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綿陽市UASB厭氧反應器

　　簡介：

　　UASB厭氧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利。在污泥層形成的一些氣體附著在污泥顆粒上，附著和沒附著的氣體向反應器部上升。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，附著和沒附著的氣體被收集到反應器部的三相分離器的集氣室。

　　原理

　　UASB厭氧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利。在污泥層形成的一些氣體附著在污泥顆粒上，附著和沒附著的氣體向反應器部上升。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，附著和沒附著的氣體被收集到反應器部的三相分離器的集氣室。置于 集氣室單元縫隙之下的擋板的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機物發生反應。

　　構造

　　UASB厭氧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厭氧反應器中重要的設備是三相分離器，這一設備安裝在反應器的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，三相分離器個主要的就是盡可能效地分離從污泥床/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)。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機或水力負荷沖擊下流失是很重要的。水力和機(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厭氧反應器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厭氧反應器系統良好運行的根本點 。

　　附屬設備

　　1、剩余沼氣燃燒器

　　一般不允許將剩余沼氣向空氣中排放，以防污染大氣。在確剩余沼氣法利用時，可安裝余氣燃燒器將其燒掉。燃燒器應裝在安地區，并應在其前安裝閥門和阻火器。剩余氣體燃燒器，是—種安裝置，要能自動點火和自動滅火。剩余氣體燃燒器和消化池蓋、或貯氣柜之間的距離，一般至少需要15m，并應設置在容易監視的開闊地。

　　2、保溫加熱設備

　　厭氧消化像其他生物處理工藝一樣受溫度影響很大，厭氧工藝受溫度影響更加突出。中溫厭氧消化的溫度范圍從30～35℃，可以計算在20℃和10℃的消化速率大約分別是30℃下大值的35%和12%。所以，加溫和保溫的重要性是不言而喻的。如果工或附近可利用的廢熱或者需要從出水中間收效量，則安裝熱交換器是必要的。

　　3、監控設備

　　為提高厭氧反應器的運行可靠性，必須設置各種類型的計量設備和儀表，如控制進水量、投藥量等計量設備和pH計(酸度計)、溫度測量等自動化儀表。自動計量設備和儀表是自動控制的基礎。對UASB厭氧反應器實行監控的主要兩個，一個是了解進出水的情況，以便觀測進水是否滿足工藝設計情況;另外一個是為了控制各工藝的運行，判斷工藝運行是否正常。由于UASB厭氧反應器的特殊性還要增加一些檢測項目，如揮發性機酸(VFA)、堿度和甲烷等。但是，這些設備屬于設備，一些設備還很難形成在線的測量和控制。

　　分離裝置

　　三相分離器是UASB厭氧反應器特點和重要的裝置。它同時具兩個功能：

　　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。

　　三相分離器設計要點匯總：

　　1) 集氣室的隙縫部分的面積應該占反應器部面積的15～20%;

　　2) 在反應器高度為5～7m時，集氣室的高度在1.5～2m;

　　3) 在集氣室內應保持氣液界面以釋放和收集氣體，防止浮渣或泡沫層的形成;

　　4) 在集氣室的上部應該設置消泡噴嘴，當處理污水嚴重泡沫問題時消泡;

　　5) 反射板與隙縫之間的遮蓋應該在100～200mm以避免上升的氣體進入沉淀室;

　　6) 出氣管的直管應該充足以從集氣室引出沼氣，特別是泡沫的情況。

　　對于低濃度污水處理，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 。

　　UASB厭氧反應器：

　　廢水厭氧生物技術由于其巨大的處理能力和潛在的前景，一直是水處理技術研究的熱點。從傳統的厭氧接觸工藝發展到現今流行的UASB工藝，廢水厭氧處理技術已日趨成熟。隨著發展與資源、能耗、占地等因素間矛盾的進一步突出，現的厭氧工藝又面臨著嚴峻的挑戰，尤其是如何處理發展帶來的大量高濃度機廢水，使得研發技術更優化的厭氧工藝非常必要。內循環厭氧處理技術(以下簡稱IC厭氧技術)就是在這一背景下產生的處理技術，它是20世紀80年代中期由荷蘭PAQUES研發成功，并推入廢水處理工程市場，目前已成功于土豆加工、啤酒、食品和檸檬酸等廢水處理中。實踐證明，該技術去除機物的能力遠遠過普通厭氧處理技術(如UASB)，而且IC反應器容積小、投資少、、，是一種值得推廣的厭氧處理技術。

　　升流式厭氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Bed，簡稱UASB)，是由荷蘭的Lettinga教授等在20世紀70年 代時開發的厭氧生物反應器。反應器工作時，污水經過均勻布水 進人反應器底部，污水自下而上地通過厭氧污泥床反應器。

