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江都市UASB厭氧反應(yīng)器

基本出要求:

(1)為污泥絮凝提供利的物理、化學(xué)和力學(xué)條件，使厭氧污泥獲得并保持良好的沉淀性能;
(2)良好的污泥床常可形成一種相當穩(wěn)定的生物相，保持定的微生態(tài)環(huán)境，能抵抗較強的擾動力，較大的絮體具良好的沉淀性能，從而提高設(shè)備內(nèi)的污泥濃度;
(3)通過在污泥床設(shè)備內(nèi)設(shè)置一個沉淀區(qū)，使污泥細顆粒在沉淀區(qū)的污泥層內(nèi)進一步絮凝和沉淀，然后回流入污泥床內(nèi)。
四、UASB內(nèi)的流態(tài)和污泥分布
UASB內(nèi)的流態(tài)相當復(fù)雜，反應(yīng)區(qū)內(nèi)的流態(tài)與產(chǎn)量和反應(yīng)區(qū)高度相關(guān)，一般來說，反應(yīng)區(qū)下部污泥層內(nèi)，由于產(chǎn)的結(jié)果，部分斷面通過的量較多，形成一股上升的流，帶動部分混合液(指污泥與水)作向上運動。與此同時，這股、水流周圍的介質(zhì)則向下運動，造成逆向混合，這種流態(tài)造成水的短流。在遠離這股上升、水流的地方容易形成死角。在這些死角處也具一定的產(chǎn)量，形成污泥和水的緩慢而微弱的混合，所以說在污泥層內(nèi)形成不同程度的混合區(qū)，這些混合區(qū)的大小與短流程度關(guān)。懸浮層內(nèi)混合液，由于體幣的運動帶動液體以較高速度上升和下降，形成較強的混合。在產(chǎn)量較少的情況下，時污泥層與懸浮層明顯的界線，而在產(chǎn)量較多的情況下，這個界面不明顯。關(guān)試驗表明，在沉淀區(qū)內(nèi)水流呈推流式，但沉淀區(qū)仍然還死區(qū)和混合區(qū)。
UASB內(nèi)污泥濃度與設(shè)備的機負荷率關(guān)。是處理制糖廢水試驗時，UASB內(nèi)污泥分布與負荷的關(guān)系。從圖中可看出污泥層污泥濃度比懸浮層污泥濃，懸浮層的上下部分污泥濃度差較小，說明接近完混合型流態(tài)，反應(yīng)區(qū)內(nèi)污泥的頒，當機負荷很高時污泥層和懸浮層分界不明顯。試驗表明，污水通過底部0.4-0.6m的高度，已90%的機物被轉(zhuǎn)化。由此可見厭氧污泥具高的活性，改變了以來認為厭氧處理過程進行緩慢的概念。在厭氧污泥中，積累大量高活性的厭氧污泥是這種設(shè)備具巨大處理能力的主要原因，而這又歸于污泥具良好的沉淀性能。
UASB具高的容積機負荷率，其主要原因是設(shè)備內(nèi)，別是污泥層內(nèi)保大量的厭氧污泥。工藝的穩(wěn)定性和強效性很大程度上取決于生成具優(yōu)良沉降性能和很高甲烷活性的污泥，尤其是顆粒狀污泥。與此相反，如果反應(yīng)區(qū)內(nèi)的污泥以松散的絮凝狀體存在，往往出現(xiàn)污泥上浮流失，使UASB不能在較高的負荷下穩(wěn)定。
根據(jù)UASB內(nèi)污泥形成的形態(tài)和達到的COD容積負荷，可以將污泥顆粒化過程大致分為三個期:
(1)接種啟動期:從接種污泥開始到污泥床內(nèi)的COD容積負荷達到5kgCOD/m3.d左右，此期污泥沉降性能一般;
(2)顆粒污泥形成期:這一期的點是小顆粒污泥開始出現(xiàn)，當污泥床內(nèi)的總SS量和總VSS量降至低時本期即告結(jié)束，這一期污泥沉降性能不太好;
(3)顆粒污泥成熟期:這一期的點是顆粒污泥大量形成，由下為上逐步充滿整個UASB。當污泥床容積負荷達到16kgCOD/m3.d以上時，可以認為顆粒污泥已培養(yǎng)成熟。該期污泥沉降性很好。

