UASB在廢水處理中的應用及其影響因素
中國污水處理工程網(wǎng) 時(shí)間：2009-12-22 16:21:08
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UASB是由荷蘭著(zhù)名學(xué)者Letfinga在20世紀70年代開(kāi)發(fā)的[1]。待處理的廢水由反應器底部引入，向上流過(guò)由絮狀或顆粒狀污泥組成的污泥床，產(chǎn)生的沼氣由頂部三相分離器逸出。UASB的特點(diǎn)是有機負荷率和去除率高，不需攪拌，能適應負荷沖擊和溫度的變化，是一種性能較好的厭氧生物工藝。
1 UASB反應器的基本原理
UASB反應器為上流式厭氧污泥床，如圖1所示。廢水由反應器底部進(jìn)入，反應器主體含有大量的厭氧污泥，由于廢水以一定流速自下而上流動(dòng)以及生物降解過(guò)程產(chǎn)生大量沼氣的攪拌作用，廢水與污泥充分混合，有機質(zhì)被吸附分解，最終轉化為甲烷、二氧化碳、水、硫水氫和氨，所產(chǎn)生沼氣(主要是甲烷)由上部的三相分離器的集氣室排出，含有懸浮污泥的廢水進(jìn)入三相分離器的沉降區。由于沼氣從水中分離而失去攪拌作用，廢水在上升過(guò)程中變得比較平穩，其中沉淀性能良好的污泥經(jīng)沉降面返回反應器主體部分，使反應器內有較高的污泥濃度，保證了后繼處理的正常進(jìn)行。在運行過(guò)程中，UASB反應器內能夠形成沉淀性能良好的顆粒污泥，能夠允許較大的上流速度和很高的容積負荷。
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圖1 UASB反應器示意圖
2 UASB反應器在廢水處理中的應用
UASB反應器在所有高速厭氧反應器中是應用最為廣泛的，其處理的廢水包括幾乎所有以有機污染物為主的廢水，如各類(lèi)發(fā)酵工業(yè)、淀粉加工、制糖、造紙、制藥、石油精煉及石油化工等各種來(lái)源的有機廢水[2、3]。其主要工藝流程如圖2所示：
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圖2 UASB工藝流程圖
UASB反應器正常運行時(shí)，有機負荷可達到30～50kgCOD/（m3·d）或更高。表1列出了國內部分UASB反應器處理高濃度有機廢水的應用資料[4]， COD的去除率普遍都在80%以上，最高可達94%，這表明，UASB工藝能有效的處理高濃度有機廢水。
表1 UASB反應器在處理不同廢水中的應用資料
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近年來(lái)的生化處理不再偏重于厭氧處理法，其發(fā)展趨勢是將厭氧與好氧處理有機地結合起來(lái)，充分發(fā)揮他們各自的優(yōu)勢。目前將傳統的UASB反應器與好氧生物流化床結合起來(lái)，研制一種處理效率高、操作簡(jiǎn)單、占地面積小、成本較低的三相流化床處理設備，以適應于餐飲業(yè)廢水的處理，解決目前餐飲廢水難于集中處理的問(wèn)題[5、6、7]。由此看來(lái)，研制出厭氧和好氧處理結合于一體的工藝設備將會(huì )有較好的應用前景。UASB工藝與其他系統連用是對現代厭氧反應的一個(gè)突破。
3 影響因素
3.1 顆粒污泥
UASB系統高效穩定運行取決于沉降效果好、產(chǎn)甲烷活性高、微生物類(lèi)群合理、數量豐富的顆粒污泥的形成[8、9]。顆粒污泥是UASB反應器運行的基礎，具有良好的沉降性顆粒污泥不易流失。顆粒污泥的數量、微生物組合及其產(chǎn)甲烷活性決定了反應器的處理效率和對水質(zhì)波動(dòng)的抵抗能力。
3.2 有機負荷
