上流式厌氧污泥床工艺先容

发布时间: 2009-12-02 00:00:00   编辑:sbf胜博发手机版官网编辑   来源: sbf胜博发手机版官网原创   浏览次数:

   

  1 概述

  上流式厌氧污泥床反应器(Upflow Anaerobic Sludge Blanket,简称UASB)是由荷兰Wageningen农业大学的G·Lettinga教授等人在70年代研制开发的。反应器经历了360L、6m3、30m3、200m3的逐次放大,至今最大的设备容积已达5500m3。继荷兰之后,德国、瑞典等国也相继开展了许多研究工作。国内对UASB的研究是由北京环境保护科学研究所于70年代末首先开始的,在溶剂、酒精、肉类加工、纤维板等生产废水的处理方面,均取得了良好的处理效果。

2 UASB工作原理

  UASB反应器的主体部分是一个无填料的空容器,分为反应区和沉降区两部分。反应区根据污泥的分布情况又可分为污泥悬浮层区和污泥床区。污泥床主要由沉淀和凝聚性能良好的厌氧污泥组成,浓度可达50-100gSS/L或更高。污泥悬浮层主要靠反应过程中产生的气体的上升搅拌作用形成,污泥浓度较低,一般在5-40gSS/L范围内。UASB装置的最大特点在于其上部设置了一个专用的气(沼气)-液(废水)-固(污泥)三相分离器。

  当反应器运行时,废水以一定流速从底部布水系统进入反应器,通过污泥床向上流动,料液与污泥中的微生物充分接触并进行生物降解,生成沼气,沼气以微小气泡的形式不断放出。微小气泡在上升过程中将污泥托起,即使在较低负荷下也能看到污泥床有明显膨胀。随着产气量增加,这种搅拌混合作用加强,减少了污泥中夹带的气体释放的阻力,气体便从污泥床内突发性逸出,引起污泥床表面略呈沸腾流化状态。沉淀性能不太好的污泥颗粒或絮体在气体的搅动下,于反应器上部形成悬浮污泥层。气、水、泥混合液上升至三相分离器内,沼气在上升过程中碰到反射板受偏折,穿过水层进入气室,由导管排出反应器。脱气后的混合液进入上部静置的沉淀区,在重力作用下,进一步进行固、液分离,沉降下的污泥通过斜壁返回至反应区内,使反应区内积累大量微生物,澄清的处理水从沉淀区溢流排出。由于在UASB反应器中能培养得到一种具有良好沉降性能和高比产甲烷活性的颗粒厌氧污泥(Granular anaerobic sludge),因而使其具有一定的优越性。

3 UASB反应器特性

  UASB反应器,常为钢结构或钢筋混凝土结构。当采用钢结构时,常为圆形断面;采用钢筋混凝土结构时,常为矩形断面。根据三相分离器构造的要求,为便于设计和施工,一般采用矩形断面为宜。

  UASB反应器池顶根据三相分离器的结构与环境条件,可以是密闭的,也可以是敞开的。

  封闭式UASB反应器的特点是顶部加盖密封,在出水水面与池顶之间形成一个大的气室,可以同时收集反应区和沉淀区产生的沼气。这种反应器适用于处理高浓度有机废水或含硫酸盐较高的有机废水,其池盖也可为浮盖式。

  敞开式UASB反应器的特点是出水水面是敞开的,或加一层不密封的盖板。这种型式的反应器构造简单,便于施工安装、操作管理与维修,适用于中低浓度有机废水的处理。

  不论是封闭式,或是敞开式UASB反应器,其基本组成大致相同,主要包括以下几个部分。

  (1)进水配水系统

  进水配水系统的功能主要是将废水均匀分配到整个反应器,并进行水力搅拌,是反应器高效运行的关键之一。

  从水泵来的废水通过配水设备流入布水管。配水设备是由一根可旋转的配水管与配水槽构成,配水槽为圆环形,被分隔成若干单元,每个单元与一根通进反应器的布水管相连。从水泵来的水管与可旋转的配水管相连接。工作时配水管旋转,在一定的时间间隔内,废水流进配水槽的一个单元,由此流进一根布水管进入反应器。

  布水点设在反应器的底平面上,为使基质与污泥接触充分,应进行合理设置。布水点均匀分布在池底上,且高度不同。根据有关资料与研究实践,认为布水的不均匀系数为0.95时,可达到布水均匀的目的。荷兰研究者提出,在装置放大时应按比例增加布水点的数量,使每5m2底面积有一个布水点。这种布水方式对于整个反应器来说是连续进水,而对于每个布水点而言,则是间断进水,布水管的瞬时流量与整个反应器的流量相等。

