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升流式厭氧污泥床反應(yīng)器是一種處理污水的厭氧生物方法，又叫升流式厭氧污泥床，英文縮寫UASB（Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket）。由荷蘭Lettinga教授于1977年發(fā)明。污水自下而上通過UASB。反應(yīng)器底部有一個(gè)高濃度、高活性的污泥床，污水中的大部分有機(jī)污染物在此間經(jīng)過厭氧發(fā)酵降解為甲烷和二氧化碳。
一、UASB工藝的主要特點(diǎn)
1）利用微生物細(xì)胞固定化技術(shù)-污泥顆粒化
UASB反應(yīng)器利用微生物細(xì)胞固定化技術(shù)—污泥顆粒化，實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間和污泥停留時(shí)間的分離，從而延長(zhǎng)了污泥泥齡，保持了高濃度的污泥。顆粒厭氧污泥具有良好的沉降性能和高比產(chǎn)甲烷活性，且相對(duì)密度比人工載體小，靠產(chǎn)生的氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)污泥與基質(zhì)的充分接觸，節(jié)省了攪拌和回流污泥的設(shè)備和能耗，也無(wú)需附設(shè)沉淀分離裝置；同時(shí)反應(yīng)器內(nèi)不需投加填料和載體，提高了容積利用率，避免了堵塞問題，具有能耗低、成本低的特點(diǎn)。
2）由產(chǎn)氣和進(jìn)水的均勻分布所形成的良好的自然攪拌作用
在UASB反應(yīng)器中，由產(chǎn)氣和進(jìn)水形成的上升液流和上竄氣泡對(duì)反應(yīng)區(qū)內(nèi)的污泥顆粒產(chǎn)生重要的分級(jí)作用。這種作用不僅影響污泥顆粒化進(jìn)程，同時(shí)還對(duì)形成的顆粒污泥的質(zhì)量有很大的影響，同時(shí)這種攪拌作用實(shí)現(xiàn)了污泥與基質(zhì)的充分接觸。
3）設(shè)計(jì)合理的三相分離器的應(yīng)用
三相分離器是UASB反應(yīng)器中最重要的設(shè)備，它可收集從反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生的沼氣，同時(shí)使分離器上的懸浮物沉淀下來(lái)，使沉淀性能良好的污泥能保留在反應(yīng)器內(nèi)。三相分離器的應(yīng)用避免了輔設(shè)沉淀分離裝置、脫氣裝置和回流污泥設(shè)備，簡(jiǎn)化了工藝，節(jié)約了投資和運(yùn)行費(fèi)用。
4）容積負(fù)荷率高
對(duì)中高濃度有機(jī)廢水容積負(fù)荷可達(dá)20kgCOD/(m3?d)，COD去除率均可穩(wěn)定在80%左右。
5）污泥產(chǎn)量低
與傳統(tǒng)好氧工藝相比，污泥產(chǎn)量低,污泥產(chǎn)率一般為0.05kgVSS/kgCOD～0.10kgVSS/kgCOD，僅為活性污泥產(chǎn)泥量的1/5左右。反應(yīng)器產(chǎn)生的剩余污泥又是新厭氧系統(tǒng)運(yùn)行所必需的菌種。
6）能夠回收生物能——沼氣
沼氣是一種發(fā)熱量很高的可燃?xì)怏w，特大型UASB系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣可進(jìn)行發(fā)電利用，并替代或補(bǔ)償廢水污染治理設(shè)施的電力消耗；中、小型UASB系統(tǒng)可結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行沼氣利用，如用于炊事、采暖或作為厭氧換熱的熱源。
二、UASB反應(yīng)器組成
UASB反應(yīng)器主要由布水系統(tǒng)、三相分離器、出水收集系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)組成。
1、布水系統(tǒng)