　　UASB厭氧反應器運行三個重要的前提：

　　① 應器內形成沉降性能良好的顆粒污泥或絮狀污泥;

　　② 產氣和進水的均勻分布所形成的良好的自然攪拌;

　　③ 的三相分離器，能使沉淀性能良好的污泥保留在反應器內。良好的顆粒污泥床的形成，使得機負荷和去除率髙，不需要攪拌，能適應負荷沖擊和溫度與pH值的變化。

　　UASB厭氧反應器具如下的主要特點：

　　① 污泥的顆粒化使反應器內的平均濃度達50 gVSS/L以上，污泥齡一般為30天以上;

　　② 反應器的水力停留吋間相應較短;

　　③ 反應器具很髙的容積負荷;

　　④ 不適合于處理髙、中濃度的機工業廢水，也適合于處理低濃度的城市污水;

　　⑤ UASB厭氧反應器集生物反應和沉淀分離于一體，;

　　⑥ 滯設置填料，節省了，提髙了容積利用率;

　　⑦ 一般也需設置攪拌設備，上升水流和沼氣產生的上升氣流起到攪拌;

　　⑧ 構造簡單，操作運行方便。

　　UASB厭氧反應器

　　引言

　　厭氧生物處理作為利用厭氧性微生物的代謝特性，在毋需提供外源能量的條件下，以被還原機物作為受氫體，同時產生能源價值的甲烷氣體。厭氧生物處理法不適用于高濃度機廢水，進水BOD濃度可達數mg/l，也可適用于低濃度機廢水，如城市污水等。

　　厭氧生物處理過程能耗低;機容積負荷高，一般為5-10kgCOD/m3.d，可達30-50kgCOD/m3.d;剩余污泥量少;厭氧菌對營養需求低、耐毒、可降解的機物分子量高;耐沖擊負荷能力強;產出的沼氣是一種清潔能源。

　　在社會提倡循環，關注工業廢棄物實施資源化再生利用的今天，厭氧生物處理顯然是能夠使污水資源化的優選工藝。近年來，污水厭氧處理工藝發展十分迅速，各種新工藝、新方法不斷出現，包括厭氧接觸法、升流式厭氧污泥床、檔板式厭氧法、厭氧生物濾池、厭氧膨脹床和流化床，以及三代厭氧工藝EGSB和IC厭氧反應器，發展十分迅速。

　　而升流式厭氧污泥床UASB( Up-flow Anaerobic Sludge Bed，注:以下簡稱UASB)工藝由于具厭氧過濾及厭氧活性污泥法的雙重特點，作為能夠將污水中的污染物轉化成再生清潔能源--沼氣的一項技術。對于不同含固量污水的適應性也強，且其結構、運行操作維護管理相對簡單，造價也相對較低，技術已經成熟，正日益受到污水處理業界的重視，得到的歡迎和。

綿陽市UASB厭氧反應器

　　UASB的由來

　　1971年荷蘭瓦格寧根(Wageningen)農業大學拉丁格(Lettinga)教授通過物理結構設計，利用重力場對不同密度物質的差異，發明了三相分離器。使活性污泥停留時間與廢水停留時間分離，形成了上流式厭氧污泥床(UASB)反應器的雛型。1974年荷蘭CSM在其6m3反應器處理甜菜制糖廢水時，發現了活性污泥自身固定化機制形成的生物聚體結構，即顆粒污泥(granular sludge)。顆粒污泥的出現，不促進了以UASB為代表的二代厭氧反應器的和發展，而且還為三代厭氧反應器的誕生奠定了基礎。

　　UASB工作原理

　　UASB由污泥反應區、氣液固三相分離器(包括沉淀區)和氣室三部分組成。在底部反應區內存留大量厭氧污泥，具良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與污泥層中污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的機物，把它轉化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式不斷放出，微小氣泡在上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的氣泡，在污泥床上部由于沼氣的攪動形成一個污泥濃度較稀薄的污泥和水一起上升進入三相分離器，沼氣碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的四周，然后穿過水層進入氣室，集中在氣室沼氣，用導管導出，固液混合液經過反射進入三相分離器的沉淀區，污水中的污泥發生絮凝，顆粒逐漸增大，并在重力下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沼著斜壁滑回厭氧反應區內，使反應區內積累大量的污泥，與污泥分離后的處理出水從沉淀區溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。

　　基本要求:

　　(1)為污泥絮凝提供利的物理、化學和力學條件，使厭氧污泥獲得并保持良好的沉淀性能;

　　(2)良好的污泥床常可形成一種相當穩定的生物相，保持特定的微生態環境，能抵抗較強的擾動力，較大的絮體具良好的沉淀性能，從而提高設備內的污泥濃度;

