中科晶硕 上流式厌氧污泥床反应器法 上流式厌氧污泥床( Upflow Anaerobie Sludie Blanket,UASB)反应器是由荷兰的G. Lettinga等人在20世纪70年代初始研制开发,并于1977年应用于工业化生产。污泥床反应器内没有载体,是一种悬浮生长型的消化器。污水自下而上地通过厌氧污泥床反应器。在反应器的底部有一个高浓度(污泥浓度可达60g/L-80g/L)、高活性的污泥层,大部分的有机物在这里被转化为CH4和CO2由于产生的污泥活化气的搅动和污泥粘附气体的结果,在污泥层的上部可形成一个污泥悬浮层。反应器的上部为澄清区,设有三相分离器,完成气、液、固相的分离。被分离的消化气从上部导出,被分离的污泥则自动落到下部反应区。由于在反应器内停留了高浓度的厌氧污泥,使反应器的有机负荷有了很大提高。对于一般的高浓度有机污水,当水温在30℃左右时,负荷可达8kgCOD/(m3·d)~20kgCOD/(m3·d)。1. UAS反应器构造与组成UASB集生物反应与沉淀于一体,结构紧凑,反应器内部构造，如图下所示。污水由进水配水系统从反应器底部进入,通过反应区经气、固、液三相分离器后进入澄清区(图4-10);气、固、液分离后,沼气由气室收集,再由沼气管流向沼气柜;固体(污泥)经澄清区沉淀后自行返回反应区;沉淀后的处理水由出水系统排出。UASB反应器内不设搅拌设备,上升水流和沼气产生的气流足可满足搅拌要求。UASB反应器的构造简单,便于操作运行,主要组成如下。 图左：流式厌氧污泥床反应器 图右：UASB反应器内部构造(1)进水配水系统。其功能主要是将污水均匀地分配到整个反应器,并具有进行水力搅拌的功能。这是反应器高效运行的关键之一。(2)反应区。其中包括颗粒污泥层区和悬浮污泥层区,有机污染物主要在这里被厌氧菌分解,是反应器的主要部位。(3)三相分离器。它由澄清区、回流缝和气封组成。其功能是把气体(反应过程产生的沼气)、固体(反应器中的污泥)和液体(被处理的污水)分开。固体经沉淀后由回流缝回到反应区,气体分离后进入气室,处理后的污水进入出水系统排出。三相分离的分离效果将直接影响反应器的处理效果。分离器的形式是多种多样的,但其三项主要功能为:气液分离、固液分离和污泥回流。(4)出水系统。设置在UASB反应器的顶部,其作用是把澄清区水面处理过的水均匀地加以收集,排出反应器。通常由出水槽引出。(5)气室,也称集气罩。其作用是收集沼气。2.UASB反应器的工艺特征UASB反应器具有良好的污泥床,可形成一个相当稳定的生物相,较大的絮体具有良好的沉淀性能,有机负荷去除效率高,不需搅动设备,对负荷冲击,温度和pH值的变化有一定的适应性等工艺特征,是一种有发展前途的厌氧处理设备。(1)在反应器的上部设置了气、固、液三相分离器;(2)在反应器底部设置了均匀布水系统;(3)反应器内的污泥能形成颗粒污泥:粒污泥直径为0.1cm~0.5cm,湿比重为1.04~1.08;颗粒污泥具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。污泥浓度可达50gVSS/L以上,污泥龄一般为30天以上;(4)水力停留时间大大缩短,具有很高的容积负荷;(5)适于处理高、中浓度有机工业废水,也可以处理低浓度城市污水;(6)将生物反应与沉淀分离集中在一个反应器内,结构紧凑;(7)无需设置填料,节省费用,提高容积利用率。3.UASB反应器的型式UASB反应器的断面形状多为圆形或矩形,矩形断面便于三相分离器的设计和施工。反应器常为钢结构或钢筋混凝土结构;一般不加热,多采用保温措施,必须采取防腐措施。根据不同的处理对象,UASB反应器构造型式主要有开敞式UASB反应器和封闭式UASB反应器两种。(1)开敞式UASB反应器如图(a)所示,顶部不加密封,或仅加一层不密封的盖板。多用于处理中低浓度的有机废水;构造较简单,易于施工安装和维修。