第八章uasb反应器的启动与运行讲义.ppt

第八章 UASB反应器的启动与运行,UASB反应器是升流式厌氧污泥床反应器的简称是由荷兰的G. Lettnga等人在70年代初研制开发的 UASB反应器具有工艺结构紧凑、处理能力大、无机械搅拌装置、处理效果好以及投资费用省等优点8.1 UASB反应器的基本构造 UASB反应器的构造型式主要有两种类型：一种类型是周边出水、顶部出沼气的构造形式；另一种类型是周边出沼气、顶部出水的构造形式 UASB反应器的基本构造主要包括以下几个部分：污泥床；污泥悬浮层；沉淀区；三相分离器由图可见，UASB工作时，废水从反应器底部进入，与污泥床层的高浓度颗粒污泥接触，污染物被分解产生沼气污水、污泥和沼气一起向上流动，进入反应器的上部的三相分离器，完成气、液、固三相的分离被分离的消化气从上部导出，被分离的污泥则自动滑落到悬浮污泥层出水则从澄清区流出8.1.1 污泥床 污泥床位于整个UASB反应器的底部，容积一般占整个UASB反应器容积的30％左右，对反应器中有机物的降解量可占到全部的70～90％ 上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形 小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形 大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，则一般为矩形，高度一般为3-8m，其中污泥床1-2m，污泥悬浮层2-4m，多用钢结构或钢筋混凝土结构。

8.1.2 污泥悬浮层 污泥悬浮层位于污泥床的上部，占据整个反应器的70％左右，其中的污泥浓度要低于污泥床，靠来自污泥床中上升的气泡使此层污泥得到良好的混合，这一层污泥负担着整个反应器有机物降解量的10～30％8.1.3 沉淀区 沉淀区位于UASB反应器的顶部，其作用是使得由于水流的夹带作用而随上升水流进入出水区的固体颗粒（主要是污泥悬浮层中的絮凝性污泥）在沉淀区沉淀下来，并沿沉淀区底部的斜壁滑下而重新回到反应区；另一个作用是，可以通过合理调整 沉淀区的水位高度来保证整个反应器的集气室的有效空间高度而防止集气空间的破坏8.1.4 三相分离器 三项分离器一般设在沉淀区的下部，但有时也可将其设在反应器的顶部其主要作用是将气体（反应过程中产生的沼气）、固体（反应器中的污泥）和液体（被处理的废水）等三相加以分离，将沼气引入集气室，将处理出水引入出水区，将固体颗粒导入反应区具有三相分离器是反应器污水厌氧处理工艺的主要特点之一，其合理设计是保证反应器正常运行的一个重要内容8.1.5出水系统 其作用是把沉淀区表层处理过的水均匀地 加以收集，排出反应器 8.1.6气室 也称集气罩，其作用是收集沼气 8.1.7浮渣清除系统 其功能是清除沉淀区液面和气室表面的浮渣，根据需要设置。

8.1.8排泥系统 其功能是均匀地排除反应区的剩余污泥上流式厌氧污泥床反应器的基本特点,优点： 有机负荷居第二代反应器之首,水力负荷满足要求;污泥颗粒化后使反应器对不利条件的抗性增强;在一定的水力负荷下，可以靠反应器内产生的气体来实现污泥与基质的充分接触 （a）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为30-40g/L，其中底部污泥床(sludge bed)污泥浓度60-80g/L，污泥悬浮层(sludge blanket)污泥浓度5-7g/L；,污泥床中的污泥由活性生物量占70-80％的高度发展的颗粒污泥(sludge granules)组成，颗粒的直径一般在0.5-5.0mm之间，颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征 （b）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷在小试验和中型试验中可高达20-40kg COD/（m3·d）在大型生产装置中可达到 6-8kg COD/（m3·d）c）反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；简化了工艺，节约了投资和运行费用 （d）无混合搅拌设备投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动； （e）污泥床内不填载体，提高了容积利用率，节省造价及避免堵塞问题。

缺点： （a）大型装置内会有短流现象（要求配水装置性能要好） （b）进水SS要求≤200mg/L，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞 （c）在没有颗粒污泥接种的情况下，启动时间长 （d）对水质和负荷突然变化比较敏感 （e）要求水温高些，最好35℃左右8.2 UASB反应器的工作原理 UASB反应器的主体部分是一个无填料的设备，它的工艺构造和实际运行具有以下几个突出的特点：一是反应器中高浓度的以颗粒状形式存在的高活性污泥；二是反应器内具有集泥、水和气分离于一体的三相分离器；三是反应器中无需安装任何搅拌装置，反应器的搅拌是通过产气的上升迁移作用而实现的，因而具有操作管理比较简单的特性8.2.1 厌氧反应过程 UASB中的厌氧反应过程包括了极为复杂的生物反应过程，在反应过程中，复杂的底物被厌氧微生物转化为多种多样的中间产物，最后转化为产物（沼气） 参与反应的厌氧微生物主要有：⑴水解－发酵（酸化）细菌；⑵乙酸化细菌；⑶产甲烷菌8.2.2 UASB反应器的运行 UASB反应器在运行过程中，废水以一定的流速自反应器的底部进入反应器水流依次流经污泥床、污泥悬浮层至三相分离器及沉淀区。

