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UASB厭氧反應(yīng)器工藝特點

厭氧消化的發(fā)酵條件控制

營養(yǎng)與環(huán)境條件

厭氧要求機物濃度較高，一般大于1000mg/L以上。所以厭氧適于處理高濃度機廢水和污泥處理。和好氧生物處理一樣，厭氧處理也要求供給面的營養(yǎng)，但好氧細菌增殖快，機物50~60%用于細菌增殖，故對N、P要求高;而厭氧增殖慢，BOD僅5~10%用于合成菌體，對N、P要求低。

COD∶N∶P=200∶5∶1或C∶N=12~16

(好氧COD∶N∶P=100∶5∶1)

厭氧過程對環(huán)境條件要求比較嚴(yán)格:

Ⅰ、氧化還原電位(φE)與溫度

氧的溶入和氧化態(tài)、氧化劑的存在:Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-、PO43-、H+會使體系中電位升高，對厭氧消化不利。

高溫消化--500~600mv，50~55℃

中溫消化--300~380mv，30~38℃

產(chǎn)酸菌對氧還-還電位要求不甚嚴(yán)格+100~-100mv

產(chǎn)甲烷菌對氧還-還電位要求嚴(yán)格<-350mv

Ⅱ、pH及堿度

pH主要取決于三個生化階段的平衡狀態(tài)，原液本身的pH和發(fā)酵系統(tǒng)中產(chǎn)生的CO2分壓(20.3~40.5kpa)，正常發(fā)酵pH=7.2~7.4，機負(fù)荷太大，水解和酸化過程的生化速率大大過產(chǎn)速率。將導(dǎo)致水解產(chǎn)物機酸的積累使pH下降，抑制甲烷菌的生理機能，使化速率銳減，所以原液pH=6~8，發(fā)酵過程機酸濃度不過3000mg/L為佳(以乙酸計)。

HCO3-及NH3是形成厭氧處理系統(tǒng)堿度的主要原因，高的堿度具較強的緩沖能力，一般要求堿度2000mg/L以上，NH3濃度50~200mg/L為佳。

Ⅲ、凡對厭氧處理過程起抑制和毒害的物質(zhì)都可稱為毒物，機酸濃度不應(yīng)使消化液pH<6.8;不應(yīng)高于1500mg/L，其它陰離子濃度參見 P148表9-2。

 厭氧工藝處理設(shè)備主要是IC厭氧反應(yīng)器，其主要的控制參數(shù)以下內(nèi)容：

PH值：反應(yīng)器進水PH值要求控制在6.5~8.0之間，過低或過高的PH值都會對工藝造成巨大的影響，其影響主要體現(xiàn)在對厭氧菌（主要是產(chǎn)甲烷菌）的方面，包括：①影響菌體及酶系統(tǒng)的生理功能和活性②影響環(huán)境的氧化還原電位③影響基質(zhì)的活性。產(chǎn)甲烷菌的這些性質(zhì)功能遭到破壞后，處理COD的活性就會大大的降低。

溫度：反應(yīng)器進水溫度要求控制在35.5~37.5之間，因為產(chǎn)甲烷菌大多數(shù)都屬于中溫菌，在這個范圍內(nèi)，其處理效率是很高的。溫于40℃時，處理效率會急劇下降；也不要低于35℃，溫度過低，處理效率也會下降很多。

預(yù)酸化度：廢水進入?yún)捬醴磻?yīng)器之前要保持足夠的預(yù)酸化度，一般在30%~50%之間，在40%左右。預(yù)酸化的情況下，VFA高，進水PH值會降低，為調(diào)解PH值，會增高污水處理的，同時還會影響污泥的顆粒化。

