UASB升流式厌氧污泥床

升流式厌氧污泥床UASB(Up-flowAnaerobicSludgeBed，注：以下简称UASB）工艺具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点，作为能够将污水中的污染物转化成再生清洁能源——沼气的一项技术。对于不同含固量污水的适应性也强，且其结构、运行操作维护管理相对简单，造价也相对较低，技术已经成熟，正日益受到污水处理业界的重视，得到广泛的欢迎和应用。UASB工作原理UASB由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沼着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。UASB工艺的优缺点UASB的主要优点是：1、UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为20－40gVSS/1；2、有机负荷高，水力停留时间短，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3.d左右；3、无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动；4、污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题；5、UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。主要缺点是：1、进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在100mg/l以下；2、污泥床内有短流现象，影响处理能力；3、对水质和负荷突然变化较敏感，耐冲击力稍差。厌氧-气浮-UASB-SBR工艺处理酒精废水文中以中国南方某酒精企业为例。该企业系用薯干为主要原料、发酵法生产酒精，酒精的产量约为5×104t/a。1废水水质和水量该企业废水主要来自于粗馏塔酒糟废水、精馏塔余馏水等废水，废水水质和水量如表1所示。设计出水水质须达到当地城市污水处理厂接管标准。2工艺流程的选择酒糟废液排放量大，污染物和悬浮物浓度高，国内薯干酒糟一般采用厌氧、好氧的工艺处理。糟液中含有淀粉、多羟基糖和多元醇类，易于生物降解，可生化性好，适合用生化方法进行处理。该企业结合国内外酒精废水的处理技术，确定采用厌氧-气浮-SBR组合工艺。项目在厌氧后续工段增加气浮工段，保证了后续SBR好氧处理的效率，也保证了废水经处理后具有良好的出水水质，并能够回用于生产过程中。同时，该工程在设计过程中充分考虑了各工段的处理效率，延长了废水在各个工段的停留时间，保证了废水的处理效果。工艺流程如图1。3主要构筑物及设备工程中主要设备及构筑物见表2。4处理效果和工艺分析酒糟废水经隔栅去除大的颗粒物后，全部进入厌氧发酵罐进行全糟发酵，废水经厌氧发酵罐后去除掉大部分污染物，COD和SS分别由50000mg/L左右和35000mg/L降低至15000mg/L和15000mg/L，并且能够产生较多的沼气，具有较好的经济效益。废水经发酵罐后，经固液分离和气浮可以去除约60%的COD和93%的SS，可使COD和SS的浓度降到6000mg/L和1000mg/L左右。废水经气浮后仍有较高的浓度，需进一步处理，废水经UASB后COD和SS的去除效率可以达到67%和40%。再经SBR处理后废水水质COD和SS可以达到200mg/L和70mg/L。能够达到当地污水处理厂的接管标准，并部分回用至生产中。酒精废水COD和SS总的去除效率分别达到99.6%和99.8%以上。5主要技术经济指标⑴废水处理站总投资约4600万元。具体运行费用如下。