【導讀】researchfocus.andothercities.veryrapidly.

　　

【正文】 ge）。顆粒污泥的出現(xiàn)，不僅促進了以 UASB 為代表的第二代厭氧反應器的應用和發(fā)展，而且還為第三代厭氧反應器的誕生奠定了基礎(chǔ)。目前 ,在歐洲的 UASB工藝已普遍形成了顆粒污泥 ,這使得厭氧 UASB工藝在歐洲迅速得到了推廣和普及。我國于 1981年開始了 UASB反應 10 器的 研究工作 ,該技術(shù)在我國已得到了實際的推廣應用。 UASB 反應器是目前應用最為廣泛的高速厭氧反應器 ,該技術(shù)在國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展成為厭氧處理的主流技術(shù)之一。 3. UASB反應器的基本構(gòu)造和原理 (1) UASB反應器的構(gòu)成 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(qū)域 ,即反應區(qū)和三相分離區(qū)。其中反應區(qū)為 UASB反應器的工作主體。 (2) UASB反應器的工作原理 UASB由污泥反應區(qū)、氣液固三相分離器（包括沉 淀區(qū)）和氣室三部分組成。在底部反應區(qū)內(nèi)存留大量厭氧污泥，污泥濃度可達到 50~100g/l或更高，具有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，由于水的向上流動和產(chǎn)生的大量氣體上升形成良好的自然攪拌作用 ,并使一部分污泥在反應區(qū)的上方形成相對稀薄的污泥懸浮區(qū) ,懸浮區(qū)污泥濃度一般在 5~40g/l范圍內(nèi)。懸浮液進入分離區(qū)后 ,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(qū)的沉降室 ,污泥在此沉降 ,由斜面返回反應區(qū) ,澄清后的處理水溢流排出。污泥中的微 生物分解污水中的有機物，把它轉(zhuǎn)化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式不斷放出，微小氣泡在上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的氣泡，在污泥床上部由于沼氣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，沼氣碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的四周，然后穿過水層進入氣室，集中在氣室沼氣，用導管導出，固 11 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，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沼著斜壁滑回厭氧反應區(qū)內(nèi)，使反應區(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，然后排出污泥床。 基本出要求有： 1）為污泥絮凝提供有利的物理、化學和力學條件，使厭氧污泥獲得并保持良好的沉淀性能； 2）良好的污泥床?？尚纬梢环N相當穩(wěn)定的生物相，保持特定的微生態(tài)環(huán)境，能抵抗較強的擾動力，較大的絮體具有良好的沉淀性能，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)。 UASB反應器的工藝特點 UASB反應器運行的 3 個重要的 前提是 :①反應器內(nèi)形成沉降性能良好的顆粒污泥或絮狀污泥 。②出產(chǎn)氣和進水的均勻分布所形成的良好的攪拌作用 。③設(shè)計合理的三相分離器 ,能使沉淀性能良好的污泥保留在反應器內(nèi)。 (1)利用微生物細胞固定化技術(shù) 污泥顆?；?UASB 反應器利用微生物細胞固定化技術(shù) 污泥顆?；瘜崿F(xiàn)了水力停留時間和污泥停留時間的分離 ,從而延長了污泥泥齡 ,保持了高濃度的污泥。顆粒厭氧污泥具有良好的沉降性能和高比產(chǎn)甲烷活性 ,且相對密度比人工載體小 ,靠產(chǎn)生的氣體來實現(xiàn)污泥與基質(zhì)的充分接觸 ,節(jié)省了攪拌和回流污泥的設(shè)備和能耗 。也無需附設(shè)沉淀分離裝置。同時 反應器內(nèi)不需投加填料和載體 ,提高了容積利用率。 (2)由產(chǎn)氣和進水的均勻分布所形成的良好的自然攪拌作用在 UASB反應器中 ,由產(chǎn)氣和進水形成的上升液流和上竄氣泡對反應區(qū)內(nèi)的污泥顆粒產(chǎn)生重要的分級作用。