養殖造紙廢水處理神器UASB厭氧反應器
養殖造紙廢水處理神器UASB厭氧反應器
1、UASB反應器的基本介紹
1.1 UASB反應器的基本構造和原理
圖1是UASB反應器的示意圖。UASB反應器的主體部分主要分為兩個區域，即反應區和三相分離區。其中反應區為UASB反應器的工作主體。
在UASB反應器的反應區下部，是由沉淀性能良好的污泥(通常是顆粒污泥)形成的厭氧污泥床，污泥濃度可達到50～100g/l或更高。廢水由反應器底部進入反應區，由于水的向上流動和產生的大量氣體上升形成良好的自然攪拌作用，并使一部分污泥在反應區的上方形成相對稀薄的污泥懸浮區，懸浮區污泥濃度一般在5～40g/l范圍內。懸浮液進入分離區后，氣體首*入集氣室被分離，含有懸浮液的廢水進入分離區的沉降室，污泥在此沉降，由斜面返回反應區，澄清后的處理水溢流排出。
1.2 UASB的產生及發展
UASB反應器是由Lettinga等人于1973～1977年間研制成功的。升流式厭氧污泥床與其它大多數厭氧生物處理裝置不同之處是：廢水由下向上流過反應器，污泥無需特殊攪拌設備；反應器頂部裝有三相分離器。它的突出特點是能在反應器內實現污泥顆粒化，顆粒污泥的直徑一般為0.1～2cm，相對密度為1.04～1.08，具有良好的沉淀性能和很高的產甲烷活性。污泥顆粒化后，反應器水力停留時間比較短，所以UASB反應器具有很高的容積負荷。
我國從1980年初開發和引進UASB處理技術后，在高濃度有機廢水厭氧處理技術的發展方面進行了大量的開發研究，針對高濃度廢水的特點，以啤酒、釀造業進行了攻關研究，在小試和中試研究的基礎上，建立了一些示范工程。在此期間上厭氧技術也在迅速發展。由第2代高效厭氧反應器UASB向第3代厭氧反應器發展，其中有代表性的是厭氧顆粒污泥膨脹床反應器（EGSB）及內循環厭氧反應器(IC)。
1.3 UASB反應器在國內外應用情況
UASB反應器作為如今高效厭氧反應器中應用泛的反應器之一，具有能耗低、造價低、能產生生物能等特點，因而是值得推廣應用的一種新型生化厭氧處理反應器。*以來被廣泛應用于各種類型的廢水處理，在國內外的應用研究中也常常出現。
在國外如美國、芬蘭、泰國、瑞士、加拿大和奧地利都曾利用UASB反應器處理各種生產廢水，如甜菜制糖加工廢水、啤酒和酒精加工廢水、生活污水、牛奶廢水的處理等，都取得了較好的處理效果。我國于1981年開始了對UASB反應器的試驗研究，許多單位在處理高濃度有機廢水時采用UASB反應器進行處理，已取得了較好的成效。對于UASB反應器等厭氧處理構筑物處理高濃度有機廢水，其出水一般未能達到廢水的排放要求，所以往往采取與其他處理工藝相結合的方式。在1990年代末期出現了UASB與其他工藝聯合使用的例子，如UASB-AF工藝處理*廢水，上流式厭氧污泥床過濾器處理滌綸廢水等，提高了處理效果。
2、UASB反應器的優點及存在的主要問題
2.1 UASB反應器的優點
UASB比較廣泛應用于高濃度的有機廢水處理，相比于其他反應器有其*的優點，具體如下：
（1）可培養出降解活性較高的顆粒污泥：由于厭氧顆粒污泥降解能力強，沉降性能好，所以利用UASB反應器處理大部分高濃度有機廢水，在反應運行穩定的前提下，顆粒污泥的生長可維持反應器內較高的生物量。
（2）初次啟動時間較長但二次啟動較短：UASB反應器初次啟動所需時間較長。但是當UASB正常運行后進行二次啟動，由于在初次啟動過程中產生有剩余顆粒污泥，而成熟的顆粒污泥可以在常溫下保存很長時間而不損失其活性，并且對各類廢水有較強的適應能力，所以反應器的二次啟動時間將大大縮短。
（3）對各類廢水的適應性較強：厭氧顆粒污泥對各種不利條件的抗性較強，利用UASB反應器可以處理各種濃度的有機廢水，也可處理有毒有害廢水，如含酚廢水等。同時，UASB反應器對溫度的要求也較低，不僅可在高溫、中溫條件下進行，也可在常溫、低溫下進行反應，且能取得較高的處理效果。
（4）無需設分離裝置，簡化工藝：由于在反應器的頂部設置了氣固液三相分離器，沉降性能良好的厭氧顆粒污泥可以通過三相分離器自行下降并返回到下部的反應區，避免了增設沉淀分離裝置、輔助脫氣裝置及回流污泥設備，簡化了工藝，減少了裝置的投資成本和反應運行費用。同時，顆粒污泥在上升后終返回到反應區，在反應器內部保持了污泥的總量，能夠維持較高的生物量。
