UASB工艺在污水处理中的应用

UASB工艺在污水处理中的应用摘要：目前，UASB工艺已普遍形成了颗粒污泥，这使得厌氧UASB工艺迅速得到了推广和普及，该技术在我国已得到了实际的推广应用。UASB反应器是目前应用最为广泛的高速厌氧反应器，该技术在国内外已经发展成为厌氧处理的主流技术之一。本文从UASB反应器的基本构成和工作原理及工艺特点入手，并重点介绍了UASB工艺在水处理中的应用和UASB处理效果的影响因素和改良探讨，最后对UASB工艺的应用研究现状及发展趋势进行了展望。关键字:UASB颗粒污泥废水处理改良Abstract：Recently,UASBprocesshasgenerallybeentheformationofgranularsludge,whichmakesthetheanaerobicUASBprocessquicklyandthepopularizationofthetechnologyinChinahasbeen峪theactualpromotionapplications.UASBreactoriscurrentlythemostwidelyusedhigh-speedanaerobicreactor,thetechnologyathomeandabroadhasgrowntobecomeoneofthemainstreamtechnologyofanaerobictreatment.[StartfromthebasicstructureandworkingprincipleoftheUASBreactorandprocesscharacteristics,andfocusesonthetheUASBprocessapplicationsinwatertreatmentandUASBtreatmenteffectinfluencingfactorsandimprovedexplorelastUASBprocessresearchstatusanddevelopmenttrendprospect.Keywords:UASBGranularsludgeWastewatertreatment improvement正文一.UASB反应器的基本构成和工作原理1.UASB反应器的基本构成UASB反应器的主体部分主要分为两个区域，即反应区和三相分离区其中反应区为UASB反应器的工作主体.UASB反应器构造图如下所示：•污泥床内部具有很高的污泥生物量，污泥床中的污泥由活性生物量占70%〜80%以上的高度发展的颗粒污泥组成，具有优良的沉降性能，颗粒污泥中的生物相组成比较复杂，主要是杆菌、球菌和丝状菌等污泥床的容积一般占整UASB反应器容积的30%左右，但对UASB反应器的整体处理效率起着极为重要的作用，对反应器中有机物的降解量占到整个反应器全部降解量的70%〜90%.•污泥悬浮层占据整个UASB反应器容积的70%左右，由高度絮凝的污泥组成，一般为非颗粒状污泥，其沉降要明显小于颗粒污泥的沉速，靠来自污泥床中上升的气泡使此层污泥得到良好的混合污泥悬浮层中絮凝污泥的浓度呈自下而上逐渐减小的分布状态•这一层污泥担负着整个UASB反应器有机物降解量10%〜30%.•沉淀区其作用是使由于水流的夹带作用而随上升水流进入出水区的固体颗粒（主要是污泥悬浮层中的絮凝性污泥）在沉淀区沉淀下来，并沿沉淀区底部的斜壁滑下而重新回到反应区内（包括污泥床和污泥悬浮层）,以保证反应器中污泥不致流失而同时保证污泥床中污泥的浓度,沉淀区的另一个作用是可以通过合理调整沉淀区的水位高度来保证整个反应器集气室的有效空间高度而防止集气空间的破坏•三相分离器主要作用是将气体（反应过程中产生的沼气、固体（反应器中的污泥）和液体（被处理的废水）等三相加以分离，将沼气引入集气室，将处理出水引入出水区，将固体颗粒导入反应区，相当于传统污水处理工艺中的二次沉淀池，并同时具有污泥回流的功能^因而三相分离器的合理设计是保证其正常运行的一个重要内容2.UASB反应器的工作原理废水由反应器的底部进入后，由于废水以一定的流速自下而上流动以及厌氧过程产生的大量沼气的搅拌作用，废水与污泥充分混合，有机质被吸附分解，所产沼气经由反应器上部三相分离器的集气室排出，含有悬浮污泥的废水进入三相分离器的沉降区，由于沼气已从废水中分离，沉降区不再受沼气搅拌作用的影响废水在平稳上升过程中，其中沉淀性能良好的污泥经沉降面返回反应器主体部分，从而保证了反应器内高的污泥浓度含有少量较轻污泥的废水从反应器上方排出..。二.UASB反应器的工艺特点⑴利用微生物细胞固定化技术-污泥颗粒化

