上流式厭氧污泥床UASB工藝

1、上流式厭氧污泥床(UASB)工藝一、序言厭氧生物辦理作為利用厭氧性微生物的代謝特點，在毋需供應外源能量的條件下，以被還原有機物作為受氫體，同時產(chǎn)生有能源價值的甲烷氣體。厭氧生物辦理法不但適用于高濃度有機廢水，進水BOD最高濃度可達數(shù)萬mg/1,也可適用于低濃度有機廢水，如城市污水等。厭氧生物辦理過程能耗低；有機容積負荷高，一般為5-10kgCOD/m3.d,最高的可達30-50kgCOD/m3.d:節(jié)余污泥量少；厭氧菌對營養(yǎng)需求低、耐毒性強、可降解的有機物分子量高；耐沖擊負荷能力強；產(chǎn)出的沼氣是一種干凈能源。在全社會提倡循環(huán)經(jīng)濟，關注工業(yè)荒棄物推行資源化再生利用的今天，厭氧生物辦理顯然是能夠使

2、污水資源化的優(yōu)選工藝。近來幾年來，污水厭氧辦理工藝發(fā)展十分迅速，各種新工藝、新方法不斷出現(xiàn)，包括有厭氧接觸法、升流式厭氧污泥床、檔板式厭氧法、厭氧生物濾池、厭氧膨脹床和流化床，以及第三代厭氧工藝EGSB和IC厭氧反應器，發(fā)展十分迅速。而升流式厭氧污泥床UASB(Up-flowAnaerobicSludgeBed,注：以下簡稱UASB)工藝由于擁有厭氧過濾及厭氧活性污泥法的雙重特點，作為能夠?qū)⑽鬯械奈廴疚镛D(zhuǎn)變?yōu)樵偕蓛裟茉矗?沼氣的一項技術。對于不相同含固量污水的適應性也強，且其結構、運行操作保護管理相對簡單，造價也相對較低，技術已經(jīng)成熟，正日益受到污水辦理業(yè)界的重視，獲取廣泛的歡迎和應用。本

3、文試圖就UASB的運起色理和工藝特點以及UASB的設計啟動等方面作一簡要闡述UASB的由來1971年荷蘭瓦格寧根(Wageningen)農(nóng)業(yè)大學拉丁格(Lettinga)教授經(jīng)過物理結構設計，利用重力場對不相同密度物質(zhì)作用的差異，發(fā)了然三相分別器。使活性污泥停留時間與廢水停留時間分別，形成了上流式厭氧污泥床(UASB)反應器的雛型。1974年荷蘭CSM公司在其6m3反應器辦理甜菜制糖廢水時，發(fā)現(xiàn)了活性污泥自身固定化體系形成的生物聚體結構，即顆粒污泥(granularsludge)o顆粒污泥的岀現(xiàn)，不但促進了以UASB為代表的第二代厭氧反應器的應用和發(fā)展，而且還為第三代厭氧反應器的出生確定了基礎

4、。三、UASB工作原理UASB由污泥反應區(qū)、氣液固三相分別器(包括積淀區(qū))平和室三部分組成。在底部反應區(qū)內(nèi)存留大量厭氧污泥，擁有優(yōu)異的積淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要辦理的污水從厭氧污泥床底部流入與污泥層中污泥進行混雜接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機物，把它轉(zhuǎn)變?yōu)檎託?。沼氣以細小氣泡形式不斷放出，細小氣泡在上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的氣泡，在污泥床上部由于沼氣的攪動形成一個污泥濃度較稀少的污泥和水一起上升進入三相分別器，沼氣碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的周圍，爾后穿過水層進入氣室，集中在氣室沼氣，用導管導出，固液混雜液經(jīng)過反射進入三相分別器的積淀區(qū)，污水中的污泥

5、發(fā)生絮凝，顆粒逐漸增大，并在重力作用下沉降。積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，與污泥分別后的辦理出水從積淀區(qū)溢流堰上部溢出，爾后排出污泥床。基本出要求有：(1)為污泥絮凝供應有利的物理、化學和力學條件，使厭氧污泥獲取并保持優(yōu)異的積淀性能；(2)優(yōu)異的污泥床?？尚纬梢环N相當牢固的生物相，保持特定的微生態(tài)環(huán)境，能抵抗較強的擾動力，較大的絮體擁有優(yōu)異的積淀性能，從而提高設施內(nèi)的污泥濃度；(3)經(jīng)過在污泥床設施內(nèi)設置一個積淀區(qū)，使污泥細顆粒在積淀區(qū)的污泥層內(nèi)進一步絮凝和積淀，爾后回流入污泥床內(nèi)。四、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

