昭通市UASB厭氧反應(yīng)器

　　簡介：

　　UASB厭氧反應(yīng)器廢水被盡可能均勻的引入反應(yīng)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(yīng)發(fā)生在廢水和污泥顆粒接觸的過程。在厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生的沼(主要是甲烷和二氧化碳)引起了內(nèi)部的循環(huán)，這對于顆粒污泥的形成和維持利。在污泥層形成的一些體附著在污泥顆粒上，附著和沒附著的體向反應(yīng)器部上升。上升到表面的污泥撞擊三相反應(yīng)器體發(fā)射器的底部，引起附著泡的污泥絮體脫。泡釋放后污泥顆粒將沉淀到污泥床的表面，附著和沒附著的體被收集到反應(yīng)器部的三相分離器的集室。

　　原理

　　UASB厭氧反應(yīng)器廢水被盡可能均勻的引入反應(yīng)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(yīng)發(fā)生在廢水和污泥顆粒接觸的過程。在厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生的沼(主要是甲烷和二氧化碳)引起了內(nèi)部的循環(huán)，這對于顆粒污泥的形成和維持利。在污泥層形成的一些體附著在污泥顆粒上，附著和沒附著的體向反應(yīng)器部上升。上升到表面的污泥撞擊三相反應(yīng)器體發(fā)射器的底部，引起附著泡的污泥絮體脫。泡釋放后污泥顆粒將沉淀到污泥床的表面，附著和沒附著的體被收集到反應(yīng)器部的三相分離器的集室。置于 集室單元縫隙之下的擋板的為體發(fā)射器和防止沼泡進(jìn)入沉淀區(qū)，否則將引起沉淀區(qū)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(jīng)過分離器縫隙進(jìn)入沉淀區(qū)。

　　由于分離器的斜壁沉淀區(qū)的過流面積在接近水面時(shí)增加，因此上升流速在接近放點(diǎn)降低。由于流速降低污泥絮體在沉淀區(qū)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超過其保持在斜壁上的摩擦力，其將滑回反應(yīng)區(qū)，這部分污泥又將與進(jìn)水機(jī)物發(fā)生反應(yīng)。

　　構(gòu)造

　　UASB厭氧反應(yīng)器包括以下幾個(gè)部分：進(jìn)水和配水、反應(yīng)器的池體和三相分離器。

　　在UASB厭氧反應(yīng)器中重要的設(shè)備是三相分離器，這一設(shè)備安裝在反應(yīng)器的部并將反應(yīng)器分為下部的反應(yīng)區(qū)和上部的沉淀區(qū)。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，三相分離器一個(gè)主要的就是盡可能效地分離從污泥床/層中產(chǎn)生的沼，別是在高負(fù)荷的情況下，在集室下面反射板的是防止沼通過集室之間的縫隙逸出到沉淀室，另外擋板還利于減少反應(yīng)室內(nèi)高產(chǎn)量所造成的液體絮動。反應(yīng)器的設(shè)計(jì)應(yīng)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(yīng)室(應(yīng)該認(rèn)識到時(shí)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(nèi)的膨脹的泥層將網(wǎng)捕分散的污泥顆粒/絮體，同時(shí)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(shí)性的機(jī)或水力負(fù)荷沖擊下流失是很重要的。水力和機(jī)(產(chǎn)率)負(fù)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(yīng)器原理是在形成沉降性能良好的污泥凝絮體的基礎(chǔ)上，并結(jié)合在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置污泥沉淀使、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(yīng)器良好的根本點(diǎn) 。

　　附屬設(shè)備

　　1、剩余沼燃燒器

　　一般不允許將剩余沼向空中放，以防污染大。在確剩余沼法利用時(shí)，可安裝余燃燒器將其燒掉。燃燒器應(yīng)裝在安地區(qū)，并應(yīng)在其前安裝閥門和阻火器。剩余體燃燒器，是—種安裝置，要能自動點(diǎn)火和自動滅火。剩余體燃燒器和消化池蓋、或貯柜之間的距離，一般至少需要15m，并應(yīng)設(shè)置在容易監(jiān)視的開闊地。

　　2、保溫加熱設(shè)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(jì)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(jiān)控設(shè)備

