1.結(jié)構(gòu)
升流式厭氧污泥反應(yīng)器UASB的基本特征是在反應(yīng)器的上部設(shè)置氣、固、液三相分離器，下部為污泥懸浮層區(qū)和污泥床區(qū)。污水從底部流入，向上升流至頂部流出，混合液在沉淀區(qū)進(jìn)行固、液分離，污泥可自行回流到污泥床區(qū)，使污泥床區(qū)保持很高的污泥濃度。從構(gòu)造和功能上劃分，UASB反應(yīng)器主要由進(jìn)水配水系統(tǒng)、反應(yīng)區(qū)（污泥床區(qū)和污泥懸浮層區(qū)）、沉淀區(qū)、三相分離器、集氣排氣系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)及出水系統(tǒng)和浮渣清除系統(tǒng)組成(見圖 [#]-30)。
反應(yīng)區(qū)中污泥床高度約為反應(yīng)區(qū)總高度的1/3,伹其污泥量約占全部污泥量的2/3以上。污泥床的污泥量大，有機(jī)物濃度高，因此，80%的有機(jī)物去除率是在污泥床內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。雖然污泥懸浮層去除的有機(jī)物量不大，但其高度對(duì)產(chǎn)氣量、混合程度和系統(tǒng)穩(wěn)定性至關(guān)重要。
UASB池型有圓形、方形、矩形等多種形式，小型裝置常為圓柱形，底部呈錐形或圓弧形，大型裝置為便于設(shè)置三相分離器，則一般為矩形，總高度一般為3~ [#]m，其中污泥床1~ [#]m，污泥懸浮層2~ [#]m。當(dāng)污水流量較小而有機(jī)物濃度較高時(shí)，需要的沉淀區(qū)面積小，沉淀區(qū)的面積及池形可與反應(yīng)區(qū)相同。當(dāng)污水流量大而有機(jī)物濃度較低時(shí)，需要的沉淀區(qū)面積大，為使反應(yīng)區(qū)的過(guò)流面積不至于過(guò)大，可加大沉淀區(qū)面積，即使UASB反應(yīng)器上部直徑大于下部直徑。
2.基本原理
UASB反應(yīng)器內(nèi)沒有載體，是一種懸浮生長(zhǎng)型的厭氧消化方法。在反應(yīng)器底部污泥濃度較高的污泥層被稱為污泥床，而在污泥床上部污泥濃度稍低的污泥層被稱為污泥懸浮層，污泥床和污泥懸浮層統(tǒng)稱為反應(yīng)區(qū)。
在厭氧狀態(tài)下，微生物分解有機(jī)物產(chǎn)生的沼氣在上升過(guò)程中產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪動(dòng)，有利于顆粒污泥的形成和維持。污水均勻地進(jìn)人反應(yīng)器的底部，污水向上通過(guò)包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥床，在與污泥顆粒的接觸過(guò)程中發(fā)生厭氧反應(yīng)，經(jīng)過(guò)反應(yīng)的混合液上升流動(dòng)進(jìn)人氣、固、液三相分離器。沼氣泡和附著沼氣泡的污泥顆粒向反應(yīng)器頂部上升，上升到氣體反射板的底面，沼氣泡u污泥絮體脫離。沼氣泡則被收集到反應(yīng)器頂部的集氣室，脫氣后的污泥顆粒沉降到污泥床，繼續(xù)參與進(jìn)水有機(jī)物的分解反應(yīng)。在一定的水力負(fù)荷下，絕大部分污泥顆粒能保留在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，使反應(yīng)區(qū)具有足夠的污泥量。
UASB反應(yīng)器不僅適于處理高、中濃度的有機(jī)污水，也適用于處理城市污水一類的低濃度有機(jī)污水。
3.特點(diǎn)
升流式厭氧污泥反應(yīng)器特點(diǎn)可歸納為：
(1)UASB反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊，集生物反應(yīng)與沉淀于一體。
(2)升流式厭氧污泥反應(yīng)器的大特點(diǎn)是能在反應(yīng)器內(nèi)形成顆粒污泥，使反應(yīng)器內(nèi)平均污泥濃度達(dá)到30~40g/L，底部污泥濃度可高達(dá)60~80g/L。
(3)UASB反應(yīng)器具有很高的容積負(fù)荷，一般為10~ [#]0kgCODCr/(m3-d),高可達(dá)30kgCODc/(m3‘d)。而且水力停留時(shí)間短，通常采用中溫厭氧消化，有時(shí)可以在常溫下運(yùn)行。
