大冶市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(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器部上升。上升到表面的污泥撞擊三相反應器體發(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器部的三相分離器的集室。

　　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(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器部上升。上升到表面的污泥撞擊三相反應器體發(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增加，因此上升流速在接近放點降低。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，其將滑回反應區(qū)，這部分污泥又將與進水機物發(fā)生反應。

　　構(gòu)造

　　UASB厭氧反應器包括以下幾個部分：進水和配水、反應器的池體和三相分離器。

　　在UASB厭氧反應器中重要的設(shè)備是三相分離器，這一設(shè)備安裝在反應器的部并將反應器分為下部的反應區(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室內(nèi)高產(chǎn)量所造成的液體絮動。反應器的設(shè)計應該是只要污泥層沒膨脹到沉淀器，污泥顆?；蛐鯛钗勰嗑湍芑氐椒磻?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(nèi)的膨脹的泥層將網(wǎng)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(chǎn)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厭氧反應器良好的根本點 。

　　分離裝置

　　三相分離器是UASB厭氧反應器點和重要的裝置。它同時具兩個功能：

　　1) 能收集從分離器下的反應室產(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)計要點匯總：

　　1) 集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，集室的高度在1.5～2m;

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

　　4) 在集室的上部應該設(shè)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以避免上升的體進入沉淀室;

　　6) 出管的直管應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，當水力負荷是限制性時，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 。

大冶市UASB厭氧反應器
　　UASB厭氧反應器優(yōu)點：

　　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。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一步突出，現(xiàn)的厭氧工藝又面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，尤其是如何處理發(fā)展帶來的大量高濃度機廢水，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。實踐證明，該技術(shù)去除機物的能力遠遠超過普通厭氧處理技術(shù)(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(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70年 代時開發(fā)的厭氧生物反應器。反應器工作時，污水經(jīng)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厭氧反應器三個重要的前提：

　?、?應器內(nèi)形成沉降性能良好的顆粒污泥或絮狀污泥;

　?、?產(chǎn)和進水的均勻分布所形成的良好的自然攪拌;

　?、?設(shè)計的三相分離器，能使沉淀性能良好的污泥保留在反應器內(nèi)。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：

　?、?污泥的顆?；狗磻鲀?nèi)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;

　?、?反應器具很髙的容積負荷;

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

　?、?UASB厭氧反應器集生物反應和沉淀分離于一體，;

　?、?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;

　　⑧ 構(gòu)造簡單，方便。

　　UASB工作原理

　　UASB由污泥反應區(qū)、液固三相分離器(包括沉淀區(qū))和室三部分組成。在底部反應區(qū)內(nèi)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(zhuǎn)化為沼。沼以微小泡形式不斷放出，微小泡在上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的泡，在污泥床上部由于沼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，然后穿過水層進入室，集中在室沼，用導管導出，固液混合液經(jīng)過反射進入三相分離器的沉淀區(qū)，污水中的污泥發(fā)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(qū)內(nèi)，使反應區(qū)內(nèi)積累大量的污泥，與污泥分離后的處理出水從沉淀區(qū)溢流堰上部溢出，然后出污泥床。

　　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?？尚纬梢环N相當穩(wěn)定的生物相，保持定的微生態(tài)環(huán)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(shè)備內(nèi)的污泥濃度;

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

　　根據(jù)UASB內(nèi)污泥形成的形態(tài)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容積負荷達到5kgCOD/m3.d左右，此期污泥沉降性能一般;

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

　　(3)顆粒污泥成熟期:這一期的點是顆粒污泥大量形成，由下為上逐步充滿整個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(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);或者由于沖擊負荷及水質(zhì)突然變化，可能使反應區(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)當偶爾發(fā)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(wěn)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(shè)計

　　UASB的工藝設(shè)計主要是計算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。當污水機物濃度比較高時，需要的沉淀區(qū)與反應區(qū)的容積比值小，反應區(qū)的面積可采用與沉淀區(qū)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(qū)的一定高度，反應區(qū)的面積不能太大時，則可采用反應區(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)計時應給予別的重視。根據(jù)經(jīng)驗，三相分離器應滿足以下幾點要求:

　　1、混和液進入沉淀區(qū)之關(guān)，必須將其中的泡予以脫出，防止泡進入沉淀區(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)的表面水力負荷應在0.7m3/m2.h以下，進入沉淀區(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、應防止集器內(nèi)產(chǎn)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體體積可能成為一個臨界指標。但是直到現(xiàn)在外所取得的成果表明，只要負荷率不超過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。所以在操作過程中，應該盡可能創(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，對于整個機物去除率更加至關(guān)重要。

