相关文章

升流式厌氧污泥反应器UASB

来源网址:http://www.hbjx1.com/

1.结构

升流式厌氧污泥反应器UASB的基本特征是在反应器的上部设置气、固、液三相分离器,下部为污泥悬浮层区和污泥床区。污水从底部流入,向上升流至顶部流出,混合液在沉淀区进行固、液分离,污泥可自行回流到污泥床区,使污泥床区保持很高的污泥浓度。从构造和功能上划分,UASB反应器主要由进水配水系统、反应区(污泥床区和污泥悬浮层区)、沉淀区、三相分离器、集气排气系统、排泥系统及出水系统和浮渣清除系统组成(见图 [#]-30)。

反应区中污泥床高度约为反应区总高度的1/3,伹其污泥量约占全部污泥量的2/3以上。污泥床的污泥量大,有机物浓度高,因此,80%的有机物去除率是在污泥床内实现的。虽然污泥悬浮层去除的有机物量不大,但其高度对产气量、混合程度和系统稳定性至关重要。

UASB池型有圆形、方形、矩形等多种形式,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三相分离器,则一般为矩形,总高度一般为3~ [#]m,其中污泥床1~ [#]m,污泥悬浮层2~ [#]m。当污水流量较小而有机物浓度较高时,需要的沉淀区面积小,沉淀区的面积及池形可与反应区相同。当污水流量大而有机物浓度较低时,需要的沉淀区面积大,为使反应区的过流面积不至于过大,可加大沉淀区面积,即使UASB反应器上部直径大于下部直径。

2.基本原理

UASB反应器内没有载体,是一种悬浮生长型的厌氧消化方法。在反应器底部污泥浓度较高的污泥层被称为污泥床,而在污泥床上部污泥浓度稍低的污泥层被称为污泥悬浮层,污泥床和污泥悬浮层统称为反应区。

在厌氧状态下,微生物分解有机物产生的沼气在上升过程中产生强烈的搅动,有利于颗粒污泥的形成和维持。污水均匀地进人反应器的底部,污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床,在与污泥颗粒的接触过程中发生厌氧反应,经过反应的混合液上升流动进人气、固、液三相分离器。沼气泡和附着沼气泡的污泥颗粒向反应器顶部上升,上升到气体反射板的底面,沼气泡u污泥絮体脱离。沼气泡则被收集到反应器顶部的集气室,脱气后的污泥颗粒沉降到污泥床,继续参与进水有机物的分解反应。在一定的水力负荷下,绝大部分污泥颗粒能保留在反应区内,使反应区具有足够的污泥量。

UASB反应器不仅适于处理高、中浓度的有机污水,也适用于处理城市污水一类的低浓度有机污水。

3.特点

(1)UASB反应器结构紧凑,集生物反应与沉淀于一体。

(2)升流式厌氧污泥反应器的最大特点是能在反应器内形成颗粒污泥,使反应器内平均污泥浓度达到30~40g/L,底部污泥浓度可高达60~80g/L。

(3)UASB反应器具有很高的容积负荷,一般为10~ [#]0kgCODCr/(m3-d),最高可达30kgCODc/(m3‘d)。而且水力停留时间短,通常采用中温厌氧消化,有时可以在常温下运行。

(4)反应器内设三相分离器,在沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区,不需要污泥回流设备。利用自身产生的沼气和进水水流来实现搅拌混合,也不需要混合搅拌设备。因此,简化了工艺环节和减少了系统工艺设备,维护运行较简单。

(5)UASB反应器内没有载体,是一种悬浮生长型的厌氧消化方法,不仅节省投资,而且避免了堵塞问题。

(6)UASB反应器的缺点是要求进水中的悬浮物

比普通消化池

低得多,特别是难生物降解的有机固体含量不宜过高,以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积,影响处理效果和处理能力;而且启动时间较长,对水质水量和负荷的变化也比较敏感。