(4)反應(yīng)器內(nèi)設(shè)三相分離器，在沉淀區(qū)分離的污泥能自動(dòng)回流到反應(yīng)區(qū)，不需要污泥回流設(shè)備。利用自身產(chǎn)生的沼氣和進(jìn)水水流來(lái)實(shí)現(xiàn)攪拌混合，也不需要混合攪拌設(shè)備。因此，簡(jiǎn)化了工藝環(huán)節(jié)和減少了系統(tǒng)工藝設(shè)備，維護(hù)運(yùn)行較簡(jiǎn)單。
(5)UASB反應(yīng)器內(nèi)沒有載體，是一種懸浮生長(zhǎng)型的厭氧消化方法，不僅節(jié)省投資，而且避免了堵塞問題。
(6)UASB反應(yīng)器的缺點(diǎn)是要求進(jìn)水中的
懸浮物比普通
消化池低得多，特別是難生物降解的有機(jī)固體含量不宜過(guò)高，以免對(duì)污泥顆�；焕驕p少反應(yīng)區(qū)的有效容積，影響處理效果和處理能力；而且啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)水質(zhì)水量和負(fù)荷的變化也比較敏感。
4.顆粒污泥
顆粒污泥的形成實(shí)際上是微生物固定化的一種形式，其外觀為具有相對(duì)規(guī)則的球形或橢圓形黑色(或灰色)顆粒。顆粒污泥的粒徑一般為0.1~ [#]mm，個(gè)別大的有5mm，密度為1.04~ [#].08
258g/cm3,比水略重，具有良好的沉降性能和降解水中有機(jī)物的產(chǎn)甲烷活性。
在光學(xué)顯微鏡下觀察，顆粒污泥呈多孔結(jié)構(gòu)，表面有一層透明膠狀物，其上附著甲烷菌。顆粒污泥靠近外表面部分的細(xì)胞密度大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散、細(xì)胞密度較小，粒徑較大的顆粒污泥往往有一個(gè)空腔，這是由于顆粒污泥內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)不足使細(xì)胞自溶而引起的。大而空的顆粒污泥容易破碎，其破碎的碎片成為新生顆粒污泥的內(nèi)核，一些大的顆粒污泥還會(huì)因內(nèi)部產(chǎn)生的氣體不易釋放出去而容易上浮。
(1)使UASB反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)顆粒污泥的方法
①直接接種法：從正在運(yùn)行的其他UASB反應(yīng)器中取出一定量的顆粒污泥直接投人新的UASB反應(yīng)器后，由少到多逐步加大被處理的污水水量，直到設(shè)計(jì)水量。用這種方法反應(yīng)器投產(chǎn)所需時(shí)間快，但一般只在啟動(dòng)小型UASB反應(yīng)器時(shí)采用這種方法。
②間接接種法：將取自正在運(yùn)行的厭氧處理裝置的厭氧活性污泥，如城市污水處理廠的消化污泥，投人UASB反應(yīng)器后，創(chuàng)造厭氧微生物佳的生長(zhǎng)條件，用人工配制的、含有適當(dāng)營(yíng)養(yǎng)成分的營(yíng)養(yǎng)水進(jìn)行培養(yǎng)，形成顆粒污泥后，再由少到多逐步加大被處理的污水水量，直到設(shè)計(jì)水量。
③直接培養(yǎng)法：將取自正在運(yùn)行的厭氧處理裝置的厭氧活性污泥，如城市污水處理廠的消化污泥，投人UASB反應(yīng)器后，用被處理污水直接培養(yǎng)，形成顆粒污泥后，再逐步加大被處理的污水水量，直到設(shè)計(jì)水量。這種方法反應(yīng)器投產(chǎn)所需時(shí)間較多，可長(zhǎng)達(dá)3~4個(gè)月，大型UASB反應(yīng)器常采用這種方法。
(2)直接培養(yǎng)法培養(yǎng)顆粒污泥的注意事項(xiàng)
直接培養(yǎng)法培養(yǎng)顆粒污泥時(shí)通常使用非顆粒性的污泥，雖然厭氧處理工藝的大多數(shù)菌種要求嚴(yán)格的厭氧條件，但在培養(yǎng)啟動(dòng)時(shí)不必追求嚴(yán)格的厭氧。因此直接培養(yǎng)時(shí)既可以使用非顆粒性的純厭氧污泥，也可以使用經(jīng)過(guò)陳化的好氧剩余污泥，如果有攪拌設(shè)施，還可以投人未經(jīng)消化的脫水污泥。即使引人的污泥中含有一定量的溶解氧，只要不再補(bǔ)充氧，反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧也會(huì)很快被接種泥中的兼性菌消耗掉而終形成嚴(yán)格的厭氧條件。其他注意事項(xiàng)如下：
