反应器原理

    UASB由污泥反应区、液固三相分离器(包括沉淀区)和室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的机物，把它转化为沼。沼以微小泡形式不断放出，微小泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的泡，在污泥床上部由于沼的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入室，集中在室沼，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后出污泥床。

UASB内的流态和污泥分布

    UASB内的流态相当复杂，反应区内的流态与产量和反应区高度相关，一般来说，反应区下部污泥层内，由于产的结果，部分断面通过的量较多，形成一股上升的流，带动部分混合液(指污泥与水)作向上运动。与此同时，这股、水流周围的介质则向下运动，造成逆向混合，这种流态造成水的短流。在远离这股上升、水流的地方容易形成死角。在这些死角处也具一定的产量，形成污泥和水的缓慢而微弱的混合，所以说在污泥层内形成不同程度的混合区，这些混合区的大小与短流程度关。悬浮层内混合液，由于体币的运动带动液体以较高速度上升和下降，形成较强的混合。在产量较少的情况下，时污泥层与悬浮层明显的界线，而在产量较多的情况下，这个界面不明显。关试验表明，在沉淀区内水流呈推流式，但沉淀区仍然还死区和混合区。

    葫芦岛市UASB厌氧反应器内污泥浓度与设备的机负荷率关。是处理制糖废水试验时，UASB内污泥分布与负荷的关系。从图中可看出污泥层污泥浓度比悬浮层污泥浓，悬浮层的上下部分污泥浓度差较小，说明接近完混合型流态，反应区内污泥的颁，当机负荷很高时污泥层和悬浮层分界不明显。试验表明，污水通过底部0.4-0.6m的高度，已90%的机物被转化。由此可见厌氧污泥具高的活性，改变了以来认为厌氧处理过程进行缓慢的概念。在厌氧污泥中，积累大量高活性的厌氧污泥是这种设备具巨大处理能力的主要原因，而这又归于污泥具良好的沉淀性能。

    UASB厌氧反应器具高的容积机负荷率，其主要原因是设备内，别是污泥层内保大量的厌氧污泥。工艺的稳定性和强效性很大程度上取决于生成具优良沉降性能和很高甲烷活性的污泥，尤其是颗粒状污泥。与此相反，如果反应区内的污泥以松散的絮凝状体存在，往往出现污泥上浮流失，使UASB不能在较高的负荷下稳定。

    根据UASB内污泥形成的形态和达到的COD容积负荷，可以将污泥颗粒化过程大致分为三个期:

    (1)接种启动期:从接种污泥开始到污泥床内的COD容积负荷达到5kgCOD/m3.d左右，此期污泥沉降性能一般;

    (2)颗粒污泥形成期:这一期的点是小颗粒污泥开始出现，当污泥床内的总SS量和总VSS量降至低时本期即告结束，这一期污泥沉降性能不太好;

    (3)颗粒污泥成熟期:这一期的点是颗粒污泥大量形成，由下为上逐步充满整个UASB。当污泥床容积负荷达到16kgCOD/m3.d以上时，可以认为颗粒污泥已培养成熟。该期污泥沉降性很好。

 外设沉淀池防止污泥流失

    在UASB内虽液固三相分离器，混合液进入沉淀区前已把体分离，但由于沉淀区内的污泥仍具较高的产甲烷活性，继续在沉淀区内产;或者由于冲击负荷及水质突然变化，可能使反应区内污泥膨胀，结果沉淀区固液分离不佳，发生污泥流失而影响了水质和污泥床中污泥浓度。为了减少出水所带的悬浮物进入水体，外部另设一沉淀池，沉淀下来的污泥回流到污泥床内。

设置外部沉淀池的好处是:

    (1)污泥回流可加速污泥的积累，缩短启动周期;

    (2)去除悬浮物，改善出水水质;

    (3)当偶尔发生大量漂泥时，提高了可见性，能够及时回收污泥保持工艺的稳定性;

    (4)回流污泥可作进一步分解，可减少剩余污泥量。

    UASB厌氧反应器废水被尽可能均匀的引入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水和污泥颗粒接触的过程。在厌氧状态下产生的沼（主要是甲烷和二氧化碳）引起了内部的循环，这对于颗粒污泥的形成和维持利。在污泥层形成的一些体附着在污泥颗粒上，附着和没附着的体向反应器部上升。上升到表面的污泥撞击三相反应器体发射器的底部，引起附着泡的污泥絮体脱。泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，附着和没附着的体被收集到反应器部的三相分离器的集室。UASB厌氧反应器中的厌氧反应过程与其他厌氧生物处理工艺一样，包括水解，酸化，产乙酸和产甲烷等。通过不同的微生物参与底物的转化过程而将底物转化为终产物——沼、水等机物

