1、上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器UASB反应器反应器（Up-flow Anaerobic Sludge Blanket）苏州科技大学苏州科技大学Group Member：广耀 剑虹 江波 尹朗The content of UASB一、一、UASB反应器的概述、构造以及工作原理反应器的概述、构造以及工作原理二、厌氧颗粒污泥二、厌氧颗粒污泥 三、三、UASB的运行控制的运行控制四、四、UASB的应用的应用History of UASB一、概述一、概述 UASB（升流式厌氧污泥床）工艺是由Lettinga等人在20世纪70年代开发。他们在研究用升流式厌氧滤池处理马铃薯加工和甲醇废水时取消
2、了池内的全部填料，并在池子的上部设置了气、液、固三相分离器，于是一种结构简单、处理效率很高的新型厌氧反应器便诞生了。UASB反应器一出现很快便获得广泛的关注与认可，并在世界范围内得到广泛应用。The Structure of UASBOperating Theory of UASB UASB反应器是集有机物去除以及泥、水、气三相分离于一体的集成化废水处理工艺，其工艺的突出特征是反应器中可以培养形成沉降性能良好的颗粒污泥、形成污泥浓度极高的污泥床，使其具有容积负荷率高、污泥截留效果好、反应器机构紧凑等一系列优良的运行特征。Process Characteristics UASB 反应器运行的3
3、个重要的前提是: 反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥。 产气和进水的均匀分布所形成的良好的搅拌作用。 设计合理的三相分离器,能使沉淀性能良好的污泥保留在反应器内。UASB 1 进水分配系统 2 反应区（污泥床、污泥悬浮区） 3 三相分离器 4 出水系统 5 排泥系统1 1、进水分配系统、进水分配系统 主要是将废水尽可能均匀地分配到整个反应器，并具有一定的水力搅拌功能。它是反应器高效运行的关键之一。 UASB采用的进水方式大多为间歇式进水，脉冲式进水，连续均匀进水和连续进水与间歇进水相结合的方式。2、反应区、反应区 反应区是UASB的核心，是培养和富集厌氧微生物的区域，废水与厌氧污泥在
4、这里充分混合，产生强烈的生化反应，废水有机会被分解。污泥床污泥床内具有很高的污泥生物量，一般为沉降性能好的颗粒污泥，MLSS一般为4080g/L,占反应区容积的30%左右，对有机物的降解量占反应器全部降解量的70%90%。污泥悬浮层污泥悬浮层的污泥浓度通常为1530g/L,一般为非颗粒状污泥。 3 三相分离器三相分离器 三相分离器由沉淀区沉淀区、集气室集气室和气封气封组成，主要作用是将气体、固体、液体三相加以分离。 气体被分离进入集气室，然后固液混合物在沉淀区进行固液分离，将处理水引入出水区，下沉的污泥借助重力由回流缝进入反应区。a和c构造简单，维护方便，但是泥水分离情况相对较差，在回流缝同时
5、存在上升和下降两股流体，互相干扰，易导致污泥回流不畅。b构造相对复杂，但是污泥回流和水上升互不干扰，泥水分离效果好，气体分离效果也较好。4、出水系统、出水系统 出水均匀排出，对固液分离的影响较大，也是保证反应器均匀稳定运行的关键。UASB反应器的出水槽布置与三相分离器沉淀区设计有关，通常每个单元三相分离器设一个出水槽，常用的两种布置形式如图所示。5 5、排泥系统、排泥系统 UASB反应器的设计必须有剩余污泥排放口。一般认为剩余污泥排放口设置在反应器中部为好，也有的反应器设在底部或在三相分离器下方大约0.5m的地方。 排泥点设置数量根据实际情况而定，一般每10m2设一个排泥口。当采用穿孔管配水系
6、统时，可同时把穿孔管兼作排泥管，专设排泥管管径一般不小于200mm，以防堵塞。为了运行方便，可在反应器1/2高度处或三相分离器下0.5m处再设一个排泥装置，沿反应器高度均匀地设5-6个污泥取样口。厌氧颗粒污泥作用形成机理形成过程影响因素UASB中污泥的特性 UASB的有机负荷率与污泥浓度有关,试验表明，污水通过底部0.40.6m的高度，已有90的有机物被转化。由此可见厌氧污泥具有极高的活性，改变了长期以来认为厌氧处理过程进行缓慢的概念。 工艺的稳定性和高效性很大程度上取决于生成具有优良沉降性能和很高甲烷活性的污泥，尤其是颗粒状污泥。与此相反，如果反应区内的污泥以松散的絮凝状体存在，往往出现污泥
