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污水厌氧生物处理工艺 —UASB厌氧反应器

文章出处:绿创环境 人气: 发表时间:2018-08-08 14:29

 

上流式厌氧污泥床反应器是一种处理污水的厌氧生物方法,又叫升流式厌氧污泥床,英文缩写UASB(Up-flowAnaerobicSludgeBed/Blanket)。由荷兰Lettinga教授于1977年发明。

1、UASB反应器的基本介绍

1.1 UASB反应器的基本构造和原理

图1是UASB反应器的示意图。UASB反应器的主体部分主要分为两个区域,即反应区和三相分离区。其中反应区为UASB反应器的工作主体。

 

在UASB反应器的反应区下部,是由沉淀性能良好的污泥(通常是颗粒污泥)形成的厌氧污泥床,污泥浓度可达到50~100g/l或更高。废水由反应器底部进入反应区,由于水的向上流动和产生的大量气体上升形成良好的自然搅拌作用,并使一部分污泥在反应区的上方形成相对稀薄的污泥悬浮区,悬浮区污泥浓度一般在5~40g/l范围内。悬浮液进入分离区后,气体首先进入集气室被分离,含有悬浮液的废水进入分离区的沉降室,污泥在此沉降,由斜面返回反应区,澄清后的处理水溢流排出。

1.2 UASB的产生及发展

UASB反应器是由Lettinga等人于1973~1977年间研制成功的。升流式厌氧污泥床与其它大多数厌氧生物处理装置不同之处是:废水由下向上流过反应器,污泥无需特殊搅拌设备;反应器顶部装有三相分离器。它的最大突出特点是能在反应器内实现污泥颗粒化,颗粒污泥的直径一般为0.1~2cm,相对密度为1.04~1.08,具有良好的沉淀性能和很高的产甲烷活性。污泥颗粒化后,反应器水力停留时间比较短,所以UASB反应器具有很高的容积负荷。

我国从1980年初开发和引进UASB处理技术后,在高浓度有机废水厌氧处理技术的发展方面进行了大量的开发研究,针对高浓度废水的特点,以啤酒、酿造业进行了攻关研究,在小试和中试研究的基础上,建立了一些示范工程。在此期间国际上厌氧技术也在迅速发展。由第2代高效厌氧反应器UASB向第3代厌氧反应器发展,其中有代表性的是厌氧颗粒污泥膨胀床反应器(EGSB)及内循环厌氧反应器(IC)。

1.3 UASB反应器在国内外应用情况

UASB反应器作为如今高效厌氧反应器中应用最广泛的反应器之一,具有能耗低、造价低、能产生生物能等特点,因而是值得推广应用的一种新型生化厌氧处理反应器。长期以来被广泛应用于各种类型的废水处理,在国内外的应用研究中也常常出现。

在国外如美国、芬兰、泰国、瑞士、加拿大和奥地利都曾利用UASB反应器处理各种生产废水,如甜菜制糖加工废水、啤酒和酒精加工废水、生活污水、牛奶废水的处理等,都取得了较好的处理效果。我国于1981年开始了对UASB反应器的试验研究,许多单位在处理高浓度有机废水时采用UASB反应器进行处理,已取得了较好的成效。对于UASB反应器等厌氧处理构筑物处理高浓度有机废水,其出水一般未能达到废水的最终排放要求,所以往往采取与其他处理工艺相结合的方式。在1990年代末期出现了UASB与其他工艺联合使用的例子,如UASB-AF工艺处理维生素C废水,上流式厌氧污泥床过滤器处理涤纶废水等,提高了处理效果。


2、UASB反应器的优点及存在的主要问题
 

2.1 UASB反应器的优点

UASB比较广泛应用于高浓度的有机废水处理,相比于其他反应器有其独特的优点,具体如下:

(1)可培养出降解活性较高的颗粒污泥:由于厌氧颗粒污泥降解能力强,沉降性能好,所以利用UASB反应器处理大部分高浓度有机废水,在反应运行稳定的前提下,颗粒污泥的生长可维持反应器内较高的生物量。

(2)初次启动时间较长但二次启动较短:UASB反应器初次启动所需时间较长。但是当UASB正常运行后进行二次启动,由于在初次启动过程中产生有剩余颗粒污泥,而成熟的颗粒污泥可以在常温下保存很长时间而不损失其活性,并且对各类废水有较强的适应能力,所以反应器的二次启动时间将大大缩短。

(3)对各类废水的适应性较强:厌氧颗粒污泥对各种不利条件的抗性较强,利用UASB反应器可以处理各种浓度的有机废水,也可处理有毒有害废水,如含酚废水等。同时,UASB反应器对温度的要求也较低,不仅可在高温、中温条件下进行,也可在常温、低温下进行反应,且能取得较高的处理效果。