①好一次投加足夠量的接種厭氧污泥，一般接種厭氧污泥投加量為40_~60kg/m3。同時(shí)進(jìn)水中要補(bǔ)充足夠的營(yíng)養(yǎng)鹽，必要時(shí)還要添加硫、鈣、鈷、鉬、鎳等微量元素。
②為使顆粒污泥盡快形成，開始進(jìn)水時(shí)COD&濃度不宜過(guò)高，二般要低于5000mg/L,可采取加大回流比的方法，使進(jìn)水負(fù)荷按污泥負(fù)荷計(jì)應(yīng)低于0.1~0.2kgCODCr/(kgMLSS-d)0同時(shí)要將反應(yīng)器內(nèi)溫度嚴(yán)格控制在35或50~55T；之間，必要時(shí)將進(jìn)水可用蒸汽加熱；pH值應(yīng)保持在7~ [#].2之間，進(jìn)水堿度一般不低于750mg/L。
③出現(xiàn)小顆粒污泥后，為使小顆粒污泥發(fā)展為大顆粒污泥，要適當(dāng)提高反應(yīng)器表面水力負(fù)荷，將絮狀污泥和分散的細(xì)小顆粒污泥從反應(yīng)器中“洗出”。但是一定要使“洗出”緩慢進(jìn)行、逐步提高水力負(fù)荷，過(guò)度的“洗出”會(huì)使反應(yīng)器內(nèi)污泥量急劇減少而使顆粒污泥培養(yǎng)失敗。有關(guān)試驗(yàn)表明，當(dāng)表面水力負(fù)荷在0.25mV(㎡_h)以上時(shí)，會(huì)使污泥產(chǎn)生水力分級(jí)現(xiàn)象。
④在培養(yǎng)初期，出水中會(huì)夾帶著一些污泥絮片，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度有所降低，在顆粒污泥尚未形成之前，即使反應(yīng)器具有一定去除率，但由于污泥流失量大于生物增長(zhǎng)量，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度還會(huì)繼續(xù)下降。顆粒污泥形成后，隨著容積負(fù)荷的不斷加大，增殖的生物量才會(huì)大于污泥流失量，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度開始增加。因此，培養(yǎng)初期污泥流失造成污泥濃度下降是正�，F(xiàn)象，因培養(yǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，要有耐心，注意觀察和分析有關(guān)化驗(yàn)數(shù)據(jù)。
⑤培養(yǎng)不能長(zhǎng)期在低負(fù)荷下運(yùn)行，當(dāng)出水水質(zhì)較好、COD(> 去除率較高后，應(yīng)當(dāng)逐漸提高負(fù)荷，但不能突然提高負(fù)荷，以防止造成沖擊，對(duì)污泥顆粒化不利。當(dāng)顆粒污泥出現(xiàn)后，應(yīng)當(dāng)在適宜的負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間，以便培養(yǎng)出沉降性能良好的和產(chǎn)甲烷細(xì)菌活性很高的顆粒污泥。一般情況下，高溫55尤運(yùn)行約 [#]00d、中溫35T運(yùn)行約160d，顆粒污泥污泥才能培養(yǎng)完成，低溫201需要運(yùn)行200d以上才有可能培養(yǎng)完成。
⑥培養(yǎng)過(guò)程中應(yīng)控制消化池內(nèi)VFA的濃度在1000mg/L以下，如果污水中原有的和在厭氧發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的各種揮發(fā)性有機(jī)酸濃度較高時(shí)，不能再提高進(jìn)水的有機(jī)負(fù)荷。
5.三相分離器
UASB反應(yīng)器的重要設(shè)備是氣、固、液三相分離器，安裝在反應(yīng)器的上部，將反應(yīng)器分為下部的反應(yīng)區(qū)和上部的沉淀區(qū)。