7、上浮流失，使UASB不能在较高的负荷下稳定运行。污泥颗粒化机理污泥颗粒化是一个较为复杂的过程，其形成机理没有完美的解释。由不同机理形成的颗粒污泥在外形、组成菌群、密实程度都不同。结晶核心选择压理论微絮体架桥微絮体电中和质子转移-脱水理论胞外聚合物假说开普敦假说甲烷丝状菌核心多层颗粒选择压理论(1983) 颗粒化本质是对反应器中存在的污泥颗粒的连续选择过程 废水经水解酸化后含有大量VFA。Methanotrix对VFA的亲和力更高，作为优势菌具有聚集并附着在废水中其它颗粒物表面的能力。丝菌缠绕由惰性有机和无机载体物质或种泥中存在的小的细菌聚集体组成的生长核心生长而成甲烷丝状菌在微絮体中的架桥作用
8、(1987)甲烷丝菌特殊的形态和表面特性，其能在几个微絮体间架桥形成较大颗粒 甲烷丝菌通过形成使整个结构稳定的网状结构对颗粒强度有重要作用 微絮体电中和微生物表面带负电荷，与废水中金属离子（Ca2+、Mg2+、Fe2+）间相互吸引发生电中和。通过电中和削弱了微生物间的排斥作用，更易形成颗粒。胞外聚合物假说通过扫描电镜观察发现，颗粒污泥中某些细菌会分泌出胞外聚合物，而胞外聚合物为共生细菌间提供生成各种生物键的条件。微生物细胞连在一起形成微生物菌落的层状结构，在此基础上细菌进一步生长形成颗粒污泥。开普敦假说(1987)颗粒化取决于以H2为唯一能源、能产生除半胱氨酸外的其所有氨基酸的微生物Metha
9、nobacterium AZ菌株 甲烷丝菌菌胶团为核心的多层颗粒(1990)外外 观观阶阶 段段直直 径径近似近似PH2条条件件(log PH2，atm)(A)低氢分压条件下丝状低氢分压条件下丝状(乙酸乙酸)甲甲烷菌和其他微生物的生长烷菌和其他微生物的生长丝丝 状状低低(=-6)(B)架桥和卷扫对丝状甲烷菌生架桥和卷扫对丝状甲烷菌生长的影响长的影响100m(C)作为松散核心的小聚集体的作为松散核心的小聚集体的生长；在小颗粒表面拥挤的互生生长；在小颗粒表面拥挤的互生的乙酸菌的乙酸菌 8. 2, 这主要是因为此时产甲烷菌会受到严重抑制) 以加速污泥的颗粒化, 使反应器快速启动; 而在颗粒化过程基本
10、结束时, 进水碱度应适当偏低以提高颗粒污泥的SMA 。UASB反应器的运行控制进水基质类型和营养比的控制v主要处理高浓度有机工业污水v营养要均衡，C:N:P比例要适宜vUASB启动时，进水COD浓度应该低些。v补充微量金属离子可以增加活细胞的浓度以及它们的酶活性, 加快颗粒污泥的形成 进水SS的控制vUASB反应器对进水SS比较敏感v启动阶段不易高于2000mg/Lv过高的SS导致污泥活性降低，易堵塞和降低反应器有效容积有机负荷的控制v甲烷菌的数量和活性是UASB效率的主要限制因素。负荷过高，反应器内水解菌和产酸菌增多，反应器内pH降低，产甲烷菌受到抑制。v在启动阶段，一次增加的负荷不宜过高，
11、在低负荷阶段提负荷可以稍快，超过0.1kgCOD/kgSSd后每次负荷提高量为20%30%,在每一阶段要运行20天甚至更长时间。 水力负荷v水力负荷过小，不能将反应器底部污泥充分搅起。v水力负荷过大，可能导致污泥层的崩溃。vUASB反应器一般控制0.10.3m3/(m2h)VFA的控制v挥发酸的高低是颗粒污泥形成不同类型的重要因素。v可以通过控制反应器内挥发酸浓度来选择污泥的优势菌种v过量的挥发酸将直接影响甲烷菌的活性和产气量 温度的控制v实际应用中UASB反应器多为中温运行。v水质不同，反应器内的优势菌会有差别，需要的最佳温度也不相同。尽量保证温度的稳定，温度波动范围最好控制在3之内碱度和P
12、H的控制v碱度的作用是中和厌氧过程中产生的有机酸，维持适宜的PH.控制在20004000mg/Lv产甲烷菌对PH比较敏感。v当PH偏低时，真菌大量繁殖，严重影响处理效果vPh过高的话，生化代谢速率明显变慢有毒有害物质的控制vSO42-的控制vSO42-的还原产物H2S对产甲烷菌有抑制作用,应控制进水COD/SO42-大于10.vNH3-N的控制v质量浓度在50-200mg/L时，对微生物有刺激作用,1500-3000mg/L时对微生物有明显的抑制作用v其他有毒物质v这些物质主要是: 重金属、碱土金属、三氯甲烷、氰化物、酚类、硝酸盐和氯气.沼气产量及其组分v反应器运行过程中，在一定的COD容积负