　　(3)通過在污泥床設備內設置一個沉淀區，使污泥細顆粒在沉淀區的污泥層內進一步絮凝和沉淀，然后回流入污泥床內。

　　UASB內的流態和污泥分布

　　UASB內的流態相當復雜，反應區內的流態與產氣量和反應區高度相關，一般來說，反應區下部污泥層內，由于產氣的結果，部分斷面通過的氣量較多，形成一股上升的氣流，帶動部分混合液(指污泥與水)作向上運動。與此同時，這股氣、水流周圍的介質則向下運動，造成逆向混合，這種流態造成水的短流。在遠離這股上升氣、水流的地方容易形成死角。在這些死角處也具一定的產氣量，形成污泥和水的緩慢而微弱的混合，所以說在污泥層內形成不同程度的混合區，這些混合區的大小與短流程度關。懸浮層內混合液，由于氣體幣的運動帶動液體以較高速度上升和下降，形成較強的混合。在產氣量較少的情況下，時污泥層與懸浮層明顯的界線，而在產氣量較多的情況下，這個界面不明顯。關試驗表明，在沉淀區內水流呈推流式，但沉淀區仍然還死區和混合區。

　　UASB內污泥濃度與設備的機負荷率關。是處理制糖廢水試驗時，UASB內污泥分布與負荷的關系。從圖中可看出污泥層污泥濃度比懸浮層污泥濃，懸浮層的上下部分污泥濃度差較小，說明接近完混合型流態，反應區內污泥的頒，當機負荷很高時污泥層和懸浮層分界不明顯。試驗表明，污水通過底部0.4-0.6m的高度，已90%的機物被轉化。由此可見厭氧污泥具高的活性，改變了以來認為厭氧處理過程進行緩慢的概念。在厭氧污泥中，積累大量高活性的厭氧污泥是這種設備具巨大處理能力的主要原因，而這又歸于污泥具良好的沉淀性能。

　　UASB具高的容積機負荷率，其主要原因是設備內，特別是污泥層內保大量的厭氧污泥。工藝的穩定性和性很大程度上取決于生成具優良沉降性能和很高甲烷活性的污泥，尤其是顆粒狀污泥。與此相反，如果反應區內的污泥以松散的絮凝狀體存在，往往出現污泥上浮流失，使UASB不能在較高的負荷下穩定運行。

　　根據UASB內污泥形成的形態和達到的COD容積負荷，可以將污泥顆粒化過程大致分為三個運行期:

　　(1)接種啟動期:從接種污泥開始到污泥床內的COD容積負荷達到5kgCOD/m3.d左右，此運行期污泥沉降性能一般;

　　(2)顆粒污泥形成期:這一運行期的特點是小顆粒污泥開始出現，當污泥床內的總SS量和總VSS量降至低時本運行期即告結束，這一運行期污泥沉降性能不太好;

　　(3)顆粒污泥成熟期:這一運行期的特點是顆粒污泥大量形成，由下逐步充滿整個UASB。當污泥床容積負荷達到16kgCOD/m3.d以上時，可以認為顆粒污泥已培養成熟。該運行期污泥沉降性很好。

　　外設沉淀池防止污泥流失

　　在UASB內雖氣液固三相分離器，混合液進入沉淀區前已把氣體分離，但由于沉淀區內的污泥仍具較高的產甲烷活性，繼續在沉淀區內產氣;或者由于沖擊負荷及水質突然變化，可能使反應區內污泥膨脹，結果沉淀區固液分離不佳，發生污泥流失而影響了水質和污泥床中污泥濃度。為了減少出水所帶的懸浮物進入水體，外部另設一沉淀池，沉淀下來的污泥回流到污泥床內。

　　設置外部沉淀池的好處是:

　　(1)污泥回流可加速污泥的積累，縮短啟動周期;

　　(2)去除懸浮物，改善出水水質;

　　(3)當偶爾發生大量漂泥時，提高了可見性，能夠及時回收污泥保持工藝的穩定性;

　　(4)回流污泥可作進一步分解，可減少剩余污泥量。

　　UASB的設計

　　UASB的工藝設計主要是計算UASB的容積、產氣量、剩余污泥量、營養需求的平衡量。

　　UASB的池形狀圓形、方形、矩形。污泥床高度一般為3-8m，多用鋼筋混凝土建造。當污水機物濃度比較高時，需要的沉淀區與反應區的容積比值小，反應區的面積可采用與沉淀區相同的面積和池形。當污水機物濃度低時，需要的沉淀面積大，為了反應區的一定高度，反應區的面積不能太大時，則可采用反應區的面積小于沉淀區，即污泥床上部面積大于下部的池形。

　　氣液固三相分離器是UASB的重要組成部分，它對污泥床的正常運行和獲良好的出水水質起十分重要的，因此設計時應給予特別的重視。根據經驗，三相分離器應滿足以下幾點要求:

