环保水圈技术厌氧生化系统

水处理技术第七篇——厌氧生化系统升流式厌氧污泥层反应器U

A

S

B升流式厌氧污泥层反应器是荷兰学者

等人在70年代初开发的，在国外，目前已广泛用于高浓度有机废水处理，规模较大的容积达5500m3，每天可产沼气2000m3，COD去除率85%。1980年代，

市环境保护

、

、哈尔滨建筑工业大学开展了UASB的研究，目前在我国工业废水处理中已得到广泛应用。UASB反应器工作原理工艺特征：反应器上部设置气、固、液三相分离器；反应器下部为污泥悬浮层区和污泥床区；反应器内实现污泥颗粒化，颗粒污泥的粒径一般为0.1-0.2cm，

为1.04-1.08，具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性；反应器内污泥的平均浓度可达50gVSS/L左右，污泥泥龄一般在30天以上，而反应器的水力停留时间比较短；UASB反应器具有很高的容积负荷，在中温发酵条件下，一般可达10kgCOD/(m3·d)左右，甚至能够高达15-40kgCOD/(m3·d)。；反应器不仅适于处理高、中等浓度的有机废水，也适用于处理城市肥水这样的低浓度有机废水。UASB反应器构造构造：进配水系统：1、将进入反应器的原废水均匀地分配到反应器整个横断面；并均匀上升；2、起到水力搅拌的作用，这都是反应器高效运行的关键环节。颗粒污泥区和悬浮污泥区：在反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好凝聚和沉淀性能的污泥在池底部形成颗粒污泥层。废水从厌氧污泥床底部流入，与颗粒污泥层中的污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解有机物，同时产生的微小沼气气泡不断地放出。微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡。在颗粒污泥层上部，由于沼气的搅动，形成一个污泥浓度较小的悬浮物污泥层。UASB反应器构造构造：三相分离器：由沉淀区、回流缝和气封组成，其功能是将气体（沼气）、固体（污泥）和液体（废水）等三相进行分离。沼气进入气室，污泥在沉淀区进行沉淀，并经回流缝汇流到反应区。经沉淀澄清后的废水作为处理水排出反应器。气室、集气罩：收集产生的沼气，并将其导出气室送往沼气柜。处理水排出系统：将沉淀区水面上的处理水，均匀地加以收集，并将其排出反应器。排泥系统和浮渣清除系统。UASB反应器分类开敞式UASB反应器特点：顶部不加密封，出水水面开放或加一层不密封的盖板。适用于处理中低浓度的有机废水。在沉淀区产生的沼气数量少，一般不收集。构造比较简单，易于施工安装和维修。UASB反应器分类封闭式UASB反应器特点：顶部加盖密封。液面与地顶之间形成一个气室，可以同时收集反应区和沉淀区产生的沼气。适用于处理高浓度有机废水或含硫酸盐较高的有机废水。UASB反应器设计UASB反应器设计的主要内容有下列几项：首先根据处理废水的性质选定适宜的地型和确定有效容积及其主要部位的尺寸，如高、直径、长宽比等。其次，设计进水配水系统、出水系统和三相分离器。此外还要考虑排泥和挂渣系统。UASB反应器有效容积采用进水容积负荷法进行确定：𝑉

=𝑄𝑆0𝑁𝑣𝑉

=

𝑄

·𝐻𝑅𝑇HRT=1−𝐸𝑐2𝐶1V——反应器有效容积，m3；Q——废水流量，m3/d；S0——进水有机物浓度，gCOD/L或gBOD5/L；Nv——容积负荷，kgCOD或BOD5/（m3·d）；C1、C2——反应常数。温度（℃）设计容积负荷[kgCOD/(m3/d)]高温（50-55）20-30中温（30-35）10-20常温（20-25）5-10低温（10-15）2-5UASB反应器设计UASB反应器的有效高度通常应通过试验确定：现行生产性装置的有效高度常采用4-6m。低浓度废水，水力停留时间较短，常采用较小的高度，浓度较高的废水水力停留时间长，则常采用较大的反应器高度。UASB反应器的面积：从布水均匀性考虑。矩形的长/宽比较大，较为合适，同时考虑经济性，矩形池的长/宽比在2：1以下较为合适。长/宽比在4：1时费用增加十分显著。UASB反应器的座数：一般设二座或二座以上反应器。单座尺寸不过大，避免体积过大导致布水不均型的问题，有利于反应器之间的污泥接种，同时便于

