1.結構
升流式厭氧污泥反應器UASB的基本特征是在反應器的上部設置氣、固、液三相分離器，下部為污泥懸浮層區和污泥床區。污水從底部流入，向上升流至頂部流出，混合液在沉淀區進(jìn)行固、液分離，污泥可自行回流到污泥床區，使污泥床區保持很高的污泥濃度。從構造和功能上劃分，UASB反應器主要由進(jìn)水配水系統、反應區（污泥床區和污泥懸浮層區）、沉淀區、三相分離器、集氣排氣系統、排泥系統及出水系統和浮渣清除系統組成(見(jiàn)圖 [#]-30)。
反應區中污泥床高度約為反應區總高度的1/3,伹其污泥量約占全部污泥量的2/3以上。污泥床的污泥量大，有機物濃度高，因此，80%的有機物去除率是在污泥床內實(shí)現的。雖然污泥懸浮層去除的有機物量不大，但其高度對產(chǎn)氣量、混合程度和系統穩定性至關(guān)重要。
UASB池型有圓形、方形、矩形等多種形式，小型裝置常為圓柱形，底部呈錐形或圓弧形，大型裝置為便于設置三相分離器，則一般為矩形，總高度一般為3~ [#]m，其中污泥床1~ [#]m，污泥懸浮層2~ [#]m。當污水流量較小而有機物濃度較高時(shí)，需要的沉淀區面積小，沉淀區的面積及池形可與反應區相同。當污水流量大而有機物濃度較低時(shí)，需要的沉淀區面積大，為使反應區的過(guò)流面積不至于過(guò)大，可加大沉淀區面積，即使UASB反應器上部直徑大于下部直徑。
2.基本原理
UASB反應器內沒(méi)有載體，是一種懸浮生長(cháng)型的厭氧消化方法。在反應器底部污泥濃度較高的污泥層被稱(chēng)為污泥床，而在污泥床上部污泥濃度稍低的污泥層被稱(chēng)為污泥懸浮層，污泥床和污泥懸浮層統稱(chēng)為反應區。
在厭氧狀態(tài)下，微生物分解有機物產(chǎn)生的沼氣在上升過(guò)程中產(chǎn)生強烈的攪動(dòng)，有利于顆粒污泥的形成和維持。污水均勻地進(jìn)人反應器的底部，污水向上通過(guò)包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥床，在與污泥顆粒的接觸過(guò)程中發(fā)生厭氧反應，經(jīng)過(guò)反應的混合液上升流動(dòng)進(jìn)人氣、固、液三相分離器。沼氣泡和附著(zhù)沼氣泡的污泥顆粒向反應器頂部上升，上升到氣體反射板的底面，沼氣泡u污泥絮體脫離。沼氣泡則被收集到反應器頂部的集氣室，脫氣后的污泥顆粒沉降到污泥床，繼續參與進(jìn)水有機物的分解反應。在一定的水力負荷下，絕大部分污泥顆粒能保留在反應區內，使反應區具有足夠的污泥量。
UASB反應器不僅適于處理高、中濃度的有機污水，也適用于處理城市污水一類(lèi)的低濃度有機污水。
3.特點(diǎn)
升流式厭氧污泥反應器特點(diǎn)可歸納為：
(1)UASB反應器結構緊湊，集生物反應與沉淀于一體。
(2)升流式厭氧污泥反應器的大特點(diǎn)是能在反應器內形成顆粒污泥，使反應器內平均污泥濃度達到30~40g/L，底部污泥濃度可高達60~80g/L。
(3)UASB反應器具有很高的容積負荷，一般為10~ [#]0kgCODCr/(m3-d),高可達30kgCODc/(m3‘d)。而且水力停留時(shí)間短，通常采用中溫厭氧消化，有時(shí)可以在常溫下運行。