　　1、混和液進入沉淀區之關，必須將其中的氣泡予以脫出，防止氣泡進入沉淀區影響沉淀;

　　2、沉淀器斜壁角度約可大于45度角;

　　3、沉淀區的表面水力負荷應在0.7m3/m2.h以下，進入沉淀區前，通過沉淀槽低縫的流速不大于2m/m2.h;

　　4、處于集氣器的液一氣界面上的污泥要很好地使之浸沒于水中;

　　5、應防止集氣器內產生大量泡沫。

　　2、3兩個條件可以通過適當選擇沉淀器的深度-面積比來加以滿足。

　　對于低濃度污水，主要用限制表面水力負荷來控制;對于中等濃度和高濃度污水，在高負荷下，單位橫截面上釋放的氣體體積可能成為一個臨界指標。但是直到現在外所取得的成果表明，只要負荷率不過20kgCOD/m3.d，UASB高度尚未見到大于10m的報道，三代厭氧反應器除外。

　　污泥與液體的分離基于污泥絮凝、沉淀和過濾。所以在運行操作過程中，應該盡可能創造污泥能夠形成絮凝沉降的水力條件，使污泥具良好的絮凝、沉淀性能，不對于分離器的工作是具重要意義，對于整個機物去除率更加至關重要。

　　特別要注意避免氣泡進入沉淀區，要使固--液進入沉淀區之前就與氣泡很好分離。在氣--液表面上形成浮渣能迫使一些氣泡進入沉淀區，所以在設計中必須事先就考慮到:

　　(1)采用適當的技術措施，盡可能避免浮渣的形成條件，防范浮渣層的形成;

　　(2)必須要沖散浮渣的設施或裝置，在污泥反應區一旦出現浮渣的情況下，能夠及時破壞浮渣層的形成，或能夠及時排除浮渣。

　　如上所述，UASB中污水與污泥的混合是靠上升的水流和發酵過程中產生的氣泡來完成的。因此，一般采用多點進水，使進水均勻地分布在床斷面上，其中的關鍵是要均勻--勻速、勻量。

　　UASB容積的計算一般按機物容積負荷或水力停留時間進行。設計時可通過試驗決定參數或參考同類廢水的設計和運行參數。

　　UASB的啟動

　　1、污泥的馴化

　　UASB設備啟動的難點是獲得大量沉降性能良好的厭氧顆粒污泥。加以馴化，一般需要3-6個月，如果靠設備自身積累，投產期長可長達1-2年。實踐表明，投加少量的載體，利于厭氧菌的附著，促進初期顆粒污泥的形成;比重大的絮狀污泥比輕的易于顆粒化;比甲烷活性高的厭氧污泥可縮短啟動期。

　　2、啟動操作要點

　　(1)應一次投加足夠量的接種污泥;

　　(2)啟動初期從污泥床流出的污泥可以不予回流，以使特別輕的和細碎污泥跟懸浮物連續地從污泥床排出體外，使較重的活性污泥在床內積累，并促進其增殖逐步達到顆粒化;

　　(3)啟動開始廢水COD濃度較低時，未必就能讓污泥顆粒化速度加快;

　　(4)初污泥負荷率一般在0.1-0.2kgCOD/kgTSS.d左右比較合適;

　　(5)污水中原來存在的和厭氧分解出來的多種揮發酸未能效分解之前，不應隨意提高機容積負荷，這需要跟蹤觀察和水樣化驗;

　　(6)可降解的COD去除率達到70-80%左右時，可以逐步增加機容積負荷率;

　　(7)為促進污泥顆粒化，反應區內的小空塔速度不可低于1m/d，采用較高的表面水力負荷利于小顆粒污泥與污泥絮凝分開，使小顆粒污泥凝并為大顆粒。

　　UASB工藝的優缺點

　　UASB的主要優點是:

　　1、UASB內污泥濃，平均污泥濃度為20-40gVSS/1;

　　2、機負荷高，水力停留時間短，采用中溫發酵時，容積負荷一般為10kgCOD/m3.d左右;

　　3、混合攪拌設備，靠發酵過程中產生的沼氣的上升運動，使污泥床上部的污泥處于懸浮狀態，對下部的污泥層也一定程度的攪動;

　　4、污泥床不填載體，節省造價及避免因填料發生堵賽問題;

　　5、UASB內設三相分離器，通常不設沉淀池，被沉淀區分離出來的污泥重新回到污泥床反應區內，通常可以不設污泥回流設備。

　　主要缺點是:

　　1、進水中懸浮物需要適當控制，不宜過高，一般控制在100mg/l以下;

　　2、污泥床內短流現象，影響處理能力;

　　3、對水質和負荷突然變化較敏感，耐沖擊力稍差。

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