環(huán)保水圈技術(shù)厭氧生化系統(tǒng)

水處理技術(shù)第七篇——厭氧生化系統(tǒng)升流式厭氧污泥層反應(yīng)器U

A

S

B升流式厭氧污泥層反應(yīng)器是荷蘭學(xué)者

等人在70年代初開發(fā)的，在國(guó)外，目前已廣泛用于高濃度有機(jī)廢水處理，規(guī)模較大的容積達(dá)5500m3，每天可產(chǎn)沼氣2000m3，COD去除率85%。1980年代，

市環(huán)境保護(hù)

、

、哈爾濱建筑工業(yè)大學(xué)開展了UASB的研究，目前在我國(guó)工業(yè)廢水處理中已得到廣泛應(yīng)用。UASB反應(yīng)器工作原理工藝特征：反應(yīng)器上部設(shè)置氣、固、液三相分離器；反應(yīng)器下部為污泥懸浮層區(qū)和污泥床區(qū)；反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)污泥顆?；w粒污泥的粒徑一般為0.1-0.2cm，

為1.04-1.08，具有良好的沉降性能和很高的產(chǎn)甲烷活性；反應(yīng)器內(nèi)污泥的平均濃度可達(dá)50gVSS/L左右，污泥泥齡一般在30天以上，而反應(yīng)器的水力停留時(shí)間比較短；UASB反應(yīng)器具有很高的容積負(fù)荷，在中溫發(fā)酵條件下，一般可達(dá)10kgCOD/(m3·d)左右，甚至能夠高達(dá)15-40kgCOD/(m3·d)。；反應(yīng)器不僅適于處理高、中等濃度的有機(jī)廢水，也適用于處理城市肥水這樣的低濃度有機(jī)廢水。UASB反應(yīng)器構(gòu)造構(gòu)造：進(jìn)配水系統(tǒng)：1、將進(jìn)入反應(yīng)器的原廢水均勻地分配到反應(yīng)器整個(gè)橫斷面；并均勻上升；2、起到水力攪拌的作用，這都是反應(yīng)器高效運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。顆粒污泥區(qū)和懸浮污泥區(qū)：在反應(yīng)區(qū)內(nèi)存留大量厭氧污泥，具有良好凝聚和沉淀性能的污泥在池底部形成顆粒污泥層。廢水從厭氧污泥床底部流入，與顆粒污泥層中的污泥進(jìn)行混合接觸，污泥中的微生物分解有機(jī)物，同時(shí)產(chǎn)生的微小沼氣氣泡不斷地放出。微小氣泡在上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的氣泡。在顆粒污泥層上部，由于沼氣的攪動(dòng)，形成一個(gè)污泥濃度較小的懸浮物污泥層。UASB反應(yīng)器構(gòu)造構(gòu)造：三相分離器：由沉淀區(qū)、回流縫和氣封組成，其功能是將氣體（沼氣）、固體（污泥）和液體（廢水）等三相進(jìn)行分離。沼氣進(jìn)入氣室，污泥在沉淀區(qū)進(jìn)行沉淀，并經(jīng)回流縫匯流到反應(yīng)區(qū)。經(jīng)沉淀澄清后的廢水作為處理水排出反應(yīng)器。氣室、集氣罩：收集產(chǎn)生的沼氣，并將其導(dǎo)出氣室送往沼氣柜。處理水排出系統(tǒng)：將沉淀區(qū)水面上的處理水，均勻地加以收集，并將其排出反應(yīng)器。排泥系統(tǒng)和浮渣清除系統(tǒng)。UASB反應(yīng)器分類開敞式UASB反應(yīng)器特點(diǎn)：頂部不加密封，出水水面開放或加一層不密封的蓋板。適用于處理中低濃度的有機(jī)廢水。在沉淀區(qū)產(chǎn)生的沼氣數(shù)量少，一般不收集。構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，易于施工安裝和維修。UASB反應(yīng)器分類封閉式UASB反應(yīng)器特點(diǎn)：頂部加蓋密封。液面與地頂之間形成一個(gè)氣室，可以同時(shí)收集反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)產(chǎn)生的沼氣。適用于處理高濃度有機(jī)廢水或含硫酸鹽較高的有機(jī)廢水。UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有下列幾項(xiàng)：首先根據(jù)處理廢水的性質(zhì)選定適宜的地型和確定有效容積及其主要部位的尺寸，如高、直徑、長(zhǎng)寬比等。其次，設(shè)計(jì)進(jìn)水配水系統(tǒng)、出水系統(tǒng)和三相分離器。此外還要考慮排泥和掛渣系統(tǒng)。UASB反應(yīng)器有效容積采用進(jìn)水容積負(fù)荷法進(jìn)行確定：??