布水系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)對(duì)UASB反應(yīng)器的良好運(yùn)轉(zhuǎn)是至關(guān)重要的，進(jìn)水系統(tǒng)兼有配水和水力攪拌的功能，為了保證這兩個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)時(shí)需要滿足如下原則：a、確保各單位面積的進(jìn)水量基本相同，以防止短路或表面負(fù)荷不均勻等現(xiàn)象發(fā)生；b、盡可能滿足水力攪拌需要，保證進(jìn)水有機(jī)物與污泥迅速混合；c、易觀察到進(jìn)水管的堵塞；d、當(dāng)堵塞被發(fā)現(xiàn)后，易被清除。
目前布水系統(tǒng)的形式一般可以采用一管多孔式布水，一管一孔式布水或枝狀布水方式。
1）對(duì)于壓力流采用穿孔管布水（一管多孔或分枝狀）
a.進(jìn)水采用重力流（管道及渠道）或壓力流，后者需設(shè)逆止裝置；
b.當(dāng)水力篩縫隙為3mm～5mm時(shí)，出水孔大于15mm，一般在15mm～25mm之間；
c.需考慮設(shè)液體反沖洗或清堵裝置，可以采用停水分池分段反沖，用液體反沖時(shí)，壓力為1.0kg/cm2～2.0kg/cm2，流量為正常進(jìn)水量的3～5倍；
2）采用重力流布水方式(一管一孔)
如果進(jìn)水水位差僅僅比反應(yīng)器的水位稍高（水位差小于10cm）會(huì)經(jīng)常發(fā)生堵塞現(xiàn)象。因?yàn)檫M(jìn)水水頭不足以消除阻塞。當(dāng)水箱中的水位（三角堰的底部）與反應(yīng)器中的水位差大于30cm時(shí)很少發(fā)生堵塞現(xiàn)象。
a.采用布水器布水時(shí)，從布水器到布水口應(yīng)盡可能少地采用彎頭等非直管；
b.廢水通過布水器進(jìn)入池內(nèi)時(shí)會(huì)吸入空氣，直徑大于2.0mm氣泡會(huì)以0.2m/s～0.3m/s速度上升，在管道垂直段（或頂部）流速應(yīng)低于這一數(shù)值；
c.上部管徑應(yīng)大于下部，可適當(dāng)?shù)乇苊獯蟮目諝馀葸M(jìn)入反應(yīng)器；
d.反應(yīng)器底部較小直徑可以產(chǎn)生高的流速，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的擾動(dòng)，使進(jìn)水與污泥之間充分接觸；
e.為了增強(qiáng)底部污泥和廢水之間的接觸，建議進(jìn)水點(diǎn)距反應(yīng)器池底保持150mm～250mm的距離。
2、三相分離器
三相分離器是UASB反應(yīng)器最有特點(diǎn)和最重要的設(shè)備，它同時(shí)具有收集從下部反應(yīng)室產(chǎn)生的沼氣、沉淀分離器上部的懸浮物、污泥回流三個(gè)功能。
上述功能均要求三相分離器的設(shè)計(jì)應(yīng)能避免沼氣氣泡上升到沉淀區(qū)，如其上升到表面將引起出水混濁，沉淀效率降低，產(chǎn)生沼氣損失等不利影響。三相分離器的設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
（1）間隙和出水面的截面積比：該面積比會(huì)影響到進(jìn)入沉淀區(qū)和保持在污泥相中的絮體的沉降速度；
（2）分離器相對(duì)于出水液面的位置：這個(gè)位置確定反應(yīng)區(qū)（下部）和沉淀區(qū)（上部）的比例，在多數(shù)UASB反應(yīng)器中內(nèi)部沉淀區(qū)是總體積的15％～20％；
（3）三相分離器的傾角：這個(gè)角度要使固體可滑回到反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)，在實(shí)際中是在55°～60°之間，這個(gè)角度也確定了三相分離器的高度，從而確定了所需的材料；
（4）分離器下氣液界面的面積：它確定了沼氣單位界面面積的釋放速率，合理的氣體釋放速率約為1 m3/（m2?h）～3m3/（m2?h）（低濃度廢水達(dá)不到這個(gè)速率）。速率過低可能形成浮渣層，速率過高會(huì)導(dǎo)致在界面上形成氣沫層，兩者都可能導(dǎo)致堵塞氣體釋放管。
