養(yǎng)殖造紙廢水處理神器UASB厭氧反應(yīng)器
養(yǎng)殖造紙廢水處理神器UASB厭氧反應(yīng)器
1、UASB反應(yīng)器的基本介紹
1.1 UASB反應(yīng)器的基本構(gòu)造和原理
圖1是UASB反應(yīng)器的示意圖。UASB反應(yīng)器的主體部分主要分為兩個(gè)區(qū)域，即反應(yīng)區(qū)和三相分離區(qū)。其中反應(yīng)區(qū)為UASB反應(yīng)器的工作主體。
在UASB反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)下部，是由沉淀性能良好的污泥(通常是顆粒污泥)形成的厭氧污泥床，污泥濃度可達(dá)到50～100g/l或更高。廢水由反應(yīng)器底部進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，由于水的向上流動(dòng)和產(chǎn)生的大量氣體上升形成良好的自然攪拌作用，并使一部分污泥在反應(yīng)區(qū)的上方形成相對(duì)稀薄的污泥懸浮區(qū)，懸浮區(qū)污泥濃度一般在5～40g/l范圍內(nèi)。懸浮液進(jìn)入分離區(qū)后，氣體首*入集氣室被分離，含有懸浮液的廢水進(jìn)入分離區(qū)的沉降室，污泥在此沉降，由斜面返回反應(yīng)區(qū)，澄清后的處理水溢流排出。
1.2 UASB的產(chǎn)生及發(fā)展
UASB反應(yīng)器是由Lettinga等人于1973～1977年間研制成功的。升流式厭氧污泥床與其它大多數(shù)厭氧生物處理裝置不同之處是：廢水由下向上流過反應(yīng)器，污泥無需特殊攪拌設(shè)備；反應(yīng)器頂部裝有三相分離器。它的突出特點(diǎn)是能在反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)污泥顆?；w粒污泥的直徑一般為0.1～2cm，相對(duì)密度為1.04～1.08，具有良好的沉淀性能和很高的產(chǎn)甲烷活性。污泥顆粒化后，反應(yīng)器水力停留時(shí)間比較短，所以UASB反應(yīng)器具有很高的容積負(fù)荷。
我國從1980年初開發(fā)和引進(jìn)UASB處理技術(shù)后，在高濃度有機(jī)廢水厭氧處理技術(shù)的發(fā)展方面進(jìn)行了大量的開發(fā)研究，針對(duì)高濃度廢水的特點(diǎn)，以啤酒、釀造業(yè)進(jìn)行了攻關(guān)研究，在小試和中試研究的基礎(chǔ)上，建立了一些示范工程。在此期間上厭氧技術(shù)也在迅速發(fā)展。由第2代高效厭氧反應(yīng)器UASB向第3代厭氧反應(yīng)器發(fā)展，其中有代表性的是厭氧顆粒污泥膨脹床反應(yīng)器（EGSB）及內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器(IC)。
1.3 UASB反應(yīng)器在國內(nèi)外應(yīng)用情況
UASB反應(yīng)器作為如今高效厭氧反應(yīng)器中應(yīng)用泛的反應(yīng)器之一，具有能耗低、造價(jià)低、能產(chǎn)生生物能等特點(diǎn)，因而是值得推廣應(yīng)用的一種新型生化厭氧處理反應(yīng)器。*以來被廣泛應(yīng)用于各種類型的廢水處理，在國內(nèi)外的應(yīng)用研究中也常常出現(xiàn)。
在國外如美國、芬蘭、泰國、瑞士、加拿大和奧地利都曾利用UASB反應(yīng)器處理各種生產(chǎn)廢水，如甜菜制糖加工廢水、啤酒和酒精加工廢水、生活污水、牛奶廢水的處理等，都取得了較好的處理效果。我國于1981年開始了對(duì)UASB反應(yīng)器的試驗(yàn)研究，許多單位在處理高濃度有機(jī)廢水時(shí)采用UASB反應(yīng)器進(jìn)行處理，已取得了較好的成效。對(duì)于UASB反應(yīng)器等厭氧處理構(gòu)筑物處理高濃度有機(jī)廢水，其出水一般未能達(dá)到廢水的排放要求，所以往往采取與其他處理工藝相結(jié)合的方式。在1990年代末期出現(xiàn)了UASB與其他工藝聯(lián)合使用的例子，如UASB-AF工藝處理*廢水，上流式厭氧污泥床過濾器處理滌綸廢水等，提高了處理效果。