=????0??????

=

??

·??????HRT=1?????2??1V——反應(yīng)器有效容積，m3；Q——廢水流量，m3/d；S0——進(jìn)水有機(jī)物濃度，gCOD/L或gBOD5/L；Nv——容積負(fù)荷，kgCOD或BOD5/（m3·d）；C1、C2——反應(yīng)常數(shù)。溫度（℃）設(shè)計(jì)容積負(fù)荷[kgCOD/(m3/d)]高溫（50-55）20-30中溫（30-35）10-20常溫（20-25）5-10低溫（10-15）2-5UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)UASB反應(yīng)器的有效高度通常應(yīng)通過試驗(yàn)確定：現(xiàn)行生產(chǎn)性裝置的有效高度常采用4-6m。低濃度廢水，水力停留時(shí)間較短，常采用較小的高度，濃度較高的廢水水力停留時(shí)間長(zhǎng)，則常采用較大的反應(yīng)器高度。UASB反應(yīng)器的面積：從布水均勻性考慮。矩形的長(zhǎng)/寬比較大，較為合適，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性，矩形池的長(zhǎng)/寬比在2：1以下較為合適。長(zhǎng)/寬比在4：1時(shí)費(fèi)用增加十分顯著。UASB反應(yīng)器的座數(shù)：一般設(shè)二座或二座以上反應(yīng)器。單座尺寸不過大，避免體積過大導(dǎo)致布水不均型的問題，有利于反應(yīng)器之間的污泥接種，同時(shí)便于

與檢修。UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)進(jìn)水配水系統(tǒng)兼有配水和水力攪拌的功能：進(jìn)水必須在反應(yīng)器底部均勻分配，確保各單位面積的進(jìn)水量基本相同；應(yīng)滿足污泥床水力攪拌的需要，要同時(shí)考慮水力攪拌與產(chǎn)生的沼氣攪拌，使污泥區(qū)達(dá)到完全混合的效果，確保進(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。UASB反應(yīng)器配水系統(tǒng)有多重形式：樹枝管式配水系統(tǒng)：對(duì)稱布置，位于服務(wù)面積的中心；各支管出水口向下距池底約20cm；出水口一般直徑采用15-20mm；單個(gè)出水口服務(wù)面積2-4m2；對(duì)于低于20℃或低負(fù)荷時(shí)，需要高密度的布水點(diǎn)；對(duì)于城市污水，建議1-2m2/孔。穿孔管配水系統(tǒng)：配水管中心距、出水孔距采用1-2m，；空口向下或與垂線呈45°方向；出水口一般直徑采用15-20mm；單個(gè)出水口服務(wù)面積2-4m2；要求出口流速不小于2m/s，為了增大流速，可采用脈沖間歇進(jìn)水；UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)UASB反應(yīng)器配水系統(tǒng)有多重形式：多點(diǎn)多管配水系統(tǒng)：配水管根數(shù)與配水點(diǎn)數(shù)相同，；各配水管的流量相等；也有在反應(yīng)器不同高度設(shè)置配水管和配水點(diǎn)；有些采用脈沖配水汽，每根管采用間歇進(jìn)水，但整個(gè)反應(yīng)器連續(xù)進(jìn)水；UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)三相分離器的型式是多種多樣的，但其三項(xiàng)主要功能均為：氣液分離、固液分離和污泥回流三個(gè)功能；主要組成部分為氣封、沉淀區(qū)和回流縫UASB反應(yīng)器三相分離器構(gòu)造設(shè)計(jì)：a式：構(gòu)造簡(jiǎn)單，但泥水分離情況不佳，在回流縫同時(shí)存在上升和下降兩股流體，相互干擾，污泥回流不暢通。b式：構(gòu)造復(fù)雜，但污泥回流和水流上升互不干擾，泥水分離效果好，氣體分離效果也較好。c式：效果類似于a式。UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)三相分離器有多種多樣的布置形式，對(duì)于容積較大的UASB反應(yīng)器，往往有若干個(gè)連續(xù)安裝的三相分離器系統(tǒng)。UASB反應(yīng)器三相分離器布置形式：UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)UASB反應(yīng)器三相分離器計(jì)算斷面的幾何關(guān)系圖：UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)UASB反應(yīng)器三相分離器沉淀區(qū)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)方法類似于普通二沉池，兩相主要考慮因素：沉淀面積和水深。建議表面負(fù)荷一般為<1.0m3/（m2·h）該形式三相分離器集氣罩頂以上的覆蓋水深可采用0.5-1m，集氣罩斜面坡度550-600，沉淀區(qū)斜面的高度建議采用0.5-1m。不論何種形式三相分離器，其沉淀區(qū)的總水深≥1.5m，