厭氧反應(yīng)器也叫厭氧處理工藝以下幾種

一、沼池(厭氧消化器)采用技術(shù)分析和評價 
在我已建成的沼工程中，所采用的厭氧消化工藝，主要以下四類，即塞流式消化器，升流式固體反應(yīng)器，升流式厭氧污泥床和污泥床濾器。 
1塞流式反應(yīng)器(Plug Flow Reactor，簡稱PFR) 
塞流式反應(yīng)器也稱推流式反應(yīng)器，是一種長方形的非完混合式反應(yīng)器。高濃度懸浮固體發(fā)酵原料從一端進入，從另一端出。 
優(yōu)點:1不需要攪拌，池形，能耗低;2適用于高SS廢水的處理，尤其適用于牛糞的厭氧消化，用于農(nóng)場較好的效益;3方便，故障少，穩(wěn)定性高。 
缺點:1固體物容易沉淀于池底，影響反應(yīng)器的效體積，使HRT和SRT降低，效率較低;2需要固體和微生物的回流作為接種物;3因該反應(yīng)器面積/體積比較大，反應(yīng)器內(nèi)難以保持*的溫度;4易產(chǎn)生厚的結(jié)殼。 
北京市大興區(qū)留民營的雞糞高溫沼工程采用了該反應(yīng)器。實踐表明，該反應(yīng)器耐粗放管理，采用高溫(55℃)發(fā)酵，產(chǎn)率較高，并且可以殺滅害生物。但因雞糞沉渣較多，易生成沉淀而影響反應(yīng)器的效率。 
2升流式固體反應(yīng)器(Upflow Solids Reactor，簡稱USR) 
升流式固體反應(yīng)器是一種、適用于高懸浮固體原料的反應(yīng)器。原料從底部進入消化器內(nèi)，與消化器里的活性污泥接觸，使原料得到快速消化。未消化的生物質(zhì)固體顆粒和沼發(fā)酵微生物靠自然沉降滯留于消化器內(nèi)，上清液從消化器上部溢出，這樣可以得到比水力滯留期高得多的固體滯留期(SRT)和微生物滯留期(MRT)，從而提高了固體機物的分解率和消化器的效率。 
都師范大學(xué)利用USR進行了雞糞沼發(fā)酵研究，其進料濃度為TS=5%~6%，COD=42~55g/l，懸浮固體為45~55g/l，在35℃條件下，USR的負荷可達10kgCOD/m3•d，產(chǎn)率488m3/m3•d，CH4含量60%左右，COD去除率85%左右，SS去除率為6616%。據(jù)計算當HRT為5天時SRT為25天。 
留民營雞糞污水中溫沼發(fā)酵工程、房山區(qū)琉璃河豬糞廢水沼發(fā)酵工程、房山區(qū)南韓繼和平谷縣南獨樂河豬糞廢水沼工程的厭氧消化器均采用USR工藝，，效果較好。 
3升流式厭氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Bed，簡稱UASB) 
UASB是由Lettinga等于1974~1978年研究成功的一項新工藝，是上發(fā)展較快的消化器。由于該消化器，低，而引起人們的普遍興趣。該消化器適用于處理可溶性廢水，要求較低的懸浮固體含量。北京環(huán)境于1983年先開展了利用UASB處理丙酮丁醇廢水的工藝研究，至今我已對COD為300~500mg/l的生活污水，1000~2000mg/l啤酒廢水，3000~5000mg/l的屠宰廢水，8000~10000mg/l的豆制品廢水及30000~40000mg/l的酒醪濾液等進行了研究工作，并且多數(shù)已投產(chǎn)。該工藝將污泥的沉降與回流置于一個裝置內(nèi)，降低了造價。 
該工藝的優(yōu)點為:1除三相分離器外，消化器，沒攪拌裝置及供微生物附著的填料;2長的SRT和MRT使其達到了很高的負荷率;3顆粒污泥的形成，使微生物天然固定化，改善了微生物的環(huán)境條件，增加了工藝的穩(wěn)定性;4出水的懸浮固體含量低。 
缺點:1需要安裝三相分離器;2進水中只能含低濃度的懸浮固體;3需要效的布水器使其進料能均勻分布于消化器的底部;4當沖擊負荷或進料中懸浮固體含量升高，以及遇到過量毒物質(zhì)時，會引起污泥流失，要求較高的管理水平。 
UASB是近年來在沼發(fā)酵工程中多的工藝，多用于工業(yè)廢水和生活污水的厭氧消化。經(jīng)過固液分離后的畜禽糞便污水也可以采用UASB進行厭氧消化處理。UASB工藝在工廢水處理中已得到。北京啤酒采用UASB工藝的厭氧消化工程已被定為推廣項目。 
4污泥床濾器(UBF) 
它是將UASB和厭氧濾器結(jié)合為一體的厭氧消化器。其下部為污泥床，上部設(shè)置纖維填料。由于附著于纖維填料上的生物膜補充了污泥床上部微生物的不足，所以效益較高。