电费：5500元/d；药剂：5000元/d；人工费用：1000元/d；污水处理厂的接管费用：1920元/d；设备维修及其它费用：1000元/d；设备折旧费：9580元/d；则总运行费用24000元/d(包括折旧费)。经计算得出废水处理费用约为11元/t。⑵废水处理站运行后取得的经济效益。废水处理站产生的沼气为50万m3/d，折合煤50t/d，可以节省原煤50t/d，按原煤现价580元/t计，则经济效益为29000元/d。通过该废水处理工程，污水处理站盈利为29000-24000=5000元/d，年增效益约为150万元。⑶废水处理站运行后取得的环境效益。污水处理设施运行后，可处理酒精生产废水66万t/a，削减COD约为35万t/a，其环境效益十分显著。6经验和教训⑴建设项目采用全糟发酵，可以回收大量的沼气送锅炉房代替煤作为燃料，产生了良好的经济效益。⑵厌氧发酵池设计时，需有足够长的水力停留时间，保证具有较好的COD和SS去除效率和较高的沼气产生率。保证经后续废水处理能够达到设计的出水水质。⑶由于原水的污染物浓度过高，废水经上述处理后不能直接排放至地表水体中，需要在SBR池后增加物化或生化等深度处理工段进一步处理，使得废水能够达到相应的标准。对待酒精生产中产生的高浓度有机废水，采用所介绍的处理工艺，具有运行稳定和处理效率高等优点，为企业带来了良好的经济效益和社会效益。因此，其设计和运行是成功的。UASB-CASS工艺处理酒精废水某酒精厂以玉米为原料生产酒精和生物蛋白饲料，年产酒精15000t，生物蛋白饲料10000t。其生产工艺为：玉米原料→粉碎(过筛)→配料→预煮→高压蒸煮→糖化→发酵→粗馏→精馏→酒精成品。粗馏下的醪液经板框压滤后产生的固形物经烘干、配兑、制成生物蛋白饲料。所排废水主要是粗馏塔的废醪液以及其他车间的冷却水、洗涤水和冲洗水等一些较低浓度的废水。工程采取了多项节水措施，如：(1)冷却水自低温至高温多次循环套用，最后用于拌料；(2)锅炉排水用作水膜除尘器的补充水；(3)醪液经固液分离后液体回用于拌料；(4)减少设备冲洗水等。项目废水排放量约为418m3/d。酒精废醪液以有机物为主，废水CODCr浓度高，本工程采用UASB-CASS处理系统对酒精废水进行处理，保证了废水出水水质能够稳定达标。1废水水质工程废水水质情况见表1。废水排放量为418m3/d，设计水量为500m3/d，处理后出水水质要求达到GB8978-1996《污水综合排放标准》中的二级排放标准(表1)。表1废水水质(mg/l)pHCODBODSS废水水质3.921200106003810排放标准6-9150301502处理工艺2.1工艺流程(图1)粗馏塔的废醪液经提取生物饲料后，其工艺废水首先进入调节沉淀池除去部分颗粒物，经调节水量、pH值，均化水质，然后进入UASB反应器，在此降解了大部分难降解有机物，提高废水的可生化性，出水再与工程所产生的无污染物水混合后进入CASS池，以去除可生物降解的污染物后达标排放。2.2工艺说明本废水处理系统采用厌氧处理制取沼气，好氧处理达标排放的技术路线。(1)调节沉淀池：首先采用将废水中较大的颗粒物去除，调节pH值，作为预处理工序，为后续生化处理工序创造条件，同时削减部分有机污染物。(2)厌氧处理采用两级UASB反应器，UASB反应器主体为无填料的容器，废水由反应器底部进入，其中含有大量厌氧污泥。由于废水以一定的流速自下向上流动以及厌氧过程产生大量沼气的搅拌作用，废水与污泥充分混合，有机质被吸附分解。又由于反应器中可以形成沉淀性能非常好的颗粒污泥，能够允许较大的上升流速和很高的容积负荷，两级UASB处理对CODCr的去除率可以高达95%，BOD5去除率高达96%，是CODCr、BOD5的主要去除场所。(3)好氧处理采用CASS反应池。由于厌氧处理出水可生化性很差，必须对好氧工艺加以强化，方可实现达标，根据我院对可生化性较差的废水进行好氧处理多年的应用与研究经验，采用CASS工艺是一种合适的选择。