上流式厌氧污泥膨胀床.ppt

1、上流式厌氧污泥膨胀床,Upflow Anaerobic Sludge Blanket UASB,厌氧生物处理,优点： 工艺稳定 减少剩余污泥处置费用 减少补充氮、磷营养的费用 设施占地面积小 贮存能量并具有经济和生态上的优点 运行简单 无尾气污染 处理含表面活性剂废水无泡沫问题 可降解好氧过程中不可生物降解的物质 减少氯化有机物的毒性 可处理季节性排放的废水,厌氧处理,缺点 为增加反应器内生物量，启动时间长 低浓度或碳水化合物废水碱度不足 某些情况下出水水质不能满足排放地表水的要求 水质浓度低时产生的甲烷热量不足以使水温加热到35的厌氧生物处理最佳温度 含有SO2-4的废水会产生硫化物和气味,

2、厌氧生物处理,缺点： 无硝化作用 氯化的脂肪族化合物对甲烷菌的毒性比对好氧异养菌大 低温下动力学速率低 生物活性最大时要求NH+4浓度高，约40-70mgN/l,厌氧生物处理反应器类型,生物滤池 流化床 上流式厌氧污泥床（UASB） 厌氧折流板反应器（ABR）,UASB反应器的基本构造和工作原理,污泥床 污泥悬浮层 沉淀区 三相分离器,主要形式,防止生物体流失的措施,设置外部的污泥捕集器，并使污泥回流至UASB中。 反应器内应排除高剪力环境，使生物絮体能更好形成并提高沉降性能。 低负荷（1-5kg/m3d）反应器内X浓度为2-10g/l，高负荷（5-25kg/m3d ）反应器X需10-50g/

3、l。 反应器接种量提高10倍，产率为3%时，启动时间减少80d。,进水中悬浮固体浓度的控制,UASB反应器进水中SS应控制在一定范围之内，一般小于200mg/l。 低浓度废水的SS/COD的典型值为0.5。 高浓度废水的SS/COD比值应控制在0.5以下。,钙盐沉淀问题,钙盐会沉积在反应器底部和表面，引起反应器实际容积的减少。因此应预沉钙离子，或采取定期清除反应器中钙沉淀的措施。,例：钙沉淀,在如下条件下需多长时间钙沉淀（CaCO3）占满整个反应器的容积： Q=0.075m3/s，Ca2+去除量=230mg/l 反应器容积=1980m3，每年有多少CaCO3沉淀？假定沉淀物密度为2。 解：0.

4、075m3/s86400s/d0.23kg/m3 =1490kgCa2+/d=3275kgCaCO3/d =1.9m3CaCO3/d 1980/1.9=1040d 不到3年，沉淀就会占满整个反应器容积。,硫酸盐浓度的控制,硫酸盐离子浓度应5000mg/l。 运行中UASB的COD/SO42+比值应大于10。 UASB反应器中的S2-小于100mg/l时，不会对反应造成影响。,分级处理来补偿温度降低的影响,废水流量0.057m3/s，可生物降解COD=2300mg/l，反应器中MLVSS=20g/l 温度25。试计算当出水COD100mg/l时单级连续搅拌反应器的容积。（kmax=4.6gCOD

5、/gVSSd，Ks=930mg/l） 解：速率=kmaxSX/（Ks+S） =4.610020/（930+100） =8.9kg/（m3d） COD去除量=0.057（2.3-0.1）86400 =10800kg/d 单级处理容积=10800/8.9=1220m3,设第1级出水COD为500mg/l，第2级出水COD为100mg/l的两级处理所需容积。 解：速率=4.650020/（930+100） =44.7kg/（ m3d ） 第1级处理容积 =0.057（2.3-0.5）86400/44.7 =200m3 第2级处理容积 =0.057（0.5-0.1）86400/8.9=220m3 两级

