UASB介绍.doc

1、UASB百科名片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。目录一、引言二、UASB 的由来三、UASB 工作原理基本原理基本出要求四、UASB 内的流态和污泥分布原理分析介绍三个运行期五、外设沉淀池防止污泥流失六、UASB 的设计基本设计满足要求七、UASB 的启动 1、污泥的驯化 2、启动操作要点八、UASB 工艺的优缺点 UASB 的主要优点是：主要缺点是：九、结语展开编 辑 本 段

2、一 、 引 言厌 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 。 在 全 社会 提 倡 循 环 经 济 ， 关 注 工 业 废 弃 物 实 施 资 源 化 再 生 利 用 的 今 天 ， 厌 氧 生 物 处 理 显 然 是 能够 使 污 水 资 源 化

3、的 优 选 工 艺 。 近 年 来 ， 污 水 厌 氧 处 理 工 艺 发 展 十 分 迅 速 ， 各 种 新 工 艺 、新 方 法 不 断 出 现 ， 包 括 有 厌 氧 接 触 法 、 升 流 式 厌 氧 污 泥 床 、 档 板 式 厌 氧 法 、 厌 氧 生 物滤 池 、 厌 氧 膨 胀 床 和 流 化 床 ， 以 及 第 三 代 厌 氧 工 艺 EGSB 和 IC 厌 氧 反 应 器 ， 发 展 十分 迅 速 。 而 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

4、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

5、简 要 阐 述 。 编 辑 本 段 二 、 UASB 的 由 来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

6、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 。 编 辑 本 段 三 、 UASB 工 作 原 理基 本 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

7、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

8、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 沿 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

9、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 。 基 本 出 要 求有 ： （ 1） 为 污 泥 絮 凝 提 供 有 利 的 物 理 、 化 学 和 力 学 条 件 ， 使 厌 氧 污 泥 获 得并 保 持 良 好 的 沉 淀 性 能 ； （ 2） 良 好 的 污 泥 床 常 可 形 成 一 种 相 当 稳 定 的 生 物 相 ，保 持 特 定 的 微 生 态 环 境 ， 能 抵 抗 较 强 的 扰 动 力 ， 较 大 的 絮 体 具 有 良 好 的 沉 淀 性 能 ， 从 而提 高 设 备 内 的 污 泥 浓 度 ； （ 3）

10、 通 过 在 污 泥 床 设 备 内 设 置 一 个 沉 淀 区 ， 使 污 泥 细颗 粒 在 沉 淀 区 的 污 泥 层 内 进 一 步 絮 凝 和 沉 淀 ， 然 后 回 流 入 污 泥 床 内 。 编 辑 本 段 四 、 UASB 内 的 流 态 和 污 泥 分 布原 理 分 析 介 绍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

11、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

12、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

13、布 与 负 荷 的 关 系 。 从 图 中 可 看 出 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

14、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 。

15、 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 。 三 个 运 行 期根 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

16、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 。

17、该 运 行 期 污 泥 沉 降 性 很 好 。 编 辑 本 段 五 、 外 设 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

18、 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

19、泥 量 。 编 辑 本 段 六 、 UASB 的 设 计基 本 设 计UASB 的 工 艺 设 计 主 要 是 计 算 UASB 的 容 积 、 产 气 量 、 剩 余 污 泥 量 、 营 养 需 求 的平 衡 量 。 UASB 的 池 形 状 有 圆 形 、 方 形 、 矩 形 。 污 泥 床 高 度 一 般 为 3 8m， 多用 钢 筋 混 凝 土 建 造 。 当 污 水 有 机 物 浓 度 比 较 高 时 ， 需 要 的 沉 淀 区 与 反 应 区 的 容 积 比 值 小 ，反 应 区 的 面 积 可 采 用 与 沉 淀 区 相 同 的 面 积 和 池 形 。 当 污 水 有 机 物 浓

