UASB厭氧塔
1、概述
上流式厭氧污泥床反應器（Upflow Anaerobic Sludge Blanket，簡稱UASB）是由荷蘭Wageningen農業大學的G·Lettinga教授等人在70年代研制開發的。反應器經歷了360L、6m3、30m3、200m3的逐次放大，至今設備容積已達5500m3。繼荷蘭之后，德國、瑞典等國也相繼開展了許多研究工作。國內對UASB的研究是由北京環境保護科學研究所于70年代末首先開始的，在溶劑、酒精、肉類加工、纖維板等生產廢水的處理方面，均取得了良好的處理效果。
2、UASB工作原理
UASB反應器的主體部分是一個無填料的空容器，分為反應區和沉降區兩部分。反應區根據污泥的分布情況又可分為污泥懸浮層區和污泥床區。污泥床主要由沉淀和凝聚性能良好的厭氧污泥組成，濃度可達50-100gSS/L或更高。污泥懸浮層主要靠反應過程中產生的氣體的上升攪拌作用形成，污泥濃度較低，一般在5-40gSS/L范圍內。UASB裝置的特點在于其上部設置了一個專用的氣（沼氣）－液（廢水）－固（污泥）三相分離器。
當反應器運行時，廢水以一定流速從底部布水系統進入反應器，通過污泥床向上流動，料液與污泥中的微生物充分接觸并進行生物降解，生成沼氣，沼氣以微小氣泡的形式不斷放出。微小氣泡在上升過程中將污泥托起，即使在較低負荷下也能看到污泥床有明顯膨脹。隨著產氣量增加，這種攪拌混合作用加強，減少了污泥中夾帶的氣體釋放的阻力，氣體便從污泥床內突發性逸出，引起污泥床表面略呈沸騰流化狀態。沉淀性能不太好的污泥顆粒或絮體在氣體的攪動下，于反應器上部形成懸浮污泥層。氣、水、泥混合液上升至三相分離器內，沼氣在上升過程中碰到反射板受偏折，穿過水層進入氣室，由導管排出反應器。脫氣后的混合液進入上部靜置的沉淀區，在重力作用下，進一步進行固、液分離，沉降下的污泥通過斜壁返回至反應區內，使反應區內積累大量微生物，澄清的處理水從沉淀區溢流排出。由于在UASB反應器中能培養一種具有良好沉降性能和高比產甲烷活性的顆粒厭氧污泥（Granular anaerobic sludge），因而使其具有一定的*性。
3、UASB反應器特性
UASB反應器，常為鋼結構或鋼筋混凝土結構。當采用鋼結構時，常為圓形斷面；采用鋼筋混凝土結構時，常為矩形斷面。根據三相分離器構造的要求，為便于設計和施工，一般采用矩形斷面為宜。
UASB反應器池頂根據三相分離器的結構與環境條件，可以是密閉的，也可以是敞開的。
封閉式UASB反應器的特點是頂部加蓋密封，在出水水面與池頂之間形成一個大的氣室，可以同時收集反應區和沉淀區產生的沼氣。這種反應器適用于處理高濃度有機廢水或含硫酸鹽較高的有機廢水，其池蓋也可為浮蓋式。
敞開式UASB反應器的特點是出水水面是敞開的，或加一層不密封的蓋板。這種型式的反應器構造簡單，便于施工安裝、操作管理與維修，適用于中低濃度有機廢水的處理。
不論是封閉式，或是敞開式UASB反應器，其基本組成大致相同，主要包括以下幾個部分。
（1）進水配水系統
進水配水系統的功能主要是將廢水均勻分配到整個反應器，并進行水力攪拌，是反應器運行的關鍵之一。
從水泵來的廢水通過配水設備流入布水管。配水設備是由一根可旋轉的配水管與配水槽構成，配水槽為圓環形，被分隔成若干單元，每個單元與一根通進反應器的布水管相連。從水泵來的水管與可旋轉的配水管相連接。工作時配水管旋轉，在一定的時間間隔內，廢水流進配水槽的一個單元，由此流進一根布水管進入反應器。
布水點設在反應器的底平面上，為使基質與污泥接觸充分，應進行合理設置。布水點均勻分布在池底上，且高度不同。根據有關資料與研究實踐，認為布水的不均勻系數為時，可達到布水均勻的目的。荷蘭研究者提出，在裝置放大時應按比例增加布水點的數量，使每5m2底面積有一個布水點。這種布水方式對于整個反應器來說是連續進水，而對于每個布水點而言，則是間斷進水，布水管的瞬時流量與整個反應器的流量相等。