毒物質(zhì)：對厭氧顆粒污泥抑制性的毒物質(zhì)主要是H2S和亞硫酸鹽。H2S的允許濃度為小于150㎎/L，否則可能會使大部分產(chǎn)甲烷菌降低50%的活性；亞硫酸鹽的允許濃度是小于150ppm，否則將會導(dǎo)致一半的產(chǎn)甲烷菌失去活性，所以一定要嚴(yán)格控制這兩樣毒物質(zhì)的含量，對其進行定期的檢測。

容積負(fù)荷率：厭氧反應(yīng)器具很高的容積負(fù)荷率，操作手冊上為16~24㎏COD /m3/d,而一些學(xué)者認(rèn)為其容積負(fù)荷率還可以更高可達30~40㎏COD /m3/d,但是這個數(shù)值的短期內(nèi)變化幅度不要過大，就是說要讓厭氧菌一定的適應(yīng)時間，逐步增加或降低負(fù)荷。如果條件可以，盡量使其負(fù)荷率在一個范圍之間，趨于穩(wěn)定的狀態(tài)。

上升流速：IC反應(yīng)器的上升流速一般在4~10m/h, 當(dāng)污水的進水COD值濃度較低時，需要提高流量來增加COD的負(fù)荷率，較高的上升流速會助于顆粒污泥與機物之間的傳質(zhì)過程，避免了混合不均勻?qū)υO(shè)備的影響。

UASB厭氧反應(yīng)器工藝特點

 UASB內(nèi)的流態(tài)和污泥分布

UASB內(nèi)的流態(tài)相當(dāng)復(fù)雜，反應(yīng)區(qū)內(nèi)的流態(tài)與產(chǎn)量和反應(yīng)區(qū)高度相關(guān)，一般來說，反應(yīng)區(qū)下部污泥層內(nèi)，由于產(chǎn)的結(jié)果，部分?jǐn)嗝嫱ㄟ^的量較多，形成一股上升的流，帶動部分混合液(指污泥與水)作向上運動。與此同時，這股、水流周圍的介質(zhì)則向下運動，造成逆向混合，這種流態(tài)造成水的短流。在遠離這股上升、水流的地方容易形成死角。在這些死角處也具一定的產(chǎn)量，形成污泥和水的緩慢而微弱的混合，所以說在污泥層內(nèi)形成不同程度的混合區(qū)，這些混合區(qū)的大小與短流程度關(guān)。懸浮層內(nèi)混合液，由于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)量較少的情況下，時污泥層與懸浮層明顯的界線，而在產(chǎn)量較多的情況下，這個界面不明顯。關(guān)試驗表明，在沉淀區(qū)內(nèi)水流呈推流式，但沉淀區(qū)仍然還死區(qū)和混合區(qū)。