13、荷率下，沼气的产量是一定的。高浓度有机废水的产气率和COD去除率成线性关系。v沼气中的CH4 含量和CO2 的含量也是基本稳定的.v沼气产量及其组分的变化直接反映了处理工艺的运行状态.排泥vUASB反应器排泥量很少，启动和运行最初100-200d几乎不需排泥，污泥龄很长vUASB内污泥浓度的增加, 处理效率会得到改善。超过一定高度，恶化出水水质。v定期排放污泥，应从污泥床上部排泥，底部排杂质和细砂。UASB常见的运行异常情况v酸败v有机负荷过高，反应器内水解菌和产酸菌增多，反应器内pH降低，产甲烷菌受到抑制。v污泥流失v造成污泥流失的原因很多，实质是已形成的颗粒污泥性状发生变化, 所以对反应器
14、内污泥量应定期监测。v从液面跑气v敞开式UASB反应器运行中有时会发现从反应器表面有气泡冒出, 造成沉淀区污泥上翻, 随出水流失。 原因：1）水封罐液位过高或水封罐后管路压力过高 2）污泥回流间隙被污泥堵塞, 沉淀区污泥不能及时回流到反应器中 3）气室体积太小, 气室液面有大量浮泥, 将出气口堵塞, 沼气进入沉淀区UASB的应用 制药废水处理 造纸废水处理 UASB的发展 IC反应器 EGSB反应器 UASB发展趋势 尹朗 环境工程 UASB的应用 UASB反应器处理工艺是目前研究较多、应用日趋广泛的新型污水厌氧处理工艺,他除了具有厌氧处理的优点,如工艺结构紧凑、处理能力大、无机械搅拌装置、处
15、理效果好、投资省等优点外, 还具有其他厌氧处理工艺(厌氧流化床、厌氧滤池等)难以 比拟的优点: 1.可实现污泥的颗粒化; 2.生物固体的停留时间可长达100d； 3.气、固、液的分离实现了一体化; 4.通常情况下不发生堵塞,因而他具有很高的处理能力和处理效率,尤其适用于各种高浓度有机废水的处理, 现已被列为国家重点推广技术。 UASB 工艺在制药废水处理中的应用 近几年来,随着我国各类医药化工及保健品制造业的迅猛发展,制药过程中产生的废水也日益增多,该行业也逐渐成为国家环保规划重点治理的行业之一。 制药废水特点：成分复杂、毒性大、色度高、含难生物降解物质、水质水量变化大,是较难处理的工业废水。
16、 制药废水处理流程：车间废水格栅集水调节池铁碳电解器中间沉淀池中间水池沉淀池好氧池UASB反应器沼气利用达标排放剩余污泥排放泵泵污泥回流UASB 工艺在造纸废水处理中的应用 以稻草、小山竹为原料生产半化学浆制造餐盒纸板的小型制浆造纸厂，制浆黑液除一部分用于生产干粉外售外，多余黑液通过沉淀池及好氧曝气处理，再沉淀，最后经浅层气浮处理，废水达标排放。废水处理费用高，企业经济负担重。为了降低制浆废水处理成本，建一个小型厌氧处理系统，流程如下： 由上图可知：该系统投产后，运行正常，在进塔稀黑液COD5由原来的8376mg/L降到4310mg/L，仍不能满足生产要求，为了挖掘厌氧系统的生产潜力，结合厂里
17、实际情况，对该系统进行了改进，如下：UASB反应器的发展 在UASB反应器工艺的过程中，仍存在一些目前尚难以解决的问题或不足，如三相分离器尚没有一个成熟的设计方法、对含有高浓度悬浮固体的废水需要考虑SS的预处理问题等。此外，污泥的颗粒化对工艺要求比较严格，并受多种运行和操作条件的影响，相关研究人员对UASB反应器工艺深入研究的基础上，通过对其三相分离器、污泥颗粒化条件、水力流态以及进水SS的适应性等方面的改进，进一步开发了IC和EGSB等新型厌氧处理工艺，进一步拓展了UASB反应器工艺的发展及其在不同废水处理中的推广应用。 IC反应器 IC 反应器（内循环反应器）可以看成是两个UASB 反应器
18、串联。其构造特点是具有很大的高径比, 可达4- 8, 反应器的高度可达16 25m。其基本构造如下图：EGSB膨胀颗粒污泥床厌氧反应器 EGSB反应器是对UASB反应器的改进,与UASB反应器相比,它们最大的区别在于反应器内液体上升流速的不同。在UASB 反应器中,水力上升流速Vup一般小于1m/h,污泥床更象一个静止床,而EGSB反应器通过采用出水循环,其Vup一般可达到5-10m/h。UASB 工艺的发展趋势 就目前的应用水平而言, 以UASB 反应器为代表的高速厌氧反应器所处理的废水污染物以碳水化合物及其降解产物为主。同时，毒性物质严重抑制细菌的生长。但是最新的发展正在突破以上界限, 表现在: 1.低温下UASB反应器的运行; 2.高温厌氧处理； 3.用于处理不积累或不产生新的颗粒污泥的UASB 反应器; 4.处理含有高浓度毒性物质的废水; 5.低浓度废水的厌氧处理.随着对UASB反应器研究的不断深入和启动、运行操作管理水平提高, UASB 反应器的应用前景是十分广阔的.谢谢大家！