4.颗粒污泥

颗粒污泥的形成实际上是微生物固定化的一种形式,其外观为具有相对规则的球形或椭圆形黑色(或灰色)颗粒。颗粒污泥的粒径一般为0.1~ [#]mm,个别大的有5mm,密度为1.04~ [#].08

258g/cm3,比水略重,具有良好的沉降性能和降解水中有机物的产甲烷活性。

在光学显微镜下观察,颗粒污泥呈多孔结构,表面有一层透明胶状物,其上附着甲烷菌。颗粒污泥靠近外表面部分的细胞密度最大,内部结构松散、细胞密度较小,粒径较大的颗粒污泥往往有一个空腔,这是由于颗粒污泥内部营养不足使细胞自溶而引起的。大而空的颗粒污泥容易破碎,其破碎的碎片成为新生颗粒污泥的内核,一些大的颗粒污泥还会因内部产生的气体不易释放出去而容易上浮。

(1)使UASB反应器内出现颗粒污泥的方法

①直接接种法:从正在运行的其他UASB反应器中取出一定量的颗粒污泥直接投人新的UASB反应器后,由少到多逐步加大被处理的污水水量,直到设计水量。用这种方法反应器投产所需时间最快,但一般只在启动小型UASB反应器时采用这种方法。

②间接接种法:将取自正在运行的厌氧处理装置的厌氧活性污泥,如城市污水处理厂的消化污泥,投人UASB反应器后,创造厌氧微生物最佳的生长条件,用人工配制的、含有适当营养成分的营养水进行培养,形成颗粒污泥后,再由少到多逐步加大被处理的污水水量,直到设计水量。

③直接培养法:将取自正在运行的厌氧处理装置的厌氧活性污泥,如城市污水处理厂的消化污泥,投人UASB反应器后,用被处理污水直接培养,形成颗粒污泥后,再逐步加大被处理的污水水量,直到设计水量。这种方法反应器投产所需时间较多,可长达3~4个月,大型UASB反应器常采用这种方法。

(2)直接培养法培养颗粒污泥的注意事项

直接培养法培养颗粒污泥时通常使用非颗粒性的污泥,虽然厌氧处理工艺的大多数菌种要求严格的厌氧条件,但在培养启动时不必追求严格的厌氧。因此直接培养时既可以使用非颗粒性的纯厌氧污泥,也可以使用经过陈化的好氧剩余污泥,如果有搅拌设施,还可以投人未经消化的脱水污泥。即使引人的污泥中含有一定量的溶解氧,只要不再补充氧,反应器内的溶解氧也会很快被接种泥中的兼性菌消耗掉而最终形成严格的厌氧条件。其他注意事项如下:

①最好一次投加足够量的接种厌氧污泥,一般接种厌氧污泥投加量为40_~60kg/m3。同时进水中要补充足够的营养盐,必要时还要添加硫、钙、钴、钼、镍等微量元素。

②为使颗粒污泥尽快形成,开始进水时COD&浓度不宜过高,二般要低于5000mg/L,可采取加大回流比的方法,使进水负荷按污泥负荷计应低于0.1~0.2kgCODCr/(kgMLSS-d)0同时要将反应器内温度严格控制在35或50~55T;之间,必要时将进水可用蒸汽加热;pH值应保持在7~ [#].2之间,进水碱度一般不低于750mg/L。

③出现小颗粒污泥后,为使小颗粒污泥发展为大颗粒污泥,要适当提高反应器表面水力负荷,将絮状污泥和分散的细小颗粒污泥从反应器中“洗出”。但是一定要使“洗出”缓慢进行、逐步提高水力负荷,过度的“洗出”会使反应器内污泥量急剧减少而使颗粒污泥培养失败。有关试验表明,当表面水力负荷在0.25mV(㎡_h)以上时,会使污泥产生水力分级现象。

