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升流式厭氧污泥床反應器(UASB)
一、原理及概述:
升流式厭氧污泥床反應器簡稱UASB,是目前廣泛應用于工業(yè)有機廢水處理,高效厭氧處理廢水的工藝之一,其結(jié)構(gòu)可分為三個主要區(qū)域:底部布水系統(tǒng),反應區(qū)以及頂部的氣、液、固三相分離區(qū)。UASB反應器不配備回流污泥裝置,本身配有氣、液、固三相分離裝置,從而有效地滯留污泥,在運行過程中能形成具有良好沉降性能的顆粒狀污泥,反應器內(nèi)可以維持很高的生物量,平均濃度可達80gSS/L.同時,反應器的SRT很大,HRT很小,使得反應器有很高的容積負荷率和處理效果,運行穩(wěn)定性良好。UASB的下部是濃度很高并具有良好沉降性能和絮凝性能的顆粒污泥層,形成污泥床,污水從反應器下部通過布水系統(tǒng)被盡可能均勻地引入反應器底部,污水向上通過污泥床。厭氧反應發(fā)生在廢水與污泥顆粒的接觸過程。污泥中的微生物分解廢水中的有機物,把有機物轉(zhuǎn)化為沼氣。沼氣以細小氣泡形式不斷放出,并在上升過程中不斷融合,逐漸形成較大氣泡。在反應器本身所產(chǎn)沼氣的攪動下,污泥床上部的污泥處理浮動狀態(tài),因而不需要外加攪拌系統(tǒng),能達到污水與污泥良好地混合。一般浮動高度可達2m左右,該層污泥濃度較低,稱為污泥懸浮層。
二、工藝特征:
UASB反應器的運行效果主要取決于反應器內(nèi)形成的顆粒污泥,顆粒污泥形成需要時間較長,難度較大。污泥顆?;臋C理目前尚不十分清楚,至今尚未有一種較為完善的理論來闡明厭氧顆粒污泥形成的機理,快速形成顆粒污泥的條件一直是研究的主要焦點。以下為形成顆粒污泥的主要條件。
1、廢水性質(zhì)在處理甜菜制糖廢水、土豆加工廢水、酒精廢水、甲醇廢水、屠宰廢水、啤酒廢水及檸檬酸廢水等,均可培養(yǎng)出顆粒污泥,或不能培養(yǎng)出顆粒污泥。要求廢水的C:N:P約為200:5:1,否則要適當進行調(diào)節(jié)。投加補充適量的鐵、鈷、鎳等微量元素有利于提高污水產(chǎn)甲烷活動,因為這些元素是產(chǎn)甲烷輔酶重要的組成部分,可加速污泥顆?;^程。投加Ca2+25~100mg/L,有利于帶負電荷細菌相互粘接從而有利于污泥顆?;?。
2、污泥負荷率影響污泥顆?;M程最主要的控制條件是可降解有機物污泥負荷率。當污泥負荷率達0.3kgCOD/(kgvSS.d)以上便能開始形成顆粒污泥。當污泥負荷率達到0.6kgCOD/(kgvss.d)時,顆?;俣燃涌欤援旑w粒污泥出現(xiàn)后,應迅速將污泥COD負荷率提高到0.6kgCOD/(kgvss.d)左右水平,利用顆粒化進行。
3、水力負荷率和產(chǎn)氣負荷率升流條件升流條件是UASB反應器形成顆粒污泥的必要條件,代表升流條件的物理量是水流的上升流速和沼氣的上升流速,即水力負荷率和產(chǎn)氣負荷率。稱之為系統(tǒng)的選擇壓,選擇壓對污泥床產(chǎn)生沿高度(水流)方向的攪拌作用和水力篩選作用。定向攪拌作用產(chǎn)生的剪切力使微小的顆粒產(chǎn)生不規(guī)則的旋轉(zhuǎn)運動,有利于絲狀微生物的相互纏繞,為顆粒的形成創(chuàng)造一個外部條件。水力篩選作用能將微小的顆粒污泥與絮體污泥分開,污泥床低聚集比較大的顆粒污泥,密度小的絮體污泥進入懸浮層區(qū),或被淘汰出反應器。廢水從底部進入,使得顆粒污泥首先獲得足夠的食料而快速增長,有利于污泥顆?;膶崿F(xiàn)。
4、堿度堿度對于厭氧污泥顆?;兄匾绊?。堿的化學組分不影響污泥的顆粒化,維持一定堿度的作用在于它的緩沖作用,確保反應器的PH值維持在6.5~7.5之間。
5、接種污泥為了使反應器內(nèi)快速實現(xiàn)污泥顆?;?,投加一定量的接種物是必要的,一般要求接種污泥具有一定的產(chǎn)甲烷活性,資料表明,厭氧消化污泥是較好的接種污泥,其它凡存在厭氧菌的污泥,如河底污泥、沼氣池污泥、厭氧塘低泥等,也可作為接種污泥。接種污泥僅僅是作為“種子”,而顆粒污泥的產(chǎn)生是建立在新繁殖厭氧菌的基礎上,即使采用顆粒污泥作為種泥,在處理不同性質(zhì)的廢水時顆粒污泥的微生物組成和構(gòu)造也要發(fā)生變化,只有當顆粒污泥接種到處理同類廢水的反應器時,顆粒污泥才能立即發(fā)揮作用。
6、環(huán)境條件要嚴格厭氧溫度控制在35~40度或50~55度之間,PH值保持在7~7.2之間,在控制以上條件的情況下,高溫55度運行100d,中溫30度運行160d, 低溫20度運行200d,顆?;勰嗖拍芘囵B(yǎng)完成,一般來說,溫度越高,實現(xiàn)污泥顆?;钑r間越短,但溫度過高或過低都不利于培養(yǎng)顆粒污泥。顆粒化污泥培養(yǎng)成熟的標志為:顆粒污泥大量形成,反應器呈現(xiàn)兩個污泥濃度分布均勻的反應區(qū),即污泥床和污泥懸浮層,其間有比較明顯的界限;顆粒污泥沉降性能良好,顆粒呈球狀、桿狀或不十分規(guī)則的黑色顆粒狀。球狀顆粒污泥直徑多為0.1~3mm,個別大的有5mm;顆粒污泥密度1~1.05g/L,顆粒污泥在光學顯微鏡下觀察,呈多孔結(jié)構(gòu),內(nèi)部有相當大比例的自由空間,為氣體和底物的傳質(zhì)提供通道,顆粒污泥表白有一層透明膠狀物,其上附有甲烷八疊球菌,而且占優(yōu)勢,中間層有甲烷絲狀菌,另外還有球菌和桿菌。成熟的顆粒污泥,產(chǎn)甲烷細菌應占40%~50%,反應器在顆粒污泥培養(yǎng)成熟后就穩(wěn)定運行,UASB反應器一般不適合處理高濃度懸浮固體廢水,進水的TSS應控制在500mg/L以下。
三、應用狀態(tài):
UASB反應器是廢水厭氧生物處理工藝中比較先進的一種,它能滯留高濃度活性很強的顆粒污泥(平均濃度達30~40gL),使處理負荷大幅度提高,可達7~15kgCOD/(m3.d).同時,又不需要污泥沉淀分離、脫氣、回流污泥等輔助設施,能耗較低,因而得到廣泛應用。