(4)反應器內設三相分離器，在沉淀區分離的污泥能自動(dòng)回流到反應區，不需要污泥回流設備。利用自身產(chǎn)生的沼氣和進(jìn)水水流來(lái)實(shí)現攪拌混合，也不需要混合攪拌設備。因此，簡(jiǎn)化了工藝環(huán)節和減少了系統工藝設備，維護運行較簡(jiǎn)單。
(5)UASB反應器內沒(méi)有載體，是一種懸浮生長(cháng)型的厭氧消化方法，不僅節省投資，而且避免了堵塞問(wèn)題。
(6)UASB反應器的缺點(diǎn)是要求進(jìn)水中的
懸浮物比普通
消化池低得多，特別是難生物降解的有機固體含量不宜過(guò)高，以免對污泥顆�；焕驕p少反應區的有效容積，影響處理效果和處理能力；而且啟動(dòng)時(shí)間較長(cháng)，對水質(zhì)水量和負荷的變化也比較敏感。
4.顆粒污泥
顆粒污泥的形成實(shí)際上是微生物固定化的一種形式，其外觀(guān)為具有相對規則的球形或橢圓形黑色(或灰色)顆粒。顆粒污泥的粒徑一般為0.1~ [#]mm，個(gè)別大的有5mm，密度為1.04~ [#].08
258g/cm3,比水略重，具有良好的沉降性能和降解水中有機物的產(chǎn)甲烷活性。
在光學(xué)顯微鏡下觀(guān)察，顆粒污泥呈多孔結構，表面有一層透明膠狀物，其上附著(zhù)甲烷菌。顆粒污泥靠近外表面部分的細胞密度大，內部結構松散、細胞密度較小，粒徑較大的顆粒污泥往往有一個(gè)空腔，這是由于顆粒污泥內部營(yíng)養不足使細胞自溶而引起的。大而空的顆粒污泥容易破碎，其破碎的碎片成為新生顆粒污泥的內核，一些大的顆粒污泥還會(huì )因內部產(chǎn)生的氣體不易釋放出去而容易上浮。
(1)使UASB反應器內出現顆粒污泥的方法
①直接接種法：從正在運行的其他UASB反應器中取出一定量的顆粒污泥直接投人新的UASB反應器后，由少到多逐步加大被處理的污水水量，直到設計水量。用這種方法反應器投產(chǎn)所需時(shí)間快，但一般只在啟動(dòng)小型UASB反應器時(shí)采用這種方法。
②間接接種法：將取自正在運行的厭氧處理裝置的厭氧活性污泥，如城市污水處理廠(chǎng)的消化污泥，投人UASB反應器后，創(chuàng )造厭氧微生物佳的生長(cháng)條件，用人工配制的、含有適當營(yíng)養成分的營(yíng)養水進(jìn)行培養，形成顆粒污泥后，再由少到多逐步加大被處理的污水水量，直到設計水量。
③直接培養法：將取自正在運行的厭氧處理裝置的厭氧活性污泥，如城市污水處理廠(chǎng)的消化污泥，投人UASB反應器后，用被處理污水直接培養，形成顆粒污泥后，再逐步加大被處理的污水水量，直到設計水量。這種方法反應器投產(chǎn)所需時(shí)間較多，可長(cháng)達3~4個(gè)月，大型UASB反應器常采用這種方法。
(2)直接培養法培養顆粒污泥的注意事項
直接培養法培養顆粒污泥時(shí)通常使用非顆粒性的污泥，雖然厭氧處理工藝的大多數菌種要求嚴格的厭氧條件，但在培養啟動(dòng)時(shí)不必追求嚴格的厭氧。因此直接培養時(shí)既可以使用非顆粒性的純厭氧污泥，也可以使用經(jīng)過(guò)陳化的好氧剩余污泥，如果有攪拌設施，還可以投人未經(jīng)消化的脫水污泥。即使引人的污泥中含有一定量的溶解氧，只要不再補充氧，反應器內的溶解氧也會(huì )很快被接種泥中的兼性菌消耗掉而終形成嚴格的厭氧條件。其他注意事項如下：