(4)无需设分离装置,简化工艺:由于在反应器的顶部设置了气固液三相分离器,沉降性能良好的厌氧颗粒污泥可以通过三相分离器自行下降并返回到下部的反应区,避免了增设沉淀分离装置、辅助脱气装置及回流污泥设备,简化了工艺,减少了装置的投资成本和反应运行费用。同时,颗粒污泥在上升后最终返回到反应区,在反应器内部保持了污泥的总量,能够维持较高的生物量。

(5)反应器内无需搅拌设备也无需投加填料和载体:在UASB反应器中,由于颗粒污泥的密度较小,在适度的水力负荷范围内,可以靠反应器内产生的上升气流和水流上升力来推动污泥与污水的充分混合及接触,因此,无须另设搅拌设备和回流污泥设备,降低装置投入成本。由于在UASB反应器中,上升的污水是通过与反应器中的颗粒污泥充分接触发生厌氧反应的,所以无须另外投加填料和载体。

(6)一般不易形成股流:由于反应器中产生的上升气流和污水的上流力较为均匀,污水向上流动在反应区与颗粒污泥充分混合,所以在UASB反应器内在负荷适度、布水均匀的情况下一般不易形成股流。

2.2 UASB反应器的工艺存在的问题

虽然UASB反应器相比于其他反应器有其独特的优点,在处理高浓度有机废水方面的应用也是非常具备竞争力的,但也无可避免地存在一些弊端,尚有一些难以控制的问题。

(1)污泥颗粒化的形成:UASB反应器能培养出沉降性能良好的厌氧颗粒污泥,但是这具有一定的难度,与系统中的碱度大小、水力负荷的高低、以及COD、N、P的比例是否恰当有关。

(2)污泥的流失:为了保证UASB反应器的污泥总量,颗粒污泥在上升过程中与产生的气泡分离,依靠重力作用重新返回到反应区,这与污水的上流速度有关。由于污水的上流速度和反应器中气流的上升速率难以控制,所以保证反应器中污泥不流失具有一定的难度。同时反应器中厌氧微生物的自身生长也可能导致污泥量的减少,因此,保证UASB反应器中良好的生物停留状态而不受水流影响是工作的重点也是难点。

 


3、不同因素对UASB的影响

 

3.1有机负荷对UASB反应器的影响

UASB反应器的有机负荷一般为10~30kg/(m3·d)。有机负荷太低,不利于厌氧菌的生长。另一方面,冲击负荷对UASB反应器会有很大的负面影响,容易导致污泥溢出,COD去除率降低,严重的甚至造成反应器酸化,厌氧消化受破坏。一般来说,在UASB反应器的启动初期采用较小的有机负荷,当COD去除率达到较满意值后,逐步提高负荷。提高有机负荷一般用逐渐加大进水浓度的办法,国内有研究显示,采用间歇进水,逐渐延长每次进水时间的方法可以促进颗粒污泥的形成。

3.2 pH值对UASB反应器的影响

由于产甲烷菌对pH值变化适应能力不强,所以UASB反应器的pH值一般控制在6.8~7.2。否则,当UASB反应器酸化时,反应器内的产酸菌大量生长,产甲烷菌的活性受到抑制。在反应器启动初期,为了保持pH值,投加碱提高缓冲能力是必要的。而到了稳定处理阶段,则由于成熟的微生物种群的形成而使反应器获得较高的稳定性,可以不再加碱。此外,挥发性脂肪酸(VFA)在厌氧反应器中的积累能反映出甲烷菌的不活跃状态或反应器的酸化程度。在低级脂肪酸中,丙酸的临界抑制浓度最低,丙酸的积累往往造成反应器运行效率下降。因此可同时控制丙酸的浓度在一定范围内。

3.3 温度对UASB反应器的影响

UASB反应器一般采用中温35~45℃,高温45~55℃厌氧消化。UASB反应器要求在较稳定的温度范围内运行。

3.4营养物与微量元素对UASB反应器的影响

厌氧消化过程中,有机污水通常缺氮,磷。厌氧处理对氮和磷的需要量比好氧法低,一般采用BOD:N:P的值为(300~500):5:1。在UASB反应器中投加一定量尿素,磷酸盐,葡萄糖等,有利于厌氧消化的进程,有利于颗粒污泥的形成。



4、UASB工艺的发展趋势
 

虽然UASB工艺在我国的应用已经有了较大发展,但与国外水平尚有差距,应进一步加强在UASB反应器及其配套设备的设备化和工程应用上的探索和实践。同时,在以下几个方面,UASB厌氧处理工艺也正在实现新的发展:①低温下UASB反应器的运行;②高温厌氧处理;③用于处理不积累或不产生新的颗粒污泥的UASB反应器;④处理含有高浓度毒性物质的废水;⑤低浓度废水的厌氧处理。

厌氧处理系统具有负荷高、投资少、运行费用低、可以回收部分能源等优点,非常适合我国国情。随着研究的不断深入与发展,相信UASB厌氧处理工艺的应用前景是十分广阔的。


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