　　為提高厭氧反應(yīng)器的性，必須設(shè)置各種類型的計(jì)量設(shè)備和儀表，如控制進(jìn)水量、投藥量等計(jì)量設(shè)備和pH計(jì)(酸度計(jì))、溫度測量等自動化儀表。自動計(jì)量設(shè)備和儀表是的基礎(chǔ)。對UASB厭氧反應(yīng)器實(shí)行監(jiān)控的主要兩個(gè)，一個(gè)是了解進(jìn)出水的情況，以便觀測進(jìn)水是否滿足工藝設(shè)計(jì)情況;另外一個(gè)是為了控制各工藝的，判斷工藝是否正常。由于UASB厭氧反應(yīng)器的殊性還要增加一些檢測項(xiàng)目，如揮發(fā)性機(jī)酸(VFA)、堿度和甲烷等。但是，這些設(shè)備屬于規(guī)準(zhǔn)設(shè)備，一些設(shè)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(yīng)器點(diǎn)和重要的裝置。它同時(shí)具兩個(gè)功能：

　　1) 能收集從分離器下的反應(yīng)室產(chǎn)生的沼;

　　2) 使得在分離器之上的懸浮物沉淀下來。

　　三相分離器設(shè)計(jì)要點(diǎn)匯總：

　　1) 集室的隙縫部分的面積應(yīng)該占反應(yīng)器部面積的15～20%;

　　2) 在反應(yīng)器高度為5～7m時(shí)，集室的高度在1.5～2m;

　　3) 在集室內(nèi)應(yīng)保持液界面以釋放和收集體，防止浮渣或泡沫層的形成;

　　4) 在集室的上部應(yīng)該設(shè)置消泡噴嘴，當(dāng)處理污水嚴(yán)重泡沫問題時(shí)消泡;

　　5) 反射板與隙縫之間的遮蓋應(yīng)該在100～200mm以避免上升的體進(jìn)入沉淀室;

　　6) 出管的直管應(yīng)該充足以從集室引出沼，別是泡沫的情況。

　　對于低濃度污水處理，當(dāng)水力負(fù)荷是限制性時(shí)，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?dāng)嗝嫔媳M可能的低是十分重要的 。

　　UASB厭氧反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)：

　　廢水厭氧生物技術(shù)由于其巨大的處理能力和潛在的空間，一直是水處理技術(shù)研究的熱點(diǎn)。從傳統(tǒng)的厭氧接觸工藝發(fā)展到現(xiàn)今流行的UASB工藝，廢水厭氧處理技術(shù)已日趨成熟。隨著發(fā)展與資源、能耗、占地等因素間矛盾的進(jìn)一步突出，現(xiàn)的厭氧工藝又面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，尤其是如何處理發(fā)展帶來的大量高濃度機(jī)廢水，使得研發(fā)技術(shù)更優(yōu)化的厭氧工藝非常必要。內(nèi)循環(huán)厭氧處理技術(shù)(以下簡稱IC厭氧技術(shù))就是在這一背景下產(chǎn)生的處理技術(shù)，它是20世紀(jì)80年代中期由荷蘭PAQUES研發(fā)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(shí)踐證明，該技術(shù)去除機(jī)物的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通厭氧處理技術(shù)(如UASB)，而且IC反應(yīng)器容積小、投資少、、，是一種值得推廣的厭氧處理技術(shù)。

　　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(jì)70年 代時(shí)開發(fā)的厭氧生物反應(yīng)器。反應(yīng)器工作時(shí)，污水經(jīng)過均勻布水 進(jìn)人反應(yīng)器底部，污水自下而上地通過厭氧污泥床反應(yīng)器。

　　UASB厭氧反應(yīng)器三個(gè)重要的前提：

　　① 應(yīng)器內(nèi)形成沉降性能良好的顆粒污泥或絮狀污泥;

　?、?產(chǎn)和進(jìn)水的均勻分布所形成的良好的自然攪拌;

　　③ 設(shè)計(jì)的三相分離器，能使沉淀性能良好的污泥保留在反應(yīng)器內(nèi)。良好的顆粒污泥床的形成，使得機(jī)負(fù)荷和去除率髙，不需要攪拌，能適應(yīng)負(fù)荷沖擊和溫度與pH值的變化。