在沉淀區(qū)的停留時(shí)間介于1.5-2h。UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)UASB反應(yīng)器三相分離器沉淀區(qū)設(shè)計(jì)：B1=h3/tg??b1——下三角形集氣罩底的1/2寬度，m；??——下三角形集氣罩斜面的水平夾角，一般可采用55°-60°；h3——下三角形集氣罩的垂直高，m；b2=b-2b1；b2——相鄰二個(gè)下三角形集氣罩之間的水平距離，m，即污泥的回流縫之一；b——單元三相分離器的寬度，m；UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)UASB反應(yīng)器三相分離器回流縫設(shè)計(jì)：下三角形集氣罩之間的污泥回流縫中混合液的上升流速v1=Q/S1V1——回流縫中混合液上升流速，m/h；Q——反應(yīng)器設(shè)計(jì)廢水流量，m3/h；S1——下三角形集氣罩回流縫的總面積，m2；S1=b2×I×n；I——反應(yīng)器的寬度，即三相分離器的長(zhǎng)度，m；n——反應(yīng)器的三相分離器單元數(shù)；為了使回流縫的水流穩(wěn)定，污泥能順利地回流，建議流速v1<2m/h；UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)UASB反應(yīng)器三相分離器氣液分離設(shè)計(jì)：欲達(dá)到氣液分離目的，上下二組三角形集氣罩的斜邊必須

， 的水平距離（AB的水平投影）越大，氣體分離效果越好，去除氣泡的直徑越小，對(duì)沉淀區(qū)固液分離效果的影響越小。所以，

兩的大小是決定氣液分離效果好壞的關(guān)鍵。氣泡上升速度vb與其直徑、水溫、液體和氣體的密度、廢水的粘滯系數(shù)等因素有關(guān)。當(dāng)氣泡的直徑很小（d<0.1mm）時(shí)，在氣泡周圍的水流呈層流狀態(tài)，Re<1，這時(shí)氣泡的上升速度可用

公式計(jì)算：????

=????18??ρ1

?ρ????2Vb——?dú)馀萆仙俣?，cm/s；d——?dú)馀葜睆?，cm；Ρ1、Ρg——廢水密度，沼氣密度g/cm3；μ——廢水的動(dòng)力粘滯系數(shù)，g/（cm·s），μ=v

Ρ1；V——廢水的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)，cm2/s；Β——碰撞系數(shù)，可取0.95。UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)UASB反應(yīng)器出水系統(tǒng)設(shè)計(jì)：通常每個(gè)單元三相分離器設(shè)一個(gè)出水槽，常用的兩種布置形式，當(dāng)處理的廢水中含有蛋白質(zhì)和脂肪或

懸浮固體時(shí)，出水一般也夾帶有大量懸浮固體或懸浮污泥，為了減少出水懸浮固體量，在出水槽前設(shè)置擋板，這樣可減少出水懸浮固體數(shù)量，有利于提高出水水質(zhì)。出水槽的寬度常采用20cm，深度由計(jì)算確定出水槽與三相分離器集氣罩成一整體，有助于實(shí)現(xiàn)裝配化，簡(jiǎn)化加工和安裝過程。當(dāng)UASB反應(yīng)器為封閉式時(shí)，總出水管必須通過一個(gè)水封，以防漏氣和確保厭氧條件UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)浮渣清除系統(tǒng)設(shè)置專門的清除設(shè)備或預(yù)防措施，防止沼氣從稱定去逸出，干擾沉淀區(qū)的沉淀效果。在氣室形成的浮渣，難于清除，可用于定期進(jìn)行循環(huán)水或沼氣反沖等方法減少或去除。這時(shí)必須設(shè)置沖洗管和循環(huán)水泵（或氣泵）。排泥系統(tǒng)設(shè)置均勻地多點(diǎn)排泥，排泥點(diǎn)建議每10m2設(shè)一個(gè)排泥口，采用穿孔管配水系統(tǒng)時(shí)，同時(shí)把穿孔管兼作排泥管是較為合適的。專設(shè)排泥管管徑一般不小于200mm，以防堵塞。