正確控制有機負荷，可以盡快形成或形成較大的顆粒污泥。研究者認為：揮發(fā)酸的高低是顆粒污泥形成不同類(lèi)型的重要因素，控制反應器出水的揮發(fā)酸濃度來(lái)選擇污泥的優(yōu)勢菌種，利用甲烷絲菌基質(zhì)親合力較高的特點(diǎn)，維持低的出水乙酸濃度來(lái)達到使甲烷絲菌成為主要降解乙酸的產(chǎn)甲烷優(yōu)勢菌的目的。在53℃±2℃，出水乙酸濃度低于200mgCOD/L，增加負荷率，可培養出含甲烷絲菌為主的顆粒污泥，當出水乙酸濃度高時(shí)，增加負荷可培養出含甲烷八疊球菌為主的顆粒污泥。實(shí)踐證明，控制反應器的有機負荷和提高污泥的沉淀性是控制污泥過(guò)量流失的主要手段。
3.3 溫度
溫度對于UASB的啟動(dòng)以及保持系統的穩定性具有重要的影響[10]。反應器在常溫(20～30℃)，中溫(33～41℃)和高溫(50～55℃)下均能順利啟動(dòng)，形成顆粒污泥。不同的處理工藝，可以根據實(shí)際需要選擇不同的升溫方式，如厭氧處理采用高溫發(fā)酵（55℃），反應器啟動(dòng)的關(guān)鍵在于污泥中高溫菌種的數量，所以采用直接升溫的方式，在1～2周內取得高的VFA去除率，這說(shuō)明在其它條件不變的情況下，采用直接升溫的方法啟動(dòng)可以更快。
3.4 進(jìn)水分配
進(jìn)水分配對UASB的運轉是至關(guān)重要的，需要滿(mǎn)足如下原則：(1)確保單位面積的進(jìn)水量基本相同，以防止短路等現象發(fā)生；(2)盡可能滿(mǎn)足水力攪拌需要，保證進(jìn)水有機物與污泥迅速混合。在生產(chǎn)裝置中采用的進(jìn)水方式大致可分為脈沖式、連續流、連續與脈沖相結合等方式。目前被廣泛采用的是脈沖式，它是一種布水均勻，攪拌效果好的進(jìn)液形式，能增加活性污泥區高度，有利于提高厭氧效率和抗沖擊能力[11]。
3.5 堿度
堿度主要對污泥顆�；a(chǎn)生影響，表現在兩方面：一是對顆�；M(jìn)程的影響，二是對顆粒污泥活性的影響[12]。后者主要表現在通過(guò)調節pH值（即通過(guò)堿度的緩沖作用使pH值變化較�。┦沟卯a(chǎn)甲烷菌呈不同的生長(cháng)活性，前者主要表現在對污泥顆粒分布及顆�；俣鹊挠绊�。在一定的堿度范圍內，進(jìn)水堿度高的反應器污泥顆�；俣瓤�，但顆粒污泥的SMA低；進(jìn)水堿度低的反應器其污泥顆�；俣嚷�，但顆粒污泥的SMA高。因此，在污泥顆�；^(guò)程中進(jìn)水堿度可以適當偏高（但不能使反應器的pH>8.2，這主要是因為此時(shí)產(chǎn)甲烷菌會(huì )受到嚴重抑制）以加速污泥的顆�；�，使反應器快速啟動(dòng)；而在顆�；^(guò)程基本結束時(shí)，進(jìn)水堿度應適當偏低以提高顆粒污泥的SMA。在運行過(guò)程中，可以添加NaHCO3或CaCO3來(lái)調節進(jìn)水堿度，有的反應器通過(guò)回流處理水來(lái)增加進(jìn)水堿度，同時(shí)還加大了進(jìn)水負荷。
3.6 有毒物質(zhì)
許多有機物對厭氧菌特別是甲烷菌呈現了很強的毒性，某些重金屬離子和某些陰離子對厭氧菌也會(huì )產(chǎn)生毒害作用，因此，在廢水的厭氧處理過(guò)程中應采取措施加以防治。
4 結論
UASB反應器設備簡(jiǎn)單，運行方便，不需設沉淀池和污泥回流裝置，不需填料，不需機械攪拌，建設費用低，減少運行成本，易于管理。從經(jīng)濟分析角度看，系統運行費用基本上與排污費持平，達到了環(huán)境效益與經(jīng)濟效益的統一。UASB反應器還適于小區域的污水處理，在我國有著(zhù)廣泛的發(fā)展和應用前景。
參考文獻：
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