①好一次投加足夠量的接種厭氧污泥，一般接種厭氧污泥投加量為40_~60kg/m3。同時(shí)進(jìn)水中要補充足夠的營(yíng)養鹽，必要時(shí)還要添加硫、鈣、鈷、鉬、鎳等微量元素。
②為使顆粒污泥盡快形成，開(kāi)始進(jìn)水時(shí)COD&濃度不宜過(guò)高，二般要低于5000mg/L,可采取加大回流比的方法，使進(jìn)水負荷按污泥負荷計應低于0.1~0.2kgCODCr/(kgMLSS-d)0同時(shí)要將反應器內溫度嚴格控制在35或50~55T；之間，必要時(shí)將進(jìn)水可用蒸汽加熱；pH值應保持在7~ [#].2之間，進(jìn)水堿度一般不低于750mg/L。
③出現小顆粒污泥后，為使小顆粒污泥發(fā)展為大顆粒污泥，要適當提高反應器表面水力負荷，將絮狀污泥和分散的細小顆粒污泥從反應器中“洗出”。但是一定要使“洗出”緩慢進(jìn)行、逐步提高水力負荷，過(guò)度的“洗出”會(huì )使反應器內污泥量急劇減少而使顆粒污泥培養失敗。有關(guān)試驗表明，當表面水力負荷在0.25mV(㎡_h)以上時(shí)，會(huì )使污泥產(chǎn)生水力分級現象。
④在培養初期，出水中會(huì )夾帶著(zhù)一些污泥絮片，反應器內污泥濃度有所降低，在顆粒污泥尚未形成之前，即使反應器具有一定去除率，但由于污泥流失量大于生物增長(cháng)量，反應器內污泥濃度還會(huì )繼續下降。顆粒污泥形成后，隨著(zhù)容積負荷的不斷加大，增殖的生物量才會(huì )大于污泥流失量，反應器內污泥濃度開(kāi)始增加。因此，培養初期污泥流失造成污泥濃度下降是正�，F象，因培養時(shí)間較長(cháng)，要有耐心，注意觀(guān)察和分析有關(guān)化驗數據。
⑤培養不能長(cháng)期在低負荷下運行，當出水水質(zhì)較好、COD(> 去除率較高后，應當逐漸提高負荷，但不能突然提高負荷，以防止造成沖擊，對污泥顆�；焕�。當顆粒污泥出現后，應當在適宜的負荷下穩定運行一段時(shí)間，以便培養出沉降性能良好的和產(chǎn)甲烷細菌活性很高的顆粒污泥。一般情況下，高溫55尤運行約 [#]00d、中溫35T運行約160d，顆粒污泥污泥才能培養完成，低溫201需要運行200d以上才有可能培養完成。
⑥培養過(guò)程中應控制消化池內VFA的濃度在1000mg/L以下，如果污水中原有的和在厭氧發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的各種揮發(fā)性有機酸濃度較高時(shí)，不能再提高進(jìn)水的有機負荷。
5.三相分離器
UASB反應器的重要設備是氣、固、液三相分離器，安裝在反應器的上部，將反應器分為下部的反應區和上部的沉淀區。
三相分離器的第一個(gè)重要作用是盡可能有效地分離污泥床中產(chǎn)生的沼氣。集氣室下面反射板的作用就是防止沼氣進(jìn)人沉淀區和減少反應區產(chǎn)氣量較大時(shí)所造成的液體紊動(dòng)，反應器內由污泥、污水和沼氣組成的混合液進(jìn)人三相分離器后，沼氣氣泡碰到分離器下部的反射板時(shí)，折向氣室而被有效地分離排出。
三相分離器的第二個(gè)重要作用是取得較好的污泥沉淀效果，保證反應區內污泥擁有較高的濃度和良好的性能。經(jīng)過(guò)脫氣的污泥和水經(jīng)孔道進(jìn)人三相分離器的沉淀區，在重力作用下泥水分離，上清液從沉淀區上部排出，留在沉淀區下部的污泥沿著(zhù)斜壁返回到反應區內。