UASB反应器利用微生物细胞固定化技术-污泥颗粒化实现了水力停留时间和污泥停留时间的分享，从而延长了污泥泥龄，保持了高浓度的污泥•颗粒厌氧污泥具有良好的沉降性能和高比产甲烷活性，且相对密度比人工载体小，靠产生的气体来实现污泥与基质的充分接触，节省了搅拌和回流污泥的设备和能耗并无需附设沉淀分享装置同时反应器内不需投加填料和载体，提高了容积利用率.由产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌用在UASB反应器中，由产气和进水形成的上升液流和上窜气泡对反应区内的污泥颗粒产生重要的分级作用•这种作用不仅影响污泥颗粒化进程，同时还对形成的颗粒污泥的质量有很大的影响•同时这种搅拌作用实现了污泥与基质的充分接触.设计合理的三相分离器的应用三相分离器是UASB反应器中最重要的设备.三相分离器的应用省却了辅助脱气装置，能收集从反应区产生的沼气，同时使分离器上的悬浮物沉淀下来，使沉淀性能良好的污泥能保留在反应器内.三•工艺在水处理中的应用UASB工艺在啤酒废水处理中的应用•啤酒生产废水的产生与特点啤酒生产过程需处理的排水主要为麦糟废水，糖化、发酵、灌装等车问所排的废液，设备与管道洗涤水，地面冲洗水及来自生活办公区的生活污水等•废水的主要成分有淀粉、蛋白质、酵母菌残体、酒花残渣、残余啤酒、少量酒精及洗涤用碱等，主要污染因子为COD、BOD和ss等，属于中高浓度有机废水..处理工艺啤酒生产过程中各工序通常为问歇排水，水量不等，且COD和pH值波动大，一般宜混合后处理•针对啤酒废水BOD/COD比值较高(一般为0.5〜0.7)、毒性较小的特点，国内外一般采用生化处理工艺，而UASB因具有高效、节能、污泥产量小、占地少、停产后再启动容易等特点，其与好氧串联组合的处理工艺已在啤酒废水处理中得到了广泛应用，工艺流程如下图所示.沼气利用啤酒废水粗格栅集水池细格栅调节池UASB

反应器回流水池好氣池啤酒废水粗格栅集水池细格栅调节池UASB

反应器回流水池好氣池达标排战循环水泵达标排战剩余污泥脱水外运.工艺特点⑴采用UASB+好氧工艺处理啤酒生产废水，调试稳定后UASB对COD的去除率＞85%,整个系统每去除1kgCOD电耗为0.30—0.35kW・h,水处理费用较低.⑵在实际调试启动与运行管理中，主要应控制好UASB的容积负荷、进水pH值和温度，防止超标的有毒物质进入池内.⑶设置回流水池将UASB出水部分回流，可极大地保证配水均匀性，缓冲进水pH值、温度及COD变化的不利影响，保证系统运行的稳定性.⑷在三相分离器上面加装一“横向流”斜板分离器，可有效地以“双倍效应”来防止颗粒污泥的损失.⑸厌氧污泥可在UASB反应器中保存数月而不失活性，系统重新启动较容易、恢复速度快，常处理啤酒废水.⑹好氧段剩余污泥返回UASB反应器进行消化处理，可进一步降低整个系统的污泥产量UASB工艺在制药废水处理中的应用•制药生产废水的特点亠・・制药的废水可分为提取废水、洗涤废水和其他废水.废水中污染物的主要成分是发酵残余的营养物，如糖类、蛋白质、脂类和无机盐类及化工原料等•制药废水一般成分复杂，污染物浓度高，含有毒有害物质、生物抑制物(包括一定浓度的抗生素)、难降解物质等，带有颜色和气味，悬浮物含量高，易产生泡沫等..处理工艺.工艺特点⑴采用铁炭内电解一UASB反应器一好氢工艺对高浓度有机合成制药废水具有较好的处理效果，调试稳定后UASB反应器对COD的去除率＞8570,出水完全符合国家二级排放标准(GB8978—1996),实践证明该工艺是非常成功的.⑵预处理对UASB厌氧反应器的稳定运行起着非常重要的作用，通过pH监测和自动调节使废水的pH符合UASB厌氧反应器的进水条件，保证了其连续稳定的运行.⑶在UASB厌氧反应器中加设弹性立体填科，形成了固定的污泥床，增大了表面积，提高了色度和有机物的去除率.⑷本工程的处理工艺以厌氧降解高浓度有机废水的COD为主，好氧为补充处理，整个系统运行可靠平稳，操作管理方便，耐冲击负荷能力强，出水指标可达到国家规定的排放指标四.UASB处理效果的影响因素和改良探讨1•颗粒污泥的培养接种污泥类型对颗粒化的影响厌氧消化污泥、河底淤泥、牲畜粪便、化粪池污泥及好氧活性污泥均可作为种泥来培养颗粒污泥•但好氧污泥中缺乏大量的厌氧菌种，在连续进料前应进行较长时间的驯化，以实现污泥中微生物种群由好氧菌群占优势变为厌氧种群占优势•另外，从颗粒化进程来看，好氧污泥远没有厌氧消化污泥生长迅速.