与检修。UASB反应器设计进水配水系统兼有配水和水力搅拌的功能：进水必须在反应器底部均匀分配，确保各单位面积的进水量基本相同；应满足污泥床水力搅拌的需要，要同时考虑水力搅拌与产生的沼气搅拌，使污泥区达到完全混合的效果，确保进水有机物与污泥迅速混合，防止局部产生酸化现象。UASB反应器配水系统有多重形式：树枝管式配水系统：对称布置，位于服务面积的中心；各支管出水口向下距池底约20cm；出水口一般直径采用15-20mm；单个出水口服务面积2-4m2；对于低于20℃或低负荷时，需要高密度的布水点；对于城市污水，建议1-2m2/孔。穿孔管配水系统：配水管中心距、出水孔距采用1-2m，；空口向下或与垂线呈45°方向；出水口一般直径采用15-20mm；单个出水口服务面积2-4m2；要求出口流速不小于2m/s，为了增大流速，可采用脉冲间歇进水；UASB反应器设计UASB反应器配水系统有多重形式：多点多管配水系统：配水管根数与配水点数相同，；各配水管的流量相等；也有在反应器不同高度设置配水管和配水点；有些采用脉冲配水汽，每根管采用间歇进水，但整个反应器连续进水；UASB反应器设计三相分离器的型式是多种多样的，但其三项主要功能均为：气液分离、固液分离和污泥回流三个功能；主要组成部分为气封、沉淀区和回流缝UASB反应器三相分离器构造设计：a式：构造简单，但泥水分离情况不佳，在回流缝同时存在上升和下降两股流体，相互干扰，污泥回流不畅通。b式：构造复杂，但污泥回流和水流上升互不干扰，泥水分离效果好，气体分离效果也较好。c式：效果类似于a式。UASB反应器设计三相分离器有多种多样的布置形式，对于容积较大的UASB反应器，往往有若干个连续安装的三相分离器系统。UASB反应器三相分离器布置形式：UASB反应器设计UASB反应器三相分离器计算断面的几何关系图：UASB反应器设计UASB反应器三相分离器沉淀区设计：设计方法类似于普通二沉池，两相主要考虑因素：沉淀面积和水深。建议表面负荷一般为<1.0m3/（m2·h）该形式三相分离器集气罩顶以上的覆盖水深可采用0.5-1m，集气罩斜面坡度550-600，沉淀区斜面的高度建议采用0.5-1m。不论何种形式三相分离器，其沉淀区的总水深≥1.5m，

在沉淀区的停留时间介于1.5-2h。UASB反应器设计UASB反应器三相分离器沉淀区设计：B1=h3/tg𝜽b1——下三角形集气罩底的1/2宽度，m；𝜃——下三角形集气罩斜面的水平夹角，一般可采用55°-60°；h3——下三角形集气罩的垂直高，m；b2=b-2b1；b2——相邻二个下三角形集气罩之间的水平距离，m，即污泥的回流缝之一；b——单元三相分离器的宽度，m；UASB反应器设计UASB反应器三相分离器回流缝设计：下三角形集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速v1=Q/S1V1——回流缝中混合液上升流速，m/h；Q——反应器设计废水流量，m3/h；S1——下三角形集气罩回流缝的总面积，m2；S1=b2×I×n；I——反应器的宽度，即三相分离器的长度，m；n——反应器的三相分离器单元数；为了使回流缝的水流稳定，污泥能顺利地回流，建议流速v1<2m/h；UASB反应器设计UASB反应器三相分离器气液分离设计：欲达到气液分离目的，上下二组三角形集气罩的斜边必须

， 的水平距离（AB的水平投影）越大，气体分离效果越好，去除气泡的直径越小，对沉淀区固液分离效果的影响越小。所以，

两的大小是决定气液分离效果好坏的关键。气泡上升速度vb与其直径、水温、液体和气体的密度、废水的粘滞系数等因素有关。当气泡的直径很小（d<0.1mm）时，在气泡周围的水流呈层流状态，Re<1，这时气泡的上升速度可用

