UASB反應(yīng)器原理

UASB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)生的沼氣(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有利。在污泥層形成的一些氣體附著在污泥顆粒上，附著和沒有附著的氣體向反應(yīng)器頂部上升。上升到表面的污泥撞擊三相反應(yīng)器氣體發(fā)射器的底部，引起附著氣泡的污泥絮體脫氣。氣泡釋放后污泥顆粒將沉淀到污泥床的表面，附著和沒有附著的氣體被收集到反應(yīng)器頂部的三相分離器的集氣室。置于 集氣室單元縫隙之下的擋板的作用為氣體發(fā)射器和防止沼氣氣泡進(jìn)入沉淀區(qū)，否則將引起沉淀區(qū)的絮動(dòng)，會(huì)阻礙顆粒沉淀。包含一些剩余固體和污泥顆粒的液體經(jīng)過(guò)分離器縫隙進(jìn)入沉淀區(qū)。

由于分離器的斜壁沉淀區(qū)的過(guò)流面積在接近水面時(shí)增加，因此上升流速在接近排放點(diǎn)降低。由于流速降低污泥絮體在沉淀區(qū)可以絮凝和沉淀。累積在三相分離器上的污泥絮體在一定程度上將超過(guò)其保持在斜壁上的摩擦力，其將滑回反應(yīng)區(qū)，這部分污泥又將與進(jìn)水有機(jī)物發(fā)生反應(yīng) 。

UASB反應(yīng)器包括以下幾個(gè)部分：進(jìn)水和配水系統(tǒng)、反應(yīng)器的池體和三相分離器。

在UASB反應(yīng)器中最重要的設(shè)備是三相分離器，這一設(shè)備安裝在反應(yīng)器的頂部并將反應(yīng)器分為下部的反應(yīng)區(qū)和上部的沉淀區(qū)。為了在沉淀器中取得對(duì)上升流中污泥絮體/顆粒的滿意的沉淀效果，三相分離器第一個(gè)主要的目的就是盡可能有效地分離從污泥床/層中產(chǎn)生的沼氣，特別是在高負(fù)荷的情況下，在集氣室下面反射板的作用是防止沼氣通過(guò)集氣室之間的縫隙逸出到沉淀室，另外擋板還有利于減少反應(yīng)室內(nèi)高產(chǎn)氣量所造成的液體絮動(dòng)。反應(yīng)器的設(shè)計(jì)應(yīng)該是只要污泥層沒有膨脹到沉淀器，污泥顆粒或絮狀污泥就能滑回到反應(yīng)室(應(yīng)該認(rèn)識(shí)到有時(shí)污泥層膨脹到沉淀器中不是一件壞事。相反，存在于沉淀器內(nèi)的膨脹的泥層將網(wǎng)捕分散的污泥顆粒/絮體，同時(shí)它還對(duì)可生物降解的溶解性COD起到一定的去除作用)。只一方面，存在一定可供污泥層膨脹的自由空間，以防止重的污泥在暫時(shí)性的有機(jī)或水力負(fù)荷沖擊下流失是很重要的。水力和有機(jī)(產(chǎn)氣率)負(fù)荷率兩者都會(huì)影響到污泥層以及污泥床的膨脹。UASB系統(tǒng)原理是在形成沉降性能良好的污泥凝絮體的基礎(chǔ)上，并結(jié)合在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置污泥沉淀系統(tǒng)使氣、液、固三相得到分離。形成和保持沉淀性能良好的污泥(其可以是絮狀污泥或顆粒型污泥)是UASB系統(tǒng)良好運(yùn)行的根本點(diǎn) 。

1、剩余沼氣燃燒器

一般不允許將剩余沼氣向空氣中排放，以防污染大氣。在確有剩余沼氣無(wú)法利用時(shí)，可安裝余氣燃燒器將其燒掉。燃燒器應(yīng)裝在安全地區(qū)，并應(yīng)在其前安裝閥門和阻火器。剩余氣體燃燒器，是—種安全裝置，要能自動(dòng)點(diǎn)火和自動(dòng)滅火。剩余氣體燃燒器和消化池蓋、或貯氣柜之間的距離，一般至少需要15m，并應(yīng)設(shè)置在容易監(jiān)視的開闊地。

2、保溫加熱設(shè)備

厭氧消化像其他生物處理工藝一樣受溫度影響很大，厭氧工藝受溫度影響更加顯著。中溫厭氧消化的最優(yōu)溫度范圍從30～35℃，可以計(jì)算在20℃和10℃的消化速率大約分別是30℃下最大值的35%和12%。所以，加溫和保溫的重要性是不言而喻的。如果工廠或附近有可利用的廢熱或者需要從出水中間收效量，則安裝熱交換器是必要的。

