什麼是公升流式厭氧汙泥反應器UASB

時間 2021-08-11 17:18:46

1樓:蟄螢

厭氧生物處理作為利用厭氧性微生物的代謝特性,產生有能源價值的甲烷氣體。厭氧生物處理法不僅適用於高濃度有機廢水,進水BOD最高濃度可達數萬mg/l,也可適用於低濃度有機廢水,如城市汙水等。

厭氧生物處理過程能耗低;有機容積負荷高,一般為5-10kgCOD/m3·d,最高的可達30-50kgCOD/m3·d;剩餘汙泥量少;厭氧菌對營養需求低、耐毒性強、可降解的有機物分子量高;耐衝擊負荷能力強;產出的沼氣是一種清潔能源。

2023年荷蘭瓦格寧根(Wageningen)農業大學拉丁格(Lettinga)教授通過物理結構設計,利用重力場對不同密度物質作用的差異,發明了三相分離器。使活性汙泥停留時間與廢水停留時間分離,形成了上流式厭氧汙泥床(UASB)反應器的雛型。2023年荷蘭CSM公司在處理甜菜製糖廢水時,發現了活性汙泥自身固定化機制形成的生物聚體結構,即顆粒汙泥(granularsludge)。

顆粒汙泥的出現,不僅促進了以UASB為代表的第二代厭氧反應器的應用和發展,而且還為第三代厭氧反應器的誕生奠定了基礎。

UASB由汙泥反應區、氣液固三相分離器(包括沉澱區)和氣室三部分組成。

在UASB反應器中,廢水被盡可能均勻的引入反應器的底部,汙水向上通過包含顆粒汙泥或絮狀汙泥的汙泥床。厭氧反應發生在廢水和汙泥顆粒接觸的過程中。在厭氧狀態下產生的沼氣(主要是甲烷和二氧化碳)引起了內部的迴圈,這有利於顆粒汙泥的形成和維持。

在汙泥層形成的一些氣體附著在汙泥顆粒上,向反應器頂部上公升,上公升到表面的汙泥撞擊三相分離器氣體發射板的底部,引起附著氣泡的汙泥絮體脫氣。氣泡釋放後汙泥顆粒將沉澱到汙泥床的表面,而氣體則被收集到三相分離器的集氣室。

在集氣室單元縫隙之下設定擋板(氣體反射器),其作用是為了防止沼氣氣泡進入沉澱區,否則將引起沉澱區的紊動,而阻礙顆粒沉澱。包含一些剩餘固體和汙泥顆粒的液體經過分離器縫隙進入沉澱區。

由於三相分離器斜壁沉澱區的過流面積在接近水面時增加,因此上公升流速在接近排放點降低。同時隨著流速降低,汙泥絮體在沉澱區可以絮凝和沉澱。累積在三相分離器上的汙泥絮體在一定程度上將超過其保持在斜壁上的摩擦力,而滑回反應區,這部分汙泥又將與進水有機物發生反應。

USAB反應器包括進水和配水系統、反應器的池體和三相分離器。如果考慮整個厭氧系統,還應該包括沼氣收集和利用系統。但是由於沼氣利用的途徑和目標不確定,其利用系統也有很大的差別。

在USAB反應器中最重要的裝置是三相分離器,這一裝置安裝在反應器的頂部並將反應器分為下部的反應區和上部的沉澱區。為了在沉澱器中取得對上公升流中汙泥絮體顆粒的沉澱效果,三相分離器最主要的目的就是盡可能有效地分離從汙泥床中產生的沼氣。

特別是在高負荷的情況下,在集氣室下面設定反射板,是防止沼氣通過集氣室之間的縫隙逸出到沉澱室,另外擋板還有利於減少反應室內高產氣量所造成的液體紊動。

理論上是只要汙泥層沒有膨脹到沉澱器,汙泥顆粒或絮狀汙泥就能滑回到反應室。應該認識到有時汙泥膨脹到沉澱器中不是一件壞事。相反,存在於沉澱器內的膨脹汙泥層將網捕分散的汙泥顆粒/絮體,同時它還對可生物降解的溶解性COD起到一定的去除作用。

另一方面,存在一定可供汙泥層膨脹的自由空間,以防止較重的汙泥在暫時性有機或水力負荷衝擊下流失是很重要的。水力和有機(產氣率)負荷率兩者都會影響到汙泥層以及汙泥床的膨脹。

USAB系統原理是在形成沉降效能良好的汙泥絮體的基礎上,並結合在反應器內設定汙泥沉澱系統,使氣體、液體和固體得到分離,形成和保持沉澱效能良好的汙泥(顆粒或者絮狀汙泥),是USAB系統良好執行的根本點。

UASB的工藝設計主要是計算UASB的容積、產氣量、剩餘汙泥量、營養需求的平衡量。

UASB的池形狀有圓形、方形、矩形。汙泥床高度一般為3-8m,多用鋼筋混凝土建造。當汙水有機物濃度比較高時,需要的沉澱區與反應區的容積比值小,反應區的面積可採用與沉澱區相同的面積和池形。