UASB內(nèi)污泥濃度與設(shè)備的機負(fù)荷率關(guān)。是處理制糖廢水試驗時，UASB內(nèi)污泥分布與負(fù)荷的關(guān)系。從圖中可看出污泥層污泥濃度比懸浮層污泥濃，懸浮層的上下部分污泥濃度差較小，說明接近完混合型流態(tài)，反應(yīng)區(qū)內(nèi)污泥的頒，當(dāng)機負(fù)荷很高時污泥層和懸浮層分界不明顯。試驗表明，污水通過底部0.4-0.6m的高度，已90%的機物被轉(zhuǎn)化。由此可見厭氧污泥具高的活性，改變了以來認(rèn)為厭氧處理過程進行緩慢的概念。在厭氧污泥中，積累大量高活性的厭氧污泥是這種設(shè)備具巨大處理能力的主要原因，而這又歸于污泥具良好的沉淀性能。
UASB具高的容積機負(fù)荷率，其主要原因是設(shè)備內(nèi)，別是污泥層內(nèi)保大量的厭氧污泥。工藝的穩(wěn)定性和強效性很大程度上取決于生成具優(yōu)良沉降性能和很高甲烷活性的污泥，尤其是顆粒狀污泥。與此相反，如果反應(yīng)區(qū)內(nèi)的污泥以松散的絮凝狀體存在，往往出現(xiàn)污泥上浮流失，使UASB不能在較高的負(fù)荷下穩(wěn)定。
根據(jù)UASB內(nèi)污泥形成的形態(tài)和達到的COD容積負(fù)荷，可以將污泥顆?；^程大致分為三個期:
(1)接種啟動期:從接種污泥開始到污泥床內(nèi)的COD容積負(fù)荷達到5kgCOD/m3.d左右，此期污泥沉降性能一般;
(2)顆粒污泥形成期:這一期的點是小顆粒污泥開始出現(xiàn)，當(dāng)污泥床內(nèi)的總SS量和總VSS量降至低時本期即告結(jié)束，這一期污泥沉降性能不太好;
(3)顆粒污泥成熟期:這一期的點是顆粒污泥大量形成，由下為上逐步充滿整個UASB。當(dāng)污泥床容積負(fù)荷達到16kgCOD/m3.d以上時，可以認(rèn)為顆粒污泥已培養(yǎng)成熟。該期污泥沉降性很好。
五、外設(shè)沉淀池防止污泥流失
在UASB內(nèi)雖液固三相分離器，混合液進入沉淀區(qū)前已把體分離，但由于沉淀區(qū)內(nèi)的污泥仍具較高的產(chǎn)甲烷活性，繼續(xù)在沉淀區(qū)內(nèi)產(chǎn);或者由于沖擊負(fù)荷及水質(zhì)突然變化，可能使反應(yīng)區(qū)內(nèi)污泥膨脹，結(jié)果沉淀區(qū)固液分離不佳，發(fā)生污泥流失而影響了水質(zhì)和污泥床中污泥濃度。為了減少出水所帶的懸浮物進入水體，外部另設(shè)一沉淀池，沉淀下來的污泥回流到污泥床內(nèi)。
設(shè)置外部沉淀池的好處是:
(1)污泥回流可加速污泥的積累，縮短啟動周期;
(2)去除懸浮物，改善出水水質(zhì);
(3)當(dāng)偶爾發(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穩(wěn)定性;
(4)回流污泥可作進一步分解，可減少剩余污泥量。

