西安UASB厌氧反应器

简介：

   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（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利。在污泥层形成的一些体附着在污泥颗粒上，附着和没附着的体向反应器部上升。上升到表面的污泥撞击三相反应器体发射器的底部，引起附着泡的污泥絮体脱。泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，附着和没附着的体被收集到反应器部的三相分离器的集室。

厌氧过程对环境条件要求比较严格:

Ⅰ、氧化还原电位(φE)与温度
氧的溶入和氧化态、氧化剂的存在:Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-、PO43-、H+会使体系中电位升高，对厌氧消化不利。
高温消化--500~600mv，50~55℃
中温消化--300~380mv，30~38℃
产酸菌对氧还-还电位要求不甚严格+100~-100mv
产甲烷菌对氧还-还电位要求严格<-350mv
Ⅱ、pH及碱度
pH主要取决于三个生化阶段的平衡状态，原液本身的pH和发酵系统中产生的CO2分压(20.3~40.5kpa)，正常发酵pH=7.2~7.4，机负荷太大，水解和酸化过程的生化速率大大过产速率。将导致水解产物机酸的积累使pH下降，抑制甲烷菌的机能，使化速率锐减，所以原液pH=6~8，发酵过程机酸浓度不过3000mg/L为佳(以乙酸计)。
HCO3-及NH3是形成厌氧处理系统碱度的主要原因，高的碱度具较强的缓冲能力，一般要求碱度2000mg/L以上，NH3浓度50~200mg/L为佳。
Ⅲ、毒物--凡对厌氧处理过程起抑制和毒害的物质都可称为毒物，机酸浓度不应使消化液pH<6.8;不应高于1500mg/L，其它阴离子浓度参见 P148表9-2。
折叠工艺操作条件
Ⅰ、生物量--大小以污泥浓度表示，一般介于10~30gvss/L之间，为防止反应器中污泥流失，可采用装入填料介质使细菌附着挂膜，调节水流速度或污泥回流量。
Ⅱ、负荷率--表示消化装置处理能力的一个参数，负荷率三种表示方法:
①容积负荷率--反应器单位效容积在单位时间内接纳的机物量kg/m3•d。
②污泥负荷率--反应器内单位重的污泥在单位时间内接纳的机物量kg/kg•d。
③投配率--每天向单位效容积投加的材料的体积m3/m3•d。
投配率的倒数为平均停留时间或消化时间，单位为d(天)，投配率池可用百分率表示。
负荷率的影响:
①当机物负荷率很高时，营养充分，代谢产物机酸产量很大，过甲烷菌的吸收利用能力，机酸积累pH下降，是低效不稳定状态。
②负荷率适中，产酸细菌代谢产物中的机物(机酸)基本上能被甲烷菌及时利用，并转化为沼，残存机酸量仅为几百毫克/升。pH=7~7.5，呈弱碱性，是强效稳定发酵状态。
③当机负荷率小，供给养料不足，产酸量偏少，pH>7.5是碱性发酵状态，是低效发酵状态。
Ⅲ、温度控制--发酵要求较高的温度，每去除8000mg/L的COD所产沼，能使水温升高10℃，一般工艺设计中温消化30~35℃。
Ⅳ、pH的控制--当液料pH<6.5或高于8.0，则要调整液料pH。
pH<6.8~7，应减少机负荷率，
pH<6.5，应停止加料，必要时加入石灰中和。
发酵或酸化阶段
发酵可定义为机物化合物既作为电子受体也是电子供体的生物降解过程，在此过程中溶解性机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物，因此这一过程也称为酸化。
在这一阶段，上述小分子的化合物发酵细菌（即酸化菌）的细胞内转化为更为简单的化合物并分泌到细胞外。发酵细菌绝大多数是严格厌氧菌，但通常约1%的兼性厌氧菌存在于厌氧环境中，这些兼性厌氧菌能够起到保护像甲烷菌这样的严格厌氧菌免受氧的损害与抑制。这一阶段的主要产物挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢、氨、硫化氢等，产物的组成取决于厌氧降解的条件、底物种类和参与酸化的微生物种群。与此同时，酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质，因此，未酸化废水厌氧处理时产生更多的剩余污泥。
在厌氧降解过程中，酸化细菌对酸的耐受力必须加以考虑。酸化过程pH下降到4时能可以进行。但是产甲烷过程pH值的范围在6.5～7.5之间，因此pH值的下降将会减少甲烷的生成和氢的消耗，并进一步引起酸化末端产物组成的改变。

UASB反应器的工艺特点：

   UASB反应器的基本征是不用吸附载体，就能形成沉降性能良好的粒状污泥，保持反应器内高浓度的微生物，因而可以承受较高的COD负荷(可高达30~50kgCOD/(m3˙d)以上)，COD去除率可达90%以上。而好氧生物处理中，效果的好氧纯生物流化床。深井曝等工艺COD负荷也只10kgCOD/(m3˙d)左右，COD去除率为70%~80%。与其他厌氧生物反应器相比，UASB的点如下。

反应器内可培养出厌氧颗粒污泥：

UASB反应器在处理大多数机废水时，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，厌氧颗粒污泥的性是很高的去除机物活性，密度比絮体污泥大，具良好的沉淀性能，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的大区别。

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。反应器高度的原则是设计、和上综合考虑的结果。从设计、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。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范围。

2) 反应器的升流速度

对于UASB反应器还其他的流速关系(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时增加十分突出。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) 单元反应器大体积和分格化的反应器

在UASB反应器的设计中，采用分格化对操作是益的。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，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。从目前实践看大的单体UASB反应器可为1000-2000m3。

5) 单元反应器的系列化

单元的规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，原则上讲多种配合形式。但从规准化和系列化考虑，要求具通用性和简单性。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系统良好的根本点。  

西安UASB厌氧反应器

分离装置

三相分离器是UASB反应器zui点和zui重要置。它同时具两个功能：

1) 能收集从分离器下的反应室产生的沼;

2) 使得在分离器之上的悬浮物沉淀下来。

三相分离器设计要点：

1) 集室的隙缝部分的面积应该占反应器部面积的15～20%;

2) 在反应器高度为5～7m时，集室的高度在1.5～2m;

3) 在集室内应保持液界面以释放和收集体，防止浮渣或泡沫层的形成;

4) 在集室的上部应该设置消泡喷嘴，当处理污水严重泡沫问题时消泡;

5) 反射板与隙缝之间的遮盖应该在100～200mm以避免上升的体进入沉淀室;

6) 出管的直管应该充足以从集室引出沼，别是泡沫的情况。

对于低浓度污水处理，当水力负荷是限制性时，在三相分离器缝隙处保持大的过流面积，使得zui大的上升流速在这一过水断面上尽可能的低是十分重要的。

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