中科晶碩 上流式厭氧污泥床反應器法 上流式厭氧污泥床( Upflow Anaerobie Sludie Blanket,UASB)反應器是由荷蘭的G. Lettinga等人在20世紀70年代初始研制開發,并于1977年應用于工業化生產。污泥床反應器內沒有載體,是一種懸浮生長型的消化器。污水自下而上地通過厭氧污泥床反應器。在反應器的底部有一個高濃度(污泥濃度可達60g/L-80g/L)、高活性的污泥層,大部分的有機物在這里被轉化為CH4和CO2由于產生的污泥活化氣的攪動和污泥粘附氣體的結果,在污泥層的上部可形成一個污泥懸浮層。反應器的上部為澄清區,設有三相分離器,完成氣、液、固相的分離。被分離的消化氣從上部導出,被分離的污泥則自動落到下部反應區。由于在反應器內停留了高濃度的厭氧污泥,使反應器的有機負荷有了很大提高。對于一般的高濃度有機污水,當水溫在30℃左右時,負荷可達8kgCOD/(m3·d)~20kgCOD/(m3·d)。1. UAS反應器構造與組成UASB集生物反應與沉淀于一體,結構緊湊,反應器內部構造，如圖下所示。污水由進水配水系統從反應器底部進入,通過反應區經氣、固、液三相分離器后進入澄清區(圖4-10);氣、固、液分離后,沼氣由氣室收集,再由沼氣管流向沼氣柜;固體(污泥)經澄清區沉淀后自行返回反應區;沉淀后的處理水由出水系統排出。UASB反應器內不設攪拌設備,上升水流和沼氣產生的氣流足可滿足攪拌要求。UASB反應器的構造簡單,便于操作運行,主要組成如下。 圖左：流式厭氧污泥床反應器 圖右：UASB反應器內部構造(1)進水配水系統。其功能主要是將污水均勻地分配到整個反應器,并具有進行水力攪拌的功能。這是反應器高效運行的關鍵之一。(2)反應區。其中包括顆粒污泥層區和懸浮污泥層區,有機污染物主要在這里被厭氧菌分解,是反應器的主要部位。(3)三相分離器。它由澄清區、回流縫和氣封組成。其功能是把氣體(反應過程產生的沼氣)、固體(反應器中的污泥)和液體(被處理的污水)分開。固體經沉淀后由回流縫回到反應區,氣體分離后進入氣室,處理后的污水進入出水系統排出。三相分離的分離效果將直接影響反應器的處理效果。分離器的形式是多種多樣的,但其三項主要功能為:氣液分離、固液分離和污泥回流。(4)出水系統。設置在UASB反應器的頂部,其作用是把澄清區水面處理過的水均勻地加以收集,排出反應器。通常由出水槽引出。(5)氣室,也稱集氣罩。其作用是收集沼氣。2.UASB反應器的工藝特征UASB反應器具有良好的污泥床,可形成一個相當穩定的生物相,較大的絮體具有良好的沉淀性能,有機負荷去除效率高,不需攪動設備,對負荷沖擊,溫度和pH值的變化有一定的適應性等工藝特征,是一種有發展前途的厭氧處理設備。(1)在反應器的上部設置了氣、固、液三相分離器;(2)在反應器底部設置了均勻布水系統;(3)反應器內的污泥能形成顆粒污泥:粒污泥直徑為0.1cm~0.5cm,濕比重為1.04~1.08;顆粒污泥具有良好的沉降性能和很高的產甲烷活性。污泥濃度可達50gVSS/L以上,污泥齡一般為30天以上;(4)水力停留時間大大縮短,具有很高的容積負荷;(5)適于處理高、中濃度有機工業廢水,也可以處理低濃度城市污水;(6)將生物反應與沉淀分離集中在一個反應器內,結構緊湊;(7)無需設置填料,節省費用,提高容積利用率。3.UASB反應器的型式UASB反應器的斷面形狀多為圓形或矩形,矩形斷面便于三相分離器的設計和施工。反應器常為鋼結構或鋼筋混凝土結構;一般不加熱,多采用保溫措施,必須采取防腐措施。根據不同的處理對象,UASB反應器構造型式主要有開敞式UASB反應器和封閉式UASB反應器兩種。(1)開敞式UASB反應器如圖(a)所示,頂部不加密封,或僅加一層不密封的蓋板。多用于處理中低濃度的有機廢水;構造較簡單,易于施工安裝和維修。(2)封閉式UASB反應器如圖(b)所示,封閉式UASB反應器頂部加蓋密封,在液面與池頂之間形成了氣室。