UASB厌氧反应器应用

　　UASB反应器废水被尽可能均匀的引入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水和污泥颗粒接触的过程。在厌氧状态下产生的沼气（主要是甲烷和二氧化碳）引起了内部的循环，这对于颗粒污泥的形成和维持有利。在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上，附着和没有附着的气体向反应器顶部上升。上升到表面的污泥撞击三相反应器气体发射器的底部，引起附着气泡的污泥絮体脱气。气泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，附着和没有附着的气体被收集到反应器顶部的三相分离器的集气室。

　　UASB厌氧反应器应用范围

　　该反应器可以有效地处理有机废水，如酒精废水、柠檬酸废水、啤酒废水、制药废水等，同时产生沼气。

　　一、工艺技术简介

　　采用厌氧法处理高浓度有机废水，其优越性逐步得到人们的承认和重视，近年来厌氧技术得到很快发展，UASB厌氧处理工艺设备中上向流厌氧污泥来以其构造简单、处理、效果好、适用范围广、占地面积小、处理成本低、投资省而被大量采用。

　　二、工艺原理

　　UASB反应器的上部设置气、固、液三相分离器，下部为污泥悬浮层区和污泥床区，废水由反应器底部均匀泵入污泥床区，与厌氧污泥充分接触反应，有机物被厌氧微生物分解成沼气。液体、气体与固体形成混合液流上升至三相分离器，使三者很好地分离，使80﹪以上的有机物被转化为沼气，完成废水处理过程。其优势主要体现在颗粒污泥的形成使反应器内的污泥浓度大幅度提高，水力停留时间因此大大缩短，从而提高运行效率。

　　技术优点

　　(一)可处理高浓度废水，特别是对一些较难降解的大分子有机物有很好的去除效果，而好氧对此效果不明显；

　　（二） 不需要供氧，大大降低运行费用，能耗仅为好氧处理工艺的10-15%，且厌氧过程产生可再生能源——沼气；

　　（三） 污泥产生量比好氧过程少5～20倍，UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为20－40gVSS/1；不会产生污泥膨胀，剩余污泥量少，污泥易处理；

　　（四） 有机负荷率高，水力停留时间短，采用中温发酵时，容积负荷一般为10-20kgCOD/m3.d左右；反应器容积和系统，投资少。工程实践证明，当污水COD浓度大于4000mg/L时，厌氧处理就比好氧处理更加经济。

　　（五） 无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动；污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题；

　　（六） 、运行方便、易于维护管理。

　　UASB的特点如下。

　　构造简单巧妙：

　　沉淀区设在反应器的顶部，废水由反应器底部进入，向上流过污泥床区与大量的厌氧细菌接触，废水中的有机物被分解成沼气(主要成分为CH4和CO2)，废水在升流的过程中夹带着沼气和固体物。沼气在气室区进行固液分离，处理过的净化水由反应器顶部排走，废水完成了处理的全过程。沉淀区的大部分污泥可返回污泥床区，可使反应器内保持足够的生物量。由此可知，整个上半时集生物反应与沉淀于一体，反应器内不设机械搅拌，不装填料，构造较为简单，运行管理方便。

　　反应器内可培养出厌氧颗粒污泥：

　　UASB反应器在处理大多数有机废水时，只要操作方法正确，一般均可在反应器内培养出厌氧颗粒污泥，厌氧颗粒污泥的特性是有很高的去除有机物活性，密度比絮体污泥大，具有良好的沉淀性能，时反应器内可维持很高的生物量。

　　实现了污泥泥龄(SRT)与水力停留时间(HRT)的分离

　　由于在反应器内能维持很高的生物量，污泥泥龄很长，废水在反应器内的HRT较短，时SRT大于HRT，因而反应器具有很高的容积负荷率和很好的性，这是现代厌氧反应器与传统厌氧反应器区别。

　　UASB反应器对各类废水有很大的适应性：

　　UASB反应器不仅可以出来高浓度有机废水，如酒精、糖蜜、柠檬酸等生产废水，也可以出来中等浓度有机废水，如啤酒、屠宰、软饮料等生产废水，并且可以出来低浓度有机废水，如生活污水、城市污水等。UASB反应器可在高温(55摄氏度)和中温(35摄氏度左右)下运行，并可在低温(20摄氏度左右)下稳定运行。除了含有有毒有害物质的有机废水外，UASB反应器几乎可适应不同行业排出的各类有机废水。

　　能耗低，产泥量少：

　　由于UASB反应器不需要供氧，不需要搅拌，不需要加温，在实现能的同时，达到了低能耗，并可提供大量的生物能沼气，因此，UASB反应器是一种产能型的废水处理设备。由于SRT很长，不仅产生的污泥时稳定的，而且产泥量很少，从而降低了污泥处理费用。

　　不能去除废水中的氮和磷：

　　UASB反应器与其他厌氧处理设备一样，其不足之处是不能去除废水中的氮和磷。这是由厌氧生化反应的本质决定的。在处理高、中等浓度废水时，采用厌氧-好氧串联工艺，即用UASB反应器去除废水中大部分含碳有机物作为预处理，而采用好氧处理设备去除残余的含碳有机物和氮、磷等物质，这是的废水处理工艺选择，具有很大的意义，并可以大大节省基建投资，降低。因而，有着很好的经济效益和环境效益。