在生產運行裝置中所采用的進水方式大致可分為間歇式、脈沖式、連續均勻流、連續與間歇回流相結合等幾種。
（2）反應區
反應區是反應器的主要部分，包括污泥床區和污泥懸浮層區，廢水中有機物主要在此處被厭氧菌分解。
（3）三相分離器
三相分離器的作用是把沼氣、污泥和液體分開。UASB反應器所具有的這種分離器是考慮到厭氧工藝細菌生長速率很慢這一特點而設計的，由沉淀區、回流縫和氣封組成。污泥經沉淀區沉淀后由回流縫直接回流到反應區，保證流失的污泥量小于在反應器內的生成量，沼氣經分離后進入氣室。三相分離器的分離效果將直接影響反應器的處理效果。
（4）出水系統
出水的均勻排出是保證反應器均勻穩定運行的關鍵因素之一，尤其是對固液分離的影響較大。通常每個單元三相分離器設一出水槽。當UASB反應器為封閉式時，總出水管通過一個水封，以防漏氣和確保厭氧條件。當處理廢水中含蛋白質和脂肪或含有大量懸浮固體時，出水一般也夾帶有大量懸浮固體或漂流污泥，為減少出水懸浮固體量，在出水槽前應設置擋板，以提高出水水質。
（5）氣室
氣室也稱集氣罩，作用是收集處理過程中產生的沼氣，氣室上方開口連有導管，引導沼氣排入水封。
（6）浮渣清除系統
在廢水處理過程中，尤其是處理含蛋白質和脂肪較高的工業廢水時，在氣室和反應器液面會形成一層較厚的浮渣層，影響反應器的正常運行，如阻礙沼氣的順利釋放，堵塞導管，使部分沼氣從沉淀區逸出，干擾沉淀區的沉淀效果等，因此應設置浮渣清除系統。在沉淀區液面產生的浮渣層，可用刮渣機清除；在氣室產生的浮渣，較難清除，設置沖洗管和循環水泵（或氣泵），定期進行循環水或沼氣反沖。
（7）排泥系統
UASB反應器污泥床區均勻排泥也是影響反應器正常工作的重要因素。若集中在一點排泥，則污泥床的污泥分布不均，排泥口附近的污泥濃度會大大降低，從而影響該處廢水的處理效果，因此應將排泥點均勻設置在池底，一般每10m2設一個排泥口。當采用穿孔管配水系統時，可同時把穿孔管兼作排泥管。為防堵塞，專設排泥管管徑一般在200mm以上。為方便運行，可在反應器半高處或三相分離器下處再設一排泥口，沿反應器高度均勻設5-6個污泥取樣管。
4、厭氧污泥顆粒
UASB工藝之所以能夠以高負荷處理廢水，原因在于反應器內以產甲烷菌為主體的厭氧微生物形成了1-5mm的顆粒污泥，換言之，能夠形成顆粒化污泥是UASB反應器的突出特點。
事實證明，若反應器內的污泥以松散的絮狀體存在，容易出現污泥上浮流失，使反應器不能在較高的負荷下穩定運行。而顆粒污泥能長期保持形態上的穩定性，生產裝置在形成顆粒污泥后，能夠長期擁有良好沉降性能的污泥，并能為新裝置提供顆粒污泥作為接種物，從而加快新裝置的啟動過程，使反應器能穩定運行。
5 評價
UASB反應器不僅可用于處理高、中等濃度的有機廢水，還可用于處理如城市污水之類的低濃度有機廢水，已成為厭氧廢水處理反應中發展迅速、應用裝置。據統計，目前世界上約有上千座UASB反應器在運行中。
UASB反應器具有的主要優點為：①有機負荷高，處理效果好；②污泥顆粒化后增強了反應器對不利條件的抗性；③不需攪拌和回流污泥的設備，節省投資和能耗；④三相分離器的設置避免了附設沉淀分離裝置和輔助脫氣裝置等，簡化了工藝，節省運行費用；⑤反應器內無需投加填料和載體，提高了容積利用率，避免了堵塞。 UASB反應器存在的主要問題是需要3-6個月來培養馴化顆粒污泥，依靠反應器內增殖積累厭氧污泥甚至需1-2年，故啟動運行時間較長。另外，污泥床內有短流現象發生，可達70%-80%，影響設備的處理能力；對水質和負荷較敏感，緩沖能力小，要求進水和負荷要相對穩定，管理要求更高。且UASB反應器一般不能去除廢水中的氮和磷，故在處理高、中等濃度的廢水時，宜采用厭氧－好氧串聯工藝，即用UASB反應器去除廢水中大部分含碳有機物作為預處理，用好氧處理設備去除殘余的含碳有機物和氮、磷等物質。
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