三相分離器的第一個(gè)重要作用是盡可能有效地分離污泥床中產(chǎn)生的沼氣。集氣室下面反射板的作用就是防止沼氣進(jìn)人沉淀區(qū)和減少反應(yīng)區(qū)產(chǎn)氣量較大時(shí)所造成的液體紊動(dòng)，反應(yīng)器內(nèi)由污泥、污水和沼氣組成的混合液進(jìn)人三相分離器后，沼氣氣泡碰到分離器下部的反射板時(shí)，折向氣室而被有效地分離排出。
三相分離器的第二個(gè)重要作用是取得較好的污泥沉淀效果，保證反應(yīng)區(qū)內(nèi)污泥擁有較高的濃度和良好的性能。經(jīng)過(guò)脫氣的污泥和水經(jīng)孔道進(jìn)人三相分離器的沉淀區(qū)，在重力作用下泥水分離，上清液從沉淀區(qū)上部排出，留在沉淀區(qū)下部的污泥沿著斜壁返回到反應(yīng)區(qū)內(nèi)。
設(shè)置三相分離器是上流式厭氧污泥床UASB的重要結(jié)構(gòu)特征，它對(duì)UASB的正常運(yùn)行和獲得良好的出水水質(zhì)具有十分重要的.作用。一般來(lái)說(shuō)，三相分離器應(yīng)滿足以下要求：
(1)沉淀區(qū)斜壁與水平的傾斜角度約50。(45。~60。），使沉淀在斜板上的污泥不聚集停留，能盡快滑回反應(yīng)區(qū)內(nèi)，這個(gè)角度也決定了三相分離器的高度，算個(gè)高度一般為0.5~ [#].0m。
(2)混合液在進(jìn)人沉淀區(qū)的孔道或縫隙內(nèi)的流速不能大于 [#]m/h,混合液在沉淀區(qū)的表面水力負(fù)荷要在0.7mV(n^h)以下，沉淀區(qū)的總水深應(yīng)> 1.5m，并保證水流在沉淀區(qū)的停留時(shí)間為1.5-2.Oho
(3)盡可能使沼氣泡不進(jìn)入沉淀區(qū)影響沉淀效果，反射板與縫隙之間的遮擋應(yīng)該在100~ [#]00mm，集氣室縫隙部分的面積占反應(yīng)器總面積的15%~20%。
(4)三相分離器內(nèi)的氣、液界面面積必須合適，適當(dāng)?shù)恼託忉尫潘俾蚀蠹s為1~3mV(㎡_h)。釋放速率過(guò)低過(guò)高會(huì)形成浮渣，釋放速率過(guò)高又會(huì)導(dǎo)致形成泡沫，而泡沫和浮渣都可能導(dǎo)致堵塞沼氣排放管。
(5)為盡可能:減少和防止氣室產(chǎn)生和積聚大量的泡沫和浮渣，防止浮渣堵塞沼氣的出氣管，必須保證氣室具有一定的高度，排氣管直徑充足，使氣室排氣暢通無(wú)阻。反應(yīng)器的高度為 [#]?7m時(shí)，集氣室的高度應(yīng)該為1.5~2m。
(6)沉淀區(qū)體積是反應(yīng)器體積的15%~20%，即三相分離器的高度為UASB反應(yīng)器總高度的15%~20%。
(7)當(dāng)處理污水有嚴(yán)重的泡沫問題時(shí)，在集氣室的上部還要設(shè)置消泡噴嘴。
6.UASB的布水器
UASB反應(yīng)器的進(jìn)水布水器兼有配水和水力攪拌的作用，對(duì)于顆粒污泥的形成和處理效果的影響很大。總體要求和原則是：
①進(jìn)水裝置分配到各點(diǎn)的流量相同，使反應(yīng)器內(nèi)單位面積的進(jìn)水量相同，防止發(fā)生短路現(xiàn)象；
②能很容易方便地觀察和發(fā)現(xiàn)進(jìn)水管的堵塞情況，而且管道堵塞后清除過(guò)程也很容易；③在滿足配水要求的同時(shí)，還要滿足污泥床水力攪拌的需要，保證進(jìn)水有機(jī)物與污泥迅速混合，防止局部產(chǎn)生酸化現(xiàn)象。
為確保進(jìn)水等量地分布在池底，取得均勻布水的要求，每個(gè)進(jìn)水管與一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)相連是理想的狀態(tài)，這樣可以保證每根配水管流量相等，而且可以很容易用肉眼觀察堵塞情況。但這種方式一般只用在小規(guī)模的厭氧處理處理裝置上，在較大規(guī)模的厭氧處理處理裝置上常用的是分支式配水方式和一管多孔配水方式。(見圖 [#]-31)。
分支式配水方式的配水支管對(duì)稱布置，各支管的出水口向下并處于所服務(wù)面積的中心，管口對(duì)準(zhǔn)池底所設(shè)的反射錐體，使射流向四周散開、均布于池第，其特點(diǎn)是采用較長(zhǎng)的配水支管增加沿程阻力來(lái)達(dá)到布水均勻的目的。
