第八章-厌氧UASB生物处理技术-2课时0810

1、厌氧UASB生物处理技术一、概述UASB（升流式厌氧污染床）工艺是由Lettinga等人在20世纪70年代开发。他们在研究用升流式厌氧滤池处理马铃薯加工和甲醇废水时取消了池内的全部填料，并在池子的上部设置了气、液、固三相分离器，于是一种结构简单、处理效率很高的新型厌氧反应便诞生了。UASB反应一出现很快便获得广泛的关注与认可，并在世界范围内得到广泛应用。1999年统计的1522个厌氧工艺中有超过920个采用了UASB反应器，占全部项目的60左右，可以说到目前为止，UASB反应器是最为成功的厌氧处理工艺。二、UASB的工作原理1、 UASB主要由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三

2、部分组成。2、在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。3、要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。4、沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡。5、在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出。6、固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥

3、沼着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。三、UASB工艺的优点 1、UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为2040gVSS/1； 2、有机负荷高，水力停留时间短，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3.d左右； 3、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； 4、污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题； 5、UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。四、UAS

4、B的主体结构1、进水配水系统2、反应区3、三相分离器4、出水系统5、集气罩6、浮渣清除系统7、排泥系统1、进水配水系统主要是将废水尽可能均匀地分配到整个反应器，并具有一定的水力搅拌功能。它是反应器高效运行的关键之一。在生产运行装置中所采用的进水方式大致可分为间歇式（脉冲式）、连续流、连续与间歇回流相结合进水等几种方式。从布水管的工艺有一管多孔、一管一孔和分枝状等多种形式。（1）连续进水布水方式一管一孔配水方式为了确保进水可以等量的分布到反应器，每个进水管线仅与一个进水管相连接是最为理想的情况。这种配水系统的特点是一根配水管只服务一个配水点。 一管多孔配水方式采用在反应器配水管横管上开孔的方式布

5、水，其中几个进水孔由一个进水管负担。为了配水均匀，要求出水流速不小于2.0m/s，配水管的直径最好不小于100mm，配水管中心距池底一般为20-25cm。 分枝式配水方式在分枝式配水系统中配水均匀性与水头损失问题是一对矛盾。采用大阻力配水系统，配水均匀程度好，但水头损失较大。采用水阻力系统水头损失较小。为了配水均匀一般采用对称布置，各支管出水口向下距底约20cm，位于所服务面积的中心。（2）间歇式布水方式 脉冲进水采用间歇式脉冲方式进水，使底层污泥交替进行收缩和膨胀，有助于底层污泥的混合。同时，也有利于底层颗粒污泥上粘附的微小气泡脱离，防止其浮升于悬浮层，减少污泥固体的流失量。连续进水（间歇布

6、水）下图是德国的一种专利，从水泵送来的废水经一根旋转的配水管配入一个环状配水槽，槽分为许多间隔，每一隔间有一布水管连通布水管，并在固定的布水点处通过管嘴将废水布入池内。2、反应区其中包括污泥床区和污泥悬浮层区，有机物主要在这里被厌氧菌所分解，是反应器的主要部位。3、三相分离器由沉淀区、回流缝和气封组成，其功能是把沼气、污泥和液体分开。污泥经沉淀区沉淀后由回流缝回流到反应区，沼气分离后进入集气罩。三相分离器的分离效果直接影响反应器的处理效果。3.1 国内外三相分离器开发情况3.1.1、实验室的三相分离器装置（1）不同类型的三相分离器以下是世界各国不同实验室的小试实验中采用的各种类型三相分离器。（

7、2）三相分离器的设计 三相分离器设计的关键是平行四边形中的流速关系，要求选择合理的缝隙宽度和斜面长度，以防止UASB消化区中产生的气泡被上升的液流夹带入沉淀区，造成污泥流失。（3）设计三相分离器的原则间隙和出水面的截面积比。其将影响进入沉淀区和保持在污泥相中的絮体的沉淀速度。分离器相对于出水液面的位置。确定反应区和沉淀的比例。在多数UASB反应器中内部沉淀区是总体积的1520。三相分离器的倾角。这个角度要使固体可滑回到反应器的反应区，在实际中在4560 之间。分离器下气液界面的面积。它确定了沼气的释放速率。适当的释放率大约是13m3/m.h。3.1.2、中试和生产性装置的三相分离器原则上讲中试