6、產(chǎn)襟懷和反應區(qū)高度相關，一般來說，反應區(qū)下部污泥層內(nèi)，由于產(chǎn)氣的結果，部分斷面經(jīng)過的襟懷較多，形成一股上升的氣流，帶動部分混雜液(指污泥與水)作向上運動。與此同時，這股氣、水流周圍的介質(zhì)則向下運動，造成逆向混雜，這種流態(tài)造成水的短流。在遠離這股上升氣、水流的地方簡單形成死角。在這些死角處也擁有必然的產(chǎn)襟懷，形成污泥和水的緩慢而稍微的混雜，因此說在污泥層內(nèi)形成不相同程度的混雜區(qū)，這些混雜區(qū)的大小與短流程度相關。懸浮層內(nèi)混合液，由于氣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)襟懷較少的情況下，有時污泥層與懸浮層有顯然的界線，而在產(chǎn)氣量很多的情況下，這個界面不顯然。相關試驗表示，在

7、積淀區(qū)內(nèi)水流呈推流式，但積淀區(qū)依舊還有死區(qū)和混雜區(qū)。UASB內(nèi)污泥濃度與設施的有機負荷率相關。是辦理制糖廢水試驗時，UASB內(nèi)污泥分布與負荷的關系。從圖中可看岀污泥層污泥濃度比懸浮層污泥濃度高，懸浮層的上下部分污泥濃度差較小，說明湊近完好混雜型流態(tài)，反應區(qū)內(nèi)污泥的頒，當有機負荷很高時污泥層和懸浮層分界不顯然。試驗表示，污水經(jīng)過底部0.4-0.6m的高度，已有90%的有機物被轉(zhuǎn)變。因此可知厭氧污泥擁有極高的活性，改變了長遠以來認為厭氧辦理過程進行緩慢的看法。在厭氧污泥中，積累有大量高活性的厭氧污泥是這種設施擁有巨大辦理能力的主要原因，而這又歸于污泥擁有良好的積淀性能。UASB擁有高的容積有機負荷

8、率，其主要原因是設施內(nèi)，特別是污泥層內(nèi)保有大量的厭氧污泥。工藝的牢固性和高效性很大程度上取決于生成擁有優(yōu)異沉降性能和很高甲烷活性的污泥，特別是顆粒狀污泥。與此相反，若是反應區(qū)內(nèi)的污泥以松弛的絮凝狀體存在，經(jīng)常出現(xiàn)污泥上浮流失，使UASB不能夠在較高的負荷下牢固運行。依照UASB內(nèi)污泥形成的形態(tài)和達到的COD容積負荷，能夠?qū)⑽勰囝w?；^程大致分為三個運行期：(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，此運行期污泥沉降性能一般；(2)顆粒污泥形成期：這一運行期的特點是有小顆粒污泥開始出現(xiàn)，當污泥床內(nèi)的總SS量和總VSS量降至最低時本運行期即告結束，這一

9、運行期污泥沉降性能不太好；(3)顆粒污泥成熟期：這一運行期的特點是顆粒污泥大量形成，由下至上逐步充滿整個UASBo當污泥床容積負荷達到16kgCOD/m3.d以上時，能夠認為顆粒污泥已培養(yǎng)成熟。該運行期污泥沉降性很好。五、外設積淀池防范污泥流失在UASB內(nèi)雖有氣液固三相分別器，混雜液進入積淀區(qū)前已把氣體分別，但由于積淀區(qū)內(nèi)的污泥仍擁有較高的產(chǎn)甲烷活性，繼續(xù)在積淀區(qū)內(nèi)產(chǎn)氣；也許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，結果沉淀區(qū)固液分別不好，發(fā)生污泥流失而影響了水質(zhì)和污泥床中污泥濃度。為了減少岀水所帶的懸浮物進入水體，外面另設一積淀池，積淀下來的污泥回流到污泥床內(nèi)。設置外面積淀池的好處

10、是：污泥回流可加速污泥的積累，縮短啟動周期；去除懸浮物，改進出水水質(zhì)；當有時發(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牢固性；回流污泥可作進一步分解，可減少節(jié)余污泥量。六、UASB的設計UASB的工藝設計主若是計算UASB的容積、產(chǎn)襟懷、節(jié)余污泥量、營養(yǎng)需求的平衡量。UASB的池形狀有圓形、方形、矩形。污泥床高度一般為3-8m,多用鋼筋混凝土建造。當污水有機物濃度比較高時，需要的積淀區(qū)與反應區(qū)的容積比值小，反應區(qū)的面積可采用與積淀區(qū)相同的面積和池形。當污水有機物濃度低時，需要的積淀面積大，為了保證反應區(qū)的必然高度，反應區(qū)的面積不能夠太大時，則可采用反應區(qū)的面積小于積淀區(qū)，即污泥床