8.3 UASB反应器的工艺设计 UASB反应器工艺的设计包括进水区的设计、反应区容积的设计、三相分离器的设计、沉淀区的设计及集气系统的设计等几个方面 8.3.1 工艺设计的一般原则 UASB反应器的外观构造有圆柱形、矩形和方形等几种一般小规模的反应器多采用径深比比较小的圆柱形形式，而处理规模较大时多采用矩形或方形的构造8.3.2三相分离器设计 三相分离器的基本构造 ： 三相分离器的型式是多种多样的，但其三项主要功能均为气液分离、固液分离和污泥回流；主要组成部分为气封、沉淀区和回流缝8.4升流式厌氧污泥床反应器的启动,UASB反应器的启动可分为两个阶段: 接种污泥在适宜的驯化过程中获得一个合理分布的微生物群体 这种合理分布群体的大量生长、繁殖 启动具体过程如下：,厌氧法的影响因素,控制厌氧处理效率的基本因素有两类: 一类是基础因素，包括微生物量 (污泥浓度)、营养比、混合接触状况、有机负荷等； 另一类是环境因素，如温度、pH值、氧化还原电位、有毒物质等 产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，对于一般工业废水，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤1） 温度条件,各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，产甲烷菌的温度范围为25-60℃。

在35℃和53℃上下可以分别获得较高的消化效率，温度为40-45℃时，厌氧消化效率较低 据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可分为常温消化、中温消化和高温消化三种类型温度对厌氧消化过程的影响,（2） pH值,每种微生物可在一定的pH值范围内活动，产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pH值范围较广，在4.5-8.0之间 产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，最适宜pH值为7.0-7.2 在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，避免过多的酸积累，常保持反应器内的pH值在6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范围内3）氧化还原电位,无氧环境是严格厌氧的产甲烷菌繁殖的最基本条件之一产甲烷菌对氧和氧化剂非常敏感，这是因为它不象好氧菌那样具有过氧化氢酶 氧是影响厌氧反应器中氧化还原电位条件的重要因素，但不是唯一因素 挥发性有机酸的增减、pH值的升降以及铵离子浓度的高低等因素均影响系统的还原强度如pH值低，氧化还原电位高；pH值高，氧化还原电位低4）有机负荷,在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称容积负荷，即消化器单位有效容积每天接受的有机物量（kgCOD/m3·d)。

对悬浮生长工艺，也有用污泥负荷表达的，即kg COD/(kg污泥·d) 在污泥消化中，有机负荷习惯上以投配率或进料率表达，即每天所投加的湿污泥体积占消化器有效容积的百分数 由于各种湿污泥的含水率、挥发组分不尽一致，投配率不能反映实际的有机负荷，为此，又引入反应器单位有效容积每天接受的挥发性固体重量这一参数，即kgMLVSS/m3·d5）厌氧活性污泥,厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成 厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关系性状良好的污泥是厌氧消化效率的基础保证 厌氧活性污泥的性质主要表现为它的作用效能与沉降性能 故在一定的范围内，活性污泥浓度愈高，厌氧消化的效率也愈高但也不是越高越好6）搅拌和混合,通过搅拌可消除池内梯度，增加食料与微生物之间的接触，避免产生分层，促进沼气分离 在连续投料的消化池中，还使进料迅速与池中原有料液相混匀 在传统厌氧消化工艺中，也将有搅拌的消化器称为高效消化器 搅拌程度与强度要适当7）废水的营养比,厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取碳、氮、磷以及其他微量元素工程上主要控制进料的碳、氮、磷比例，因为其他营养元素不足的情况较少见。

厌氧法中碳:氮:磷控制为200-300:5:1为宜8）有毒物质,包括有毒有机物、重金属离子和一些阴离子等对有机物来说，带醛基、双键、氯取代基、苯环等结构，往往具有抑制性 有毒物质的最高容许浓度与处理系统的运行方式、污泥驯化程度、废水特性、操作控制条件等因素有关8.5 分段厌氧处理法,消化可将水解酸化过程和甲烷化过程分开在两个反应器内分阶段进行，以使两类微生物都能在各自的最适条件下生长繁殖 第一段的功能是： 水解和液化固态有机物为有机酸 缓冲和稀释负荷冲击与有害物质 截留难降解的固态物质 第二段的功能是： 保持严格的厌氧条件和pH值，以利于甲烷菌的生长 降解、稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气 截留悬浮固体，以改善出水水质,二段式厌氧处理法可以采用不同构筑物予以组合例如对悬浮物高的工业废水，采用厌氧接触法与上流式厌氧污泥床反应器串联的组合，其流程如下图二段式厌氧处理法的特点,优点： 运行稳定可靠 能承受pH值、毒物的冲击 有机负荷率高 消化气中甲烷含量高 缺点： 使用设备较多 流程和操作复杂 不能对各种废水都提高负荷,。