設置三相分離器是上流式厭氧污泥床UASB的重要結構特征，它對UASB的正常運行和獲得良好的出水水質(zhì)具有十分重要的.作用。一般來(lái)說(shuō)，三相分離器應滿(mǎn)足以下要求：
(1)沉淀區斜壁與水平的傾斜角度約50。(45。~60。），使沉淀在斜板上的污泥不聚集停留，能盡快滑回反應區內，這個(gè)角度也決定了三相分離器的高度，算個(gè)高度一般為0.5~ [#].0m。
(2)混合液在進(jìn)人沉淀區的孔道或縫隙內的流速不能大于 [#]m/h,混合液在沉淀區的表面水力負荷要在0.7mV(n^h)以下，沉淀區的總水深應> 1.5m，并保證水流在沉淀區的停留時(shí)間為1.5-2.Oho
(3)盡可能使沼氣泡不進(jìn)入沉淀區影響沉淀效果，反射板與縫隙之間的遮擋應該在100~ [#]00mm，集氣室縫隙部分的面積占反應器總面積的15%~20%。
(4)三相分離器內的氣、液界面面積必須合適，適當的沼氣釋放速率大約為1~3mV(㎡_h)。釋放速率過(guò)低過(guò)高會(huì )形成浮渣，釋放速率過(guò)高又會(huì )導致形成泡沫，而泡沫和浮渣都可能導致堵塞沼氣排放管。
(5)為盡可能:減少和防止氣室產(chǎn)生和積聚大量的泡沫和浮渣，防止浮渣堵塞沼氣的出氣管，必須保證氣室具有一定的高度，排氣管直徑充足，使氣室排氣暢通無(wú)阻。反應器的高度為 [#]?7m時(shí)，集氣室的高度應該為1.5~2m。
(6)沉淀區體積是反應器體積的15%~20%，即三相分離器的高度為UASB反應器總高度的15%~20%。
(7)當處理污水有嚴重的泡沫問(wèn)題時(shí)，在集氣室的上部還要設置消泡噴嘴。
6.UASB的布水器
UASB反應器的進(jìn)水布水器兼有配水和水力攪拌的作用，對于顆粒污泥的形成和處理效果的影響很大�？傮w要求和原則是：
①進(jìn)水裝置分配到各點(diǎn)的流量相同，使反應器內單位面積的進(jìn)水量相同，防止發(fā)生短路現象；
②能很容易方便地觀(guān)察和發(fā)現進(jìn)水管的堵塞情況，而且管道堵塞后清除過(guò)程也很容易；③在滿(mǎn)足配水要求的同時(shí)，還要滿(mǎn)足污泥床水力攪拌的需要，保證進(jìn)水有機物與污泥迅速混合，防止局部產(chǎn)生酸化現象。
為確保進(jìn)水等量地分布在池底，取得均勻布水的要求，每個(gè)進(jìn)水管與一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)相連是理想的狀態(tài)，這樣可以保證每根配水管流量相等，而且可以很容易用肉眼觀(guān)察堵塞情況。但這種方式一般只用在小規模的厭氧處理處理裝置上，在較大規模的厭氧處理處理裝置上常用的是分支式配水方式和一管多孔配水方式。(見(jiàn)圖 [#]-31)。
分支式配水方式的配水支管對稱(chēng)布置，各支管的出水口向下并處于所服務(wù)面積的中心，管口對準池底所設的反射錐體，使射流向四周散開(kāi)、均布于池第，其特點(diǎn)是采用較長(cháng)的配水支管增加沿程阻力來(lái)達到布水均勻的目的。
一管多孔配水方式是在配水橫管上開(kāi)孔的方式布水，多個(gè)進(jìn)水口由一個(gè)進(jìn)水管負擔，其特點(diǎn)是使出水孔損失大于穿孔管的沿程阻力來(lái)達到布水均勻的目的。