3、監(jiān)控設(shè)備

為提高厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行可靠性，必須設(shè)置各種類型的計(jì)量設(shè)備和儀表，如控制進(jìn)水量、投藥量等計(jì)量設(shè)備和pH計(jì)(酸度計(jì))、溫度測(cè)量等自動(dòng)化儀表。自動(dòng)計(jì)量設(shè)備和儀表是自動(dòng)控制的基礎(chǔ)。對(duì)UASB反應(yīng)器實(shí)行監(jiān)控的目的主要有兩個(gè)，一個(gè)是了解進(jìn)出水的情況，以便觀測(cè)進(jìn)水是否滿足工藝設(shè)計(jì)情況;另外一個(gè)目的是為了控制各工藝的運(yùn)行，判斷工藝運(yùn)行是否正常。由于UASB反應(yīng)器的特殊性還要增加一些檢測(cè)項(xiàng)目，如揮發(fā)性有機(jī)酸(VFA)、堿度和甲烷等。但是，這些設(shè)備屬于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，一些設(shè)備還很難形成在線的測(cè)量和控制 。

三相分離器是UASB反應(yīng)器最有特點(diǎn)和最重要的裝置。它同時(shí)具有兩個(gè)功能：

1) 能收集從分離器下的反應(yīng)室產(chǎn)生的沼氣;

2) 使得在分離器之上的懸浮物沉淀下來(lái)。

三相分離器設(shè)計(jì)要點(diǎn)匯總：

1) 集氣室的隙縫部分的面積應(yīng)該占反應(yīng)器全部面積的15～20%;

2) 在反應(yīng)器高度為5～7m時(shí)，集氣室的高度在1.5～2m;

3) 在集氣室內(nèi)應(yīng)保持氣液界面以釋放和收集氣體，防止浮渣或泡沫層的形成;

4) 在集氣室的上部應(yīng)該設(shè)置消泡噴嘴，當(dāng)處理污水有嚴(yán)重泡沫問題時(shí)消泡;

5) 反射板與隙縫之間的遮蓋應(yīng)該在100～200mm以避免上升的氣體進(jìn)入沉淀室;

6) 出氣管的直管應(yīng)該充足以保證從集氣室引出沼氣，特別是有泡沫的情況。

對(duì)于低濃度污水處理，當(dāng)水力負(fù)荷是限制性設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，在三相分離器縫隙處保持大的過(guò)流面積，使得最大的上升流速在這一過(guò)水?dāng)嗝嫔媳M可能的低是十分重要的 。

膨脹顆粒污泥床（EGSB）是在UASB反應(yīng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的第三代厭氧生物反應(yīng)器。從某種意義上說(shuō)，是對(duì)UASB反應(yīng)器進(jìn)行了幾方面改進(jìn)：①通過(guò)改進(jìn)進(jìn)水布水系統(tǒng)，提高液體表面上升流速及產(chǎn)生沼氣的攪動(dòng)等因素；②設(shè)計(jì)較大的高徑比；③增了出水再循環(huán)來(lái)提高反應(yīng)器內(nèi)液體上升流速。這些改進(jìn)使反應(yīng)器內(nèi)的液體上升流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于UASB反應(yīng)器，高的液體上升流速消除了死區(qū)，獲得更好的泥水混合效果。在UASB反應(yīng)器內(nèi)，污泥床或多或少像是靜止床，而在EGSB反應(yīng)器內(nèi)卻是完全混合的。能克服UASB反應(yīng)器中的短流、混合效果差及污泥流失等不足，同時(shí)使顆粒污泥床充分膨脹，加強(qiáng)污水和微生物之間的接觸。由于這種獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使EGSB適用于多種有機(jī)污水的處理，且能獲得較高的負(fù)荷率，所產(chǎn)生的氣體也更多。

EGSB反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特點(diǎn)上集UASB和AFB的特點(diǎn)于一體，具有大顆粒污泥、高水力負(fù)荷、高有機(jī)負(fù)荷等明顯優(yōu)勢(shì)。均有保留較高污泥量。獲得較高有機(jī)負(fù)荷，保持反應(yīng)器高處理效率的可能性和運(yùn)行性。該工藝還具備區(qū)別于UASB和AFB的特點(diǎn)：

（1）與UASB反應(yīng)器相比，EGSB反應(yīng)器高徑比大，液體上升流速(4～10m·h^-1)和COD有機(jī)負(fù)荷(40 kg/(m³·d))更高，比UASB反應(yīng)器更適合中低濃度污水的處理。

（2）污泥在反應(yīng)器內(nèi)呈膨脹流化狀態(tài)，污泥均是顆粒狀的，活性高。沉淀性能良好。

（3）與UASB反應(yīng)器的混合方式不同，由于較高的液體上升流速和氣體攪動(dòng)，使泥水的混合更充分；抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定性好。內(nèi)循環(huán)的形成使得反應(yīng)器污泥膨脹床區(qū)的實(shí)際水量遠(yuǎn)大于進(jìn)水量，循環(huán)回流水稀釋了進(jìn)水，大大提高了反應(yīng)器的抗沖擊負(fù)荷能力和緩沖pH值變化能力。

（4）反應(yīng)器底部污泥所承受的靜水壓力較高，顆粒污泥粒徑較大，強(qiáng)度較好。

（5）反應(yīng)器內(nèi)沒有形成顆粒狀的絮狀污泥，易被出水帶出反應(yīng)器。

（6）對(duì)SS和膠體物質(zhì)的去除效果差 。