2、UASB反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)及存在的主要問題
2.1 UASB反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)
UASB比較廣泛應(yīng)用于高濃度的有機(jī)廢水處理，相比于其他反應(yīng)器有其*的優(yōu)點(diǎn)，具體如下：
（1）可培養(yǎng)出降解活性較高的顆粒污泥：由于厭氧顆粒污泥降解能力強(qiáng)，沉降性能好，所以利用UASB反應(yīng)器處理大部分高濃度有機(jī)廢水，在反應(yīng)運(yùn)行穩(wěn)定的前提下，顆粒污泥的生長(zhǎng)可維持反應(yīng)器內(nèi)較高的生物量。
（2）初次啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)但二次啟動(dòng)較短：UASB反應(yīng)器初次啟動(dòng)所需時(shí)間較長(zhǎng)。但是當(dāng)UASB正常運(yùn)行后進(jìn)行二次啟動(dòng)，由于在初次啟動(dòng)過程中產(chǎn)生有剩余顆粒污泥，而成熟的顆粒污泥可以在常溫下保存很長(zhǎng)時(shí)間而不損失其活性，并且對(duì)各類廢水有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，所以反應(yīng)器的二次啟動(dòng)時(shí)間將大大縮短。
（3）對(duì)各類廢水的適應(yīng)性較強(qiáng)：厭氧顆粒污泥對(duì)各種不利條件的抗性較強(qiáng)，利用UASB反應(yīng)器可以處理各種濃度的有機(jī)廢水，也可處理有毒有害廢水，如含酚廢水等。同時(shí)，UASB反應(yīng)器對(duì)溫度的要求也較低，不僅可在高溫、中溫條件下進(jìn)行，也可在常溫、低溫下進(jìn)行反應(yīng)，且能取得較高的處理效果。
（4）無需設(shè)分離裝置，簡(jiǎn)化工藝：由于在反應(yīng)器的頂部設(shè)置了氣固液三相分離器，沉降性能良好的厭氧顆粒污泥可以通過三相分離器自行下降并返回到下部的反應(yīng)區(qū)，避免了增設(shè)沉淀分離裝置、輔助脫氣裝置及回流污泥設(shè)備，簡(jiǎn)化了工藝，減少了裝置的投資成本和反應(yīng)運(yùn)行費(fèi)用。同時(shí)，顆粒污泥在上升后終返回到反應(yīng)區(qū)，在反應(yīng)器內(nèi)部保持了污泥的總量，能夠維持較高的生物量。
（5）反應(yīng)器內(nèi)無需攪拌設(shè)備也無需投加填料和載體：在UASB反應(yīng)器中，由于顆粒污泥的密度較小，在適度的水力負(fù)荷范圍內(nèi)，可以靠反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的上升氣流和水流上升力來推動(dòng)污泥與污水的充分混合及接觸，因此，無須另設(shè)攪拌設(shè)備和回流污泥設(shè)備，降低裝置投入成本。由于在UASB反應(yīng)器中，上升的污水是通過與反應(yīng)器中的顆粒污泥充分接觸發(fā)生厭氧反應(yīng)的，所以無須另外投加填料和載體。
（6）一般不易形成股流：由于反應(yīng)器中產(chǎn)生的上升氣流和污水的上流力較為均勻，污水向上流動(dòng)在反應(yīng)區(qū)與顆粒污泥充分混合，所以在UASB反應(yīng)器內(nèi)在負(fù)荷適度、布水均勻的情況下一般不易形成股流。
2.2 UASB反應(yīng)器的工藝存在的問題
雖然UASB反應(yīng)器相比于其他反應(yīng)器有其*的優(yōu)點(diǎn)，在處理高濃度有機(jī)廢水方面的應(yīng)用也是非常具備競(jìng)爭(zhēng)力的，但也無可避免地存在一些弊端，尚有一些難以控制的問題。
（1）污泥顆?；男纬桑篣ASB反應(yīng)器能培養(yǎng)出沉降性能良好的厭氧顆粒污泥，但是這具有一定的難度，與系統(tǒng)中的堿度大小、水力負(fù)荷的高低、以及COD、N、P的比例是否恰當(dāng)有關(guān)。