適用于處理高濃度的有機污水,其池頂可以做成浮蓋式。 圖上：UASB反應器型式(a)開敞式UASB反應器;(b)封閉式UASB反應器。4.UASB反應器中的顆粒污泥能形成沉降性能良好、活性高的顆粒污泥是UASB反應器的重要特征,顆粒污泥的形成與成熟,是保證UASB反應器高效穩定運行的前提。 顆粒污泥的形成與培養 顆粒污泥的形成與培養一般需要較長時間。可分為:啟動期、顆粒污泥形成期、顆粒污泥成熟期三個階段。UASB反應器中顆粒污泥的培養包括:接種污泥的選擇;維持穩定的環境條件,如溫度、pH值等;污泥負荷保持;保持反應器中低的VFA濃度;表面水力負荷應大于0.3m3/(m2·d),淘汰絮狀污泥;進水中可適當提供無機微粒,如鈣和鐵,同時應補充微量元素(如Ni、Co、Mo)等條件和過程。 (1)啟動期啟動期為顆粒污泥培養形成個階段,即啟動的初始與污泥活性提高階段。在此階段內,反應器內先經接種、啟動,有機負荷一般在0.1 1kgCOD/(m3·d)2.0 kgCOD/(m3·d)以下,運行時間約需3個~4個月(有資料介紹只要1個~1.5個月)。在此階段必須注意以下幾點:一是最初的污泥負荷應低于0.1 kgCOD/(kgTS·d)~0.2 kgCOD/(kgTS·d);二是在污水中原有的及處理過程中產生出來的各種揮發酸未能有效地分解之前,不應增加反應器的負荷三是反應器內的環境條件應控制在有利于厭氧微生物(主要是產甲烷茵)良好繁殖的狀態下。 (2)顆粒污泥形成期第二階段為顆粒污泥形成階段。在此階段內,有機負荷一般控制在2.0 kgCOD/(m3·d)~5.0 kgCOD/(m3·d)。由于有機負荷的逐漸提高,那些顆粒比較細小和沉降性能比較差的污泥將隨出水流出反應器,而重質污泥則留在反應器內由于產氣及其攪拌作用,截留在反應器內的污泥將在重質污泥顆粒的表面富集、絮凝并生長繁殖,最終形成顆粒狀污泥。在污泥負荷為0.6 6kgCOD/( kgVSS)或0.2 kgCOD(kgTS·d)~0. 4kgCOD/(kgTS·d)時,可觀察到顆粒污泥的形成。此階段也需要3個~4個月(有資料介紹只要1個~1.5個月)。 (3)顆粒污泥成熟期第三階段為顆粒污泥成熟期,即污泥床形成階段。在此階段內,反應器的有機負荷大于5 kgCOD/(m3·d)。隨著有機負荷不斷提高,反應器內的污泥濃度逐步提高,顆粒污泥床的高度也相應地不斷增高。正常運行時,此階段內有機負荷也逐漸增加到300kgCOD/(m3·d)50 kgCOD/(m3·d)或更高。通常,當接種污泥充足且操作條件控制得當時,形成具有一定高度的顆粒污泥床需要三四個月的時間。 2)顆粒污泥的理化性質與微觀結構 顆粒污泥的理化性質包括外觀及顏色、粒徑和沉速等。顆粒污泥的外觀形狀多種多樣,呈卵形、球形、絲狀等;平均直徑為1mm左右,一般直徑為0.1mm~2mm,直徑可在3mm~5mm;顏色多為黑色、灰色、灰白色其它還有淡黃色、暗綠色、紅色等;顆粒污泥的沉速隨其粒徑增加而加大,平均沉速為40m/h~50m/h影響顆粒污泥理化性質的因素包括基質類型或進水水質、運行工況(負荷、溫度、pH值等)等。 幾種厭氧處理方法的運行參數 方法污水種類規模負荷率/[kg/（m3·d）]停留時間/h溫度/℃去除率/(%)厭氧接觸法肉類加工肉類加工小麥淀粉朗姆酒蒸餾小試生產 3.2（BOD5）2.5（BOD5）2.5（BOD5）4.5（BOD5）1213.33.6（d）2.0（d） 63.5厭氧生物濾池有機合成污水制藥污水酒精上清液Gunr樹膠小試生產 2.5（BOD5）3.5（BOD5）7.26（BOD5）7.4（BOD5）964820.8243535283792988560上流式厭氧污泥床糖廠土豆蘑菇加工小試小試生產22.5（BOD5）25~45（BOD5）15.0（BOD5）646.8303530949391