升流式厌氧污泥层反应器

升流式厌氧污泥层反应器

升流式厌氧污泥层反应器

摘要：本文主要就UASB的特征及构造，其设计要点等作了详细的论述，其优越性及其推广应用的必然性作了概述。

关键词：升流式反应器厌氧发酵生化

中图分类号：TE966 文献标识码：A 文章编号：

概述：

目前国内处理高、中浓度有机废水的方法有两种：一是采用发酵的方式；二是采用加大回流比的方式稀释至可生化的程度。这样就带来很多问题。采用厌氧发酵罐的停留时间很长，设备构筑物庞大，运行中污泥浓度难以控制。而采用稀释方式却使设备动力消耗过大，运行费用增加。

现在介绍一种反应器，具有较高的容积负荷和污泥浓度，处理有机废水去除率高，在水处理上称为升流式厌氧反应器。

升流式厌氧污泥层反应器的特征及构造：

特征：

升流式厌氧污泥层反应器是由荷兰学者莱廷格等人在70年代初开发的，它的工作原理如图所示：

UASB反应器的工艺特征是在反应器

的上部设立三相分离器，下部为污泥悬浮

区和污泥床区，废水从反应器底部流入，

向上升流至反应器顶流出，由于混合液在

沉淀区进行固液分离，污泥可自行回流至

污泥床区，这使污泥床区可保持很高

的污泥浓度，UASB反应器还具有一个很大

特点是能在反应器内实现污泥颗粒化。污泥

颗粒化后，反应器内污泥的平均浓度可达

50Gvss/l左右。污泥龄一般在30天以上，工作原理图

而反应器的水力停留时间较短，所以UASB反应器具有很高的容积负荷。

UASB反应器的构造特点，是集生物反应与沉淀一体，结构紧凑，废水由配水系统从反应器底部进入，通过反应区经三相分离后进入沉淀区。三相分离后，沼气由气室收集，再由沼气管流向沼气柜。污泥由沉淀区沉淀后自行返回反应区，沉淀后出水由水槽排出。UASB反应器内不设搅拌装置，上升水流和沼气产生的气流足可满足搅拌要求。UASB构造简单，便于操作管理。

1.污泥床

2.悬浮污泥层

3.气室

4.气体档板

5.配水系统

6.沉降区

7.出水槽 8.集气罩

9.水封构造剖面图

构造：

UASB反应器主要由以下部份组成：进水配水系统、反应器、三相分离器、

出水系统、气室、浮渣清除系统、排泥系统。

根据不同对象，UASB反应器可分为开敞式和封闭式两种。

UASB反应器的设计：

UASB反应器的设计主要有以下内容：首先根据废水性质选定适宜的池型和确定有效容积及其主要部位尺寸。其次设计进水，配水系统和出水系统，三相分离器。此外还需考虑排泥装置。

UASB的主要构造尺寸的确定：

目前UASB反应器有效容积（包括沉淀区和反应区）均采用进水容积负

荷法进行确定。即：V=QS0/NV （S0―进水有机物浓度g COD/L 或g BOD/L）

一般来说，容积负荷NV需通过试验确定，如有同类型废水资料，可作为参考。

现行生产性装置反应器的高度通常为4-6米。低浓度废水，水力停留时间短，高度低。反之则高。为保证运行或考虑检修，一般设二座或二座以上的反应器。

进水配水系统：

进水配水系统兼有配水和水力搅拌功能，所以必须满足以下各项要求：

(1)进水必须在反应器底部均匀分配，确保各单位面积的进水量基本相等。以防短路或表面负荷不均匀等现象发生。

(2)应满足污泥床水力搅拌的需要，要同时考虑水力搅拌与产生的沼气搅拌，使污泥区达到完全混合的效果，确保进水有机物与污泥迅速混合。

UASB进水配水系统有许多形式，主要有以下几种：

A.树枝管式配水系统；

B.穿孔管式配水系统；

C.多点配水系统。

配水系统确定后，就可以进行管道布置。计算管径和水头损失，根据水头损失和反应器水面和调节池水面高程差计算水泵所需扬程。可以选择合适的水泵。

三相分离器的设计：

三相分离器的构造：

三相分离器的型式是多样的，但是其三项主要功能为：气液分离，固液分离和污泥回流。主要组成为气封，沉淀区和回流缝。三相分离器有多样布置，对于较大的UASB反应器，常将几个三相分离器并列安装。