（2）污泥的流失：為了保證UASB反應(yīng)器的污泥總量，顆粒污泥在上升過程中與產(chǎn)生的氣泡分離，依靠重力作用重新返回到反應(yīng)區(qū)，這與污水的上流速度有關(guān)。由于污水的上流速度和反應(yīng)器中氣流的上升速率難以控制，所以保證反應(yīng)器中污泥不流失具有一定的難度。同時(shí)反應(yīng)器中厭氧微生物的自身生長(zhǎng)也可能導(dǎo)致污泥量的減少，因此，保證UASB反應(yīng)器中良好的生物停留狀態(tài)而不受水流影響是工作的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。
3、不同因素對(duì)UASB的影響
3.1有機(jī)負(fù)荷對(duì)UASB反應(yīng)器的影響
UASB反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷一般為10～30kg/（m3·d）。有機(jī)負(fù)荷太低，不利于厭氧菌的生長(zhǎng)。另一方面，沖擊負(fù)荷對(duì)UASB反應(yīng)器會(huì)有很大的負(fù)面影響，容易導(dǎo)致污泥溢出，COD去除率降低，嚴(yán)重的甚至造成反應(yīng)器酸化，厭氧消化受破壞。一般來說，在UASB反應(yīng)器的啟動(dòng)初期采用較小的有機(jī)負(fù)荷，當(dāng)COD去除率達(dá)到較滿意值后，逐步提高負(fù)荷。提高有機(jī)負(fù)荷一般用逐漸加大進(jìn)水濃度的辦法，國內(nèi)有研究顯示，采用間歇進(jìn)水，逐漸延長(zhǎng)每次進(jìn)水時(shí)間的方法可以促進(jìn)顆粒污泥的形成。
3.2 pH值對(duì)UASB反應(yīng)器的影響
由于產(chǎn)甲烷菌對(duì)pH值變化適應(yīng)能力不強(qiáng)，所以UASB反應(yīng)器的pH值一般控制在6.8～7.2。否則，當(dāng)UASB反應(yīng)器酸化時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)的產(chǎn)酸菌大量生長(zhǎng)，產(chǎn)甲烷菌的活性受到抑制。在反應(yīng)器啟動(dòng)初期，為了保持pH值，投加堿提高緩沖能力是必要的。而到了穩(wěn)定處理階段，則由于成熟的微生物種群的形成而使反應(yīng)器獲得較高的穩(wěn)定性，可以不再加堿。此外，揮發(fā)性脂肪酸（VFA）在厭氧反應(yīng)器中的積累能反映出甲烷菌的不活躍狀態(tài)或反應(yīng)器的酸化程度。在低級(jí)脂肪酸中，丙酸的臨界抑制濃度，丙酸的積累往往造成反應(yīng)器運(yùn)行效率下降。因此可同時(shí)控制丙酸的濃度在一定范圍內(nèi)。
3.3 溫度對(duì)UASB反應(yīng)器的影響
UASB反應(yīng)器一般采用中溫35～45℃，高溫45～55℃厭氧消化。UASB反應(yīng)器要求在較穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。
3.4營(yíng)養(yǎng)物與微量元素對(duì)UASB反應(yīng)器的影響
厭氧消化過程中，有機(jī)污水通常缺氮，磷。厭氧處理對(duì)氮和磷的需要量比好氧法低，一般采用BOD：N：P的值為（300～500）：5：1。在UASB反應(yīng)器中投加一定量尿素，磷酸鹽，葡萄糖等，有利于厭氧消化的進(jìn)程，有利于顆粒污泥的形成。
4、UASB工藝的發(fā)展趨勢(shì)
雖然UASB工藝在我國的應(yīng)用已經(jīng)有了較大發(fā)展，但與國外水平尚有差距，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)在UASB反應(yīng)器及其配套設(shè)備的設(shè)備化和工程應(yīng)用上的探索和實(shí)踐。同時(shí)，在以下幾個(gè)方面，UASB厭氧處理工藝也正在實(shí)現(xiàn)新的發(fā)展:①低溫下UASB反應(yīng)器的運(yùn)行;②高溫厭氧處理;③用于處理不積累或不產(chǎn)生新的顆粒污泥的UASB反應(yīng)器;④處理含有高濃度毒性物質(zhì)的廢水;⑤低濃度廢水的厭氧處理。
厭氧處理系統(tǒng)具有負(fù)荷高、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、可以回收部分能源等優(yōu)點(diǎn)，非常適合我國國情。隨著研究的不斷深入與發(fā)展，相信UASB厭氧處理工藝的應(yīng)用前景是十分廣闊的。