④在培养初期,出水中会夹带着一些污泥絮片,反应器内污泥浓度有所降低,在颗粒污泥尚未形成之前,即使反应器具有一定去除率,但由于污泥流失量大于生物增长量,反应器内污泥浓度还会继续下降。颗粒污泥形成后,随着容积负荷的不断加大,增殖的生物量才会大于污泥流失量,反应器内污泥浓度开始增加。因此,培养初期污泥流失造成污泥浓度下降是正常现象,因培养时间较长,要有耐心,注意观察和分析有关化验数据。

⑤培养不能长期在低负荷下运行,当出水水质较好、COD(> 去除率较高后,应当逐渐提高负荷,但不能突然提高负荷,以防止造成冲击,对污泥颗粒化不利。当颗粒污泥出现后,应当在适宜的负荷下稳定运行一段时间,以便培养出沉降性能良好的和产甲烷细菌活性很高的颗粒污泥。一般情况下,高温55尤运行约 [#]00d、中温35T运行约160d,颗粒污泥污泥才能培养完成,低温201需要运行200d以上才有可能培养完成。

⑥培养过程中应控制消化池内VFA的浓度在1000mg/L以下,如果污水中原有的和在厌氧发酵过程中产生的各种挥发性有机酸浓度较高时,不能再提高进水的有机负荷。

5.三相分离器

UASB反应器的最重要设备是气、固、液三相分离器,安装在反应器的上部,将反应器分为下部的反应区和上部的沉淀区。

三相分离器的第一个重要作用是尽可能有效地分离污泥床中产生的沼气。集气室下面反射板的作用就是防止沼气进人沉淀区和减少反应区产气量较大时所造成的液体紊动,反应器内由污泥、污水和沼气组成的混合液进人三相分离器后,沼气气泡碰到分离器下部的反射板时,折向气室而被有效地分离排出。

三相分离器的第二个重要作用是取得较好的污泥沉淀效果,保证反应区内污泥拥有较高的浓度和良好的性能。经过脱气的污泥和水经孔道进人三相分离器的沉淀区,在重力作用下泥水分离,上清液从沉淀区上部排出,留在沉淀区下部的污泥沿着斜壁返回到反应区内。

(1)沉淀区斜壁与水平的倾斜角度约50。(45。~60。),使沉淀在斜板上的污泥不聚集停留,能尽快滑回反应区内,这个角度也决定了三相分离器的高度,算个高度一般为0.5~ [#].0m。

(2)混合液在进人沉淀区的孔道或缝隙内的流速不能大于 [#]m/h,混合液在沉淀区的表面水力负荷要在0.7mV(n^h)以下,沉淀区的总水深应> 1.5m,并保证水流在沉淀区的停留时间为1.5-2.Oho

(3)尽可能使沼气泡不进入沉淀区影响沉淀效果,反射板与缝隙之间的遮挡应该在100~ [#]00mm,集气室缝隙部分的面积占反应器总面积的15%~20%。

(4)三相分离器内的气、液界面面积必须合适,适当的沼气释放速率大约为1~3mV(㎡_h)。释放速率过低过高会形成浮渣,释放速率过高又会导致形成泡沫,而泡沫和浮渣都可能导致堵塞沼气排放管。

(5)为尽可能:减少和防止气室产生和积聚大量的泡沫和浮渣,防止浮渣堵塞沼气的出气管,必须保证气室具有一定的高度,排气管直径充足,使气室排气畅通无阻。反应器的高度为 [#]?7m时,集气室的高度应该为1.5~2m。

(6)沉淀区体积是反应器体积的15%~20%,即三相分离器的高度为UASB反应器总高度的15%~20%。

(7)当处理污水有严重的泡沫问题时,在集气室的上部还要设置消泡喷嘴。

6.UASB的布水器

UASB反应器的进水布水器兼有配水和水力搅拌的作用,对于颗粒污泥的形成和处理效果的影响很大,其具体形式多是专利产品。总体要求和原则是:①进水装置分配到各点的流量相同,使反应器内单位面积的进水量相同,防止发生短路现象;②能很容易方便地观察和发现进水管的堵塞情况,而且管道堵塞后清除过程也很容易;③在满足配水要求的同时,还要满足污泥床水力搅拌的需要,保证进水有机物与污泥迅速混合,防止局部产生酸化现象。