在厌氧消化反应过程中参与反应的厌氧微生物主要以下几种：

    ① 解—发酵(酸化)细菌，它们将复杂结构的底物水解发酵成各种机酸，乙醇，糖类，氢和二氧化碳；

    ② 乙酸化细菌，它们将*步水解发酵的产物转化为氢、乙酸和二氧化碳；

    ③ 产甲烷菌，它们将简单的底物如乙酸、甲醇和二氧化碳、氢等转化为甲烷 。

基本要求:

    (1)为污泥絮凝提供利的物理、化学和力学条件，使厌氧污泥获得并保持良好的沉淀性能;

    (2)良好的污泥床常可形成一种相当稳定的生物相，保持定的微生态环境，能抵抗较强的扰动力，较大的絮体具良好的沉淀性能，从而提高设备内的污泥浓度;

    (3)通过在污泥床设备内设置一个沉淀区，使污泥细颗粒在沉淀区的污泥层内进一步絮凝和沉淀，然后回流入污泥床内。

UASB的启动

1、污泥的驯化

    UASB设备启动的难点是获得大量沉降性能良好的厌氧颗粒污泥。加以驯化，一般需要3-6个月，如果靠设备自身积累，投产期长可长达1-2年。实践表明，投加少量的载体，利于厌氧菌的附着，促进初期颗粒污泥的形成;比重大的絮状污泥比轻的易于颗粒化;比甲烷活性高的厌氧污泥可缩短启动期。

2、启动操作要点

    (1)应一次投加足够量的接种污泥;

    (2)启动初期从污泥床流出的污泥可以不予回流，以使别轻的和细碎污泥跟悬浮物连续地从污泥床出体外，使较重的活性污泥在床内积累，并促进其增殖逐步达到颗粒化;

    (3)启动开始废水COD浓度较低时，未必就能让污泥颗粒化速度加快;

    (4)初污泥负荷率一般在0.1-0.2kgCOD/kgTSS.d左右比较合适;

    (5)污水中原来存在的和厌氧分解出来的多种挥发酸未能效分解之前，不应随意提高机容积负荷，这需要跟踪观察和水样化验;

    (6)可降解的COD去除率达到70-80%左右时，可以逐步增加机容积负荷率;

    (7)为促进污泥颗粒化，反应区内的小空塔速度不可低于1m/d，采用较高的表面水力负荷利于小颗粒污泥与污泥絮凝分开，使小颗粒污泥凝并为大颗粒。

厌氧生物处理的主要特点哪些?

    ⑴ 能耗较低：因为厌氧生物处理不需要供氧，能源消耗约为好氧活性污泥法的1/10，还能产生具较高热值的甲烷(CH4)。每去除1gCODcr可以产生0.35规准升甲烷或0.7规准升沼。沼的热值为22.7KJ/L,甲烷的热值为39300KJ/m3，一般天然的热值为34300KJ/m3 。

    ⑵ 污泥产量低：因为厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，好氧生物处理系统每处理1kgCODcr产生的污泥量为0.25～0.6kg，而厌氧生物处理系统每处理1kgCODcr产生的污泥量只0.02～0.18kg。

    ⑶可对好氧生物处理系统不能降解的一些大分子机物进行*降解或部分降解。

    ⑷ 厌氧微生物对温度、PH等环境因素的变化更为敏感，管理好厌氧生物处理系统的难度较大。

    ⑸ 水温适应广：好氧处理水温在10～35℃之间，当高温时就需采取降温措施;而厌氧处理水温适应，分低温厌氧(10～30℃)、中温厌氧(30～40℃)和高温厌氧(50～60℃)。

设计

    UASB的工艺设计主要是计算UASB的容积、产量、剩余污泥量、营养需求的平衡量。UASB的池形状圆形、方形、矩形。污泥床高度一般为3-8m，多用钢筋混凝土建造。当污水机物浓度比较高时，需要的沉淀区与反应区的容积比值小，反应区的面积可采用与沉淀区相同的面积和池形。当污水机物浓度低时，需要的沉淀面积大，为了反应区的一定高度，反应区的面积不能太大时，则可采用反应区的面积小于沉淀区，即污泥床上部面积大于下部的池形。液固三相分离器是UASB的重要组成部分，它对污泥床的正常和获良好的出水水质起十分重要的，因此设计时应给予别的重视。根据经验，三相分离器应满足以下几点要求:

    1、混和液进入沉淀区之关，必须将其中的泡予以脱出，防止泡进入沉淀区影响沉淀;

    2、沉淀器斜壁角度约可大于45度角;

    3、沉淀区的表面水力负荷应在0.7m3/m2.h以下，进入沉淀区前，通过沉淀槽低缝的流速不大于2m/m2.h;

    4、处于集器的液一界面上的污泥要很好地使之浸没于水中;

    5、应防止集器内产生大量泡沫。

UASB的主要优点是:

    1、UASB内污泥浓，平均污泥浓度为20-40gVSS/1;

    2、机负荷高，水力停留时间短，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3.d左右;

    3、混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也一定程度的搅动;

    4、污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题;

    5、葫芦岛市UASB厌氧反应器内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。

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