UASB高浓度废水处理设备

　　废水，尤其是高浓度有机废水的厌氧生物处理技术，由于相对好氧生物处理有着不可比拟的优势，一直是高浓度有机废水处理技术研究的热点。废水的厌氧生物处理技术是生物处理技术的一种，要提高厌氧处理速率和效率，除了要给厌氧微生物提供一个良好的生长环境外，保持反应器内高的污泥浓度和良好的传质效果也是极其关键的。厌氧技术的发展大致经历了三个阶段：

　　①以厌氧接触池为代表的*代厌氧反应器，污泥停留时间(SRT)和水力停留时间(HRT)大体相同，反应器内污泥浓度较低，处理效果差。为了达到较好的处理效果，废水在反应器内通常要停留几天到几十天之久。

　　②以UASB为代表的第二代厌氧反应器，依靠颗粒污泥的形成和三相分离器的作用，使污泥在反应器内滞留，实现了SRT>HRT，从而一定幅度地提高了反应器内污泥浓度，但是反应器的传质过程并不理想。要改善传质效果，较有效的方法就是提高表面水力负荷和表面产气负荷。然而高负荷产生的剧烈搅动又会使反应器内污泥处于完全膨胀状态，污泥过量流失，不得不靠污泥的大量回流来增加生物量，使原本SRT>HRT向SRT=HRT方向转变，处理效果变差。

　　废水厌氧生物技术由于其巨大的处理能力和潜在的应用前景，一直是水处理技术研究的热点。从传统的厌氧接触工艺发展到现今广泛流行的UASB工艺，废水厌氧处理技术已日趋成熟。

　　厌氧生物处理作为利用厌氧性微生物的代谢特性，在毋需提供外源能量的条件下，以被还原有机物作为受氢体，同时产生有能源价值的甲烷气体。厌氧生物处理法不仅适用于高浓度有机废水，进水BOD最高浓度可达数万mg/l，也可适用于低浓度有机废水，如城市污水等。

　　厌氧生物处理过程能耗低;有机容积负荷高，一般为5-10kgCOD/m3.d.最高的可达30-50kgCOD/m3.d;剩余污泥量少;厌氧菌对营养需求低、耐毒性强、可降解的有机物分子量高;耐冲击负荷能力强;产出的沼气是一种清洁能源。

　　升流式厌氧污泥床UASB( Up-flow Anaerobic Sludge Bed，注：以下简称UASB)工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点，作为能够将污水中的污染物转化成再生清洁能源——沼气的一项技术。对于不同含固量污水的适应性也强，且其结构、运行操作维护管理相对简单，造价也相对较低，技术已经成熟，正日益受到污水处理业界的重视，得到广泛的欢迎和应用。

　　本文试图就UASB的运行机理和工艺特征以及UASB的设计启动等方面作一简要阐述。

　　一、UASB介绍

　　1971年荷兰瓦格宁根(Wageningen)农业大学拉丁格(Lettinga)教授通过物理结构设计，利用重力场对不同密度物质作用的差异，发明了三相分离器。使活性污泥停留时间与废水停留时间分离，形成了上流式厌氧污泥床(UASB)反应器的雏型。1974年荷兰CSM公司在其6m3反应器处理甜菜制糖废水时，发现了活性污泥自身固定化机制形成的生物聚体结构，即颗粒污泥(granular sludge)。颗粒污泥的出现，不仅促进了以UASB为代表的第二代厌氧反应器的应用和发展，而且还为第三代厌氧反应器的诞生奠定了基础。

　　二、UASB工作原理

　　UASB由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。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。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。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，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，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内的流态和污泥分布

　　UASB内的流态相当复杂，反应区内的流态与产气量和反应区高度相关，一般来说，反应区下部污泥层内，由于产气的结果，部分断面通过的气量较多，形成一股上升的气流，带动部分混合液(指污泥与水)作向上运动。与此同时，这股气、水流周围的介质则向下运动，造成逆向混合，这种流态造成水的短流。在远离这股上升气、水流的地方容易形成死角。在这些死角处也具有一定的产气量，形成污泥和水的缓慢而微弱的混合，所以说在污泥层内形成不同程度的混合区，这些混合区的大小与短流程度有关。悬浮层内混合液，由于气体币的运动带动液体以较高速度上升和下降，形成较强的混合。在产气量较少的情况下，有时污泥层与悬浮层有明显的界线，而在产气量较多的情况下，这个界面不明显。有关试验表明，在沉淀区内水流呈推流式，但沉淀区仍然还有死区和混合区。

　　UASB内污泥浓度与设备的有机负荷率有关。是处理制糖废水试验时，UASB内污泥分布与负荷的关系。污泥层污泥浓度比悬浮层污泥浓度高，悬浮层的上下部分污泥浓度差较小，说明接近完全混合型流态，反应区内污泥的颁，当有机负荷很高时污泥层和悬浮层分界不明显。试验表明，污水通过底部0.4-0.6m的高度，已有90%的有机物被转化。由此可见厌氧污泥具有极高的活性，改变了长期以来认为厌氧处理过程进行缓慢的概念。在厌氧污泥中，积累有大量高活性的厌氧污泥是这种设备具有巨大处理能力的主要原因，而这又归于污泥具有良好的沉淀性能。

　　UASB具有高的容积有机负荷率，其主要原因是设备内，特别是污泥层内保有大量的厌氧污泥。工艺的稳定性和高效性很大程度上取决于生成具有优良沉降性能和很高甲烷活性的污泥，尤其是颗粒状污泥。与此相反，如果反应区内的污泥以松散的絮凝状体存在，往往出现污泥上浮流失，使UASB不能在较高的负荷下稳定运行。

　　根据UASB内污泥形成的形态和达到的COD容积负荷，可以将污泥颗粒化过程大致分为三个运行期：

　　(1)接种启动期：从接种污泥开始到污泥床内的COD容积负荷达到5kgCOD/m3.d左右，此运行期污泥沉降性能一般;

　　(2)颗粒污泥形成期：这一运行期的特点是有小颗粒污泥开始出现，当污泥床内的总SS量和总VSS量降至最低时本运行期即告结束，这一运行期污泥沉降性能不太好;

　　(3)颗粒污泥成熟期：这一运行期的特点是颗粒污泥大量形成，由下至上逐步充满整个UASB。当污泥床容积负荷达到16kgCOD/m3.d以上时，可以认为颗粒污泥已培养成熟。该运行期污泥沉降性很好。

　　外观沉淀池防止污泥流失

　　在UASB内虽有气液固三相分离器，混合液进入沉淀区前已把气体分离，但由于沉淀区内的污泥仍具有较高的产甲烷活性，继续在沉淀区内产气;或者由于冲击负荷及水质突然变化，可能使反应区内污泥膨胀，结果沉淀区固液分离不佳，发生污泥流失而影响了水质和污泥床中污泥浓度。为了减少出水所带的悬浮物进入水体，外部另设一沉淀池，沉淀下来的污泥回流到污泥床内。

　　设置外部沉淀池的好处是：

　　(1)污泥回流可加速污泥的积累，缩短启动周期;

　　(2)去除悬浮物，改善出水水质;

　　(3)当偶尔发生大量漂泥时，提高了可见性，能够及时回收污泥保持工艺的稳定性;

　　(4)回流污泥可作进一步分解，可减少剩余污泥量。

　　四、UASB池工艺优点

　　1、UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为20-40gVSS/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。