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UASB法污水处理技术的现代水平天津大学土木系杨宝林摘要本文阐述了新发展的上流厌叙污泥床(uAsB)的目前斑况。对它的工艺系鱿、构造、设计要点和应用方面作了综合概要的介绍。后的管网参数详见表2及图1)。表2优化设2.「794。321。723.102.67管管段号号管径(mm)))管长(m)))流量(1/s)))_水头损失(m)))(((i:)))d{,主’’11,;;;q{{{}以、、(((1)))300004100079。70002,3888(((2)))10000200001`3777O。1222(((3)))250004000072,78885。1222(((4)))100003955590388811,12221111150005555555(((5)))25000455556。09990.3444(((6)))1000070001.38880。,D444(((7)))20000255550。26662.「7999222225000375555555(((一8)))10000180008。68884。3222(((9)))2000014555(((10)))2000042555(((11)))10000150006.95552.67771111150002D0000000(((12)))150002000017。40002。2222_______伙一一、概况1972年荷兰Wage叭ng比农业大学的G,eL俄gna博士等人与中央糖业公司(CSM)合作承担了一项研究计划,开发用厌氧方法处理Brdea市一家甜菜糖工厂的废水的技术。1972年和1973年进行了试验室小试,使用一个12呱的反应器一,开始时用厌氧滤池,随后发展了上流厌氧污泥床(UASB)。原废水缓慢地上流通过絮凝细菌床,有机污染物被分解形成Co:和CH`气体混合物。在反应器的顶部设有一联合的沉淀室和收气器装置,它起着收集气体和防止过量悬浮物带到出流水中的双重目的、这本来没有什么创新思想,只不过是厌氧接触法的一种优秀设计而已,然而当在工厂中建一个QM“的反应池中进行中试时,却发生了意想不到的l结果。经过几个月的时间,原来的消化污泥培养物由轻絮状变为单独的重的粒子,其沉淀性能优于以前任何工业废水处理中已知的沉淀物。1974年以后,Lettinga等人和该制糖厂工作人员开始培养并研究这种颗粒污泥,或称它为丸化甲烷菌。1976年建造一个30m“的反应器进行半工业化生产试验。1977年以后又将其比放到200m3、800m3及以上。表1荷兰制糖工业UASB发展简况荷兰制搪业UASB的发展情况见表1。据资料统计,荷兰建有UASB反应器的处理厂至少已有30多座。最大时UABS反应器用于处理土豆加工废水,反应器容积达到s000m3。UASB法时优点很快受到普遍重视,许多国家柑继对它进行研究;和试验。美国、西德、加拿大、瑞士等国家都已采用。国外采用UASB反应器的情况见表2。据最近的资料,生产型UASB装置已达80座。这是各种新开发的.厌氧处理设备中实用最早,使用最多的一种。主972+1973Wageinngen农业大学实验室试验1974+29756m“中试CSM设备,Breda197630m“半工业CSM设备,B丈eda297720om“示范厂CsM设备,Halfweg1978800m3CSM设备,Halfwe名19791425m“联合糖厂,Groningen19801300m“CSM设备,Breda1牙81170Om“CSM设备,Vierverxafen1981z80om“联合糖厂,putteroho七k1983120om“联合糖厂,Roosendaal许多年来,UASB法陆续用于许多种类的废水处理,主要是含有高浓度有机物的废水,Co。浓度大于50oomg/L。近些年来,人们也将此法用于处理含低浓度有机物的废水(COD浓度1000姚/L)的试验研究,例如城市污水,取得了很大进展。