這種作用不僅影響污泥顆粒化進程 ,同時還對形成的顆粒污泥的質(zhì)量有很大的影響。同時這種攪拌作用實現(xiàn)了污泥與基質(zhì)的充分接觸。 (3)設(shè)計合理的三相分離器的應用三相分離器是 UASB 反應器中最重要的設(shè)備。三相分離器的應用省卻了輔助脫氣裝置 ,能收集從反應區(qū)產(chǎn)生的沼氣 ,同時使分離器上的懸浮物沉淀下來 ,使沉淀性能良好的污泥能保留在反 應器內(nèi)。 5. UASB內(nèi)的流態(tài)和污泥分布 UASB 內(nèi)的流態(tài)相當復雜，反應區(qū)內(nèi)的流態(tài)與產(chǎn)氣量和反應區(qū)高度相關(guān)，一般來說，反應區(qū)下部污泥層內(nèi)，由于產(chǎn)氣的結(jié)果，部分斷面通過的氣量較多，形成一股上升的氣流，帶動部分混合液（指污泥與水）作向上運動。與此同時，這股氣、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。在遠離這股上升氣、水流的地方容易形成死角。在這些死角處也具有一 12 定的產(chǎn)氣量，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)的大小與短流程度有關(guān)。懸浮層內(nèi)混 合液，由于氣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)氣量較少的情況下，有時污泥層與懸浮層有明顯的界線，而在產(chǎn)氣量較多的情況下，這個界面不明顯。有關(guān)試驗表明，在沉淀區(qū)內(nèi)水流呈推流式，但沉淀區(qū)仍然還有死區(qū)和混合區(qū)。 UASB內(nèi)污泥濃度與設(shè)備的有機負荷率有關(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度高，懸浮層的上下部分污泥濃度差較小，說明接近完全混合型流態(tài)，反應區(qū)內(nèi)污泥的頒，當有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，已有 90％的有機物被轉(zhuǎn)化。由此可見厭氧污泥具有極高的活性，改變了長期以來認為厭氧處理過程進行緩慢的概念。在厭氧污泥中，積累有大量高活性的厭氧污泥是這種設(shè)備具有巨大處理能力的主要原因，而這又歸于污泥具有良好的沉淀性能。 UASB具有高的容積有機負荷率，其主要原因是設(shè)備內(nèi)，特別是污泥層內(nèi)保有大量的厭氧污泥。工藝的穩(wěn)定性和高效性很大程度上取決于生成具有優(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)定運行。 6. 影響 UASB反應器性能的主要因素 (1)溫度厭氧廢水處理也分為低溫、中溫和高溫三類 ,其溫度范圍與相應的微生物生長范圍相對應。迄今大多數(shù)厭氧廢水處理系統(tǒng)在中溫范圍運行 ,以 30℃ ~40℃最為常見 ,其最佳處理溫度在35℃ ~40℃。高溫工藝多在 50℃ ~60℃間運行。低溫厭氧工藝污泥活力明顯低于中溫和高溫 ,其反應器負荷也相對較低 ,但對于某些溫度較低的廢水 ,低溫工藝也是可供選擇的方案。 (2)pH 值 pH值是廢水厭氧處理最重要的影響因素之一。厭氧處理中 ,水解菌與產(chǎn) 酸菌對 pH 有較大范圍的適應性 ,但對 pH敏感的甲烷菌適宜的生長 pH為 ~,這也是通常情況下厭氧處理所應控制的 pH值。 (3)營養(yǎng)物與微量元素厭氧廢水處理過程由細菌完成 ,因此應維持良好的細菌的生長環(huán)境 ,保證細菌有足夠的合成自身細胞物質(zhì)的化合物。依據(jù)組成細胞的化學成分 ,其中主要包括營養(yǎng)物氮、磷、鉀和硫以及鈣、鎂、鐵等其他的生長必須的少量的或微量的元素。 (4)堿度和揮發(fā)酸濃度傳統(tǒng)理論認為要保證顆粒污泥的形成 ,反應器內(nèi)堿度應維持在 13 1000~5000mgCaCO3/l的范圍內(nèi) ,如果反應器內(nèi)的堿度小于 1000mgCaCO3/l時 ,會導致其 PH值下降 。唐一等人在其研究中已經(jīng)證實 ,保證 UASB反應器內(nèi)的污泥顆粒化的最低堿度是 750mgCaCO3/l。在UASB 反應器中 ,揮發(fā)酸的安全濃度控制在 2021mg/l(以 HAC 計 )以內(nèi) ,當 VFA 的濃度小于 200mg/l時 ,一般是最好的。 (5)進水中懸浮固體濃度的控制對進水中懸浮固體 (SS)濃度的嚴格控制要求是 UASB 反應器處理工藝與其他厭氧處理工藝的明顯不同之處。一般來說 ,廢水中的 SS/COD的比值應控制在 下。 (6)有毒有害物質(zhì)的控制①氨氮濃度的控制 :氨氮濃度的 高低對厭氧微生物產(chǎn)生 2種不同影響。