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生物技术-升流式厌氧污泥床反应器(UASB工艺)
时间:2019-08-01 08:50  点击: 0  字体:

升流式厌氧污泥床反应器

升流式厌氧污泥床反应器内没有载体,是一种悬浮生长型的消化器,其结构如下图所示,主要有两种类型,一种是周边出水,顶部出沼气的结构形式;另一种是周边出沼气、顶部出水的结构形式。

 

升流式厌氧污泥床反应器的基本结构主要包括以下几个部分:污泥床、污泥悬浮层、布水器、三相分离器。各组成部分的功能、特点及工艺要求如下。
(1)污泥床
       污泥床位于整个升流式厌氧污泥床反应器的底部,污泥床内具有很高的污泥生物量,其污泥浓度一般为40~80gMLSS/L。污泥床中的污泥由活性生物量占70%~80%以上的高度发展的颗粒污泥组成,正常运行的UASB中的颗粒污泥的粒茎一般在0.5~5mm之间,具有优良的沉降性能,沉降速度一般为1.2~1.4cm/s。颗粒污泥的主体是各类厌氧微生物。包括水解发酵细菌、共生的产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌。研究表明,在颗粒污泥表面生物膜的外层中占优势的细菌是水解发酵细菌,内部是产甲烷细菌。细菌的这种分布规律是由环境中的营养条件决定的,颗粒污泥表面的厌氧微生物接触的是废水中的原生营养物质,其中大多数为不溶态的有机物,因而那些具有水解能力及发酵能力的厌氧微生物便在污泥粒子表面滋生和繁殖,其代谢产物的一部分进入溶液,供分散在液流中的游离细菌吸收利用;另一部分则向颗粒内部扩散,使颗粒内部成为下一营养级的产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌滋生和繁殖的区域。由于产甲烷菌在颗粒内部的密度大于在颗粒外部溶液本体中的密度,即颗粒内部的生物降解作用大于颗粒外部溶液本体的生物降解作用,因此发酵细菌的代谢产物在颗粒内部的浓度小于在颗粒外部溶液本体中的浓度,这为水解及发酵细菌的代谢产物向颗粒内部扩散提供了有利的动力学条件。可见颗粒污泥实际上是一种生物与环境条件相互依托和优化结合的生态粒子,由此构成了颗粒污泥的高活性。
       污泥床的容积一般占升流式厌氧污泥床反应区容积的30%左右,但它对升流式厌氧污泥床反应器的整体处理效率起着极为重要的作用,对反应器中的有机物的降解量一般可占到整个反应器全部降解量的70%~90%。污泥床对有机物的有效降解作用使得在污泥床内产生大量的沼气,微小的沼气气泡经过不断的积累、合并而逐渐形成较大的气泡,并通过其上升的作用使整个污泥床层得到良好的混合。
(2)污泥悬浮层
       污泥悬浮层位于污泥床上部,占据升流式厌氧污泥床反应区容积的70%左右,其中的污泥浓度要低于污泥床,通常为10~30gMLSS/L,由高度絮凝的污泥组成,一般为非颗粒状污泥,其沉速要明显小于颗粒污泥的沉速,污泥容积指数一般在30~40mL/g之间,靠来自污泥床中上升的气泡使此层污泥得到良好的混合。污泥悬浮层中的絮凝污泥的浓度呈自下而上逐渐减小的分布状态。这一层污泥担负着整个UASB反应器有机物降解量的10%~30%
       尽管有机物的降解主要靠仅占反应区容积约30%的污泥床层,但占反应区容积约70%的污泥悬浮层的存在也是不可缺少的。它是一个缓冲层,当污泥床层中的部分污泥粒子被上升的气泡冲起来时,在气泡的浮载力作用下,上浮于污泥悬浮层中;而当上升的大气泡将其上的小气泡冲走,或污泥粒子上浮于液面,在界面张力突变而使小气泡破裂后,这些污泥粒子又会沉降至原来的污泥床层中去,对防止污泥的流失并保持反应区污泥的高浓度有着十分重要的作用。
 
(3)布水器
       其主要功能是将进入反应器的原废水均匀分配到反应器的整个横断面并使其均匀上升,起到水力搅拌作用,这是反应器高效运行的关键环节。
(4)三相分离器
       由沉淀区、回流缝和气封组成,其功能是将气体、污泥在沉淀区进行沉淀,并经回流缝回流到反应区,沉淀澄清后的处理水经排出系统均匀地加以收集,并将其排出反应器。具有三相分离器是升流式厌氧污泥床反应器处理工艺的主要特点之一,相当于传统废水处理工艺中的二次沉淀池,并具有污泥回流的功能,因而三相分离器的合理设计是保证其正常运行的一个重要因素
 
 
 
 
       升流式厌氧污泥床反应器是目前应用最为广泛的一种厌氧生物反应器,但在实际应用中发现单一的结构工艺不能满足所有性质废水的应用。对此,后期有出现了几种UASB工艺的变形。
1)内循环厌氧生物反应器(IC工艺)
       内循环厌氧生物反应器(IC工艺)是在UASB反应器的基础上发展起来的高效厌氧反应器,它被两层三相分离器分隔成第一厌氧反应区、第二厌氧反应区、沉淀区以及气液分离器,每个厌氧反应室的顶部设一个气液固三相分离器,如同两个UASB反应器上下重叠串联组成。在第一厌氧反应室的集气罩顶部设有沼气升流管直通IC厌氧生物反应器顶部的气液分离器,气液分离器的底部设一回流管直通至IC厌氧生物反应器的底部。
 
 
 
(2)厌氧膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB工艺)
       EGSB反应器的主要组成可分为进水分配系统、气液固分离器以及出水循环部分。进水分配系统的主要作用是将进水均匀地分配到整个反应器的底部,并产生一个均匀的上升流速。与UASB反应器相比,EGSB反应器由于高径比更大 ,其所需要的配水面积会较小,同时采用了出水循环,其配水孔口中的流速会更大,因此系统更容易保证配水均匀。出水循环部分是EGSB反应器与UASB反应器的不同之处,其主要目的是提高反应器内的液体上升流速,使颗粒污泥床层充分膨胀,废水与微生物之间充分接触,加强传质效果,还可以避免反应器内死角和短流的发生。
 
 
 
(3)厌氧折流板反应器(ABR工艺)
       厌氧折流板反应器的结构如下图所示,主要由反应器主体和挡板组成。在反应器内垂直设置的竖立导流板将反应器分隔串联的几个反应室,每个反应室都是一个相对独立的升流式厌氧污泥床系统,其中的污泥可以以颗粒形式或絮状形式存在,废水进入反应器后沿导流上下折流前进,依次通过每个反应室的污泥床,废水中的有机物通过与微生物充分的接触而得到去除。借助于废水流动和沼气上升的作用,反应室中产生的厌氧污泥在各个隔室内作上下膨胀和沉降运动,但是由于导流板的阻挡和污泥自身的沉降性能,污泥在水平方向的流速及其缓慢,从而使大量的厌氧污泥被截留在反应室中。
 

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