3、出水收集系統(tǒng)
出水裝置應(yīng)設(shè)置在UASB反應(yīng)器的頂部，盡可能保證均勻地收集處理過的廢水。大部分厭氧反應(yīng)器的出水堰與傳統(tǒng)沉淀池的出水裝置相同，即在水平匯水槽內(nèi)一定距離間隔設(shè)三角堰。為保證出水均勻，大部分的UASB反應(yīng)器采用多槽式出水方式，每個(gè)槽兩側(cè)設(shè)有三角堰。
當(dāng)處理的廢水中含有蛋白質(zhì)、脂肪或大量懸浮固體時(shí)，出水一般也夾帶有大量懸浮固體或漂浮污泥，為了減少出水懸浮固體量，在出水槽前設(shè)置擋板，這樣可減少出水中懸浮固體數(shù)量，有利于提高出水水質(zhì)。但是設(shè)有出水擋板容易形成污渣層，此時(shí)可采用浮沫撇除裝置，如刮渣機(jī)等，因此是否設(shè)擋板需根據(jù)處理廢水的實(shí)際情況確定。
出水設(shè)施經(jīng)常出現(xiàn)的問題是部分出水槽即使設(shè)置浮渣擋板，也會(huì)被漂浮的固體堵塞，從而引起出水不均勻，或發(fā)生堰不是完全水平的問題，較小的水頭會(huì)引起相對(duì)大的誤差。為了消除或最終減少這些問題，應(yīng)當(dāng)要求堰上水頭不小于25mm。三角堰的設(shè)計(jì)要使其可以調(diào)整高度。
4、排泥系統(tǒng)
厭氧反應(yīng)器內(nèi)保持足夠的污泥量，是保證反應(yīng)器高效運(yùn)行的基礎(chǔ)。但經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后，污泥量過度時(shí)，會(huì)因污泥沉淀使有效容積縮小而降低處理效率，甚至?xí)蚨氯绊懻＿\(yùn)行，或使出水中夾帶大量污泥，影響出水水質(zhì)，因此必須定期對(duì)厭氧反應(yīng)器進(jìn)行適量的排泥。UASB反應(yīng)器排泥一般采用重力方式排泥，排出量由污泥界面儀控制。
反應(yīng)器的排泥頻率根據(jù)污泥濃度分布曲線確定。即在反應(yīng)器全高上設(shè)置若干（5個(gè)～6個(gè)）取樣管，可以取反應(yīng)器內(nèi)的污泥樣品，以獲得污泥濃度沿深度的分布曲線，并可計(jì)算反應(yīng)器的存泥總量，以確定是否需要排泥。排泥點(diǎn)宜設(shè)在污泥區(qū)中上部和底部?jī)牲c(diǎn)。一般在污泥床的底層宜形成濃污泥，濃污泥由于顆粒和小砂粒積累等原因活性變低，因此建議從反應(yīng)器的底部排泥，這樣可以避免或減少在反應(yīng)器內(nèi)積累砂礫；中上部排泥點(diǎn)宜保持在距清水區(qū)0.5m～1.5m的位置，這樣既可保證水力運(yùn)行的暢通，又可使懸浮污泥有沉降的空間。
三、UASB工藝的啟動(dòng)
1、反應(yīng)器啟動(dòng)
1.污泥顆粒化
對(duì)于一個(gè)新建的UASB反應(yīng)器，啟動(dòng)過程主要是用未經(jīng)馴化的絮狀污泥對(duì)其進(jìn)行接種，并經(jīng)過一定時(shí)間的啟動(dòng)調(diào)試運(yùn)行，使反應(yīng)器達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷并實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的去除，通常這一過程會(huì)伴隨污泥顆粒化的實(shí)現(xiàn)，因此也稱之為污泥顆粒化，污泥顆粒化是大多數(shù)UASB反應(yīng)器啟動(dòng)的目標(biāo)和啟動(dòng)成功的標(biāo)志。
顆粒污泥的形成使UASB反應(yīng)器內(nèi)可以保留高濃度的厭氧污泥。絮狀污泥沉降性能較差，當(dāng)產(chǎn)氣量較高、廢水上升流速度略高時(shí)，絮狀污泥則容易被沖出反應(yīng)器。產(chǎn)氣與水流的剪切力也易于使絮狀污泥進(jìn)一步分散，這加劇了絮狀污泥的洗出。顆粒污泥有良好的沉降性能，它能在很高的產(chǎn)氣量和高上升流速下保留在厭氧反應(yīng)器內(nèi)。因此，污泥的顆粒化可以使UASB反應(yīng)器允許具備更高的有機(jī)容積負(fù)荷和水力負(fù)荷。