(2)封闭式UASB反应器如图(b)所示,封闭式UASB反应器顶部加盖密封,在液面与池顶之间形成了气室。适用于处理高浓度的有机污水,其池顶可以做成浮盖式。 图上：UASB反应器型式(a)开敞式UASB反应器;(b)封闭式UASB反应器。4.UASB反应器中的颗粒污泥能形成沉降性能良好、活性高的颗粒污泥是UASB反应器的重要特征,颗粒污泥的形成与成熟,是保证UASB反应器高效稳定运行的前提。 颗粒污泥的形成与培养 颗粒污泥的形成与培养一般需要较长时间。可分为:启动期、颗粒污泥形成期、颗粒污泥成熟期三个阶段。UASB反应器中颗粒污泥的培养包括:接种污泥的选择;维持稳定的环境条件,如温度、pH值等;污泥负荷保持;保持反应器中低的VFA浓度;表面水力负荷应大于0.3m3/(m2·d),淘汰絮状污泥;进水中可适当提供无机微粒,如钙和铁,同时应补充微量元素(如Ni、Co、Mo)等条件和过程。 (1)启动期启动期为颗粒污泥培养形成个阶段,即启动的初始与污泥活性提高阶段。在此阶段内,反应器内先经接种、启动,有机负荷一般在0.1 1kgCOD/(m3·d)2.0 kgCOD/(m3·d)以下,运行时间约需3个~4个月(有资料介绍只要1个~1.5个月)。在此阶段必须注意以下几点:一是最初的污泥负荷应低于0.1 kgCOD/(kgTS·d)~0.2 kgCOD/(kgTS·d);二是在污水中原有的及处理过程中产生出来的各种挥发酸未能有效地分解之前,不应增加反应器的负荷三是反应器内的环境条件应控制在有利于厌氧微生物(主要是产甲烷茵)良好繁殖的状态下。 (2)颗粒污泥形成期第二阶段为颗粒污泥形成阶段。在此阶段内,有机负荷一般控制在2.0 kgCOD/(m3·d)~5.0 kgCOD/(m3·d)。由于有机负荷的逐渐提高,那些颗粒比较细小和沉降性能比较差的污泥将随出水流出反应器,而重质污泥则留在反应器内由于产气及其搅拌作用,截留在反应器内的污泥将在重质污泥颗粒的表面富集、絮凝并生长繁殖,最终形成颗粒状污泥。在污泥负荷为0.6 6kgCOD/( kgVSS)或0.2 kgCOD(kgTS·d)~0. 4kgCOD/(kgTS·d)时,可观察到颗粒污泥的形成。此阶段也需要3个~4个月(有资料介绍只要1个~1.5个月)。 (3)颗粒污泥成熟期第三阶段为颗粒污泥成熟期,即污泥床形成阶段。在此阶段内,反应器的有机负荷大于5 kgCOD/(m3·d)。随着有机负荷不断提高,反应器内的污泥浓度逐步提高,颗粒污泥床的高度也相应地不断增高。正常运行时,此阶段内有机负荷也逐渐增加到300kgCOD/(m3·d)50 kgCOD/(m3·d)或更高。通常,当接种污泥充足且操作条件控制得当时,形成具有一定高度的颗粒污泥床需要三四个月的时间。 2)颗粒污泥的理化性质与微观结构 颗粒污泥的理化性质包括外观及颜色、粒径和沉速等。颗粒污泥的外观形状多种多样,呈卵形、球形、丝状等;平均直径为1mm左右,一般直径为0.1mm~2mm,直径可在3mm~5mm;颜色多为黑色、灰色、灰白色其它还有淡黄色、暗绿色、红色等;颗粒污泥的沉速随其粒径增加而加大,平均沉速为40m/h~50m/h影响颗粒污泥理化性质的因素包括基质类型或进水水质、运行工况(负荷、温度、pH值等)等。 几种厌氧处理方法的运行参数 方法污水种类规模负荷率/[kg/（m3·d）]停留时间/h温度/℃去除率/(%)厌氧接触法肉类加工肉类加工小麦淀粉朗姆酒蒸馏小试生产 3.2（BOD5）2.5（BOD5）2.5（BOD5）4.5（BOD5）1213.33.6（d）2.0（d） 63.5厌氧生物滤池有机合成污水制药污水酒精上清液Gunr树胶小试生产 2.5（BOD5）3.5（BOD5）7.26（BOD5）7.4（BOD5）964820.8243535283792988560上流式厌氧污泥床糖厂土豆蘑菇加工小试小试生产22.5（BOD5）25~45（BOD5）15.0（BOD5）646.8303530949391