　　UASB反应器的详细设计

　　1) 反应器的体积和高度

　　采用水力停留时间进行设计时，体积(V)按公式(1)或(2)计算。选择反应器高度的原则是设计、运行和上综合考虑的结果。从设计、运行方面考虑：高度会影响上升流速，高流速增加系统扰动和污泥与进水之间的接触。但流速过高会引起污泥流失，为保持足够多的污泥，上升流速不能超过一定的限值，从而使反应器的高度受到限制；高度与CO2溶解度有关，反应器越高溶解的CO2浓度越高，因此，pH值越低。如pH值低于值，会危害系统的效率。从经济上考虑: 土方工程随池深增加而增加，但占地面积则相反；考虑当地的气候和地形条件，一般将反应器建造在半地下减少建筑和保温费用。经济的反应器高度(深度)一般是在4到6m之间，并且在大多数情况下这也是系统的运行范围。

　　2) 反应器的升流速度

　　对于UASB反应器还有其他的流速关系(图2)。对于日平均上升流速的值见表3，应该注意对短时间(如2～6h)的高峰值是可以承受的(即暂时的高峰流量可以接收)。表3 UASB和EGSB允许上升流速(平均日流量) Vr＝0.25~3.0m/h

　　3) 反应器的截面积和反应器的长、宽(或直径)

　　在确定反应器的容积和高度(H)之后，可确定反应器的截面积(A)。从而确定反应器的长和宽，在同样的面积下正方形池的周长比矩形池要小，矩形UASB需要更多的建筑材料。以表面积为600m2的反应器为例，30×20m的反应器与15m×40m的反应器周长相差10%，这意味着建筑费用要增加10%。但从布水均匀性考虑，矩形在长/宽比较大较为合适。从布水均匀性和经济性考虑，矩形池在长/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。圆形反应器在同样的面积下，其周长比正方形的少12%。但这一优点仅仅在采用单个池子时才成立。当建立两个或两个以上反应器时，矩形反应器可以采用共用壁。对于采用公共壁的矩形反应器，池型的长宽比对造价也有较大的影响。如果不考虑其他因素，这是一个在设计中需要优化的参数。

　　4) 单元反应器体积和分格化的反应器

　　在UASB反应器的设计中，采用分格化对运行操作是有益的。先，分格化的单元尺寸不会过大，可避免体积过大带来的布水均匀性等问题；同时多个反应器对系统的启动也是有益的，可先启动一个反应器，再用这个反应器的污泥去接种其他反应器；另外，有利于维护和检修，可放空一个反应器进行检修，而不影响系统的运行。从目前实践看的单体UASB反应器可为1000-2000m3。

　　5) 单元反应器的系列化

　　单元的标准化根据三相分离器尺寸进行，三相分离器的型式趋向于多层箱体的设备化结构。以2×5m的三相分离器为例，原则上讲有多种配合形式。但从标准化和系列化考虑，要求具有通用性和简单性。所以，池子宽度是以5m为模数，长度方向是以2m为模数。布置单元尺寸的方式可分成单池单个分离器和单池两个分离器的形式。原则上如果采用管道或渠道布水，池子的长度是不受限制。如前所述，由于长宽比涉及到反应器的经济性，所以要结合池子组数考虑适当的长宽比。对宽度为10m的单个反应器，2:1的长宽比的反应器可达到2000m3的池容。对更大的反应器，如果需要也可采用双池共用壁的型式。

　　USAB系统原理是在形成沉降性能良好的污泥絮体的基础上，并结合在反应器内设置污泥沉淀系统，使气体、液体和固体得到分离，形成和保持沉淀性能良好的污泥（颗粒或者絮状污泥），是USAB系统良好运行的根本点。

　　厌氧生物反应器的控制指标

　　(1)氧化还原电位：利用测定氧化还原电位的方法判定厌氧反应器内的多个氧化还原组分系统是否平衡状态，虽然这种方法性较差，但由于氧化还原电位测定简单，和其他监测指标结合起来应用，有一定的指导意义。

　　(2)盐和乙酸盐浓度比：如果厌氧反应器有机负荷超过正常范围，在其他运行参数发生变化之前，盐和乙酸盐浓度之比会立即升高。因此可以将盐和乙酸盐浓度之比作为厌氧反应器超负荷引起运行异常的灵敏而指标。

　　(3)挥发性酸VFA：挥发性酸的异常升高是厌氧反应器中产甲烷菌代谢受到抑制的有效指标。

　　(4)降解芳香组氨基酸和木质素等大分子有机物产生的中间产物，当处理含有这类污染物的污水时，厌氧处理出水中含量是比挥发性酸更为敏感的反映厌氧反应器运行状态的指标。

　　(5)：气味独特，即使含很低，人们也能凭嗅觉感觉出来。含量突然增加（气味突然出现或加大）往往表明进水中氯代烃类有毒物质含量突然增加。

　　(6)CO:：CO的产生与甲烷的产生密切相关，CO难溶于水，可以实现在线监测。气相中CO的含量和液相中乙酸盐的浓度有良好的相关性，CO的含量变化与重金属和由有机毒性所引起的抑制作用也有关系。