　　UASB厭氧反應(yīng)器具如下的主要特點(diǎn)：

　　① 污泥的顆?；狗磻?yīng)器內(nèi)的平均濃度達(dá)50 gVSS/L以上，污泥齡一般為30天以上;

　?、?反應(yīng)器的水力停留吋間相應(yīng)較短;

　?、?反應(yīng)器具很髙的容積負(fù)荷;

　?、?不僅適合于處理髙、中濃度的機(jī)工業(yè)廢水，也適合于處理低濃度的城市污水;

　　⑤ UASB厭氧反應(yīng)器集生物反應(yīng)和沉淀分離于一體，;

　?、?滯設(shè)置填料，節(jié)省了，提髙了容積利用率;

　?、?一般也需設(shè)置攪拌設(shè)備，上升水流和沼產(chǎn)生的上升流起到攪拌;

　?、?構(gòu)造簡單，方便。

　昭通市UASB厭氧反應(yīng)器

　　基本要求:

　　(1)為污泥絮凝提供利的物理、化學(xué)和力學(xué)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?？尚纬梢环N相當(dāng)穩(wěn)定的生物相，保持定的微生態(tài)環(huán)境，能抵抗較強(qiáng)的擾動力，較大的絮體具良好的沉淀性能，從而提高設(shè)備內(nèi)的污泥濃度;

　　(3)通過在污泥床設(shè)備內(nèi)設(shè)置一個(gè)沉淀區(qū)，使污泥細(xì)顆粒在沉淀區(qū)的污泥層內(nèi)進(jìn)一步絮凝和沉淀，然后回流入污泥床內(nèi)。

　　UASB內(nèi)的流態(tài)和污泥分布

　　UASB內(nèi)的流態(tài)相當(dāng)復(fù)雜，反應(yīng)區(qū)內(nèi)的流態(tài)與產(chǎn)量和反應(yīng)區(qū)高度相關(guān)，一般來說，反應(yīng)區(qū)下部污泥層內(nèi)，由于產(chǎn)的結(jié)果，部分?jǐn)嗝嫱ㄟ^的量較多，形成一股上升的流，帶動部分混合液(指污泥與水)作向上運(yùn)動。與此同時(shí)，這股、水流周圍的介質(zhì)則向下運(yùn)動，造成逆向混合，這種流態(tài)造成水的短流。在遠(yuǎn)離這股上升、水流的地方容易形成死角。在這些死角處也具一定的產(chǎn)量，形成污泥和水的緩慢而微弱的混合，所以說在污泥層內(nèi)形成不同程度的混合區(qū)，這些混合區(qū)的大小與短流程度關(guān)。懸浮層內(nèi)混合液，由于體幣的運(yùn)動帶動液體以較高速度上升和下降，形成較強(qiáng)的混合。在產(chǎn)量較少的情況下，時(shí)污泥層與懸浮層明顯的界線，而在產(chǎn)量較多的情況下，這個(gè)界面不明顯。關(guān)試驗(yàn)表明，在沉淀區(qū)內(nèi)水流呈推流式，但沉淀區(qū)仍然還死區(qū)和混合區(qū)。

　　UASB內(nèi)污泥濃度與設(shè)備的機(jī)負(fù)荷率關(guān)。是處理制糖廢水試驗(yàn)時(shí)，UASB內(nèi)污泥分布與負(fù)荷的關(guān)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(tài)，反應(yīng)區(qū)內(nèi)污泥的頒，當(dāng)機(jī)負(fù)荷很高時(shí)污泥層和懸浮層分界不明顯。試驗(yàn)表明，污水通過底部0.4-0.6m的高度，已90%的機(jī)物被轉(zhuǎn)化。由此可見厭氧污泥具高的活性，改變了以來認(rèn)為厭氧處理過程進(jìn)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(shè)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(jī)負(fù)荷率，其主要原因是設(shè)備內(nèi)，別是污泥層內(nèi)保大量的厭氧污泥。工藝的穩(wěn)定性和性很大程度上取決于生成具優(yōu)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(yīng)區(qū)內(nèi)的污泥以松散的絮凝狀體存在，往往出現(xiàn)污泥上浮流失，使UASB不能在較高的負(fù)荷下穩(wěn)定。

