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汙水厭氧生物處理工藝 —UASB厭氧反應器

文章出處:AG贵宾会環境 人氣: 發表時間:2018-08-08 14:29

 

上流式厭氧汙泥床反應器是一種處理汙水的厭氧生物方法,又叫升流式厭氧汙泥床,英文縮寫UASB(Up-flowAnaerobicSludgeBed/Blanket)。由荷蘭Lettinga教授於1977年發明。

1、UASB反應器的基本介紹

1.1 UASB反應器的基本構造和原理

圖1是UASB反應器的示意圖。UASB反應器的主體部分主要分為兩個區域,即反應區和三相分離區。其中反應區為UASB反應器的工作主體。

 

在UASB反應器的反應區下部,是由沉澱性能良好的汙泥(通常是顆粒汙泥)形成的厭氧汙泥床,汙泥濃度可達到50~100g/l或更高。廢水由反應器底部進入反應區,由於水的向上流動和產生的大量氣體上升形成良好的自然攪拌作用,並使一部分汙泥在反應區的上方形成相對稀薄的汙泥懸浮區,懸浮區汙泥濃度一般在5~40g/l範圍內。懸浮液進入分離區後,氣體首先進入集氣室被分離,含有懸浮液的廢水進入分離區的沉降室,汙泥在此沉降,由斜麵返回反應區,澄清後的處理水溢流排出。

1.2 UASB的產生及發展

UASB反應器是由Lettinga等人於1973~1977年間研製成功的。升流式厭氧汙泥床與其它大多數厭氧生物處理裝置不同之處是:廢水由下向上流過反應器,汙泥無需特殊攪拌設備;反應器頂部裝有三相分離器。它的最大突出特點是能在反應器內實現汙泥顆粒化,顆粒汙泥的直徑一般為0.1~2cm,相對密度為1.04~1.08,具有良好的沉澱性能和很高的產甲烷活性。汙泥顆粒化後,反應器水力停留時間比較短,所以UASB反應器具有很高的容積負荷。

我國從1980年初開發和引進UASB處理技術後,在高濃度有機廢水厭氧處理技術的發展方麵進行了大量的開發研究,針對高濃度廢水的特點,以啤酒、釀造業進行了攻關研究,在小試和中試研究的基礎上,建立了一些示範工程。在此期間國際上厭氧技術也在迅速發展。由第2代高效厭氧反應器UASB向第3代厭氧反應器發展,其中有代表性的是厭氧顆粒汙泥膨脹床反應器(EGSB)及內循環厭氧反應器(IC)。

1.3 UASB反應器在國內外應用情況

UASB反應器作為如今高效厭氧反應器中應用最廣泛的反應器之一,具有能耗低、造價低、能產生生物能等特點,因而是值得推廣應用的一種新型生化厭氧處理反應器。長期以來被廣泛應用於各種類型的廢水處理,在國內外的應用研究中也常常出現。

在國外如美國、芬蘭、泰國、瑞士、加拿大和奧地利都曾利用UASB反應器處理各種生產廢水,如甜菜製糖加工廢水、啤酒和酒精加工廢水、生活汙水、牛奶廢水的處理等,都取得了較好的處理效果。我國於1981年開始了對UASB反應器的試驗研究,許多單位在處理高濃度有機廢水時采用UASB反應器進行處理,已取得了較好的成效。對於UASB反應器等厭氧處理構築物處理高濃度有機廢水,其出水一般未能達到廢水的最終排放要求,所以往往采取與其他處理工藝相結合的方式。在1990年代末期出現了UASB與其他工藝聯合使用的例子,如UASB-AF工藝處理維生素C廢水,上流式厭氧汙泥床過濾器處理滌綸廢水等,提高了處理效果。


2、UASB反應器的優點及存在的主要問題
 

2.1 UASB反應器的優點

UASB比較廣泛應用於高濃度的有機廢水處理,相比於其他反應器有其獨特的優點,具體如下:

(1)可培養出降解活性較高的顆粒汙泥:由於厭氧顆粒汙泥降解能力強,沉降性能好,所以利用UASB反應器處理大部分高濃度有機廢水,在反應運行穩定的前提下,顆粒汙泥的生長可維持反應器內較高的生物量。

(2)初次啟動時間較長但二次啟動較短:UASB反應器初次啟動所需時間較長。但是當UASB正常運行後進行二次啟動,由於在初次啟動過程中產生有剩餘顆粒汙泥,而成熟的顆粒汙泥可以在常溫下保存很長時間而不損失其活性,並且對各類廢水有較強的適應能力,所以反應器的二次啟動時間將大大縮短。

(3)對各類廢水的適應性較強:厭氧顆粒汙泥對各種不利條件的抗性較強,利用UASB反應器可以處理各種濃度的有機廢水,也可處理有毒有害廢水,如含酚廢水等。同時,UASB反應器對溫度的要求也較低,不僅可在高溫、中溫條件下進行,也可在常溫、低溫下進行反應,且能取得較高的處理效果。

