應(yīng)用范圍

該反應(yīng)器可以有效地處理有機(jī)廢水，如酒精廠廢水、檸檬酸廠廢水、啤酒廠廢水、制藥廢水、高濃度污水等，同時(shí)產(chǎn)生沼氣。

工藝技術(shù)簡(jiǎn)介

采用厭氧法處理高濃度有機(jī)廢水，其優(yōu)越性逐步得到人們的承認(rèn)和重視，近年來(lái)厭氧技術(shù)得到很快發(fā)展，UASB厭氧處理工藝設(shè)備中上向流厭氧污泥來(lái)以其構(gòu)造簡(jiǎn)單、處理效率高、效果好、適用范圍廣、占地面積小、處理成本低、投資省而被大量采用。

工藝原理

UASB反應(yīng)器的上部設(shè)置氣、固、液三相分離器，下部為污泥懸浮層區(qū)和污泥床區(qū)，廢水由反應(yīng)器底部均勻泵入污泥床區(qū)，與厭氧污泥充分接觸反應(yīng)，有機(jī)物被厭氧微生物分解成沼氣。液體、氣體與固體形成混合液流上升至三相分離器，使三者很好地分離，使80﹪以上的有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為沼氣，完成廢水處理過(guò)程。其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在顆粒污泥的形成使反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度大幅度提高，水力停留時(shí)間因此大大縮短，從而提高運(yùn)行效率。

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

（一）可處理高濃度廢水，特別是對(duì)一些較難降解的大分子有機(jī)物有很好的去除效果，而好氧對(duì)此效果不明顯；
（二） 不需要供氧，大大降低運(yùn)行費(fèi)用，能耗僅為好氧處理工藝的10-15%，且厭氧過(guò)程產(chǎn)生可再生能源——沼氣；
（三） 污泥產(chǎn)生量比好氧過(guò)程少5～20倍，UASB內(nèi)污泥濃度高，平均污泥濃度為20－40gVSS/1；不會(huì)產(chǎn)生污泥膨脹，剩余污泥量少，污泥易處理；
（四） 有機(jī)負(fù)荷率高，水力停留時(shí)間短，采用中溫發(fā)酵時(shí)，容積負(fù)荷一般為10-20kgCOD/左右；反應(yīng)器容積和系統(tǒng)占地小，投資少。工程實(shí)踐證明，當(dāng)污水COD濃度大于4000mg/L時(shí)，厭氧處理就比好氧處理更加經(jīng)濟(jì)。
（五） 無(wú)混合攪拌設(shè)備，靠發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣的上升運(yùn)動(dòng)，使污泥床上部的污泥處于懸浮狀態(tài)，對(duì)下部的污泥層也有一定程度的攪動(dòng)；污泥床不填載體，節(jié)省造價(jià)及避免因填料發(fā)生堵賽問(wèn)題；
（六） 操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行方便、易于維護(hù)管理。

UASB反應(yīng)器的詳細(xì)設(shè)計(jì)

1.反應(yīng)器的體積和高度 采用水力停留時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，選擇反應(yīng)器高度的原則是設(shè)計(jì)、運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)上綜合考慮的結(jié)果。從設(shè)計(jì)、運(yùn)行方面考慮：高度會(huì)影響上升流速，高流速增加系統(tǒng)擾動(dòng)和污泥與進(jìn)水之間的接觸。但流速過(guò)高會(huì)引起污泥流失，為保持足夠多的污泥，上升流速不能超過(guò)一定的限值，從而使反應(yīng)器的高度受到限制；高度與CO2溶解度有關(guān)，反應(yīng)器越高溶解的CO2濃度越高，因此，pH值越低。如pH值低于優(yōu)值，會(huì)危害系統(tǒng)的效率?！　慕?jīng)濟(jì)上考慮: 土方工程隨池深增加而增加，但占地面積則相反；考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蚝偷匦螚l件，一般將反應(yīng)器建造在半地下減少建筑和保溫費(fèi)用。經(jīng)濟(jì)的反應(yīng)器高度(深度)一般是在4到6m之間，并且在大多數(shù)情況下這也是系統(tǒng)優(yōu)的運(yùn)行范圍。

2.反應(yīng)器的截面積和反應(yīng)器的長(zhǎng)、寬(或直徑) 在確定反應(yīng)器的容積和高度(H)之后，可確定反應(yīng)器的截面積(A)。從而確定反應(yīng)器的長(zhǎng)和寬，在同樣的面積下正方形池的周長(zhǎng)比矩形池要小，矩形UASB需要更多的建筑材料。以表面積為600m2的反應(yīng)器為例，30×20m的反應(yīng)器與15m×40m的反應(yīng)器周長(zhǎng)相差10%，這意味著建筑費(fèi)用要增加10%。但從布水均勻性考慮，矩形在長(zhǎng)/寬比較大較為合適。從布水均勻性和經(jīng)濟(jì)性考慮，矩形池在長(zhǎng)/寬比在2:1以下較為合適。長(zhǎng)/寬比在4:1時(shí)費(fèi)用增加十分顯著。　　圓形反應(yīng)器在同樣的面積下，其周長(zhǎng)比正方形的少12%。但這一優(yōu)點(diǎn)僅僅在采用單個(gè)池子時(shí)才成立。當(dāng)建立兩個(gè)或兩個(gè)以上反應(yīng)器時(shí)，矩形反應(yīng)器可以采用共用壁。對(duì)于采用公共壁的矩形反應(yīng)器，池型的長(zhǎng)寬比對(duì)造價(jià)也有較大的影響。如果不考慮其他因素，這是一個(gè)在設(shè)計(jì)中需要優(yōu)化的參數(shù)。