6、处理总容积=440m3 单级处理容积=1220m3,UASB的设计一、预处理设施,一般预处理系统包括粗格栅、细格栅或水力筛、沉砂池、调节(酸化)池、营养盐和pH调控系统。 在调节池中设有沉淀池时，容积需扣除沉淀区的体积； 根据颗粒化和pH调节的要求，当废水碱度和营养盐不够需要补充碱度和营养盐(N、P)等；可采用计量泵自动投加酸、碱和药剂，通过调节池水力或机械搅拌达中和作用。,考虑预酸化或相分离的情况：,1) 当采用预酸化可去除或改变对甲烷菌有毒或抑制性化合物的结构时；2) 当废水存在有较高的Ca2+时，部分酸化可避免颗粒污泥表面产生CaCO3结垢；3) 当处理含高含悬浮物和/或采用高负荷，对非

7、溶解性组分去除有限时；4) 在调节池中取得部分酸化效果可以通过调节池的合理设计取得。例如，上向流进水方式，在反应器底部形成污泥层(1.0m)。底部布水孔口设计为510m2/孔即可。,二、UASB反应器体积的设计,a) 负荷设计法采用有机负荷(q)或水力停留时间(HRT) 设计UASB反应器是目前最为主要的方法。对某种特定废水，反应器的容积负荷一般应通过试验确定。 V = QSo/q (1) V =KQHRT (2) 式中：Q-废水流量，m3/d；So-进水有机物浓度，gCOD/L或gBOD5/L。,国内外生产性UASB装置的设计负荷统计表,b) 经验公式方法,Lettinga等人采用经验公式描

8、述不同厌氧处理系统处理生活污水HRT与去除率(E)之间的关系。 式中：C1 ,C2反应常数。,c) 动力学方法,厌氧动力学参数(Henxen和Harremoes，1982),1) 反应器的体积和高度,从设计、运行方面考虑：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，因此上升流速不能超过一定的限值，从而使反应器的高度受到限制；反应器越高溶解的CO2浓度越高，pH值越低。如pH值低于最优值，会危害系统的效率。从经济上考虑: 土方工程随池深增加而增加，但占地面积则相反；一般将反应器建造在半地下减少建筑和保温费用。最经济的反应器高度(深度)一般是在4到6m之间，并且在大多数情况

9、下这也是系统最优的运行范围。,2) 反应器的升流速度,UASB和EGSB允许上升流速(平均日流量),3) 反应器的截面积和反应器的长、宽(或直径),A=V/H。 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。 矩形池在长/宽比较大时，布水较均匀。矩形池在长/宽比为2:1以下较为经济。长/宽比为4:1时费用增加十分显著。 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。（why？）,4) 单元反应器最大体积和分格化的反应器,在UASB反应器的设计中，采用分格化对运行操作是有益的。 分格化的单元尺寸不会过大，可避免体积过大带来的布

10、水均匀性等问题； 可首先启动一个反应器，再用这个反应器的污泥去接种其他反应器； 检修时，可放空一个反应器进行检修，而不影响系统的运行。,三、配水系统设计1、配水孔口负荷处理主要为溶解性废水时进水管口负荷,2、进水分配系统,进水系统兼有配水和水力搅拌的功能 如下原则： a) 确保单位面积的进水量基本相同，以防止短路等现象发生； b) 尽可能满足水力搅拌需要，保证进水有机物与污泥迅速混合； c) 便于观察到进水管的堵塞； d) 当堵塞被发现后，很容易被清除。,在生产装置中采用的进水方式可分为： 间歇式(脉冲式)、连续流、连续与间歇相结合等方式； 从布水管的形式有一管多孔、一管一孔和分枝状等多种形式