　　別要注意避免泡進入沉淀區(qū)，要使固--液進入沉淀區(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入沉淀區(qū)，所以在設(shè)計中必須事先就考慮到:

　　(1)采用適當?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，在污泥反應區(qū)一旦出現(xiàn)浮渣的情況下，能夠及時破壞浮渣層的形成，或能夠及時除浮渣。

　　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，一般采用多點進水，使進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容積的計算一般按機物容積負荷或水力停留時間進行。設(shè)計時可通過試驗決定參數(shù)或參考同類廢水的設(shè)計和參數(shù)。

　　UASB工藝的優(yōu)缺點

　　UASB的主要優(yōu)點是:

　　1、UASB內(nèi)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(fā)酵時，容積負荷一般為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區(qū)內(nèi)，通?？梢圆辉O(shè)污泥回流設(shè)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(nèi)短流現(xiàn)象，影響處理能力;

　　3、對水質(zhì)和負荷突然變化較敏感，耐沖擊力稍差。

UASB內(nèi)的流態(tài)和污泥分布

　　UASB內(nèi)的流態(tài)相當復雜，反應區(qū)內(nèi)的流態(tài)與產(chǎn)量和反應區(qū)高度相關(guān)，一般來說，反應區(qū)下部污泥層內(nèi)，由于產(chǎn)的結(jié)果，部分斷面通過的量較多，形成一股上升的流，帶動部分混合液(指污泥與水)作向上運動。與此同時，這股、水流周圍的介質(zhì)則向下運動，造成逆向混合，這種流態(tài)造成水的短流。在遠離這股上升、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，由于體幣的運動帶動液體以較高速度上升和下降，形成較強的混合。在產(chǎn)量較少的情況下，時污泥層與懸浮層明顯的界線，而在產(chǎn)量較多的情況下，這個界面不明顯。關(guān)試驗表明，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)備的機負荷率關(guān)。是處理制糖廢水試驗時，UASB內(nèi)污泥分布與負荷的關(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)，反應區(qū)內(nèi)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(zhuǎn)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(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具高的容積機負荷率，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不能在較高的負荷下穩(wěn)定

　　厭氧反應器內(nèi)出現(xiàn)泡沫、化學沉淀等不良現(xiàn)象的原因?

　　厭氧反應器中時會產(chǎn)生大量泡沫，泡沫呈半液半固狀，嚴重時可充滿相空間并帶入沼管道，導致沼的困難。

　　產(chǎn)生泡沫的主要原因是厭氧不穩(wěn)定，因為泡沫主要是由于CO2產(chǎn)量太大形成的，當反應器內(nèi)溫度波動或負荷發(fā)生突變等情況發(fā)生時，均可導致的不穩(wěn)定和CO2的產(chǎn)量增加，進而導致泡沫的產(chǎn)生。如果將不穩(wěn)定因素及時除，泡沫現(xiàn)象一般也會隨之消失。在厭氧污泥培養(yǎng)初期，由于CO2產(chǎn)量大而甲烷產(chǎn)量少，也會出現(xiàn)泡沫，隨著甲烷菌的培養(yǎng)成熟，CO2產(chǎn)量減少，泡沫一般也會逐漸消失。進水中含蛋白質(zhì)是產(chǎn)生泡沫的一個原因，而微生物本身新陳代謝過程中產(chǎn)生的一些中間產(chǎn)物也會降低水的表面張力而生成泡。厭氧生物處理過程中大量產(chǎn)會產(chǎn)生類似好氧處理的曝而形成泡問題，負荷突然升高所帶來的產(chǎn)量突然增加也可能出現(xiàn)泡沫問題。

　　碳酸鈣(CaCO3)沉淀：處理廢水鈣含量高或利用石灰補充堿度，都會增加產(chǎn)生碳酸鈣沉淀的可能性。高濃度的碳酸氫鹽和磷酸鹽都利于鈣的沉淀。

　　鳥糞石(MgNH4PO4)沉淀：進水中含較高濃度的溶解性正磷酸鹽、氨氮和 鎂離子時，就會生成鳥糞石沉淀。厭氧處理鳥糞石沉淀主要在管道彎頭、水泵入口和二沉池進出口等處出現(xiàn)。