接种污泥量对颗粒化的影响接种污泥量过大，污泥的生长量和流失量基本持平.反应器接种污泥少，开始运行时过高的污泥负荷会导致厌氧消化菌种比例的不平衡，也会对污泥的颗粒化产生不利影响惰性颗粒对颗粒化的影响观察颗粒污泥形成的微观过程中，惰性颗粒作为菌体附着的核，对颗粒化起着积极的作用水力负荷对颗粒化的影响Lettingga等人认为水力负荷是颗粒污泥形成的主要因素，清华大学的实践证明：水力负荷提高到0.6m3/（m2.h）可以冲走大部分的絮状污泥，使密度较大的颗粒状污泥积累在反应器的地步，形成颗粒污泥层•但提高水力负荷不能太快，否则大量絮状污泥的过早淘汰会导致污泥负荷过高，影响反应器的稳定运行.碱度对颗粒化的影响2•三相分离器的优化三相分离器的结构形式多种多样，但分离器的结构单元一般均有一个集气室、沉降室、混合液入流口和污泥回流口以及反射锥或阻气板组成UASB反应器中料液的纵向流速一般都比较低，因此引起污泥上浮的主要原因是产气量•当有机负荷提高时，产气量增加，气体夹带上升到悬浮层顶部的污泥量增多，过高的污泥浓度将堵塞沉淀器的污泥回流系统，因而限制了复合的升高•改进结构将传统的三相分离器下部反射锥改为集气罩，改善了进入分离器的污泥和气体分布状况，上升带三相分离器的气体减少，降低了沉淀器污泥回流口下部的污泥浓度，同时气体的干扰作用液得到缓解，使污泥能够顺利回流3•工程实践中提高UASB反应器处理效率的研究进水水质在工程实践中，需要设置调节池以调节原水水质•一般要求进CODCrvl0000mg/L,BOD5/CODCr>0.3,pH中性左右.预水解酸化UASB反应器中的生物菌主要是产甲烷菌，将有机物分解为甲烷•而有机物要转化为甲烷，必须先经过水解酸化过程，将高分子有机物转化为低级脂肪酸后才能分解为甲烷因此为减轻UASB的负荷，提高处理效率，在进入UASB反应器前，原水应预水解酸化.改进加热系统厌氧微生物有两个最适温区，即中温发酵（30-40°C）和高温发酵（50-65D.考虑到能源消耗问题及厌氧接触工艺在中温条件下运行稳定，操作简单且具有较大的耐冲击负荷能力，故工程上采用中温发酵，既可保证处理效果又可节约能源.在UASB反应器的布水系统上方，均匀设置数根连通的蒸汽管，一端通入蒸汽，一端输出蒸汽•当废水通过布水管向上流动时，与蒸汽管接触并发生热交换，不会因加热损伤甲烷细菌的生活，并能保证反应器内湿度尽快达到均匀，同时在UASB反应器上不同高度和方向设置数只热电偶温度计，以保证反应器内的温度保持恒定.五.UASB工艺的应用研究现状及发展趋势1.UASB工艺的应用研究现状①•启动技术方面颗粒污泥是UASB的核心，颗粒污泥的形成与否直接关系到UASB反应器运行成败•许多研究集中在厌氧颗粒污泥的培养上•迄今，对颗粒污泥的培养已取得了许多有益的经验•我国吴允等向污泥内加入膨润土和非离子型聚丙烯酰胺，处理啤酒生产废水，4周内形成了稳定颗粒污泥床.②•处理领域Lettinga博士和他的同事首先在实验室进行了容积为60L的UASB反应器的试验研究.结果表明，该处理装置的处理效果很好，其有机负荷率COD高达10Kg/(m3.d)，此后进行了容积6m3、30m3及200m3的半生产性试验研究，中温条件下，应用6m3容积的装置处理甜菜制糖废水的COD容积负荷高达36g/(m3.d)；处理马铃薯加工废水COD负荷为15Kg/(m3.d)以上，COD去除率为70%-90%.其后，荷兰、德国、瑞典、比利时和美国的研究者用UASB反应器进行了土豆加工废水、蚕豆加工废水、屠宰废水、罐头制品加工废水、甲醇废水、乙酸废水及纤维板废水的小试或生产性试验，都取得了较好的效果.2.UASB工艺的发展趋势就目前的应用水平而言，以UASB反应器为代表的高速厌氧反应器可以处理废水的浓度范围在0.5〜60.0gCOD/(m3.d)之间,通常最多使用的温度范围在28〜38°C,容积负荷多在12-25kgCOD/(m3.d)其所处理的废水污染物以碳水化合物及其降解产物为主•同时，毒性物质浓度不足以严重抑制细菌的生长.UASB反应器及其配套设备的设备化和工程应用上不断进行了探I索和实践，在以下几个方面UASB厌氧处理工艺正在实现新的发展:①低温下UASB反应器的运行；②高温厌氧处理；③用于处理不积累或不产生新的颗粒污泥的UASB反应器；④处理含有高浓度毒性物质的废水；⑤低浓度废水的厌