8、装置所采用的UASB反应器和三相分离器与实验室装置没有本质的差别。但是，生产性装置需要考虑三相分离器的形式和一些水力学问题。4、出水系统出水均匀排除对固液分离的影响较大，也是保证反应器均匀稳定运行的关键。UASB反应器的出水槽布置与三相分离器沉淀区设计有关，通常每个单元三相分离器设一个出水槽，常用的两种布置形式如图所示。5、浮渣清除系统在处理含蛋白质或脂肪较高的工业废水时，这些化合物的存在会促进泡沫的产生和污泥的漂浮，在集气室和反应器的液面可能形成一层很厚的浮渣层，对正常运行带来一些问题。对浮渣层的存在，可以采用弯曲的吸管通入到集气室液面下方，通过沿液面下方慢慢移动来吸出浮渣。另外，可以使用同

9、样的弯管或同一根弯管通过定期进行循环水反冲或产气的回流搅拌浮渣层使其中的固体物质沉降。这时必须设置冲洗管和循环水泵。6、排泥系统UASB反应器的设计必须有剩余污泥排放口。一般认为剩余污泥排放口设置在反应器中部为好，也有的反应器设在底部或在三相分离器下方大约0.5m的地方。排泥点设置数量根据实际情况而定，一般每10m2设一个排泥口。当采用穿孔管配水系统时，可同时把穿孔管兼作排泥管，专设排泥管管径一般不小于200mm，以防堵塞。为了运行方便，可在反应器1/2高度处或三相分离器下0.5m处再设一个排泥装置，沿反应器高度均匀地设5-6个污泥取样口。8、防腐措施生产实验证明，腐蚀是厌氧反应器设计中应格外

10、注意的问题。腐蚀比较严重的地方是反应器上部，此外无论是钢材或水泥都会被损坏。因此，UASB反应器应重点进行顶部的防腐处理。9、沼气的收集、贮存与净化高浓度有机废水的厌氧消化会产生大量沼气，在设计时必须同时考虑相应的沼气收集、贮存和利用等配套设施。（1）沼气产量的估算沼气产量可按下式估算。一般1gBOD理论上在厌氧条件下完全降解可以生成0.25gCH4，相当于标准状态下沼气体积0.35L。由于一部分沼气溶于水中，一部分有机物用于微生物的合成，实际沼气产量要比理论值小。实际运行中沼气中甲烷约占5070，二氧化碳约占2030，其余的是氢、氮和硫化氢等气体。（2）沼气的收集厌氧反应器顶部的集气罩应有足

11、够的空间，对大型消化池，集气罩的直径应大于4m，高度就应大于2m，气体的出气口应高于3m。在集气罩顶部应设排气管和测压管。（3）沼气的贮存由于产气量和用气量的不平衡，必须设置贮气柜进行调节，其体积应按需要的最大调节容量决定，一般按平均日产气量的2540来计算，同时贮气柜必须进行防腐处理。目前经常采用的是浮罩式贮气柜。贮气柜应设置安全阀，进、出气管上应装置阻火器。（4）沼气净化设备沼气中硫化氢的体积含量一般占0.0050.01。在有水分的条件下，当沼气中硫化氢超过约百万分之1.1浓度时，对沼气发动机将有很强的腐蚀性。当沼气作为燃料时，硫化氢的含量应小于20mg/m3，所以需要采用沼气脱硫装置，干