當汙水有機物濃度低時,需要的沉澱面積大,為了保證反應區的一定高度,反應區的面積不能太大時,則可採用反應區的面積小於沉澱區,即汙泥床上部面積大於下部的池形。

氣液固三相分離器是UASB的重要組成部分,它對汙泥床的正常執行和獲良好的出水水質起十分重要的作用,因此設計時應給予特別的重視。根據經驗,三相分離器應滿足以下幾點要求:

1、混和液進入沉澱區之關,必須將其中的氣泡予以脫出,防止氣泡進入沉澱區影響沉澱;

2、沉澱器斜壁角度約可大於45度角;

3、沉澱區的表面水力負荷應在0.7m3/m2.h以下,進入沉澱區前,通過沉澱槽低縫的流速不大於2m/m2.h;

4、處於集氣器的液一氣介面上的汙泥要很好地使之浸沒於水中;

5、應防止集氣器內產生大量泡沫。

第2、3兩個條件可以通過適當選擇沉澱器的深度-面積比來加以滿足。

汙泥與液體的分離基於汙泥絮凝、沉澱和過濾作用。所以在執行操作過程中,應該盡可能創造汙泥能夠形成絮凝沉降的水力條件,使汙泥具有良好的絮凝、沉澱效能,不僅對於分離器的工作是具有重要意義,對於整個有機物去除率更加至關重要。

特別要注意避免氣泡進入沉澱區,要使固——液進入沉澱區之前就與氣泡很好分離。在氣——液表面上形成浮渣能迫使一些氣泡進入沉澱區,所以在設計中必須事先就考慮到:

(1)採用適當的技術措施,盡可能避免浮渣的形成條件,防範浮渣層的形成;

(2)必須要有沖散浮渣的設施或裝置,在汙泥反應區一旦出現浮渣的情況下,能夠及時破壞浮渣層的形成,或能夠及時排除浮渣。

如上所述,UASB中汙水與汙泥的混合是靠上公升的水流和發酵過程中產生的氣泡來完成的。因此,一般採用多點進水,使進水均勻地分布在床斷面上,其中的關鍵是要均勻——勻速、勻量。

UASB容積的計算一般按有機物容積負荷或水力停留時間進行。設計時可通過試驗決定引數或參考同類廢水的設計和執行引數。

1、汙泥的馴化

UASB裝置啟動的難點是獲得大量沉降效能良好的厭氧顆粒汙泥。最好的辦法加以馴化,一般需要3-6個月,如果靠裝置自身積累,投產期最長可長達1-2年。實踐表明,投加少量的載體,有利於厭氧菌的附著,促進初期顆粒汙泥的形成;比重大的絮狀汙泥比輕的易於顆粒化;比甲烷活性高的厭氧汙泥可縮短啟動期。

2、啟動操作要點

(1)最好一次投加足夠量的接種汙泥;

(2)啟動初期從汙泥床流出的汙泥可以不予回流,以使特別輕的和細碎汙泥跟懸浮物連續地從汙泥床排出體外,使較重的活性汙泥在床內積累,並促進其增殖逐步達到顆粒化;

(3)啟動開始廢水COD濃度較低時,未必就能讓汙泥顆粒化速度加快;

(4)最初汙泥負荷率一般在0.1-0.2kgCOD/kgTSS·d左右比較合適;

(5)汙水中原來存在的和厭氧分解出來的多種揮發酸未能有效分解之前,不應隨意提高有機容積負荷,這需要跟蹤觀察和水樣化驗;

(6)可降解的COD去除率達到70—80%左右時,可以逐步增加有機容積負荷率;

(7)為促進汙泥顆粒化,反應區內的最小空塔速度不可低於1m/d,採用較高的表面水力負荷有利於小顆粒汙泥與汙泥絮凝分開,使小顆粒汙泥凝並為大顆粒。

UASB的主要優點是:

1、UASB內汙泥濃度高,平均汙泥濃度為20-40gVSS/1;

2、有機負荷高,水力停留時間短,採用中溫發酵時,容積負荷一般為10kgCOD/m3·d左右;

3、無混合攪拌裝置,靠發酵過程中產生的沼氣的上公升運動,使汙泥床上部的汙泥處於懸浮狀態,對下部的汙泥層也有一定程度的攪動;

4、汙泥床不填載體,節省造價及避免因填料發生堵賽問題;

5、UASB內設三相分離器,通常不設沉澱池,被沉澱區分離出來的汙泥重新回到汙泥床反應區內,通常可以不設汙泥回流裝置。

6、裝置簡單,執行方便,勿需設沉澱池和汙泥回流裝置,不需要充填填料,也不需在反應區內設機械攪拌裝置,造價相對較低,便於管理,且不存在堵塞問題。

主要缺點是:

1、進水中懸浮物需要適當控制,不宜過高,一般控制在100mg/l以下;

2、汙泥床內有短流現象,影響處理能力;

3、對水質和負荷突然變化較敏感,耐衝擊力稍差。

2樓:鴻淳環保科技

公升流式厭氧汙泥反應器的英文是Upflow Anaerobic Sludge Blan-ket,簡稱為UASB,其基本特徵是在反應器的上部設定氣、固、液三相分離器,下部為汙泥懸浮區和汙泥床區。

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