的三相分离器，能使沉淀性能良好的污泥保留在反应器内。良好的颗粒污泥床的形成，使得机负荷和去除率髙，不需要搅拌，能适应负荷冲击和温度与pH值的变化。

　　UASB厌氧反应器具如下的主要特点：

　　① 污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度达50 gVSS/L以上，污泥龄一般为30天以上;

　　② 反应器的水力停留吋间相应较短;

　　③ 反应器具很髙的容积负荷;

　　④ 不仅适合于处理髙、中浓度的机工业废水，也适合于处理低浓度的城市污水;

　　⑤ UASB厌氧反应器集生物反应和沉淀分离于一体，;

　　⑥ 滞设置填料，节省了，提髙了容积利用率;

　　⑦ 一般也需设置搅拌设备，上升水流和沼产生的上升流起到搅拌;

　　⑧ 构造简单，方便。

　昭通市UASB厌氧反应器

　　基本要求:

　　(1)为污泥絮凝提供利的物理、化学和力学条件，使厌氧污泥获得并保持良好的沉淀性能;

　　(2)良好的污泥床常可形成一种相当稳定的生物相，保持定的微生态环境，能抵抗较强的扰动力，较大的絮体具良好的沉淀性能，从而提高设备内的污泥浓度;

　　(3)通过在污泥床设备内设置一个沉淀区，使污泥细颗粒在沉淀区的污泥层内进一步絮凝和沉淀，然后回流入污泥床内。

　　UASB内的流态和污泥分布

　　UASB内的流态相当复杂，反应区内的流态与产量和反应区高度相关，一般来说，反应区下部污泥层内，由于产的结果，部分断面通过的量较多，形成一股上升的流，带动部分混合液(指污泥与水)作向上运动。与此同时，这股、水流周围的介质则向下运动，造成逆向混合，这种流态造成水的短流。在远离这股上升、水流的地方容易形成死角。在这些死角处也具一定的产量，形成污泥和水的缓慢而微弱的混合，所以说在污泥层内形成不同程度的混合区，这些混合区的大小与短流程度关。悬浮层内混合液，由于体币的运动带动液体以较高速度上升和下降，形成较强的混合。在产量较少的情况下，时污泥层与悬浮层明显的界线，而在产量较多的情况下，这个界面不明显。关试验表明，在沉淀区内水流呈推流式，但沉淀区仍然还死区和混合区。

　　UASB内污泥浓度与设备的机负荷率关。是处理制糖废水试验时，UASB内污泥分布与负荷的关系。从图中可看出污泥层污泥浓度比悬浮层污泥浓，悬浮层的上下部分污泥浓度差较小，说明接近完混合型流态，反应区内污泥的颁，当机负荷很高时污泥层和悬浮层分界不明显。试验表明，污水通过底部0.4-0.6m的高度，已90%的机物被转化。由此可见厌氧污泥具高的活性，改变了以来认为厌氧处理过程进行缓慢的概念。在厌氧污泥中，积累大量高活性的厌氧污泥是这种设备具巨大处理能力的主要原因，而这又归于污泥具良好的沉淀性能。

　　UASB具高的容积机负荷率，其主要原因是设备内，别是污泥层内保大量的厌氧污泥。工艺的稳定性和性很大程度上取决于生成具优良沉降性能和很高甲烷活性的污泥，尤其是颗粒状污泥。与此相反，如果反应区内的污泥以松散的絮凝状体存在，往往出现污泥上浮流失，使UASB不能在较高的负荷下稳定。

　　根据UASB内污泥形成的形态和达到的COD容积负荷，可以将污泥颗粒化过程大致分为三个期:

　　(1)接种启动期:从接种污泥开始到污泥床内的COD容积负荷达到5kgCOD/m3.d左右，此期污泥沉降性能一般;

　　(2)颗粒污泥形成期:这一期的点是小颗粒污泥开始出现，当污泥床内的总SS量和总VSS量降至低时本期即告结束，这一期污泥沉降性能不太好;

　　(3)颗粒污泥成熟期:这一期的点是颗粒污泥大量形成，由下为上逐步充满整个UASB。当污泥床容积负荷达到16kgCOD/m3.d以上时，可以认为颗粒污泥已培养成熟。该期污泥沉降性很好。

　　外设沉淀池防止污泥流失

　　在UASB内虽液固三相分离器，混合液进入沉淀区前已把体分离，但由于沉淀区内的污泥仍具较高的产甲烷活性，继续在沉淀区内产;或者由于冲击负荷及水质突然变化，可能使反应区内污泥膨胀，结果沉淀区固液分离不佳，发生污泥流失而影响了水质和污泥床中污泥浓度。为了减少出水所带的悬浮物进入水体，外部另设一沉淀池，沉淀下来的污泥回流到污泥床内。

　　设置外部沉淀池的好处是:

　　(1)污泥回流可加速污泥的积累，缩短启动周期;

　　(2)去除悬浮物，改善出水水质;

　　(3)当偶尔发生大量漂泥时，提高了可见性，能够及时回收污泥保持工艺的稳定性;