12、法脱硫和湿法脱硫两种。干法脱硫：一般采用氧化铁脱硫，接触时间为2-3min，气体通过吸收塔的速度为0.40.6m/min，设计温度为25 -35。湿法脱硫由两部分组成，一为吸收塔，一为再生塔。含23有碳酸钠溶液由吸收塔顶向下喷淋，沼气由下而上逆流接触，除去硫化氢。碳酸钠溶液吸收硫化氢后经再生塔，通过催化剂再生使用。一般当沼气中硫化氢含量高，且气量较大时，适于用湿式脱硫方法，同时还可以去除部分二氧化碳，如果用地面积小，则可采用干式脱硫装置。生物脱硫利用微生物将硫化物氧化成单质硫。10、其他设备（1）保温加温设备厌氧工艺受温度影响非常显著，所以必须做好反应器的加温和保温工作，配备相应的设备。（2）

13、除臭防臭设备目前国内对于UASB反应器的尾气还没有具体的要求，大部分项目采用不加盖的UASB反应器，但是随着环保要求的严格，除臭和防臭设备是必不可少的。（3）监控设备UASB反应器和监控项目主要有COD、pH、温度、VFA、碱度、甲烷等。五、UASB反应器的设计（1）反应器有效容积（包括沉淀区和反应区）的可以采用以下公式计算。UASB的池形状有圆形、方形、矩形。污泥床高度一般为38m，多用钢筋混凝土建造。UASB容积负荷的确定下表总结了对现有颗粒污泥和絮体污泥床 UASB 反应器在不同进水 COD 浓度和不同不溶的 TSS 的 COD 百分浓度下的允许容积负荷率（30 ）。国内部分生产性UAS

14、B装置实际容积负荷国外部分UASB装置设计容积负荷（2）主要尺寸的确定水力负荷q1=0.5-1.5m3/（m2d）反应器表面积： A=Q/q1反应器高度： H=V/A（3）进水配水系统设计设计原则： 进水必须要反应器底部均匀分布，确保各单位面积进水量基本相等，防止短路和表面负荷不均； 应满足污泥床水力搅拌需要，要同时考虑水力搅拌和产生的沼气搅拌； 易于观察进水管的堵塞现象，如果发生堵塞易于清除。（4）三相分离器的设计三相分离器应满足以下几点要求： 沉淀区的表面水力负荷1.0m/h； 三相分离器集气罩顶以上的覆盖水深可采用0.51.0m； 沉淀区四壁倾斜角度应在4560之间，使污泥不积聚，尽快落

15、入反应区内； 沉淀区斜面高度约为0.51.0m； 进入沉淀区前，沉淀槽底缝隙的流速2m/h； 总沉淀水深应1.5m； 水力停留时间介于1.52h； 分离气体的挡板与分离器壁重叠在20mm以上。（5）排泥系统设计由实验确定相关参数，一般取污泥产率为0.1kgMLSS/kgCOD（6）产气量计算产气率根据具体废水类型而不同，一般取0.5m3/kgCOD（7）加热系统的设计需要的热量：QH= dF. F.( trt) . qv /QH加热废水需要的热量，KJ/h；dF废水的相对密度，按1计算；F废水的比热容，kJ/(kg.K)；qv废水的流量，m3/htr反应器内的温度，t废水加热前的温度， 热效率

16、，可取为0.85（8）加碱系统在厌氧生物处理中，产甲烷菌最佳节pH值是6.87.2，由于厌氧过程的复杂性，很难准确测定和控制反应器内真实的pH值，这就要和靠碱度来维持和缓冲，一般碱度要20005000mgCaCO3/L时，就会导致其pH值下降，所以，反应器内碱度须保持在1000mgCaCO3/L以上，因为为保证厌氧反应器内pH值在适当的范围内，必须向反应器中直接加入致碱或致酸物质。间接调节pH值。主要致碱药品有：NaCO3、NaHCO3、NaOH以及Ga(OH)2。六、UASB反应器的启动1、污泥的驯化当没有现成的厌氧污泥或颗粒污泥时，采用最多的是城市污水处理厂的消化污泥。除了消化污泥之外，可用作接种的物料很多，例如牛粪和各类粪肥、下水道污泥等。一些污水沟的污泥和沉淀物或微生物的河泥也可以被用于接种，甚至好氧活性污泥也可以作为接种污泥，并同样能培养出颗粒污泥。污