(4)無需設分離裝置,簡化工藝:由於在反應器的頂部設置了氣固液三相分離器,沉降性能良好的厭氧顆粒汙泥可以通過三相分離器自行下降並返回到下部的反應區,避免了增設沉澱分離裝置、輔助脫氣裝置及回流汙泥設備,簡化了工藝,減少了裝置的投資成本和反應運行費用。同時,顆粒汙泥在上升後最終返回到反應區,在反應器內部保持了汙泥的總量,能夠維持較高的生物量。

(5)反應器內無需攪拌設備也無需投加填料和載體:在UASB反應器中,由於顆粒汙泥的密度較小,在適度的水力負荷範圍內,可以靠反應器內產生的上升氣流和水流上升力來推動汙泥與汙水的充分混合及接觸,因此,無須另設攪拌設備和回流汙泥設備,降低裝置投入成本。由於在UASB反應器中,上升的汙水是通過與反應器中的顆粒汙泥充分接觸發生厭氧反應的,所以無須另外投加填料和載體。

(6)一般不易形成股流:由於反應器中產生的上升氣流和汙水的上流力較為均勻,汙水向上流動在反應區與顆粒汙泥充分混合,所以在UASB反應器內在負荷適度、布水均勻的情況下一般不易形成股流。

2.2 UASB反應器的工藝存在的問題

雖然UASB反應器相比於其他反應器有其獨特的優點,在處理高濃度有機廢水方麵的應用也是非常具備競爭力的,但也無可避免地存在一些弊端,尚有一些難以控製的問題。

(1)汙泥顆粒化的形成:UASB反應器能培養出沉降性能良好的厭氧顆粒汙泥,但是這具有一定的難度,與係統中的堿度大小、水力負荷的高低、以及COD、N、P的比例是否恰當有關。

(2)汙泥的流失:為了保證UASB反應器的汙泥總量,顆粒汙泥在上升過程中與產生的氣泡分離,依靠重力作用重新返回到反應區,這與汙水的上流速度有關。由於汙水的上流速度和反應器中氣流的上升速率難以控製,所以保證反應器中汙泥不流失具有一定的難度。同時反應器中厭氧微生物的自身生長也可能導致汙泥量的減少,因此,保證UASB反應器中良好的生物停留狀態而不受水流影響是工作的重點也是難點。

 


3、不同因素對UASB的影響

 

3.1有機負荷對UASB反應器的影響

UASB反應器的有機負荷一般為10~30kg/(m3·d)。有機負荷太低,不利於厭氧菌的生長。另一方麵,衝擊負荷對UASB反應器會有很大的負麵影響,容易導致汙泥溢出,COD去除率降低,嚴重的甚至造成反應器酸化,厭氧消化受破壞。一般來說,在UASB反應器的啟動初期采用較小的有機負荷,當COD去除率達到較滿意值後,逐步提高負荷。提高有機負荷一般用逐漸加大進水濃度的辦法,國內有研究顯示,采用間歇進水,逐漸延長每次進水時間的方法可以促進顆粒汙泥的形成。

3.2 pH值對UASB反應器的影響

由於產甲烷菌對pH值變化適應能力不強,所以UASB反應器的pH值一般控製在6.8~7.2。否則,當UASB反應器酸化時,反應器內的產酸菌大量生長,產甲烷菌的活性受到抑製。在反應器啟動初期,為了保持pH值,投加堿提高緩衝能力是必要的。而到了穩定處理階段,則由於成熟的微生物種群的形成而使反應器獲得較高的穩定性,可以不再加堿。此外,揮發性脂肪酸(VFA)在厭氧反應器中的積累能反映出甲烷菌的不活躍狀態或反應器的酸化程度。在低級脂肪酸中,丙酸的臨界抑製濃度最低,丙酸的積累往往造成反應器運行效率下降。因此可同時控製丙酸的濃度在一定範圍內。

3.3 溫度對UASB反應器的影響

UASB反應器一般采用中溫35~45℃,高溫45~55℃厭氧消化。UASB反應器要求在較穩定的溫度範圍內運行。

3.4營養物與微量元素對UASB反應器的影響

厭氧消化過程中,有機汙水通常缺氮,磷。厭氧處理對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反應器中投加一定量尿素,磷酸鹽,葡萄糖等,有利於厭氧消化的進程,有利於顆粒汙泥的形成。



4、UASB工藝的發展趨勢
 

雖然UASB工藝在我國的應用已經有了較大發展,但與國外水平尚有差距,應進一步加強在UASB反應器及其配套設備的設備化和工程應用上的探索和實踐。同時,在以下幾個方麵,UASB厭氧處理工藝也正在實現新的發展:①低溫下UASB反應器的運行;②高溫厭氧處理;③用於處理不積累或不產生新的顆粒汙泥的UASB反應器;④處理含有高濃度毒性物質的廢水;⑤低濃度廢水的厭氧處理。

厭氧處理係統具有負荷高、投資少、運行費用低、可以回收部分能源等優點,非常適合我國國情。隨著研究的不斷深入與發展,相信UASB厭氧處理工藝的應用前景是十分廣闊的。