3.單元反應(yīng)器大體積和分格化的反應(yīng)器　　在UASB反應(yīng)器的設(shè)計(jì)中，采用分格化對(duì)運(yùn)行操作是有益的。首先，分格化的單元尺寸不會(huì)過(guò)大，可避免體積過(guò)大帶來(lái)的布水均勻性等問(wèn)題；同時(shí)多個(gè)反應(yīng)器對(duì)系統(tǒng)的啟動(dòng)也是有益的，可首先啟動(dòng)一個(gè)反應(yīng)器，再用這個(gè)反應(yīng)器的污泥去接種其他反應(yīng)器；另外，有利于維護(hù)和檢修，可放空一個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行檢修，而不影響系統(tǒng)的運(yùn)行。從目前實(shí)踐看大的單體UASB反應(yīng)器(不是優(yōu)的)可為1000-2000m3。

4. 單元反應(yīng)器的系列化　　單元的標(biāo)準(zhǔn)化根據(jù)三相分離器尺寸進(jìn)行，三相分離器的型式趨向于多層箱體的設(shè)備化結(jié)構(gòu)。以2×5m的三相分離器為例，原則上講有多種配合形式。但從標(biāo)準(zhǔn)化和系列化考慮，要求具有通用性和簡(jiǎn)單性。所以，池子寬度是以5m為模數(shù)，長(zhǎng)度方向是以2m為模數(shù)。布置單元尺寸的方式可分成單池單個(gè)分離器和單池兩個(gè)分離器的形式。原則上如果采用管道或渠道布水，池子的長(zhǎng)度是不受限制。如前所述，由于長(zhǎng)寬比涉及到反應(yīng)器的經(jīng)濟(jì)性，所以要結(jié)合池子組數(shù)考慮適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)寬比。對(duì)寬度為10m的單個(gè)反應(yīng)器，2:1的長(zhǎng)寬比的反應(yīng)器可達(dá)到2000m3的池容。對(duì)更大的反應(yīng)器，如果需要也可采用雙池共用壁的型式。

反應(yīng)器的配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、配水孔口負(fù)荷　　一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)服務(wù)的大面積問(wèn)題是應(yīng)該進(jìn)行深入的實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)于UASB反應(yīng)器Lettinga建議在完成了起動(dòng)之后，每個(gè)進(jìn)水點(diǎn)負(fù)擔(dān)2.0到4.0m2對(duì)獲得滿意的去除效率是足夠的。但是在溫度低于20℃或低負(fù)荷的情況，產(chǎn)氣率較低并且污泥和進(jìn)水的混合不充分時(shí)，需要較高密度的布水點(diǎn)。對(duì)于城市污水De Man和Van der Last (1990)建議1～2m2/孔。表4是Lettinga等人根據(jù)UASB反應(yīng)器的大量實(shí)踐推薦的進(jìn)水管負(fù)荷。

表4 采用UASB處理主要為溶解性廢水時(shí)進(jìn)水管口負(fù)荷

污泥典型 每個(gè)進(jìn)水口負(fù)荷(m2) 負(fù)荷(kgCOD/m3·d)

顆粒污泥 0.5～1 2.0

1～2 2～4

> 2 >4

凝絮狀污泥

> 40kgDS/m3 6.5～1 <1.0

1～2 1～2

2～3 >2

中等濃度絮狀污泥

120～40kg/m3 1～2 <1～2

2～5 >2

2、進(jìn)水分配系統(tǒng)　　進(jìn)水分配系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)對(duì)UASB處理廠的良好運(yùn)轉(zhuǎn)是至關(guān)重要的，進(jìn)水系統(tǒng)兼有配水和水力攪拌的功能，為了這兩個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，需要滿足如下原則：a) 確保單位面積的進(jìn)水量基本相同，以防止短路等現(xiàn)象發(fā)生；b) 盡可能滿足水力攪拌需要，保證進(jìn)水有機(jī)物與污泥迅速混合；c) 很容易觀察到進(jìn)水管的堵塞；d) 當(dāng)堵塞被發(fā)現(xiàn)后，很容易被清除?！　≡谏a(chǎn)裝置中采用的進(jìn)水方式大致可分為間歇式(脈沖式)、連續(xù)流、連續(xù)與間歇相結(jié)合等方式；從布水管的形式有一管多孔、一管一孔和分枝狀等多種形式。 1) 連續(xù)進(jìn)水方式(一管一孔) 為了確保進(jìn)水均勻分布，每個(gè)進(jìn)水管線僅僅與一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)相連接，是為理想的情況(圖3a)。為保證每一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)的流量相等，建議用高于反應(yīng)器的水箱(或渠道式)進(jìn)行分配，通過(guò)渠道或分配箱之間的三角堰來(lái)保證等量的進(jìn)水。這種系統(tǒng)的好處是容易觀察到堵塞情況。