2.啟動(dòng)時(shí)間
利用絮狀污泥作為接種物首次啟動(dòng)UASB反應(yīng)器，在形成明顯的顆粒污泥床之前可能會(huì)需要幾個(gè)月的時(shí)間。厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)之所以需要較長(zhǎng)的時(shí)間，除了甲烷菌生長(zhǎng)速率較慢外，接種污泥低的比甲烷活性和在反應(yīng)器啟動(dòng)初期相對(duì)高的污泥流失也是重要的影響因素。但是，當(dāng)UASB正常運(yùn)行后反應(yīng)器內(nèi)可以產(chǎn)生大量的顆粒污泥，這些顆粒污泥可以在常溫下保存很長(zhǎng)時(shí)間而不損失其活性，因此在停止運(yùn)行后的再次啟動(dòng)可以迅速完成。
3.接種污泥
UASB反應(yīng)器可采用絮狀污泥或顆粒污泥進(jìn)行啟動(dòng)。接種污泥的數(shù)量和活性是影響反應(yīng)器成功啟動(dòng)的重要因素。一般絮狀接種污泥濃度控制在30gVSS/L～40gVSS/L，顆粒污泥接種濃度控制在20gVSS/L～30gVSS/L。
采用絮狀污泥接種時(shí)，為縮短啟動(dòng)時(shí)間，可在污泥中添加少量破碎的顆粒污泥，促進(jìn)顆粒化過程。添加少量的顆粒污泥至少有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是顆粒污泥里含有大量活的甲烷微生物，而絮狀污泥僅含大約2％甲烷污泥(通過比活性估計(jì))，添加少量顆粒污泥可使甲烷活性有較大的提高；二是通過將顆粒污泥破碎為大量小的顆粒碎片，顆粒碎片會(huì)作為新的顆粒污泥“前體”，為新的顆粒提供了大量生長(zhǎng)核心。
采用顆粒污泥啟動(dòng)允許有較大的接種量，啟動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短很大程度上取決于顆粒污泥的來(lái)源，即顆粒污泥在原反應(yīng)器中的培養(yǎng)條件以及原來(lái)處理的廢水種類。新啟動(dòng)的反應(yīng)器在選擇種泥時(shí)應(yīng)盡量使種泥的原處理廢水種類與擬處理的廢水種類一致，廢水種類與性質(zhì)越接近，馴化所需時(shí)間則越少，可大大縮短啟動(dòng)時(shí)間。在實(shí)踐中，有時(shí)難以得到從同一種廢水培養(yǎng)的顆粒污泥，但只要在啟動(dòng)的第一星期將初始污泥負(fù)荷控制在最大污泥負(fù)荷能力的50％之下也可順利啟動(dòng)。
4.啟動(dòng)過程
啟動(dòng)中會(huì)洗出接種污泥中較輕的污泥，保存較重的污泥，以推動(dòng)顆粒污泥在反應(yīng)器中的形成。啟動(dòng)過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1）UASB反應(yīng)器的啟動(dòng)負(fù)荷應(yīng)小于1kgCOD/（m3?d），上升流速應(yīng)小于0.2m/h，進(jìn)水COD濃度大于5000mg/L或有毒廢水應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)稀釋。
2）應(yīng)逐步升溫(以每日升溫2℃為宜)使UASB反應(yīng)器達(dá)到設(shè)計(jì)的運(yùn)行溫度。
3）當(dāng)出水COD去除率達(dá)80%以上，或出水有機(jī)酸濃度低于200mg/L～300mg/L后，可逐步提高進(jìn)水容積負(fù)荷；負(fù)荷的提高幅度一般在設(shè)計(jì)負(fù)荷的20％～30％為宜，直至達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷和設(shè)計(jì)去除率。
