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UASB厭氧反應(yīng)器處理污水的工藝特點(diǎn)及工藝流程
隨著反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度的增加，厭氧消化工藝中微生物數(shù)量的增加，或進(jìn)水中不可降解的懸浮固體的積累，可提高出水水質(zhì)，但污泥過高時(shí)，會(huì)隨出水一起沖出反應(yīng)器。所以當(dāng)反應(yīng)器中的污泥達(dá)到一定的預(yù)定最大濃度時(shí)，就需要進(jìn)行排泥。
總的污泥排放應(yīng)遵循一個(gè)預(yù)先制定的程序，即在一定的時(shí)間間隔內(nèi)(例如每周)排放相當(dāng)于該時(shí)期累積量的一定體積的污泥。
較可靠的排泥法是確定污泥濃度分布曲線，原則上排泥法分為兩種：
①從預(yù)期高度直接排放；
②用泵把污泥排出。
泥漿排泥高度非常重要，它應(yīng)該是將低活性污泥排出，并在反應(yīng)器中保留最佳高活性污泥。通常在污泥床的底層會(huì)形成濃污泥，而在上層為稀泥，剩余污泥則會(huì)從上層排出。由于積沙和細(xì)沙活性降低，反應(yīng)器底部的“濃”污泥可能會(huì)出現(xiàn)積沙和細(xì)沙活性下降的情況，這時(shí)建議偶爾從反應(yīng)器底部排泥，以避免或減少積沙。
①清水區(qū)高度0.5~1.5米；
②排泥可采用定時(shí)排泥，周排一般為1~2次。
③需設(shè)置污泥液面監(jiān)測器，可根據(jù)污泥表面高度來確定排泥時(shí)間。
④剩余污泥排泥部位應(yīng)位于污泥區(qū)上部。
⑤對矩形池排泥水，應(yīng)沿池縱部多點(diǎn)排泥。
⑥因?yàn)榉磻?yīng)器底部可能有顆粒物質(zhì)積聚，砂粒很小，應(yīng)該考慮下段排泥的可能性，這樣可以避免或減少反應(yīng)器內(nèi)砂粒積聚。
⑦對于一管多孔的水管，可考慮同時(shí)將進(jìn)水管和排泥或放空。
排出剩余污泥的位置通常被認(rèn)為是反應(yīng)器的高度。但大部分設(shè)計(jì)師建議將排泥設(shè)備安裝在反應(yīng)器的底部，也有人建議在三相分離器下方0.5米處安裝排泥管道，以排除污泥床上方部分殘留的絮狀體污泥，但不排除顆粒污泥。在UASB反應(yīng)器中，排泥系統(tǒng)必須同時(shí)考慮上、中、下不同位置設(shè)置排泥設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行的具體情況，考慮到實(shí)際排泥的需要，確定排泥的位置。
在新建的UASB反應(yīng)器中，啟動(dòng)過程主要是接種未馴化的絮狀污泥(如污水處理廠中的消化污泥)，并在一定的時(shí)間后開始調(diào)試運(yùn)行，以使反應(yīng)器達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷，從而達(dá)到去除有機(jī)物的效果，通常這個(gè)過程伴隨著污泥顆粒化的實(shí)現(xiàn)，因此又稱顆粒化污泥。厭氧菌的增殖非常緩慢，尤其是甲烷菌，因此厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)需要較長的時(shí)間。但一旦啟動(dòng)完成，停止動(dòng)作后再啟動(dòng)就能很快完成。
在無厭氧污泥和顆粒污泥的情況下，大多采用城市污水處理廠消化污泥。除消化污泥外，還有很多材料可以用來接種，如牛糞和各種肥料，污水污泥等等。某些污水溝中的污泥、沉淀物或污泥微生物的河泥也可以用來進(jìn)行接種，即使是活性好氧污泥也可以作為接種污泥，并且同樣可以培養(yǎng)顆粒污泥。接種污泥濃度宜為6~8kgVSS/m3(按反應(yīng)器總有效容積計(jì)算)，接種污泥填充量不得超過反應(yīng)器總有效容積的60%。
使用非顆粒污泥的接種污泥時(shí)，要培養(yǎng)顆粒污泥或沉降性能良好的活性污泥，首先要使反應(yīng)器中絮狀污泥和分散細(xì)污泥得到“洗出”，這是實(shí)現(xiàn)UASB反應(yīng)器顆粒化的前提條件之一。該過程是微生物逐漸篩選和演化的過程，控制的關(guān)鍵因素之一是反應(yīng)器內(nèi)水力停留時(shí)間或上升流速。實(shí)踐證明，適當(dāng)?shù)纳魉俣确秶鷳?yīng)為0.4~1.0m/h，如有必要，可采用出水回流的方法來適當(dāng)提高反應(yīng)器升流速度。一般而言，在顆粒污泥培養(yǎng)期間，當(dāng)隨出水排出反應(yīng)器內(nèi)的污泥時(shí)，無需再將其送回反應(yīng)器中段。
UASB的初始起動(dòng)和顆粒化過程，可以從負(fù)荷的角度分為三個(gè)階段:
第一階段：啟動(dòng)階段，即低負(fù)荷階段[2kgCOD/(m3·d)]。