（5）反應器內無需攪拌設備也無需投加填料和載體：在UASB反應器中，由于顆粒污泥的密度較小，在適度的水力負荷范圍內，可以靠反應器內產生的上升氣流和水流上升力來推動污泥與污水的充分混合及接觸，因此，無須另設攪拌設備和回流污泥設備，降低裝置投入成本。由于在UASB反應器中，上升的污水是通過與反應器中的顆粒污泥充分接觸發生厭氧反應的，所以無須另外投加填料和載體。
（6）一般不易形成股流：由于反應器中產生的上升氣流和污水的上流力較為均勻，污水向上流動在反應區與顆粒污泥充分混合，所以在UASB反應器內在負荷適度、布水均勻的情況下一般不易形成股流。
2.2 UASB反應器的工藝存在的問題
雖然UASB反應器相比于其他反應器有其*的優點，在處理高濃度有機廢水方面的應用也是非常具備競爭力的，但也無可避免地存在一些弊端，尚有一些難以控制的問題。
（1）污泥顆粒化的形成：UASB反應器能培養出沉降性能良好的厭氧顆粒污泥，但是這具有一定的難度，與系統中的堿度大小、水力負荷的高低、以及COD、N、P的比例是否恰當有關。
（2）污泥的流失：為了保證UASB反應器的污泥總量，顆粒污泥在上升過程中與產生的氣泡分離，依靠重力作用重新返回到反應區，這與污水的上流速度有關。由于污水的上流速度和反應器中氣流的上升速率難以控制，所以保證反應器中污泥不流失具有一定的難度。同時反應器中厭氧微生物的自身生長也可能導致污泥量的減少，因此，保證UASB反應器中良好的生物停留狀態而不受水流影響是工作的重點也是難點。
3、不同因素對UASB的影響
3.1有機負荷對UASB反應器的影響
UASB反應器的有機負荷一般為10～30kg/（m3·d）。有機負荷太低，不利于厭氧菌的生長。另一方面，沖擊負荷對UASB反應器會有很大的負面影響，容易導致污泥溢出，COD去除率降低，嚴重的甚至造成反應器酸化，厭氧消化受破壞。一般來說，在UASB反應器的啟動初期采用較小的有機負荷，當COD去除率達到較滿意值后，逐步提高負荷。提高有機負荷一般用逐漸加大進水濃度的辦法，國內有研究顯示，采用間歇進水，逐漸延長每次進水時間的方法可以促進顆粒污泥的形成。
3.2 pH值對UASB反應器的影響
由于產甲烷菌對pH值變化適應能力不強，所以UASB反應器的pH值一般控制在6.8～7.2。否則，當UASB反應器酸化時，反應器內的產酸菌大量生長，產甲烷菌的活性受到抑制。在反應器啟動初期，為了保持pH值，投加堿提高緩沖能力是必要的。而到了穩定處理階段，則由于成熟的微生物種群的形成而使反應器獲得較高的穩定性，可以不再加堿。此外，揮發性脂肪酸（VFA）在厭氧反應器中的積累能反映出甲烷菌的不活躍狀態或反應器的酸化程度。在低級脂肪酸中，丙酸的臨界抑制濃度，丙酸的積累往往造成反應器運行效率下降。因此可同時控制丙酸的濃度在一定范圍內。
3.3 溫度對UASB反應器的影響
UASB反應器一般采用中溫35～45℃，高溫45～55℃厭氧消化。UASB反應器要求在較穩定的溫度范圍內運行。
3.4營養物與微量元素對UASB反應器的影響
厭氧消化過程中，有機污水通常缺氮，磷。厭氧處理對氮和磷的需要量比好氧法低，一般采用BOD：N：P的值為（300～500）：5：1。在UASB反應器中投加一定量尿素，磷酸鹽，葡萄糖等，有利于厭氧消化的進程，有利于顆粒污泥的形成。
4、UASB工藝的發展趨勢
雖然UASB工藝在我國的應用已經有了較大發展，但與國外水平尚有差距，應進一步加強在UASB反應器及其配套設備的設備化和工程應用上的探索和實踐。同時，在以下幾個方面，UASB厭氧處理工藝也正在實現新的發展:①低溫下UASB反應器的運行;②高溫厭氧處理;③用于處理不積累或不產生新的顆粒污泥的UASB反應器;④處理含有高濃度毒性物質的廢水;⑤低濃度廢水的厭氧處理。
厭氧處理系統具有負荷高、投資少、運行費用低、可以回收部分能源等優點，非常適合我國國情。隨著研究的不斷深入與發展，相信UASB厭氧處理工藝的應用前景是十分廣闊的。