与其它厌氧处理法相比,UAsB法具有以下一些优点。1.在投资上比其它方法要低,这是因为:①设计负荷较大,一般为10kgcQD了(m“·d),反应器的体积因之比较小。②酸化、产甲烷及沉淀过程在同一设备中进行,厂子比较紧凑,需要面积小。③不使用填料或载体。2。在启动方面,如果能够得到适应性的颗粒污泥,新反应器从一开始就能够进行运转。较长时间的静置完全不影响其性能,能够很快地再投入运行。3,在运行方面,能耗低,设备损坏机会最少,这是因为:①系统不需任何搅拌设加备。②生物量的停留是如此之好,不需要进行污泥循环。③在大多数情况下,不需要进行污水回流。由于反应器中没有填料,不存在堵塞问题。反应器中生物量浓度根高,使得系统能够抵抗暂时性有毒物质的影响,能够容易地适应负荷变化,处置的污泥量是密实的。表2至1985年7月止已建立与运行的UASB装置在引用国…及计能_“的装置数{(kgCOD/m吕·d)置量一l嚷一低止废水类型27121ao112111!12211211,工1,工3111212一IJerl!.JI!lweeseseres..eses.J.!..les!esl趁J.es.iesesJes..eeleses.es.es.es.eses!.es!we.les…犯,工10331,工2213、、312122J.!l………。!…!…!l一一l旧.…甜菜搪厂。5~1712液体,糖土豆加工土豆淀粉玉米粉淀粉小麦淀粉大麦淀粉酒精建立装置的国家荷兰西德澳大利亚西班牙荷兰荷兰美国瑞士荷兰美国荷兰荷兰爱尔兰澳大利亚芬兰荷兰西德美国美国美国荷兰荷兰荷兰加拿大荷兰175~1168,58,5,151110wt12791181699~1012,9146~18(24oC)106~76~88~10,4(20℃)5~6(25℃)101115711,13反应器体积(m3)200~“17002300,15003000约100030240~,150022006001700,,5500180090050022004200410700230021004400,1800460014002X50650450-1000,740,740220037550仃3000125Q100,500母酵酒类宰场奶贝屠牛纸兰国兰国从二美荷荷荷泰蔬菜罐头白酒化学品冰糖一-一J一~~~~~~~~~~~户一~一1里UABs法的出流水中仍含有一定量的有机物,达不到排放标准。一般地UAS仑只作为前级处理设备,在其后面还需设置好气处理设备犷以将其出流水进一步净化处理。二、UASB的工艺系统用UAsB处理污水的工艺系统有两种:`一步法和两步法,其示意图见图1:一丫所谓一步法是指污水经过热交图IUASB法处理工艺系统示意图1,热交换器2.水解酸化池3。沉淀池4.lPl值调整池5`UASB反应器6。二沉池7.后处理设备a一步法b两步法换器加热到30~35℃后,进入UAsB反应器中进行厌氧消化的系统。厌氧消化过程的水解、酸化阶段和产甲烷阶段同在此反应器中进行。UASB的出流水进入后处理设备中,主要是好氧处理设备中进一步进行精制,以达到出流水排放标准。厌氧消化的各个过程在同一个UASB反应器中进行的处理方法具有一些缺点:①在同一操作条件下进行不同的.生化过程,迟早会出现偏差。最敏感的产甲烷阶段有一个不受控制的并迅速进行的前行阶段反应,可能导致中间产物如挥发酸、氨等的积累,这些物质的浓度达到某个量会对产甲烷过程产生抑制作用。②很难防止随入流水进入的毒物冲击负荷的影响,这会最终地导致整个过程停止下来。③有机或水力过负荷的影响会导致处理效率严重降低。因此对这种过程需要进行仔细地控制和管理。两步法,即将消化过程的水解、酸化阶段和产甲烷阶段分别在不同的反应器中进行。’加热后的入流水进入第一级水解酸化池,这是一个生物调节控制池。用于使不溶解的有机物水解或液化和向第二级供给最好的固定水质。第二级是甲烷反应器,在那里产生甲烷。按两步法运行的反应器可以在各自最佳的条件下进行,特别是甲烷反应’器的运行稳定可靠,容积负荷、比甲烷产量和总处理效率均较高。