第二階段：即反應(yīng)器負(fù)荷達(dá)到2~5kgCOD/(m3·d)時(shí)，開始運(yùn)行。此階段污泥的脫水增加了，大部分是細(xì)絮狀污泥。事實(shí)上，這個(gè)階段是在反應(yīng)器中選擇較重的污泥顆粒和分散的絮狀污泥，使這個(gè)階段結(jié)束時(shí)遺留下來的污泥中開始產(chǎn)生顆粒狀污泥或保持沉淀性能良好的污泥。因此，大約5kgCOD/(m3·d)是反應(yīng)器中以顆粒或絮狀污泥為主的重要分界。
第三階段：這個(gè)階段指的是超過5kgCOD/(m3·d)的反應(yīng)器負(fù)荷。這時(shí)絮狀污泥迅速減少，而加速形成顆粒污泥，直至反應(yīng)器中沒有絮狀污泥為止。在反應(yīng)器負(fù)荷大于5kgCOD/(m3·d)時(shí)，由于顆粒污泥的不斷形成，大多數(shù)反應(yīng)器被顆粒污泥充滿，因此反應(yīng)器的最大負(fù)荷可超過20kgCOD/(m3·d)。在反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)，盡管系統(tǒng)中可能會(huì)形成顆粒污泥，但在小于5kgCOD/(m3·d)時(shí)，反應(yīng)器中的污泥性質(zhì)是由主要絮狀污泥決定的。
UASB反應(yīng)器的工藝特點(diǎn)UASB反應(yīng)器的基本特性是不需要吸附載體，即可形成沉降性能良好的粒狀污泥，使反應(yīng)器中的微生物濃度較高，從而能夠承受較高的COD負(fù)荷(可達(dá)30~50kgCOD/(m3·d),COD去除率可達(dá)90%以上。在好氧生物處理中，好氧純生物流化床效果最好。深井曝氣等工藝COD負(fù)荷也僅為10kgCOD/(m3·d),COD去除率在70%~80%之間。UASB和其它厭氧生物反應(yīng)器相比，具有以下特點(diǎn):
1.構(gòu)造簡捷：沉淀區(qū)位于反應(yīng)器的頂部，廢水從底部進(jìn)入反應(yīng)器，向上流過污泥床，與大量厭氧細(xì)菌接觸，廢水中的有機(jī)物質(zhì)被厭氧菌分解成沼氣(主要成分是CH4和CO2)，在升流過程中，廢水?dāng)y帶沼氣和厭氧菌固體物。氣室區(qū)域采用沼氣固液分離，處理后的凈化水從反應(yīng)器頂部排出，廢水處理完成。大多數(shù)沉淀區(qū)的污泥可以返回到泥床區(qū)域，以維持反應(yīng)器中的生物量。由此可以看出，上半部分是生物反應(yīng)和沉淀相結(jié)合的整體，反應(yīng)器內(nèi)沒有機(jī)械攪拌，不含填料，結(jié)構(gòu)比較簡單，操作管理方便。
2.在反應(yīng)器中可培養(yǎng)出以下幾種顆粒污泥：
如果操作正確，一般情況下，UASB反應(yīng)器中的厭氧顆粒污泥可以在反應(yīng)器中培養(yǎng)出來，其特點(diǎn)是對有機(jī)物有較高的去除活性，其密度大于絮體污泥，且具有較好的沉降性能，同時(shí)反應(yīng)器中的生物量也較高。
3.實(shí)現(xiàn)污泥泥齡(SRT)與水力停留時(shí)間(HRT)的分離：
反應(yīng)器內(nèi)生物量高，污泥產(chǎn)生期長，廢水處理HRT短，且SRT大于HRT，使反應(yīng)器具有較高的容積負(fù)荷率，運(yùn)行穩(wěn)定性好，是現(xiàn)代厭氧反應(yīng)器與傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器最大的不同之處。
4.UASB反應(yīng)器對各種廢水具有較強(qiáng)的適應(yīng)性：UASB反應(yīng)器不僅能處理出高濃度的有機(jī)廢水，如酒精、糖蜜、檸檬酸等生產(chǎn)廢水，還能處理出中等濃度的有機(jī)廢水，如啤酒、屠宰、軟飲料等生產(chǎn)廢水，還能處理出低濃度的有機(jī)廢水，如生活污水、城市污水等。該UASB反應(yīng)器可以在高溫(55℃)、中溫(35℃)、低溫(20℃)條件下穩(wěn)定運(yùn)行。UASB反應(yīng)器除處理含有有毒、有害物質(zhì)的有機(jī)廢水外，幾乎適合各種不同行業(yè)的有機(jī)廢水排放。
5.能耗低，產(chǎn)泥量低：由于UASB反應(yīng)器不需要供氧，不需攪拌，不需加熱，達(dá)到了低能耗，高效率的目的，并且可以提供大量生物能沼氣，所以是一種高效的廢水處理設(shè)備。該工藝運(yùn)行時(shí)間長，不僅產(chǎn)生的污泥穩(wěn)定，而且產(chǎn)泥量低，減少了污泥處置費(fèi)用。
6.不能去除廢水中的氮和磷：UASB反應(yīng)器與其他厭氧處理設(shè)備一樣，其不足之處是不能去除廢水中的氮和磷。這是由厭氧生化反應(yīng)的本質(zhì)決定的。在處理高、中等濃度廢水時(shí)，采用厭氧-好氧串聯(lián)工藝，即用UASB反應(yīng)器去除廢水中大部分含碳有機(jī)物作為預(yù)處理，而采用好氧處理設(shè)備去除殘余的含碳有機(jī)物和氮、磷等物質(zhì)，這是最佳的廢水處理工藝選擇，具有很大的節(jié)能意義，并可以大大節(jié)省基建投資，降低運(yùn)行成本。因而，有著很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