　　根據(jù)UASB內(nèi)污泥形成的形態(tài)和達(dá)到的COD容積負(fù)荷，可以將污泥顆粒化過程大致分為三個(gè)期:

　　(1)接種啟動期:從接種污泥開始到污泥床內(nèi)的COD容積負(fù)荷達(dá)到5kgCOD/m3.d左右，此期污泥沉降性能一般;

　　(2)顆粒污泥形成期:這一期的點(diǎn)是小顆粒污泥開始出現(xiàn)，當(dāng)污泥床內(nèi)的總SS量和總VSS量降至低時(shí)本期即告結(jié)束，這一期污泥沉降性能不太好;

　　(3)顆粒污泥成熟期:這一期的點(diǎn)是顆粒污泥大量形成，由下為上逐步充滿整個(gè)UASB。當(dāng)污泥床容積負(fù)荷達(dá)到16kgCOD/m3.d以上時(shí)，可以認(rèn)為顆粒污泥已培養(yǎng)成熟。該期污泥沉降性很好。

　　外設(shè)沉淀池防止污泥流失

　　在UASB內(nèi)雖液固三相分離器，混合液進(jìn)入沉淀區(qū)前已把體分離，但由于沉淀區(qū)內(nèi)的污泥仍具較高的產(chǎn)甲烷活性，繼續(xù)在沉淀區(qū)內(nèi)產(chǎn);或者由于沖擊負(fù)荷及水質(zhì)突然變化，可能使反應(yīng)區(qū)內(nèi)污泥膨脹，結(jié)果沉淀區(qū)固液分離不佳，發(fā)生污泥流失而影響了水質(zhì)和污泥床中污泥濃度。為了減少出水所帶的懸浮物進(jìn)入水體，外部另設(shè)一沉淀池，沉淀下來的污泥回流到污泥床內(nèi)。

　　設(shè)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(zhì);

　　(3)當(dāng)偶爾發(fā)生大量漂泥時(shí)，提高了可見性，能夠及時(shí)回收污泥保持工藝的穩(wěn)定性;

　　(4)回流污泥可作進(jìn)一步分解，可減少剩余污泥量。

　　UASB的設(shè)計(jì)

　　UASB的工藝設(shè)計(jì)主要是計(jì)算UASB的容積、產(chǎn)量、剩余污泥量、營養(yǎng)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(dāng)污水機(jī)物濃度比較高時(shí)，需要的沉淀區(qū)與反應(yīng)區(qū)的容積比值小，反應(yīng)區(qū)的面積可采用與沉淀區(qū)相同的面積和池形。當(dāng)污水機(jī)物濃度低時(shí)，需要的沉淀面積大，為了反應(yīng)區(qū)的一定高度，反應(yīng)區(qū)的面積不能太大時(shí)，則可采用反應(yīng)區(qū)的面積小于沉淀區(qū)，即污泥床上部面積大于下部的池形。

　　液固三相分離器是UASB的重要組成部分，它對污泥床的正常和獲良好的出水水質(zhì)起十分重要的，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予別的重視。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，三相分離器應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求:

　　1、混和液進(jìn)入沉淀區(qū)之關(guān)，必須將其中的泡予以脫出，防止泡進(jìn)入沉淀區(qū)影響沉淀;

　　2、沉淀器斜壁角度約可大于45度角;

　　3、沉淀區(qū)的表面水力負(fù)荷應(yīng)在0.7m3/m2.h以下，進(jìn)入沉淀區(qū)前，通過沉淀槽低縫的流速不大于2m/m2.h;

　　4、處于集器的液一界面上的污泥要很好地使之浸沒于水中;

　　5、應(yīng)防止集器內(nèi)產(chǎn)生大量泡沫。

　　2、3兩個(gè)條件可以通過適當(dāng)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(fù)荷來控制;對于中等濃度和高濃度污水，在高負(fù)荷下，單位橫截面上釋放的體體積可能成為一個(gè)臨界指標(biāo)。但是直到現(xiàn)在外所取得的成果表明，只要負(fù)荷率不超過20kgCOD/m3.d，UASB高度尚未見到大于10m的報(bào)道，三代厭氧反應(yīng)器除外。