為了運(yùn)行方便，可在反應(yīng)器高1/2處或三相分離器下0.5m處再設(shè)一個(gè)排泥口。沿反應(yīng)器高度均勻地設(shè)5-6個(gè)污泥取樣管。UASB反應(yīng)器應(yīng)用實(shí)例UASB反應(yīng)器運(yùn)行管理1、投產(chǎn)：向反應(yīng)器內(nèi)灌滿清水，檢查反應(yīng)器及管道有無漏水現(xiàn)象，接著對(duì)反應(yīng)器及輸氣管道進(jìn)行氣密試驗(yàn)。穩(wěn)定15min后測(cè)壓力變化。當(dāng)起亞降小于98Pa，可認(rèn)為池體氣密性符合要求；否則需要采取補(bǔ)救措施。污泥接種：直接接種法：直接投入已培養(yǎng)好的顆粒污泥，這種方法反應(yīng)器投產(chǎn)快；間接接種法：用城市廢水處理廠消化污泥，在反應(yīng)器內(nèi)，用人工基質(zhì)進(jìn)行培養(yǎng)，形成顆粒污泥，再逐步加大被處理水量。采用此法可創(chuàng)造微生物最佳的生長(zhǎng)條件，顆?；^程最易實(shí)現(xiàn)；直接培養(yǎng)法：采用消化污泥接種，用被處理水進(jìn)行培養(yǎng)形成顆粒污泥。本法在處理食品廢水中已獲成功。由于廢水不同，一般需3~4個(gè)月。UASB反應(yīng)器運(yùn)行管理2、啟動(dòng)要點(diǎn)：最好一次投加足夠量的接種污泥。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，接種污泥投加量為40~60kgVSS/m3。從污泥床流出的污泥一般不需回流，以使沉淀性能差的污泥連續(xù)地從污泥流出，使的污泥在床內(nèi)積累，并促進(jìn)其增殖進(jìn)行顆?；?。啟動(dòng)開始進(jìn)水COD濃度較低時(shí)，污泥顆?；臁Ｈ魪U水COD濃度超過5000mg/L時(shí)，需用出水或清水進(jìn)行稀釋。啟動(dòng)開始時(shí)污泥負(fù)荷應(yīng)低于0.1~0.2kgCOD/（kgVSS·d）。為促進(jìn)污泥顆?；?，反應(yīng)區(qū)內(nèi)的最小空塔上升流速（或表面水力負(fù)荷）為1m/d，采用較高的表面水力負(fù)荷有利于小顆粒污泥與污泥絮體分開，使小顆粒污泥發(fā)展為大顆粒。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)表面水力負(fù)荷在0.25m3/（m2·h）以上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生水力分級(jí)現(xiàn)象?？煞纸獾腃OD去除率達(dá)到80%左右時(shí)，才能逐漸增加有機(jī)物容積負(fù)荷。乙酸濃度應(yīng)控制在1000mg/L以下。若廢水中原有的或在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的各種揮發(fā)性有機(jī)酸濃度高時(shí)，不應(yīng)再提高有機(jī)容積負(fù)荷。UASB反應(yīng)器運(yùn)行管理3、運(yùn)行控制要點(diǎn)：運(yùn)行中主要控制厭氧反應(yīng)器中C:N:P比例為200~300：5：1為宜。對(duì)低濃度廢水而言，其廢水中的SS/COD的典型值為0.5，對(duì)于高濃度有機(jī)廢水而言，一般控制在0.5以下。一般適宜將氨氮濃度控制在1000mg/L以下，防止對(duì)厭氧微生物的影響。硫酸鹽（SO4

2-）離子濃度不應(yīng)大于5000mg/L，在運(yùn)行過程中UASB的COD/SO4

2-比值應(yīng)大于10。控制其他

物質(zhì),如：重金屬、堿土金屬、三氯甲烷、

化物、酚類、硝酸鹽和氯氣等。堿度一般控制在2000~4000mg/L之間，正常范圍為1000~5000mg/L，揮發(fā)酸的安全濃度控制在2000mg/L以內(nèi)，當(dāng)VFA的濃度小于200mg/L時(shí)，一般是最好的。沼氣中的CH4含量和