4）當(dāng)直接采用顆粒污泥啟動(dòng)時(shí)，因采用的接種量較大，同時(shí)顆粒污泥的活性比其它種泥要高得多，啟動(dòng)的初始負(fù)荷可提高至3kgCOD/（m3?d）。
5.環(huán)境因素
1）常溫厭氧的溫度應(yīng)保持在20℃～25℃，中溫厭氧應(yīng)保持在30℃～35℃，高溫厭氧應(yīng)保持在50℃～55℃。
2）UASB反應(yīng)器內(nèi)pH值保持在6.5～7.8之間。
3）適宜的營(yíng)養(yǎng)，保持COD：N：P=200：5：1。
4）嚴(yán)格控制有毒物質(zhì)濃度，使其在允許濃度以下。
5）厭氧反應(yīng)池中堿度（以CaCO3計(jì)）宜高于2000mg/L，揮發(fā)性脂肪酸（VFA）宜控制在2000mg/L以內(nèi)，氧化還原電位（ORP）應(yīng)在+100mV～-400mV之間。
6）N、P、S等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微量元素應(yīng)當(dāng)滿足微生物生長(zhǎng)的需要。
四、UASB工藝的運(yùn)行與維護(hù)
1、運(yùn)行控制
啟動(dòng)后厭氧反應(yīng)器系統(tǒng)運(yùn)行，應(yīng)控制好各項(xiàng)工藝參數(shù)，保持厭氧系統(tǒng)的平衡性，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)負(fù)荷效率穩(wěn)定。
UASB厭氧反應(yīng)器正常運(yùn)行控制的工藝條件如下：
1）嚴(yán)禁進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷過高或過低、溫度驟升或驟降等情況發(fā)生。
常溫厭氧的溫度應(yīng)保持在20℃～25℃，中溫厭氧應(yīng)保持在30℃～35℃，高溫厭氧應(yīng)保持在50℃～55℃。
UASB反應(yīng)器內(nèi)pH值保持在6.5～7.8之間。
適宜的營(yíng)養(yǎng)，保持COD：N：P=200：5：1。
嚴(yán)格控制有毒物質(zhì)濃度，使其在允許濃度以下。
厭氧反應(yīng)池中堿度（以CaCO3計(jì)）宜高于2000mg/L，揮發(fā)性脂肪酸（VFA）宜控制在2000mg/L以內(nèi)，氧化還原電位（ORP）應(yīng)在+100mV～-400mV之間。
N、P、S等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微量元素應(yīng)當(dāng)滿足微生物生長(zhǎng)的需要。
2）厭氧反應(yīng)器污泥層應(yīng)維持在出水口下0.5m～1.5m，污泥過多時(shí)，應(yīng)進(jìn)行排泥。
3）采用熱交換器加熱時(shí)，應(yīng)每日測(cè)量熱交換器進(jìn)、出口的水溫。
2、停產(chǎn)控制
工業(yè)廢水處理因工廠停產(chǎn)檢修或因季節(jié)性生產(chǎn)等原因，厭氧反應(yīng)器可能會(huì)有停運(yùn)情況發(fā)生。這種停運(yùn)對(duì)厭氧消化系統(tǒng)的保持并無(wú)重大的影響，因?yàn)樵诓贿M(jìn)水運(yùn)行的條件下，厭氧污泥的活性可以保持一年或更長(zhǎng)時(shí)間。
在停運(yùn)期間，宜使反應(yīng)器內(nèi)液體的溫度保持在4℃～20℃。這是因?yàn)橄鄬?duì)而言，在此溫度范圍內(nèi)保存的污泥，重新啟動(dòng)只需較短時(shí)間就可以恢復(fù)到原有的性能。
此外，在停運(yùn)期間還應(yīng)繼續(xù)使反應(yīng)器的進(jìn)、出水口及導(dǎo)氣管口保持與大氣不直接溝通的厭氧狀態(tài)。
停運(yùn)后的再啟動(dòng)，一般只需將系統(tǒng)的溫度增高，再按原來(lái)運(yùn)行中的平均負(fù)荷率進(jìn)水運(yùn)行，在短時(shí)間內(nèi)就能夠達(dá)到停運(yùn)前的效能水平。
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