三相分离器的设计方法：

三相分离器的设计分三个内容：沉淀区设计，回流缝设计和气液分离设计。

A、沉淀区设计：三相分离器与普通

二沉池设计类似，主要考虑两项因素，即

沉淀面积和水深。沉淀区的面积根据废水

量和沉淀区的表面负荷确定。由于在沉淀区

的厌氧污泥与水中残留有机物尚能反应，有

少量沼气产生，对固液分离有一定的干扰。

这种情况在处理高浓度有机污水更为明显。

所以建议表面负荷<1.0m3/(m2/h)。如右图形式

集气罩（气室）顶以上的复盖水深可采用

0.5-1.0m。集气罩斜面坡度采用550-600 。沉

淀区斜面高度建议采用为0.5-1.0m.不论何种

形式的三相分离器，其沉淀区的总水深应≥1.5m,

并保证在沉淀区内停留1.5-2.0h. 几何尺寸关系图

B、回流缝设计：如上图所示，三相分离器由上，下二组重叠的三角形集气罩所组成，根据上图所示几何关系可得：

b1=h3/tgθ------------(1)

b2=b-2b1-------------(2)

下三角形集气罩中污泥回流缝中混合液上升流速：

V1=Q/S1----------(3)

式中S1=b2×L×nm2----------(4)

L――反应器宽度，即三相分离器长度m

n――三相分离器单元数。

Q――处理废水量度m3/h

为使回流缝水流稳定，建议：V1 <2m/h

上三角形集气罩与下三角形集气罩之间回流缝流速

V2=Q/S2------(5)

S2=C×L×2n----------(6)

C――上三角形回流缝宽度，建议C>0.2m

为使回流缝和沉淀区的水流稳定，确保良好的固液分离效果，需满足V2

C气液分离设计：

由上图可知，欲达气液分离目的，上下二组三角形集气罩的斜边必须重叠。重叠的水面距离越大，气体分离效果越好，去除的气泡直径越小，对沉淀区的固液分离效果影响越小。所以重叠是决定气液分离的关键。

在三角形集气罩中，水流从下三角形回流缝过渡至上三角形回流缝再进入沉淀区。设定混合液沿AB方向流速为Va。垂直上升的气泡

流速为Vb，根据速度合成，则有Vb/Va=AD/AB=BC/AB.

要使气泡分离,则有Vb/Va>AD/AB-------(7)

气泡的上升速度为Vb与其直径，水温，液体和气体密度，废水的粘度等因素有关，当气泡直径很小（d<0.1mm）时，在气泡周围的水流呈层流状态，R，这时气泡上升速度可用公式计算：

Vb=βg(ρ1-ρg)d2/18u

式中Vb――气泡上升速度，cm/s d――气泡直径，cm

ρ1――废水密度，g/cm3 ρg――沼气密度，g/cm3

g――重力加速度，cm/s2u――废水动力粘滞系数 g/(cm.s)

u=v.ρ1

v――废水运动粘滞系数cm2/s

β――碰撞系数，可取0.95

出水系统的设计：

UASB反应器的出水与三相分离器沉淀区设计有关，通常单元三相分离器采用一个出水槽，出水槽宽200mm，深度由计算确定。当UASB 为封闭式时，总出水管必须通过一个水封，以防漏气和确保厌氧条件。

浮渣清除系统：

当处理蛋白质含量较高或脂肪较高的工业废水时，在集合罩和反应器表面会

形成浮渣，对正常运行会带来问题。如阻碍沼气的顺利释放，或堵塞出气管，导致沼气从沉淀区逸出，干扰沉淀效果等。为了清除浮渣，必须设立专门的清除设备或预防措施。

在沉淀区产生的浮渣，可用刮渣机去除。

在气室形成的浮渣，难以清除，可定期进行循环水或沼气反冲等方式，减少或去除浮渣，这时必须设置冲洗管道和循环泵（或气泵）排泥系统设计：

UASB反应器污泥床区均匀排泥也是使反应器正常工作的重要因素。因为反应器池底面积大，所以不宜集中在一点排泥，否则将导致污泥床区的分布不均匀，因此必须设立多点排泥。根据运行经验建议每10m2设一排泥口。当采用穿孔管配水系统时，同时把穿孔管兼作排泥管较为合适的。专设排泥管管径一般不小于200mm，以防堵塞。

四、应用

UASB反应器主要用于中高浓度有机废水的处理，如酒精废水、柠檬酸废水、酿造废水、啤酒废水、淀粉废水等的处理，在有效处理污染的同时，可以回收大量清洁能源，可以说是一举多得。

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