反應(yīng)器原理

UASB由污泥反應(yīng)區(qū)、液固三相分離器(包括沉淀區(qū))和室三部分組成。在底部反應(yīng)區(qū)內(nèi)存留大量厭氧污泥，具良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與污泥層中污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的機物，把它轉(zhuǎn)化為沼。沼以微小泡形式不斷放出，微小泡在上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的泡，在污泥床上部由于沼的攪動形成一個污泥濃度較稀薄的污泥和水一起上升進入三相分離器，沼碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的四周，然后穿過水層進入室，集中在室沼，用導(dǎo)管導(dǎo)出，固液混合液經(jīng)過反射進入三相分離器的沉淀區(qū)，污水中的污泥發(fā)生絮凝，顆粒逐漸增大，并在重力下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿著斜壁滑回厭氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)，使反應(yīng)區(qū)內(nèi)積累大量的污泥，與污泥分離后的處理出水從沉淀區(qū)溢流堰上部溢出，然后出污泥床。

江都市UASB厭氧反應(yīng)器

UASB的設(shè)計
UASB的工藝設(shè)計主要是計算UASB的容積、產(chǎn)量、剩余污泥量、營養(yǎng)需求的平衡量。
UASB的池形狀圓形、方形、矩形。污泥床高度一般為3-8m，多用鋼筋混凝土建造。當污水機物濃度比較高時，需要的沉淀區(qū)與反應(yīng)區(qū)的容積比值小，反應(yīng)區(qū)的面積可采用與沉淀區(qū)相同的面積和池形。當污水機物濃度低時，需要的沉淀面積大，為了反應(yīng)區(qū)的一定高度，反應(yīng)區(qū)的面積不能太大時，則可采用反應(yīng)區(qū)的面積小于沉淀區(qū)，即污泥床上部面積大于下部的池形。
液固三相分離器是UASB的重要組成部分，它對污泥床的正常和獲良好的出水水質(zhì)起十分重要的，因此設(shè)計時應(yīng)給予別的重視。根據(jù)經(jīng)驗，三相分離器應(yīng)滿足以下幾點要求:
1、混和液進入沉淀區(qū)之關(guān)，必須將其中的泡予以脫出，防止泡進入沉淀區(qū)影響沉淀;
2、沉淀器斜壁角度約可大于45度角;
3、沉淀區(qū)的表面水力負荷應(yīng)在0.7m3/m2.h以下，進入沉淀區(qū)前，通過沉淀槽低縫的流速不大于2m/m2.h;
4、處于集器的液一界面上的污泥要很好地使之浸沒于水中;
5、應(yīng)防止集器內(nèi)產(chǎn)生大量泡沫。
2、3兩個條件可以通過適當沉淀器的深度-面積比來加以滿足。
對于低濃度污水，主要用限制表面水力負荷來控制;對于中等濃度和高濃度污水，在高負荷下，單位橫截面上釋放的體體積可能成為一個臨界指標。但是直到現(xiàn)在外所取得的成果表明，只要負荷率不過20kgCOD/m3.d，UASB高度尚未見到大于10m的報道，三代厭氧反應(yīng)器除外。
污泥與液體的分離基于污泥絮凝、沉淀和過濾。所以在操作過程中，應(yīng)該盡可能創(chuàng)造污泥能夠形成絮凝沉降的水力條件，使污泥具良好的絮凝、沉淀性能，不僅對于分離器的工作是具重要意義，對于整個機物去除率更加至關(guān)重要。
別要注意避免泡進入沉淀區(qū)，要使固--液進入沉淀區(qū)之前就與泡很好分離。在--液表面上形成浮渣能迫使一些泡進入沉淀區(qū)，所以在設(shè)計中必須事先就考慮到:
(1)采用適當?shù)募夹g(shù)措施，盡可能避免浮渣的形成條件，防范浮渣層的形成;
(2)必須要沖散浮渣的設(shè)施或裝置，在污泥反應(yīng)區(qū)一旦出現(xiàn)浮渣的情況下，能夠及時破壞浮渣層的形成，或能夠及時除浮渣。
如上所述，UASB中污水與污泥的混合是靠上升的水流和發(fā)酵過程中產(chǎn)生的泡來完成的。因此，一般采用多點進水，使進水均勻地分布在床斷面上，其中的關(guān)鍵是要均勻--勻速、勻量。
UASB容積的計算一般按機物容積負荷或水力停留時間進行。設(shè)計時可通過試驗決定參數(shù)或參考同類廢水的設(shè)計和參數(shù)。