20、 度 低 时 ， 需 要 的 沉 淀面 积 大 ， 为 了 保 证 反 应 区 的 一 定 高 度 ， 反 应 区 的 面 积 不 能 太 大 时 ， 则 可 采 用 反 应 区 的 面积 小 于 沉 淀 区 ， 即 污 泥 床 上 部 面 积 大 于 下 部 的 池 形 。 满 足 要 求气 液 固 三 相 分 离 器 是 UASB 的 重 要 组 成 部 分 ， 它 对 污 泥 床 的 正 常 运 行 和 获 良 好 的出 水 水 质 起 十 分 重 要 的 作 用 ， 因 此 设 计 时 应 给 予 特 别 的 重 视 。 根 据 经 验 ， 三 相 分 离 器 应满 足 以 下 几 点

21、 要 求 ： 1、 混 和 液 进 入 沉 淀 区 之 关 ， 必 须 将 其 中 的 气 泡 予 以 脱 出 ，防 止 气 泡 进 入 沉 淀 区 影 响 沉 淀 ； 2、 沉 淀 器 斜 壁 角 度 约 可 大 于 45度 角 ； 3、 沉 淀 区 的 表 面 水 力 负 荷 应 在 0.7m3/m2.h 以 下 ， 进 入 沉 淀 区 前 ， 通 过 沉 淀 槽 低 缝 的流 速 不 大 于 2m/m2.h； 4、 处 于 集 气 器 的 液 一 气 界 面 上 的 污 泥 要 很 好 地 使 之 浸 没于 水 中 ； 5、 应 防 止 集 气 器 内 产 生 大 量 泡 沫 。 第 2

22、、 3两 个 条 件 可 以 通 过 适当 选 择 沉 淀 器 的 深 度 面 积 比 来 加 以 满 足 。 对 于 低 浓 度 污 水 ， 主 要 用 限 制 表 面水 力 负 荷 来 控 制 ； 对 于 中 等 浓 度 和 高 浓 度 污 水 ， 在 极 高 负 荷 下 ， 单 位 横 截 面 上 释 放 的 气体 体 积 可 能 成 为 一 个 临 界 指 标 。 但 是 直 到 现 在 国 内 外 所 取 得 的 成 果 表 明 ， 只 要 负 荷 率 不超 过 20kgCOD/m3.d， UASB 高 度 尚 未 见 到 有 大 于 10m 的 报 道 ， 第 三 代 厌 氧 反

23、应 器 除外 。 污 泥 与 液 体 的 分 离 基 于 污 泥 絮 凝 、 沉 淀 和 过 滤 作 用 。 所 以 在 运 行 操 作 过 程 中 ，应 该 尽 可 能 创 造 污 泥 能 够 形 成 絮 凝 沉 降 的 水 力 条 件 ， 使 污 泥 具 有 良 好 的 絮 凝 、 沉 淀 性 能 ，不 仅 对 于 分 离 器 的 工 作 是 具 有 重 要 意 义 ， 对 于 整 个 有 机 物 去 除 率 更 加 至 关 重 要 。 特 别 要 注 意 避 免 气 泡 进 入 沉 淀 区 ， 要 使 固 液 进 入 沉 淀 区 之 前 就 与 气 泡 很 好 分 离 。在 气 液 表

24、面 上 形 成 浮 渣 能 迫 使 一 些 气 泡 进 入 沉 淀 区 ， 所 以 在 设 计 中 必 须 事 先 就 考虑 到 ： （ 1） 采 用 适 当 的 技 术 措 施 ， 尽 可 能 避 免 浮 渣 的 形 成 条 件 ， 防 范 浮 渣 层 的形 成 ； （ 2） 必 须 要 有 冲 散 浮 渣 的 设 施 或 装 置 ， 在 污 泥 反 应 区 一 旦 出 现 浮 渣 的 情况 下 ， 能 够 及 时 破 坏 浮 渣 层 的 形 成 ， 或 能 够 及 时 排 除 浮 渣 。 如 上 所 述 ， UASB中 污 水 与 污 泥 的 混 合 是 靠 上 升 的 水 流 和 发 酵