11、上部面積大于下部的池形。氣液固三相分別器是UASB的重要組成部分，它對污泥床的正常運行和獲優(yōu)異的岀水水質(zhì)起十分重要的作用，因此設計時應恩賜特其余重視。依照經(jīng)驗，三相分別器應滿足以下幾點要求：1、混和液進入積淀區(qū)之關，必定將其中的氣泡予以脫出，防范氣泡進入積淀區(qū)影響積淀；2、積淀器斜壁角度約可大于45度角；3積淀區(qū)的表面水力負荷應在0.7m3/m2.h以下，進入積淀區(qū)前，經(jīng)過積淀槽低縫的流速不大于2m/m2.h；4、處于集氣器的液一氣界面上的污泥要很好地使之吞沒于水中；5、應防范集氣器內(nèi)產(chǎn)生大量泡沫。第2、3兩個條件能夠經(jīng)過適當選擇積淀器的深度一面積比來加以滿足。對于低濃度污水，主要用限制表面水

12、力負荷來控制；對于中等濃度和高濃度污水，在極高負荷下，單位橫截面上釋放的氣體體積可能成為一個臨界指標。但是直到現(xiàn)在國內(nèi)外所獲取的成就表示，只要負荷率不高出20kgCOD/m3.d,UASB高度還沒有見到有大于10m的報道，第三代厭氧反應器除外。污泥與液體的分別基于污泥絮凝、積淀和過濾作用。因此在運行操作過程中，應該盡可能創(chuàng)立污泥能夠形成絮凝沉降的水力條件，使污泥擁有優(yōu)異的絮凝、積淀性能，不但對于分別器的工作是擁有重要意義，對于整個有機物去除率更加至關重要。特別要注意防范氣泡進入積淀區(qū)，要使固？?液進入積淀區(qū)從前就與氣泡很好分離。在氣？?液表面上形成浮渣能迫使一些氣泡進入積淀區(qū)，因此在設計中必定

13、事先就考慮到：1）采用合適的技術措施，盡可能防范浮渣的形成條件，防范浮渣層的形成；（2）必定要有沖散浮渣的設施或裝置，在污泥反應區(qū)一旦出現(xiàn)浮渣的情況下，能夠及吋破壞浮渣層的形成，或能夠及時消除浮渣。如上所述，UASB中污水與污泥的混雜是靠上升的水流和發(fā)酵過程中產(chǎn)生的氣泡來完成的。因此，一般采用多點進水，使進水平均地分布在床斷面上，其中的要點是要平均？?勻速、勻量。UASB容積的計算一般按有機物容積負荷或水力停留時間進行。設計時可通過試驗決定參數(shù)或參照同類廢水的設計和運行參數(shù)。七、UASB的啟動1、污泥的馴化UASB設施啟動的難點是獲取大量沉降性能優(yōu)異的厭氧顆粒污泥。最好的辦法加以馴化，一般需要

14、3-6個月，若是靠設施自己積累，投產(chǎn)期最長可長達12年。實踐表示，投加少量的載體，有利于厭氧菌的附著，促進初期顆粒污泥的形成；比重大的絮狀污泥比輕的易于顆?；?；比甲烷活性高的厭氧污泥可縮短啟動期。2、啟動操作要點最好一次投加足夠量的接種污泥；(2)啟動初期從污泥床流出的污泥能夠不予回流，以使特別輕的和細碎污泥跟懸浮物連續(xù)地從污泥床排出體外，使較重的活性污泥在床內(nèi)積累，并促進其增殖逐漸達到顆?；?；啟動開始廢水COD濃度較低時，未必就能讓污泥顆?；俣燃铀?；最初污泥負荷率一般在0.1-0.2kgCOD/kgTSS.d左右比較合適；污水中原來存在的和厭氧分解出來的多種揮發(fā)酸未能有效分解從前，不應隨意

15、提高有機容積負荷，這需要追蹤觀察和水樣化驗；(6)可降解的COD去除率達到70780%左右時，能夠逐漸增加有機容積負荷率；(7)為促進污泥顆?；磻獏^(qū)內(nèi)的最小空塔速度不能低于lm/d,采用較高的表面水力負荷有利于小顆粒污泥與污泥絮凝分開，使小顆粒污泥凝并為大顆粒。八、UASB工藝的優(yōu)缺點UASB的主要優(yōu)點是：1、UASB內(nèi)污泥濃度高，平均污泥濃度為2040gVSS/l；2、有機負荷高，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、無混雜攪拌設施，靠發(fā)酵過程中產(chǎn)生的沼氣的上升運動，使污泥床上部的污泥處于懸浮狀態(tài)，對下部的污泥層也有必然程度的攪動；4、污泥床不填載體，節(jié)約造價及防范因填料發(fā)生堵賽問題；5、UASB內(nèi)設三相分別器，