  在生产运行装置中所采用的进水方式大致可分为间歇式、脉冲式、连续均匀流、连续与间歇回流相结合等几种。

  (2)反应区

  反应区是反应器的主要部分,包括污泥床区和污泥悬浮层区,废水中有机物主要在此处被厌氧菌分解。

  (3)三相分离器

  三相分离器的作用是把沼气、污泥和液体分开。UASB反应器所具有的这种分离器是考虑到厌氧工艺细菌生长速率很慢这一特点而设计的,由沉淀区、回流缝和气封组成。污泥经沉淀区沉淀后由回流缝直接回流到反应区,保证流失的污泥量小于在反应器内的生成量,沼气经分离后进入气室。三相分离器的分离效果将直接影响反应器的处理效果。

  (4)出水系统

  出水的均匀排出是保证反应器均匀稳定运行的关键因素之一,尤其是对固液分离的影响较大。通常每个单元三相分离器设一出水槽。当UASB反应器为封闭式时,总出水管必须通过一个水封,以防漏气和确保厌氧条件。当处理废水中含蛋白质和脂肪或含有大量悬浮固体时,出水一般也夹带有大量悬浮固体或漂流污泥,为减少出水悬浮固体量,在出水槽前应设置挡板,以提高出水水质。

  (5)气室

  气室也称集气罩,作用是收集处理过程中产生的沼气,气室上方开口连有导管,引导沼气排入水封。

  (6)浮渣清除系统

  在废水处理过程中,尤其是处理含蛋白质和脂肪较高的工业废水时,在气室和反应器液面会形成一层较厚的浮渣层,影响反应器的正常运行,如阻碍沼气的顺利释放,堵塞导管,使部分沼气从沉淀区逸出,干扰沉淀区的沉淀效果等,因此应设置浮渣清除系统。在沉淀区液面产生的浮渣层,可用刮渣机清除;在气室产生的浮渣,较难清除,必须设置冲洗管和循环水泵(或气泵),定期进行循环水或沼气反冲。

  (7)排泥系统

  UASB反应器污泥床区均匀排泥也是影响反应器正常工作的重要因素。若集中在一点排泥,则污泥床的污泥分布不均,排泥口附近的污泥浓度会大大降低,从而影响该处废水的处理效果,因此应将排泥点均匀设置在池底,一般每10m2设一个排泥口。当采用穿孔管配水系统时,可同时把穿孔管兼作排泥管。为防堵塞,专设排泥管管径一般在200mm以上。为方便运行,可在反应器半高处或三相分离器下0.5m处再设一排泥口,沿反应器高度均匀设5-6个污泥取样管。

4 厌氧污泥颗粒

  UASB工艺之所以能够以高负荷处理废水,其最重要的原因在于反应器内以产甲烷菌为主体的厌氧微生物形成了1-5mm的颗粒污泥,换言之,能够形成颗粒化污泥是UASB反应器的突出特点。

  事实证明,若反应器内的污泥以松散的絮状体存在,容易出现污泥上浮流失,使反应器不能在较高的负荷下稳定运行。而颗粒污泥能长期保持形态上的稳定性,生产装置在形成颗粒污泥后,能够长期拥有良好沉降性能的污泥,并能为新装置提供颗粒污泥作为接种物,从而加快新装置的启动过程,使反应器能高效稳定运行。

5 评价

  UASB反应器不仅可用于处理高、中等浓度的有机废水,还可用于处理如城市污水之类的低浓度有机废水,已成为第二代厌氧废水处理反应中发展最为迅速、应用最为广泛的装置。据统计,目前世界上约有上千座UASB反应器在运行中。

  UASB反应器具有的主要优点为:①有机负荷高,处理效果好;②污泥颗粒化后增强了反应器对不利条件的抗性;③不需搅拌和回流污泥的设备,节省投资和能耗;④三相分离器的设置避免了附设沉淀分离装置和辅助脱气装置等,简化了工艺,节省运行费用;⑤反应器内无需投加填料和载体,提高了容积利用率,避免了堵塞。

  UASB反应器存在的主要问题是需要3-6个月来培养驯化颗粒污泥,依靠反应器内增殖积累厌氧污泥甚至需1-2年,故启动运行时间较长。另外,污泥床内有短流现象发生,最大可达70%-80%,影响设备的处理能力;对水质和负荷较敏感,缓冲能力小,要求进水和负荷要相对稳定,管理要求更高。且UASB反应器一般不能去除废水中的氮和磷,故在处理高、中等浓度的废水时,宜采用厌氧-好氧串联工艺,即用UASB反应器去除废水中大部分含碳有机物作为预处理,用好氧处理设备去除残余的含碳有机物和氮、磷等物质。

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