25、 过 程 中 产 生 的 气 泡 来 完 成 的 。 因 此 ， 一 般 采用 多 点 进 水 ， 使 进 水 均 匀 地 分 布 在 床 断 面 上 ， 其 中 的 关 键 是 要 均 匀 匀 速 、 匀 量 。UASB 容 积 的 计 算 一 般 按 有 机 物 容 积 负 荷 或 水 力 停 留 时 间 进 行 。 设 计 时 可 通 过 试验 决 定 参 数 或 参 考 同 类 废 水 的 设 计 和 运 行 参 数 。 编 辑 本 段 七 、 UASB 的 启 动1、 污 泥 的 驯 化UASB 设 备 启 动 的 难 点 是 获 得 大 量 沉 降 性 能 良 好 的 厌 氧 颗

26、粒 污 泥 。 最 好 的 办 法 加 以驯 化 ， 一 般 需 要 3 6个 月 ， 如 果 靠 设 备 自 身 积 累 ， 投 产 期 最 长 可 长 达 1 2年 。 实 践表 明 ， 投 加 少 量 的 载 体 ， 有 利 于 厌 氧 菌 的 附 着 ， 促 进 初 期 颗 粒 污 泥 的 形 成 ； 比 重 大 的 絮状 污 泥 比 轻 的 易 于 颗 粒 化 ； 比 甲 烷 活 性 高 的 厌 氧 污 泥 可 缩 短 启 动 期 。 2、 启 动 操 作 要 点（ 1） 最 好 一 次 投 加 足 够 量 的 接 种 污 泥 ； （ 2） 启 动 初 期 从 污 泥 床 流 出 的

27、 污泥 可 以 不 予 回 流 ， 以 使 特 别 轻 的 和 细 碎 污 泥 跟 悬 浮 物 连 续 地 从 污 泥 床 排 出 体 外 ， 使 较 重的 活 性 污 泥 在 床 内 积 累 ， 并 促 进 其 增 殖 逐 步 达 到 颗 粒 化 ； （ 3） 启 动 开 始 废 水COD 浓 度 较 低 时 ， 未 必 就 能 让 污 泥 颗 粒 化 速 度 加 快 ； （ 4） 最 初 污 泥 负 荷 率 一般 在 0.1 0.2kgCOD/kgTSS.d 左 右 比 较 合 适 ； （ 5） 污 水 中 原 来 存 在 的 和 厌 氧分 解 出 来 的 多 种 挥 发 酸 未 能 有

28、效 分 解 之 前 ， 不 应 随 意 提 高 有 机 容 积 负 荷 ， 这 需 要 跟 踪 观察 和 水 样 化 验 ； （ 6） 可 降 解 的 COD 去 除 率 达 到 7080 左 右 时 ， 可 以 逐 步 增加 有 机 容 积 负 荷 率 ； （ 7） 为 促 进 污 泥 颗 粒 化 ， 反 应 区 内 的 最 小 空 塔 速 度 不 可 低于 1m/d， 采 用 较 高 的 表 面 水 力 负 荷 有 利 于 小 颗 粒 污 泥 与 污 泥 絮 凝 分 开 ， 使 小 颗 粒 污 泥凝 并 为 大 颗 粒 。 编 辑 本 段 八 、 UASB 工 艺 的 优 缺 点UASB

29、的 主 要 优 点 是 ：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 长 ， 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

30、 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 。 主 要 缺 点 是 ：1、 进 水 中 悬 浮 物 需 要 适 当 控 制 ， 不 宜 过 高 ， 一 般 控 制 在 100mg/l 以 下 ； 2、 污 泥 床 内 有 短 流 现 象 ， 影 响 处 理 能 力 ； 3、 对 水 质 和 负 荷 突 然 变 化 较 敏 感 ，耐 冲 击 力 稍 差 。 编 辑 本 段 九 、 结 语UASB 工 艺 近 年 来 在 国 内 外 发 展 很 快 ， 应 用 面 很 宽 ， 在 各 个 行 业 都 有 应 用 ， 生 产 性规 模 不 等 。 实 践 证 明 ， 它 是 污 水 实 现 资 源 化 的 一 种 技 术 成 熟 可 行 的 污 水 处 理 工 艺 ，既 解 决 了 环 境 污 染 问 题 ， 又 能 取 得 较 好 的 经 济 效 益 ， 具 有 广 阔 的 应 用 前 景 。