當其濃度在 50200mg/l 時 ,對反應器中的厭氧微生物有刺激作用 。濃度在 15003000mg/l時 ,將對微生物產(chǎn)生明顯的抑制作用。一般宜將氨氮濃度控制在 1000mg/l 以下。②硫酸鹽 (SO24)濃度的控制 :UASB反應器中的硫酸鹽離子濃度不應大于 5000mg/l,在運行過程中 UASB的 COD/SO24比值應大于 10。③其他有毒物質(zhì) :導致 UASB反應器處理工藝失敗的原因 ,除上述幾種以外 ,其他有毒物質(zhì)的存在也必須加以十分注意 ,這些物質(zhì)主要是 :重金屬、堿土金屬、三氯甲烷、 氰化物、酚類、硝酸鹽和氯氣等。 7. UASB工藝的優(yōu)缺點 UASB的主要優(yōu)點是： (1) UASB內(nèi)污泥濃度高，平均污泥濃度為 20－ 40gVSS/1； (2) 有機負荷高，水力停留時間短，采用中溫發(fā)酵時，容積負荷一般為 10kgCOD/ 左右； (3) 無混合攪拌設(shè)備，靠發(fā)酵過程中產(chǎn)生的沼氣的上升運動，使污泥床上部的污泥處于懸浮狀態(tài)，對下部的污泥層也有一定程度的攪動； (4) 污泥床不填載體，節(jié)省造價及避免因填料發(fā)生堵賽問題； (5) UASB 內(nèi)設(shè)三相分離器，通常不設(shè) 沉淀池，被沉淀區(qū)分離出來的污泥重新回到污泥床反應區(qū)內(nèi)，通?？梢圆辉O(shè)污泥回流設(shè)備。 主要缺點是： (1) 進水中懸浮物需要適當控制，不宜過高，一般控制在 100mg/l以下； (2) 污泥床內(nèi)有短流現(xiàn)象，影響處理能力； (3) 對水質(zhì)和負荷突然變化較敏感，耐沖擊力稍差。 8. 應用研究現(xiàn)狀 14 (1)啟動技術(shù)方面 Lepisto 等較早開展此方面的研究。由于顆粒污泥是 UASB 技術(shù)的核心 ,顆粒污泥的形成與否直接關(guān)系到 UASB反應器運行的成敗。許多研究集中在厭氧顆粒污泥的培養(yǎng)上。迄今 ,對 厭氧顆粒污泥的培養(yǎng)已取得了許多有益的經(jīng)驗。我國吳允等向接種污泥內(nèi)加入膨潤土和非離子型聚丙烯酰胺 ,處理啤酒生產(chǎn)廢水 ,4 周內(nèi)形成了穩(wěn)定顆粒污泥床。鄭平等研究了制藥廢水的厭氧處理啟動技術(shù)。 (2)廢水處理領(lǐng)域 Lettinga 博士和他的同事首先在實驗室進行了容積為 60L 的 UASB 反應器的試驗研究。結(jié)果表明 ,該處理裝置的處理效果很好 ,其有機負荷率 COD高達 10Kg/(m3?d),此后進行了容積為 6m 30m3及 200m3 的半生產(chǎn)性試驗研究 ,中溫條件下 ,應用 6m3容積的裝置處理甜菜制糖廢水的 COD 容積負荷高達 36Kg/(m3?d)。處理馬鈴薯加工廢水 COD 負荷為 15 Kg/(m3?d)以上 ,COD去除率為 70%90%。其后 ,荷蘭、德國、瑞典、比利時和美國的研究者用 UASB反應器進行了土豆加工廢水、蠶豆加工廢水、屠宰廢水、罐頭制品加工廢水、甲醇廢水、乙酸廢水及纖維板廢水的小試或生產(chǎn)性試驗 ,都取得了較好的效果。據(jù)不完全統(tǒng)計 ,至 1990年 ,世界各地已有 205個生產(chǎn)規(guī)模的 UASB系統(tǒng)投入運行 ,到 1993年 ,這個數(shù)字已增加到 400多。至今 ,在歐洲的 UASB工藝已普遍形成了顆粒污泥。 UASB 工藝在我國的應用從 80 年代發(fā)展至今 ,應 用越來越廣泛。從 80 年代末的處理酒廠、啤酒廠廢水 (用單一 UASB 工藝 ),到 90 年代末期 ,與其他工藝聯(lián)合使用 ,如UASB+AF 處理高濃度滌綸廢水、 PUASB 加壓處理制藥廢水等。同時也已經(jīng)成功應用于城市污水處理和生活污水的處理。 9. UASB工藝的發(fā)展趨勢 雖然 UASB 工藝在我國的應用已經(jīng)有了較大發(fā)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(shè)備的設(shè)備化和工程應用上的探索和實踐。同時 ,在以下幾個方面 ,UASB 厭氧處理工藝也正在實現(xiàn)新的發(fā)展 :①低溫下 UASB反應器的運行 。②高溫厭氧處理 。③用 于處理不積累或不產(chǎn)生新的顆粒污泥的 UASB 反應器 。④處理含有高濃度毒性物質(zhì)的廢水 。⑤低濃度廢水的厭氧處理。厭氧處理系統(tǒng)具有負荷高、投資少、運行費用低、可以回收部分能源等優(yōu)點 ,非常適合我國國情。隨著研究的不斷深入與發(fā)展 ,相信 UASB 厭氧處理工藝的應用前景是十分廣闊的。