一管多孔配水方式是在配水橫管上開孔的方式布水，多個(gè)進(jìn)水口由一個(gè)進(jìn)水管負(fù)擔(dān)，其特點(diǎn)是使出水孔損失大于穿孔管的沿程阻力來(lái)達(dá)到布水均勻的目的。
7.容積負(fù)荷的影響
容積負(fù)荷對(duì)升流式厭氧污泥反應(yīng)器的影響主要有：
(1)UASB反應(yīng)器所能承受的容積負(fù)荷與反應(yīng)器內(nèi)厭氧反應(yīng)溫度、污水的水質(zhì)水量有關(guān)，尤其是與污水中有機(jī)污染物成分及含量濃度有關(guān)。
(2)UASB反應(yīng)器所能承受的容積負(fù)荷與反應(yīng)器內(nèi)能否形成顆粒污泥也有很大關(guān)系。形成顆粒污泥后，如果溫度及其他相關(guān)條件合適，UASB反應(yīng)器所能承受的容積負(fù)荷值有時(shí)可以高達(dá)每天30kgCOD&/m3左右。但如果不能形成厭氧顆粒污泥，而主要為絮狀污泥，那么UASB反應(yīng)器的容積負(fù)荷一般不要超過(guò)每天 [#]kgCODc/m3;如果容積負(fù)荷過(guò)高，厭氧絮狀污泥就會(huì)大量流失，導(dǎo)致UASB反應(yīng)器失效。
(3)對(duì)某種具體工業(yè)廢水，要通過(guò)試驗(yàn)確定UASB反應(yīng)器所能承受的容積負(fù)荷，也可以參考選用同類污水采用同類UASB反應(yīng)器的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)。
8.運(yùn)行管理注意事項(xiàng)
(1)容積負(fù)荷要適當(dāng)：容積負(fù)荷適中是UASB正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一，過(guò)高或過(guò)低都將影響其處理效果。
(2)UASB的各個(gè)組成部分都要采取有效的防腐措施以防止揮發(fā)性脂肪酸、硫化氫等具有強(qiáng)烈腐蝕作用的厭氧反應(yīng)中間產(chǎn)物對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部產(chǎn)生的破壞作用，從而延長(zhǎng)UASB反應(yīng)器的使用壽命。
(3)浮渣要及時(shí)清除：在處理一些高濃度有機(jī)污水時(shí)，容易產(chǎn)生泡沫和污泥漂浮現(xiàn)象，時(shí)間一長(zhǎng)，會(huì)在UASB反應(yīng)器內(nèi)液面聚積形成一層很厚的浮渣。浮渣層的存在，會(huì)阻礙沼氣的順利釋放，對(duì)厭氧污泥的正常沉降產(chǎn)生干擾，因而使出水夾帶大量懸浮污泥、影響出水水質(zhì)。為此，要在出水堰前設(shè)置浮渣擋板，減少出水中懸浮物的含量，還要用刮渣機(jī)或人工定期將浮渣從反應(yīng)器中清除出來(lái)。
(4)及時(shí)排出剩余污泥：厭氧污泥增殖雖然很慢，但隨著UASB反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，還是要逐漸積累增多，如果不及時(shí)排出，泥齡過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致厭氧污泥活性下降，出水中懸浮物的含量也會(huì)增高。小型UASB反應(yīng)器(截面小于10㎡)，可使用一個(gè)排泥管定期排泥即可。如果UASB反應(yīng)器尺寸較大，要注意排泥均勻，必須進(jìn)行多點(diǎn)均勻排泥，以防厭氧污泥床區(qū)的污泥分布不均。否則，排泥時(shí)排泥口附近的污泥濃度有可能過(guò)低，污泥床區(qū)局部處理效果下降，進(jìn)而影響整個(gè)出水水質(zhì)。為防堵塞，排泥管管徑要不小于200mm。為運(yùn)行操作方便，也可將排泥口設(shè)在三相分離器下0.5m以下污泥懸浮層區(qū)的某個(gè)位置。
(5)進(jìn)水配水必須均勻。
(6)污水在UASB反應(yīng)器中的上升流速要控制在l?2m/h,過(guò)高會(huì)使出水中懸浮物的含量增高；過(guò)低則起不到水力攪拌的作用，不能使污泥區(qū)污泥呈懸浮狀態(tài)，此時(shí)污泥會(huì)沉積在反應(yīng)器底部，達(dá)不到使進(jìn)水與污泥充分接觸混合的目的。
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