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反應(yīng)器原理

    UASB由污泥反應(yīng)區(qū)、液固三相分離器(包括沉淀區(qū))和室三部分組成。在底部反應(yīng)區(qū)內(nèi)存留大量厭氧污泥，具良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與污泥層中污泥進(jìn)行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的機(jī)物，把它轉(zhuǎn)化為沼。沼以微小泡形式不斷放出，微小泡在上升過(guò)程中，不斷合并，逐漸形成較大的泡，在污泥床上部由于沼的攪動(dòng)形成一個(gè)污泥濃度較稀薄的污泥和水一起上升進(jìn)入三相分離器，沼碰到分離器下部的反射板時(shí)，折向反射板的四周，然后穿過(guò)水層進(jìn)入室，集中在室沼，用導(dǎo)管導(dǎo)出，固液混合液經(jīng)過(guò)反射進(jìn)入三相分離器的沉淀區(qū)，污水中的污泥發(fā)生絮凝，顆粒逐漸增大，并在重力下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿著斜壁滑回厭氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)，使反應(yīng)區(qū)內(nèi)積累大量的污泥，與污泥分離后的處理出水從沉淀區(qū)溢流堰上部溢出，然后出污泥床。

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(lái)說(shuō)，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^(guò)的量較多，形成一股上升的流，帶動(dòng)部分混合液(指污泥與水)作向上運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)，這股、水流周?chē)慕橘|(zhì)則向下運(yùn)動(dòng)，造成逆向混合，這種流態(tài)造成水的短流。在遠(yuǎn)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(shuō)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(yùn)動(dòng)帶動(dòng)液體以較高速度上升和下降，形成較強(qiáng)的混合。在產(chǎn)量較少的情況下，時(shí)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(gè)界面不明顯。關(guān)試驗(yàn)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)。

    葫蘆島市UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度與設(shè)備的機(jī)負(fù)荷率關(guān)。是處理制糖廢水試驗(yàn)時(shí)，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(shuō)明接近完混合型流態(tài)，反應(yīng)區(qū)內(nèi)污泥的頒，當(dāng)機(jī)負(fù)荷很高時(shí)污泥層和懸浮層分界不明顯。試驗(yàn)表明，污水通過(guò)底部0.4-0.6m的高度，已90%的機(jī)物被轉(zhuǎn)化。由此可見(jiàn)厭氧污泥具高的活性，改變了以來(lái)認(rèn)為厭氧處理過(guò)程進(jìn)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厭氧反應(yīng)器具高的容積機(jī)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(qiáng)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(dá)到的COD容積負(fù)荷，可以將污泥顆?；^(guò)程大致分為三個(gè)期:

    (1)接種啟動(dòng)期:從接種污泥開(kāi)始到污泥床內(nèi)的COD容積負(fù)荷達(dá)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(diǎn)是小顆粒污泥開(kāi)始出現(xiàn)，當(dāng)污泥床內(nèi)的總SS量和總VSS量降至低時(shí)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(diǎn)是顆粒污泥大量形成，由下為上逐步充滿整個(gè)UASB。當(dāng)污泥床容積負(fù)荷達(dá)到16kgCOD/m3.d以上時(shí)，可以認(rèn)為顆粒污泥已培養(yǎng)成熟。該期污泥沉降性很好。

 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(jìn)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(jìn)入水體，外部另設(shè)一沉淀池，沉淀下來(lái)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(dòng)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(shí)，提高了可見(jiàn)性，能夠及時(shí)回收污泥保持工藝的穩(wěn)定性;

    (4)回流污泥可作進(jìn)一步分解，可減少剩余污泥量。

    UASB厭氧反應(yīng)器廢水被盡可能均勻的引入反應(yīng)器的底部，污水向上通過(guò)包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥床。厭氧反應(yīng)發(fā)生在廢水和污泥顆粒接觸的過(guò)程。在厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生的沼（主要是甲烷和二氧化碳）引起了內(nèi)部的循環(huán)，這對(duì)于顆粒污泥的形成和維持利。在污泥層形成的一些體附著在污泥顆粒上，附著和沒(méi)附著的體向反應(yīng)器部上升。上升到表面的污泥撞擊三相反應(yīng)器體發(fā)射器的底部，引起附著泡的污泥絮體脫。泡釋放后污泥顆粒將沉淀到污泥床的表面，附著和沒(méi)附著的體被收集到反應(yīng)器部的三相分離器的集室。UASB厭氧反應(yīng)器中的厭氧反應(yīng)過(guò)程與其他厭氧生物處理工藝一樣，包括水解，酸化，產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷等。通過(guò)不同的微生物參與底物的轉(zhuǎn)化過(guò)程而將底物轉(zhuǎn)化為終產(chǎn)物——沼、水等機(jī)物

在厭氧消化反應(yīng)過(guò)程中參與反應(yīng)的厭氧微生物主要以下幾種：

    ① 解—發(fā)酵(酸化)細(xì)菌，它們將復(fù)雜結(jié)構(gòu)的底物水解發(fā)酵成各種機(jī)酸，乙醇，糖類，氫和二氧化碳；

    ② 乙酸化細(xì)菌，它們將*步水解發(fā)酵的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為氫、乙酸和二氧化碳；

    ③ 產(chǎn)甲烷菌，它們將簡(jiǎn)單的底物如乙酸、甲醇和二氧化碳、氫等轉(zhuǎn)化為甲烷 。

基本要求:

    (1)為污泥絮凝提供利的物理、化學(xué)和力學(xué)條件，使厭氧污泥獲得并保持良好的沉淀性能;

    (2)良好的污泥床常可形成一種相當(dāng)穩(wěn)定的生物相，保持定的微生態(tài)環(huán)境，能抵抗較強(qiáng)的擾動(dòng)力，較大的絮體具良好的沉淀性能，從而提高設(shè)備內(nèi)的污泥濃度;

    (3)通過(guò)在污泥床設(shè)備內(nèi)設(shè)置一個(gè)沉淀區(qū)，使污泥細(xì)顆粒在沉淀區(qū)的污泥層內(nèi)進(jìn)一步絮凝和沉淀，然后回流入污泥床內(nèi)。

UASB的啟動(dòng)

1、污泥的馴化

    UASB設(shè)備啟動(dòng)的難點(diǎn)是獲得大量沉降性能良好的厭氧顆粒污泥。加以馴化，一般需要3-6個(gè)月，如果靠設(shè)備自身積累，投產(chǎn)期長(zhǎng)可長(zhǎng)達(dá)1-2年。實(shí)踐表明，投加少量的載體，利于厭氧菌的附著，促進(jìn)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(dòng)期。

2、啟動(dòng)操作要點(diǎn)

    (1)應(yīng)一次投加足夠量的接種污泥;

    (2)啟動(dòng)初期從污泥床流出的污泥可以不予回流，以使別輕的和細(xì)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(jìn)其增殖逐步達(dá)到顆?；?

    (3)啟動(dòng)開(kāi)始廢水COD濃度較低時(shí)，未必就能讓污泥顆粒化速度加快;

    (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(lái)存在的和厭氧分解出來(lái)的多種揮發(fā)酸未能效分解之前，不應(yīng)隨意提高機(jī)容積負(fù)荷，這需要跟蹤觀察和水樣化驗(yàn);

    (6)可降解的COD去除率達(dá)到70-80%左右時(shí)，可以逐步增加機(jī)容積負(fù)荷率;

    (7)為促進(jìn)污泥顆?；?，反應(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(kāi)，使小顆粒污泥凝并為大顆粒。

厭氧生物處理的主要特點(diǎn)哪些?

    ⑴ 能耗較低：因?yàn)閰捬跎锾幚聿恍枰┭?，能源消耗約為好氧活性污泥法的1/10，還能產(chǎn)生具較高熱值的甲烷(CH4)。每去除1gCODcr可以產(chǎn)生0.35規(guī)準(zhǔn)升甲烷或0.7規(guī)準(zhǔn)升沼。沼的熱值為22.7KJ/L,甲烷的熱值為39300KJ/m3，一般天然的熱值為34300KJ/m3 。

    ⑵ 污泥產(chǎn)量低：因?yàn)閰捬跷⑸锏脑鲋乘俾时群醚跷⑸锏偷枚啵醚跎锾幚硐到y(tǒng)每處理1kgCODcr產(chǎn)生的污泥量為0.25～0.6kg，而厭氧生物處理系統(tǒng)每處理1kgCODcr產(chǎn)生的污泥量只0.02～0.18kg。

    ⑶可對(duì)好氧生物處理系統(tǒng)不能降解的一些大分子機(jī)物進(jìn)行*降解或部分降解。

    ⑷ 厭氧微生物對(duì)溫度、PH等環(huán)境因素的變化更為敏感，管理好厭氧生物處理系統(tǒng)的難度較大。

    ⑸ 水溫適應(yīng)廣：好氧處理水溫在10～35℃之間，當(dāng)高溫時(shí)就需采取降溫措施;而厭氧處理水溫適應(yīng)，分低溫厭氧(10～30℃)、中溫厭氧(30～40℃)和高溫厭氧(50～60℃)。

設(shè)計(jì)

    UASB的工藝設(shè)計(jì)主要是計(jì)算UASB的容積、產(chǎn)量、剩余污泥量、營(yíng)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(jī)物濃度比較高時(shí)，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(jī)物濃度低時(shí)，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(shí)，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(duì)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(jì)時(shí)應(yīng)給予別的重視。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，三相分離器應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求:

    1、混和液進(jìn)入沉淀區(qū)之關(guān)，必須將其中的泡予以脫出，防止泡進(jìn)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(jìn)入沉淀區(qū)前，通過(guò)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(méi)于水中;

    5、應(yīng)防止集器內(nèi)產(chǎn)生大量泡沫。

UASB的主要優(yōu)點(diǎn)是:

    1、UASB內(nèi)污泥濃，平均污泥濃度為20-40gVSS/1;

    2、機(jī)負(fù)荷高，水力停留時(shí)間短，采用中溫發(fā)酵時(shí)，容積負(fù)荷一般為10kgCOD/m3.d左右;

    3、混合攪拌設(shè)備，靠發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的沼的上升運(yùn)動(dòng)，使污泥床上部的污泥處于懸浮狀態(tài)，對(duì)下部的污泥層也一定程度的攪動(dòng);

    4、污泥床不填載體，節(jié)省造價(jià)及避免因填料發(fā)生堵賽問(wèn)題;

    5、葫蘆島市UASB厭氧反應(yīng)器內(nèi)設(shè)三相分離器，通常不設(shè)沉淀池，被沉淀區(qū)分離出來(lái)的污泥重新回到污泥床反應(yīng)區(qū)內(nèi)，通?？梢圆辉O(shè)污泥回流設(shè)備。

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