?为确保进水等量地分布在池底,取得均勻布水的要求,每个进水管与一个进水点相连是最理想的状态,这样可以保证每根配水管流量相等,而且可以很容易用肉眼观察堵塞情况。但这种方式一般只用在小规模的厌氧处理处理装置上,在较大规模的厌氧处理处理装置上常用的是分支式配水方式和一管多孔配水方式?

(见图 [#]-31)。

分支式配水方式的配水支管对称布置,各支管的出水口向下并处于所服务面积的中心,管口对准池底所设的反射锥体,使射流向四周散开、均布于池第,其特点是采用较长的配水支管增加沿程阻力来达到布水均匀的目的。

一管多孔配水方式是在配水横管上开孔的方式布水,

多个进水口由一个进水管负担,其特点是使出水孔损失大于穿孔管的沿程阻力来达到布水均匀的目的。

7.容积负荷的影响

(1)UASB反应器所能承受的容积负荷与反应器内厌氧反应温度、污水的水质水量有关,尤其是与污水中有机污染物成分及含量浓度有关。

(2)UASB反应器所能承受的容积负荷与反应器内能否形成颗粒污泥也有很大关系。形成颗粒污泥后,如果温度及其他相关条件合适,UASB反应器所能承受的容积负荷值有时可以高达每天30kgCOD&/m3左右。但如果不能形成厌氧颗粒污泥,而主要为絮状污泥,那么UASB反应器的容积负荷一般不要超过每天 [#]kgCODc/m3;如果容积负荷过高,厌氧絮状污泥就会大量流失,导致UASB反应器失效。

(3)对某种具体工业废水,要通过试验确定UASB反应器所能承受的容积负荷,也可以参考选用同类污水采用同类UASB反应器的实际运行参数。

8.运行管理注意事项

(2)UASB的各个组成部分都要采取有效的防腐措施以防止挥发性脂肪酸、硫化氢等具有强烈腐蚀作用的厌氧反应中间产物对反应器内部产生的破坏作用,从而延长UASB反应器的使用寿命。

(3)浮渣要及时清除:在处理一些高浓度有机污水时,容易产生泡沫和污泥漂浮现象,时间一长,会在UASB反应器内液面聚积形成一层很厚的浮渣。浮渣层的存在,会阻碍沼气的顺利释放,对厌氧污泥的正常沉降产生干扰,因而使出水夹带大量悬浮污泥、影响出水水质。为此,要在出水堰前设置浮渣挡板,减少出水中悬浮物的含量,还要用刮渣机或人工定期将浮渣从反应器中清除出来。

(4)及时排出剩余污泥:厌氧污泥增殖虽然很慢,但随着UASB反应器运行时间的延长,还是要逐渐积累增多,如果不及时排出,泥龄过长,会导致厌氧污泥活性下降,出水中悬浮物的含量也会增高。小型UASB反应器(截面小于10㎡),可使用一个排泥管定期排泥即可。如果UASB反应器尺寸较大,要注意排泥均匀,必须进行多点均匀排泥,以防厌氧污泥床区的污泥分布不均。否则,排泥时排泥口附近的污泥浓度有可能过低,污泥床区局部处理效果下降,进而影响整个出水水质。为防堵塞,排泥管管径要不小于200mm。为运行操作方便,也可将排泥口设在三相分离器下0.5m以下污泥悬浮层区的某个位置。

(5)进水配水必须均匀。

(6)污水在UASB反应器中的上升流速要控制在l?2m/h,过高会使出水中悬浮物的含量增高;过低则起不到水力搅拌的作用,不能使污泥区污泥呈悬浮状态,此时污泥会沉积在反应器底部,达不到使进水与污泥充分接触混合的目的。

相关产品