一般來說，廢水中復(fù)雜機物物料比較多，通過厭氧分解分四個階段加以降解：

（1）水解階段：高分子機物由于其大分子體積，不能直接通過厭氧菌的細胞壁，需要在微生物體外通過胞外酶加以分解成小分子。廢水中特例的機物質(zhì)比如纖維素被纖維素酶分解成纖維二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麥芽糖和葡萄糖，蛋白質(zhì)被分解成短肽和氨基酸。分解后的這些小分子能夠通過細胞壁進入到細胞的體內(nèi)進行下一步的分解。

（2）酸化階段：上述的小分子機物進入到細胞體內(nèi)轉(zhuǎn)化成更為簡單的化合物并被分配到細胞外，這一階段的主要產(chǎn)物為揮發(fā)性脂肪酸（VFA），同時還部分的醇類、乳酸、二氧化碳、氫、氨、硫化氫等產(chǎn)物產(chǎn)生。

（3）產(chǎn)乙酸階段：在此階段，上一步的產(chǎn)物進一步被轉(zhuǎn)化成乙酸、碳酸、氫以及新的細胞物質(zhì)。

（4）產(chǎn)甲烷階段：在這一階段，乙酸、氫、碳酸、甲酸和甲醇都被轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳和新的細胞物質(zhì)。這一階段也是整個厭氧過程較為重要的階段和整個厭氧反應(yīng)過程的限速階段。

再上述四個階段中，人認為二個階段和三個階段可以分為一個階段，在這兩個階段的反應(yīng)是在同一類細菌體類完成的。前三個階段的反應(yīng)速度很快，如果用莫諾方程來模擬前三個階段的反應(yīng)速率的話，Ks（半速率常數(shù)）可以在50mg/l以下，μ可以達到5KgCOD/KgMLSS.d。而四個反應(yīng)階段通常很慢，同時也是較為重要的反應(yīng)過程，在前面幾個階段中，廢水的中污染物質(zhì)只是形態(tài)上發(fā)生變化，COD幾乎沒什么去除，只是在四個階段中污染物質(zhì)變成甲烷等體，使廢水中COD大幅度下降。同時在四個階段產(chǎn)生大量的堿度這與前三個階段產(chǎn)生的機酸相平衡，維持廢水中的PH穩(wěn)定，反應(yīng)的連續(xù)進行。

三 水解反應(yīng)

水解可定義為復(fù)雜的非溶解性的聚合物被轉(zhuǎn)化成簡單的溶解性單體和二聚體的過程。水解反應(yīng)針對不同的廢水類型差別很大，這要取決于胞外酶能否效的接觸到底物。因此，大的顆粒比小顆粒底物要難降解很多，比如造紙廢水、印染廢水和制藥廢水的木質(zhì)素、大分子纖維素就很難水解。

水解速度的可由以下動力學(xué)方程加以描述：

ρ=ρo/(1+Kh.T)

ρ ——可降解的非溶解性底物濃度（g/l）；

ρo———非溶解性底物的初始濃度（g/l）；

Kh——水解常數(shù)（d－1）；

T——停留時間（d）。

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