 UASB反應(yīng)器具如下的主要特點：

① 污泥的顆?；狗磻?yīng)器內(nèi)的平均濃度達50 gVSS/L以上，污泥齡一般為30天以上；

② 反應(yīng)器的水力停留吋間相應(yīng)較短；

③ 反應(yīng)器具很髙的容積負(fù)荷；

④ 不僅適合于處理髙、中濃度的機工業(yè)廢水，也適合于處理低濃度的城市污水；

⑤ UASB反應(yīng)器集生物反應(yīng)和沉淀分離于一體，；

⑥ 滯設(shè)置填料，節(jié)省了，提髙了容積利用率；

⑦ 一般也需設(shè)置攪拌設(shè)備，上升水流和沼產(chǎn)生的上升流起到攪拌；

⑧ 構(gòu)造簡單，方便。

UASB的設(shè)計

UASB的工藝設(shè)計主要是計算UASB的容積、產(chǎn)量、剩余污泥量、營養(yǎng)需求的平衡量。
UASB的池形狀圓形、方形、矩形。污泥床高度一般為3-8m，多用鋼筋混凝土建造。當(dāng)污水機物濃度比較高時，需要的沉淀區(qū)與反應(yīng)區(qū)的容積比值小，反應(yīng)區(qū)的面積可采用與沉淀區(qū)相同的面積和池形。當(dāng)污水機物濃度低時，需要的沉淀面積大，為了反應(yīng)區(qū)的一定高度，反應(yīng)區(qū)的面積不能太大時，則可采用反應(yīng)區(qū)的面積小于沉淀區(qū)，即污泥床上部面積大于下部的池形。
液固三相分離器是UASB的重要組成部分，它對污泥床的正常和獲良好的出水水質(zhì)起十分重要的，因此設(shè)計時應(yīng)給予別的重視。根據(jù)經(jīng)驗，三相分離器應(yīng)滿足以下幾點要求:
1、混和液進入沉淀區(qū)之關(guān)，必須將其中的泡予以脫出，防止泡進入沉淀區(qū)影響沉淀;
2、沉淀器斜壁角度約可大于45度角;
3、沉淀區(qū)的表面水力負(fù)荷應(yīng)在0.7m3/m2.h以下，進入沉淀區(qū)前，通過沉淀槽低縫的流速不大于2m/m2.h;
4、處于集器的液一界面上的污泥要很好地使之浸沒于水中;
5、應(yīng)防止集器內(nèi)產(chǎn)生大量泡沫。
2、3兩個條件可以通過適當(dāng)沉淀器的深度-面積比來加以滿足。
對于低濃度污水，主要用限制表面水力負(fù)荷來控制;對于中等濃度和高濃度污水，在高負(fù)荷下，單位橫截面上釋放的體體積可能成為一個臨界指標(biāo)。但是直到現(xiàn)在外所取得的成果表明，只要負(fù)荷率不過20kgCOD/m3.d，UASB高度尚未見到大于10m的報道，三代厭氧反應(yīng)器除外。
污泥與液體的分離基于污泥絮凝、沉淀和過濾。所以在操作過程中，應(yīng)該盡可能創(chuàng)造污泥能夠形成絮凝沉降的水力條件，使污泥具良好的絮凝、沉淀性能，不僅對于分離器的工作是具重要意義，對于整個機物去除率更加至關(guān)重要。
別要注意避免泡進入沉淀區(qū)，要使固--液進入沉淀區(qū)之前就與泡很好分離。在--液表面上形成浮渣能迫使一些泡進入沉淀區(qū)，所以在設(shè)計中必須事先就考慮到:
(1)采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，盡可能避免浮渣的形成條件，防范浮渣層的形成;
(2)必須要沖散浮渣的設(shè)施或裝置，在污泥反應(yīng)區(qū)一旦出現(xiàn)浮渣的情況下，能夠及時破壞浮渣層的形成，或能夠及時除浮渣。
如上所述，UASB中污水與污泥的混合是靠上升的水流和發(fā)酵過程中產(chǎn)生的泡來完成的。因此，一般采用多點進水，使進水均勻地分布在床斷面上，其中的關(guān)鍵是要均勻--勻速、勻量。
UASB容積的計算一般按機物容積負(fù)荷或水力停留時間進行。設(shè)計時可通過試驗決定參數(shù)或參考同類廢水的設(shè)計和參數(shù)。

 UASB的啟動

1、污泥的馴化
UASB設(shè)備啟動的難點是獲得大量沉降性能良好的厭氧顆粒污泥。辦法加以馴化，一般需要3-6個月，如果靠設(shè)備自身積累，投產(chǎn)期長可長達1-2年。實踐表明，投加少量的載體，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
(1)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可以不予回流，以使別輕的和細碎污泥跟懸浮物連續(xù)地從污泥床出體外，使較重的活性污泥在床內(nèi)積累，并促進其增殖逐步達到顆?；?
(3)啟動開始廢水COD濃度較低時，未必就能讓污泥顆?；俣燃涌?
(4)初污泥負(fù)荷率一般在0.1-0.2kgCOD/kgTSS.d左右比較合適;
(5)污水中原來存在的和厭氧分解出來的多種揮發(fā)酸未能效分解之前，不應(yīng)隨意提高機容積負(fù)荷，這需要跟蹤觀察和水樣化驗;
(6)可降解的COD去除率達到70-80%左右時，可以逐步增加機容積負(fù)荷率;
(7)為促進污泥顆?；磻?yīng)區(qū)內(nèi)的小空塔速度不可低于1m/d，采用較高的表面水力負(fù)荷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。

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