7.容積負荷的影響
容積負荷對升流式厭氧污泥反應器的影響主要有：
(1)UASB反應器所能承受的容積負荷與反應器內厭氧反應溫度、污水的水質(zhì)水量有關(guān)，尤其是與污水中有機污染物成分及含量濃度有關(guān)。
(2)UASB反應器所能承受的容積負荷與反應器內能否形成顆粒污泥也有很大關(guān)系。形成顆粒污泥后，如果溫度及其他相關(guān)條件合適，UASB反應器所能承受的容積負荷值有時(shí)可以高達每天30kgCOD&/m3左右。但如果不能形成厭氧顆粒污泥，而主要為絮狀污泥，那么UASB反應器的容積負荷一般不要超過(guò)每天 [#]kgCODc/m3;如果容積負荷過(guò)高，厭氧絮狀污泥就會(huì )大量流失，導致UASB反應器失效。
(3)對某種具體工業(yè)廢水，要通過(guò)試驗確定UASB反應器所能承受的容積負荷，也可以參考選用同類(lèi)污水采用同類(lèi)UASB反應器的實(shí)際運行參數。
8.運行管理注意事項
(1)容積負荷要適當：容積負荷適中是UASB正常運行的關(guān)鍵因素之一，過(guò)高或過(guò)低都將影響其處理效果。
(2)UASB的各個(gè)組成部分都要采取有效的防腐措施以防止揮發(fā)性脂肪酸、硫化氫等具有強烈腐蝕作用的厭氧反應中間產(chǎn)物對反應器內部產(chǎn)生的破壞作用，從而延長(cháng)UASB反應器的使用壽命。
(3)浮渣要及時(shí)清除：在處理一些高濃度有機污水時(shí)，容易產(chǎn)生泡沫和污泥漂浮現象，時(shí)間一長(cháng)，會(huì )在UASB反應器內液面聚積形成一層很厚的浮渣。浮渣層的存在，會(huì )阻礙沼氣的順利釋放，對厭氧污泥的正常沉降產(chǎn)生干擾，因而使出水夾帶大量懸浮污泥、影響出水水質(zhì)。為此，要在出水堰前設置浮渣擋板，減少出水中懸浮物的含量，還要用刮渣機或人工定期將浮渣從反應器中清除出來(lái)。
(4)及時(shí)排出剩余污泥：厭氧污泥增殖雖然很慢，但隨著(zhù)UASB反應器運行時(shí)間的延長(cháng)，還是要逐漸積累增多，如果不及時(shí)排出，泥齡過(guò)長(cháng)，會(huì )導致厭氧污泥活性下降，出水中懸浮物的含量也會(huì )增高。小型UASB反應器(截面小于10㎡)，可使用一個(gè)排泥管定期排泥即可。如果UASB反應器尺寸較大，要注意排泥均勻，必須進(jìn)行多點(diǎn)均勻排泥，以防厭氧污泥床區的污泥分布不均。否則，排泥時(shí)排泥口附近的污泥濃度有可能過(guò)低，污泥床區局部處理效果下降，進(jìn)而影響整個(gè)出水水質(zhì)。為防堵塞，排泥管管徑要不小于200mm。為運行操作方便，也可將排泥口設在三相分離器下0.5m以下污泥懸浮層區的某個(gè)位置。
(5)進(jìn)水配水必須均勻。
(6)污水在UASB反應器中的上升流速要控制在l?2m/h,過(guò)高會(huì )使出水中懸浮物的含量增高；過(guò)低則起不到水力攪拌的作用，不能使污泥區污泥呈懸浮狀態(tài)，此時(shí)污泥會(huì )沉積在反應器底部，達不到使進(jìn)水與污泥充分接觸混合的目的。
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