水解酸化池可以是间歇式或连续式。在其中形成的气体主要含C02、H:、H:s和微量有机酸将其出流水中沉下的污泥回流到.该池中。在大多数情况下,水解、酸化池的容积负荷是10~右okgCoD/(。3·d),停留时间3~2411,温度25~50℃。甲烷生成池采用UASB设备,其停留时间是h6~d2,容积负荷8~25kgCOD/(m”.d)温度30~60℃,单位产气量为4~7m丫(m“·d)。采用一步法还是两步法是一个经济问题,它取决于基质中悬浮物质的份量、温度和废物的CoD水平以及其它因素。两种工艺系统都已在实际中采用。例如造纸厂废水和酒精蒸馏厂废一水采用一步法的处理系统,比利时的Andoke过程采用的是两步法。三、一UASB反应器的构造目前采用的uAsB反应器的构造见图2,它有两种型式:设在器「知合部位,当器体积较大时,可以是两种型式的结合。由图2可以看出,反应器分为三个明显的区域:污泥床、区,后者也称为三相分离区。沉淀器设在器周边部位和污泥层和沉淀、气体分离底部污泥床是由于厌氧污泥的沉淀和浓缩性质形成的,浓度为40一809/L,文献中报导有高达100`1509/L的。它是由活性生物量或细菌组成的高度发展的颗粒污泥,其直径。,5~4mm,具有优良的沉淀性质。应保持污泥床中的机械杂质尽可能的少(最初的启动期除外),因为它可能使污泥颗粒磨蚀。在此区内形成的气泡将整个床区混合,是一完全混合区。此区担负着反应中发生时有机物分解的70~90%,而只占反应器体积咐:3j%左右。二立....犷月户萝飞飞,,入.0.02一口口森森七书书箭箭箭箭箭箭箭箭箭箭聆聆rrr~洲~一、~卜卜卜一夕考考一一一令~一一一一一一一一一一一一飞奋飞布吞吞吞~、.~司J州创创一一一一一一一一一一,乎,``lll一’{{{{{一T一,,~图乏1UA5b反应器的构造1。入流水2。出流水3,甲烷气管4。污泥床5,污泥层6,三相分离区,胆污泥层占据反应器体积的7,,%,含有的污泥固体浓度低于污泥床,15,一309/L,由高度絮凝的污泥组成,来自污泥床的上升气泡使此层得到较好地混合。三相分离区J设在反应器的最上部,用于将气体、固体与液体分离。它由气体收集器、沉淀器和障板组成。沉淀器的主要目的是使上升的气体和固体颗粒进入气体收集器中和一随出流水带入沉淀器的固体颗粒下沉,返回反应器中。在uAsB反应器中,水流为推流式。增加产赏速率和改变沉淀器与气休收集器的设计对水流状况没有影响。然而曾经发现增加污泥床的高度会增加通过污泥床旁路的水流j翻乳。庆氧污泥本来具有很好的絮凝和沉淀特性,如果条件有利,则会形成颗粒。一旦颗;毓熬撰群越蒸:瞥::纂嚣警豁筵霭弃瓮鬃暴黔粱溉罗馨豁缨严组成’“的主四,U八SB反应器的设计要点考虑文献指出,为了有利于UA阳反应器的运行,设计中应对一些问题需要加以考虑,一下面仅介绍几个方面。几资料指出,UASB对处理悬浮物含量高的废水是不利的。反应器中的流速不能高,以防生物量流失。因此随进水带来的任何固体杂质会聚集在反应器底部,使得颗粒密度增加,污泥活性降低,易于造感堵塞和降低有效容积等。所以UAs”处理时有机物是高度可溶解的,废水中的总悬浮物含量(T55)不应大于约500mg/L。一2奋在UA如反应器中维待高污泥量的)一个基本设计原则是以具有改进沉淀性能时污泥为基础态一_经过几个月的运行之)乱发展的大颗粒形成污泥床,如果机械搅拌很小或不存在,污泥的可沉性特性则会改进。一靠着这种污泥的高沉淀速度和活性,在连续上升水流中发展的颗粒污泥在反应器中保持很高的浓度,以产生相应高的消化速率。对污泥负荷影响UASB中颗粒形成的研究指出,只在负荷速率超过。。6kgCoD/(kgy羽·d)时才形成颗粒,而在负荷速率为。。3kgCOD/(kgy二.d)时发生污泥膨胀并被洗出。3.在反应器的上部应装设三相分离器。污泥层中的_污泥质点较小,其沉淀速度比污泥床的颗粒污泥要差得多。为了使污泥保留在反应器中,沉淀器中采用的水流