公式计算：𝑣𝑏

=𝛽𝑔18𝜇ρ1

−ρ𝑔𝑑2Vb——气泡上升速度，cm/s；d——气泡直径，cm；Ρ1、Ρg——废水密度，沼气密度g/cm3；μ——废水的动力粘滞系数，g/（cm·s），μ=v

Ρ1；V——废水的运动粘滞系数，cm2/s；Β——碰撞系数，可取0.95。UASB反应器设计UASB反应器出水系统设计：通常每个单元三相分离器设一个出水槽，常用的两种布置形式，当处理的废水中含有蛋白质和脂肪或

悬浮固体时，出水一般也夹带有大量悬浮固体或悬浮污泥，为了减少出水悬浮固体量，在出水槽前设置挡板，这样可减少出水悬浮固体数量，有利于提高出水水质。出水槽的宽度常采用20cm，深度由计算确定出水槽与三相分离器集气罩成一整体，有助于实现装配化，简化加工和安装过程。当UASB反应器为封闭式时，总出水管必须通过一个水封，以防漏气和确保厌氧条件UASB反应器设计浮渣清除系统设置专门的清除设备或预防措施，防止沼气从称定去逸出，干扰沉淀区的沉淀效果。在气室形成的浮渣，难于清除，可用于定期进行循环水或沼气反冲等方法减少或去除。这时必须设置冲洗管和循环水泵（或气泵）。排泥系统设置均匀地多点排泥，排泥点建议每10m2设一个排泥口，采用穿孔管配水系统时，同时把穿孔管兼作排泥管是较为合适的。专设排泥管管径一般不小于200mm，以防堵塞。

为了运行方便，可在反应器高1/2处或三相分离器下0.5m处再设一个排泥口。沿反应器高度均匀地设5-6个污泥取样管。UASB反应器应用实例UASB反应器运行管理1、投产：向反应器内灌满清水，检查反应器及管道有无漏水现象，接着对反应器及输气管道进行气密试验。稳定15min后测压力变化。当起亚降小于98Pa，可认为池体气密性符合要求；否则需要采取补救措施。污泥接种：直接接种法：直接投入已培养好的颗粒污泥，这种方法反应器投产快；间接接种法：用城市废水处理厂消化污泥，在反应器内，用人工基质进行培养，形成颗粒污泥，再逐步加大被处理水量。采用此法可创造微生物最佳的生长条件，颗粒化过程最易实现；直接培养法：采用消化污泥接种，用被处理水进行培养形成颗粒污泥。本法在处理食品废水中已获成功。由于废水不同，一般需3~4个月。UASB反应器运行管理2、启动要点：最好一次投加足够量的接种污泥。根据经验，接种污泥投加量为40~60kgVSS/m3。从污泥床流出的污泥一般不需回流，以使沉淀性能差的污泥连续地从污泥流出，使的污泥在床内积累，并促进其增殖进行颗粒化。启动开始进水COD浓度较低时，污泥颗粒化快。若废水COD浓度超过5000mg/L时，需用出水或清水进行稀释。启动开始时污泥负荷应低于0.1~0.2kgCOD/（kgVSS·d）。为促进污泥颗粒化，反应区内的最小空塔上升流速（或表面水力负荷）为1m/d，采用较高的表面水力负荷有利于小颗粒污泥与污泥絮体分开，使小颗粒污泥发展为大颗粒。实验表明，当表面水力负荷在0.25m3/（m2·h）以上时，会产生水力分级现象。可分解的COD去除率达到80%左右时，才能逐渐增加有机物容积负荷。乙酸浓度应控制在1000mg/L以下。若废水中原有的或在发酵过程中产生的各种挥发性有机酸浓度高时，不应再提高有机容积负荷。UASB反应器运行管理3、运行控制要点：运行中主要控制厌氧反应器中C:N:P比例为200~300：5：1为宜。对低浓度废水而言，其废水中的SS/COD的典型值为0.5，对于高浓度有机废水而言，一般控制在0.5以下。一般适宜将氨氮浓度控制在1000mg/L以下，防止对厌氧微生物的影响。硫酸盐（SO4

2-）离子浓度不应大于5000mg/L，在运行过程中UASB的COD/SO4

2-比值应大于10。控制其他

物质,如：重金属、碱土金属、三氯甲烷、

化物、酚类、硝酸盐和氯气等。碱度一般控制在2000~4000mg/L之间，正常范围为1000~5000mg/L，挥发酸的安全浓度控制在2000mg/L以内，当VFA的浓度小于200mg/L时，一般是最好的。沼气中的CH4含量和