　　污泥與液體的分離基于污泥絮凝、沉淀和過濾。所以在操作過程中，應(yīng)該盡可能創(chuàng)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，不僅對于分離器的工作是具重要意義，對于整個(gè)機(jī)物去除率更加至關(guān)重要。

　　別要注意避免泡進(jìn)入沉淀區(qū)，要使固--液進(jìn)入沉淀區(qū)之前就與泡很好分離。在--液表面上形成浮渣能迫使一些泡進(jìn)入沉淀區(qū)，所以在設(shè)計(jì)中必須事先就考慮到:

　　(1)采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)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(shè)施或裝置，在污泥反應(yīng)區(qū)一旦出現(xiàn)浮渣的情況下，能夠及時(shí)破壞浮渣層的形成，或能夠及時(shí)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(fā)酵過程中產(chǎn)生的泡來完成的。因此，一般采用多點(diǎn)進(jìn)水，使進(jìn)水均勻地分布在床斷面上，其中的關(guān)鍵是要均勻--勻速、勻量。

　　UASB容積的計(jì)算一般按機(jī)物容積負(fù)荷或水力停留時(shí)間進(jìn)行。設(shè)計(jì)時(shí)可通過試驗(yàn)決定參數(shù)或參考同類廢水的設(shè)計(jì)和參數(shù)。

　　UASB的啟動

　　1、污泥的馴化

　　UASB設(shè)備啟動的難點(diǎn)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(gè)月，如果靠設(shè)備自身積累，投產(chǎn)期長可長達(dá)1-2年。實(shí)踐表明，投加少量的載體，利于厭氧菌的附著，促進(jìn)初期顆粒污泥的形成;比重大的絮狀污泥比輕的易于顆?；?比甲烷活性高的厭氧污泥可縮短啟動期。

　　2、啟動操作要點(diǎn)

　　(1)應(yīng)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，以使別輕的和細(xì)碎污泥跟懸浮物連續(xù)地從污泥床出體外，使較重的活性污泥在床內(nèi)積累，并促進(jìn)其增殖逐步達(dá)到顆?；?

　　(3)啟動開始廢水COD濃度較低時(shí)，未必就能讓污泥顆粒化速度加快;

　　(4)初污泥負(fù)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(fā)酸未能效分解之前，不應(yīng)隨意提高機(jī)容積負(fù)荷，這需要跟蹤觀察和水樣化驗(yàn);

　　(6)可降解的COD去除率達(dá)到70-80%左右時(shí)，可以逐步增加機(jī)容積負(fù)荷率;

　　(7)為促進(jìn)污泥顆粒化，反應(yīng)區(qū)內(nèi)的小空塔速度不可低于1m/d，采用較高的表面水力負(fù)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(yōu)缺點(diǎn)

　　UASB的主要優(yōu)點(diǎn)是:

　　1、UASB內(nèi)污泥濃，平均污泥濃度為20-40gVSS/1;

　　2、機(jī)負(fù)荷高，水力停留時(shí)間短，采用中溫發(fā)酵時(shí)，容積負(fù)荷一般為10kgCOD/m3.d左右;

　　3、混合攪拌設(shè)備，靠發(fā)酵過程中產(chǎn)生的沼的上升運(yùn)動，使污泥床上部的污泥處于懸浮狀態(tài)，對下部的污泥層也一定程度的攪動;

　　4、污泥床不填載體，節(jié)省造價(jià)及避免因填料發(fā)生堵賽問題;

　　5、UASB內(nèi)設(shè)三相分離器，通常不設(shè)沉淀池，被沉淀區(qū)分離出來的污泥重新回到污泥床反應(yīng)區(qū)內(nèi)，通?？梢圆辉O(shè)污泥回流設(shè)備。

　　主要缺點(diǎn)是:

　　1、進(jìn)水中懸浮物需要適當(dāng)控制，不宜過高，一般控制在100mg/l以下;

　　2、污泥床內(nèi)短流現(xiàn)象，影響處理能力;

　　3、對水質(zhì)和負(fù)荷突然變化較敏感，耐沖擊力稍差。