11、。,1) 连续进水方式(一管一孔),为确保进水均匀分布，每个进水管线仅仅与一个进水点相连接，是最为理想的情况。 为保证每一个进水点的流量相等，建议用高于反应器的水箱(或渠道式)进行分配，通过渠道或分配箱之间的三角堰来保证等量的进水。这种系统的好处是容易观察到堵塞 。,2) 脉冲进水方式,我国UASB反应器与国外的最为显著的特点是很多采用脉冲进水方式。 有些研究者认为脉冲方式进水，使底层污泥交替进行收缩和膨胀，有助于底层污泥的混合。,3) 一管多孔配水方式,采用在反应器池底配水横管上开孔的方式布水，为了配水均匀，要求出水流速不小于2.0m/s。可用于脉冲进水系统。 一管多孔式配水方式的问题是容易

12、发生堵塞，因此，应该尽可能避免在一个管上有过多的孔口。,4) 分枝式配水方式,这种配水系统的特点采用较长的配水支管增加沿程阻力，以达到布水均匀的目的。 根据实践，最大的分枝布水系统的负荷面积为54m2。 大阻力系统配水均匀度好，但水头损失大。小阻力系统水头损失小，如果不影响处理效率，可减少系统的复杂程度。,3、配水管道设计,对重力布水方式，污水通过三角堰进入反应器时可能吸入空气，会引起对甲烷菌的抑制； 进入大量空气与产生的沼气会形成有爆炸可能的混合气体； 气泡太多可能还会影响沉淀功能。因为，大于2.0mm直径的气泡在水中以大约0.20.3m/s速度上升。在管道的垂直部分采用较大的管径，使液体的

13、流速低于这一数值，同时还可避免气阻。 在反应器底部用较小直径，形成高的流速产生较强的扰动，使进水与污泥之间混合加强。,四、气、固、液三相分离装置,三相分离器具有两个功能： 1) 能收集从分离器下的反应室产生的沼气； 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汇总：,1) 集气室的隙缝部分的面积应该占反应器全部面积的1520； 2) 在反应器高度为57m时，集气室的高度在1.52m； 3) 在集气室内应保持气液界面以释放和收集气体，防止浮渣或泡沫层的形成； 4) 在集气室的上部应该设置消泡喷嘴，当处理污水有严重泡沫问题时消泡；,5) 反射板与隙缝之间的遮盖应该在100200mm

14、以避免上升的气体进入沉淀室； 6) 出气管的直管应该充足以保证从集气室引出沼气，特别是有泡沫的情况。 对于低浓度污水处理，当水力负荷是限制性设计参数时，在三相分离器缝隙处保持大的过流面积，使得最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。,沉淀室设计,Vs=（QSH1）/qS H1=h1+（R-r）tg VS=H1（R2-r2）/2 qS-沉淀室表面负荷率，0.7m/h。 R、r上底半径、下底半径 H1沉淀室高，h1+h2,水封高度计算,H=H1-H2 =（h1+h2）-H2 H1集气室液面至出水面高度； H2水封后的阻力 h1集气室顶部到出水面高度； h2集气室高度，应保证出气管不被

15、淹没，并防止浮渣堵塞。,UASB运行控制要点,1.出水回流的缺点 降低了进水中的COD有效浓度； 污泥负荷为最大或接近最大时，污泥床漏出的COD和短链脂肪酸使水力负荷增加，超过最大值。,2.基质对颗粒污泥形成的影响,开普顿研究小组发现，超负荷/废水中的碳源改变都会引起颗粒污泥性质的改变； 剩余活性污泥的热处理液不能形成颗粒污泥。 Lettinga研究得出含有不溶解物，或复杂物质的废水不能培养出颗粒污泥。,3.UASB中传质的限制,颗粒污泥直径小于2mm时，VFA的传质不受限制。若有限制，可增加紊流程度（如提高回流比）。 上流速度为5.5m/h时，基质向较大颗粒污泥传递时，在生物膜扩散中有阻力。,4.K+、N、P和Mg2+的影响,K+、N、P和Mg2+保持临界浓度，是污泥颗粒化的前提。 Mg2+对颗粒污泥的结构和大小的影响很大，以12mg/