CASS工艺的曝气与非曝气阶段不断重复，将生物反应过程和泥水分离过程结合在一个池子中进行。其流程由进水、反应、沉淀、闲置等基本过程组成，实行连续进水、静态沉淀和间歇排水，对污染物质降解经历着“好氧-缺氧-厌氧”交替运行的过程，加之采用延时曝气与生物选择，有效地促进了难降解有机物的好氧生化。CASS工艺的优点：运行费用省，自动化控制程度高，管理方便；氧的吸收率高；运行灵活，可根据实际情况改变运行方式。2.3主要构筑物及工艺参数本废水处理工程主要构筑物为调节沉淀池、UASB反应器、CASS池、污泥浓缩池等。其设计参数见表2。3运行效果(表3)4经济技术分析该酒精厂污水处理站设计处理水量500m3/d，工程总造价280万元，劳动定员6人。废水处理装置的运行费用约为2.52元/t，每吨水产生的沼气利用收益10元左右，因此该工程不仅解决了废水的污染问题，还带来了可观的经济效益。从经济上、技术上分析，该工程采用UASB-CASS处理系统工艺技术可靠、经济合理，能保证废水稳定达标排放。5结论及经验(1)采用UASB-CASS工艺处理酒精废水具有工艺简单，运行可靠，节省投资，日常维护简单等特点，工程运行实践表明，该工艺运行稳定，各项污染物指标能够达到GB8978-1996《污水综合排放标准》二级标准的要求。(2)UASB反应器的启动是整个工程能够顺利运行的关键，启动过程分成两个主要阶段进行：首先采用低浓度进水且保持进水浓度不变，逐渐增加进水量以提高有机负荷直至达到设计进水量；然后保持进水量不变，逐渐增加废水浓度以提高有机负荷直至达到设计进水浓度。当UASB反应器达到了设计的水质水量，反应器中形成颗粒污泥则进入稳定运行期。(3)醪液废水经厌氧处理可产生大量的沼气，每吨醪液厌氧发酵约可获得沼气22m3。产生的沼气用于饲料热风炉烘干，剩余沼气通入锅炉内燃烧。每利用1m3沼气相当于产生0.5元的收益，具有良好的经济效益。UASB-接触氧化工艺在酒精废水处理中的应用1前言兖州兴达酒厂以薯干为原料发酵生产酒精，酒精产量5000t/a，其中每生产1t酒精约产生15m3高浓度酒槽废水，废水量180m3/d左右。酒糟液中含有4%~5%的固形物，主要是植物组织中的纤维素、半纤维素、多聚糖类、蛋白质及酵母细胞等。由于酒糟中的固形物属非惰性材料，菌体难以长期附着并形成优势，颗粒污泥不易形成，需将酒糟废液沉降，经板框压滤机过滤后再进行生化处理。本研究采用上流式厌氧污泥床(UASB)和生物接触氧化法，保证了处理指标的达标排放。污染物去除率均在99%以上，设备运行稳定，处理效果显著。经过1a多的生产运行，出水各项指标均达到设计要求。2工艺流程及设计参数研究所采用的废水水质见表1，处理工艺流程见附图。根据环保要求，废水处理后应达到《污水综合排放标准》(GB8978-96)二级标准，即CODCr≤300mg/L，BOD5≤100mg/L，SS≤150mg/L。酒糟生产废水从生产车间排出后，由板框压滤机压滤进行酒糟提取，可去除80%以上的悬浮物(即酒糟，晒干作为饲料出售给养殖厂)。滤液经多级格栅网过滤后去除大颗粒的悬浮物，再进入调节池内，均衡水量水质。酒精废水的CODCr虽高，但废水的可生化性好，BOD5/CODCr约为0.6。废水温度控制在35~37℃，经脉冲器均匀进入UASB反应器底部，保证厌氧污泥床污泥呈悬浮状态。经生物厌氧污泥床的生化反应，分解废水中的大部分有机物。有机物被分解成CH4、CO2和H2S等气体外排，并经脱硫后回收利用。分解后的低分子量有机物随上清液进入曝气调节池，其主要功能是去除厌氧出水中的有害气体，增加废水中的溶解氧，为好氧处理创造有利条件，然后经灌装车间洗瓶水及地面冲洗水稀释后进入生物接触氧化池再次生化处理。在生物接触氧化池内被活性好氧微生物分解，使水中的有机物降至最低。生物接触氧化池出水进入气浮池进