　　(4)回流污泥可作进一步分解，可减少剩余污泥量。

　　UASB的设计

　　UASB的工艺设计主要是计算UASB的容积、产量、剩余污泥量、营养需求的平衡量。

　　UASB的池形状圆形、方形、矩形。污泥床高度一般为3-8m，多用钢筋混凝土建造。当污水机物浓度比较高时，需要的沉淀区与反应区的容积比值小，反应区的面积可采用与沉淀区相同的面积和池形。当污水机物浓度低时，需要的沉淀面积大，为了反应区的一定高度，反应区的面积不能太大时，则可采用反应区的面积小于沉淀区，即污泥床上部面积大于下部的池形。

　　液固三相分离器是UASB的重要组成部分，它对污泥床的正常和获良好的出水水质起十分重要的，因此设计时应给予别的重视。根据经验，三相分离器应满足以下几点要求:

　　1、混和液进入沉淀区之关，必须将其中的泡予以脱出，防止泡进入沉淀区影响沉淀;

　　2、沉淀器斜壁角度约可大于45度角;

　　3、沉淀区的表面水力负荷应在0.7m3/m2.h以下，进入沉淀区前，通过沉淀槽低缝的流速不大于2m/m2.h;

　　4、处于集器的液一界面上的污泥要很好地使之浸没于水中;

　　5、应防止集器内产生大量泡沫。

　　2、3两个条件可以通过适当选择沉淀器的深度-面积比来加以满足。

　　对于低浓度污水，主要用限制表面水力负荷来控制;对于中等浓度和高浓度污水，在高负荷下，单位横截面上释放的体体积可能成为一个临界指标。但是直到现在外所取得的成果表明，只要负荷率不超过20kgCOD/m3.d，UASB高度尚未见到大于10m的报道，三代厌氧反应器除外。

　　污泥与液体的分离基于污泥絮凝、沉淀和过滤。所以在操作过程中，应该尽可能创造污泥能够形成絮凝沉降的水力条件，使污泥具良好的絮凝、沉淀性能，不仅对于分离器的工作是具重要意义，对于整个机物去除率更加至关重要。

　　别要注意避免泡进入沉淀区，要使固--液进入沉淀区之前就与泡很好分离。在--液表面上形成浮渣能迫使一些泡进入沉淀区，所以在设计中必须事先就考虑到:

　　(1)采用适当的技术措施，尽可能避免浮渣的形成条件，防范浮渣层的形成;

　　(2)必须要冲散浮渣的设施或装置，在污泥反应区一旦出现浮渣的情况下，能够及时破坏浮渣层的形成，或能够及时除浮渣。

　　如上所述，UASB中污水与污泥的混合是靠上升的水流和发酵过程中产生的泡来完成的。因此，一般采用多点进水，使进水均匀地分布在床断面上，其中的关键是要均匀--匀速、匀量。

　　UASB容积的计算一般按机物容积负荷或水力停留时间进行。设计时可通过试验决定参数或参考同类废水的设计和参数。

　　UASB的启动

　　1、污泥的驯化

　　UASB设备启动的难点是获得大量沉降性能良好的厌氧颗粒污泥。加以驯化，一般需要3-6个月，如果靠设备自身积累，投产期长可长达1-2年。实践表明，投加少量的载体，利于厌氧菌的附着，促进初期颗粒污泥的形成;比重大的絮状污泥比轻的易于颗粒化;比甲烷活性高的厌氧污泥可缩短启动期。

　　2、启动操作要点

　　(1)应一次投加足够量的接种污泥;

　　(2)启动初期从污泥床流出的污泥可以不予回流，以使别轻的和细碎污泥跟悬浮物连续地从污泥床出体外，使较重的活性污泥在床内积累，并促进其增殖逐步达到颗粒化;

　　(3)启动开始废水COD浓度较低时，未必就能让污泥颗粒化速度加快;

　　(4)初污泥负荷率一般在0.1-0.2kgCOD/kgTSS.d左右比较合适;

　　(5)污水中原来存在的和厌氧分解出来的多种挥发酸未能效分解之前，不应随意提高机容积负荷，这需要跟踪观察和水样化验;

　　(6)可降解的COD去除率达到70-80%左右时，可以逐步增加机容积负荷率;

　　(7)为促进污泥颗粒化，反应区内的小空塔速度不可低于1m/d，采用较高的表面水力负荷利于小颗粒污泥与污泥絮凝分开，使小颗粒污泥凝并为大颗粒。

　　UASB工艺的优缺点

　　UASB的主要优点是:

　　1、UASB内污泥浓，平均污泥浓度为20-40gVSS/1;

　　2、机负荷高，水力停留时间短，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3.d左右;

　　3、混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也一定程度的搅动;

　　4、污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题;

　　5、UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。

　　主要缺点是:

　　1、进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在100mg/l以下;

　　2、污泥床内短流现象，影响处理能力;

　　3、对水质和负荷突然变化较敏感，耐冲击力稍差。