上流式厌氧污泥床 (UASB)

随着活性污泥法、生物滤池等好氧生物处理工艺的开发和推广
应用，厌氧生物处理被认为是效率低、HRT长、受温度等环境条
件的影响大，因此处于一种被遗弃的状态。
厌氧生物处理发展
❖70年代以来，由于能源危机、微生 物学的发展，厌氧生物处理技术成 为关注的热点。
❖荷兰Wageningen农业大学的Gatze Lettinga教授于70年代初开发出来 UASB（Upflow Anaerobic Sludge Bed Reactor ）工艺，标志着高效 厌氧反应器应用的开始。
负荷确定；
▪ 由于在沉淀区的厌氧污泥与水中残余的有机 物尚能产生生化反应，有少量的沼气产生， 对固液分离有一定的干扰。这种情况在处理 高浓度有机废水时有可能更为明显，所以建 议表面负荷：N ＜ 1.0 m3/（m2·h）。
（三）三相分离器设计——沉淀区
设计
❖该形式的三相分离器集气罩顶以上的覆盖
水深可采用h2＝0.5～1.0 m，集气罩斜面的 坡度应采用θ＝55o～60 o，沉淀区斜面的 高度建议采用h4＝0.5～1.0 m。
❖不论何种形式的三相分离器，其沉淀区的 总水深应≥1.5 m，并保证在沉淀区的停留 时间介于1.5～2.0 h。
（三）三相分离器设计——回流缝
设计
❖三相分离器由上、下两组重叠的三角形集气 罩所组成，根据几何关系有：
b1＝h3／tgθ
b1 —下三角形集气罩底的1/2宽度，m； θ—下三角形集气罩斜面的水平夹角，采用55o～60 o； h3—下三角形集器罩的垂直高度，m。
主要内容
1 厌氧生物处理与UASB概述 2 UASB反应器设计 3 UASB工程设计案例
日趋严重的能源危机引发的思考
可再生能源技术：
高效节能降耗技术：
➢太阳能
废水生物处理➢超导体
➢生物质能……
➢混合动力汽车……
对污水生物处理的思考
❖ 传统好氧生物处理方法处理污水要消耗大量能源。好氧生 物处理工程中约45%的费用为曝气能耗。用于污水处理的 能耗占到全社会总电耗的约1％。
（三）三相分离器设计——回流缝
设计
❖b2通过下式进行计算：
b2＝b－2b1
b2—相邻二个下三角形集气罩之间的水平距离，m； b—单元三相分离器的宽度，m。
（三）三相分离器设计——回流缝
设计
❖下三角形集气罩之间的污泥回流缝中混合
液的上升流速（v1）可用下式计算：
S1＝b2×l×n
v1—回流缝中混合液上升流速，m/h； Q—反应器设计废水流量，m3/h； S1—下三角形集气罩回流缝的总面积，m2。
❖污泥活性高，反应器的水力停留时间相应 短；
❖不仅适合于处理高、中浓度的有机工业废 水，也适合于处理低浓度的城市污水；
❖UASB集生物反应和沉淀分离于一体，结构 紧凑。
二、UASB反应器的设计
UASB反应器主要设计内容
❖有效容积及尺寸 ❖三相分离器 ❖进水配水系统 ❖出水系统
（一）有效容积及尺寸设计
厌氧生物过程
➢无需曝气 ➢生产沼气
❖ 污水中有机污染物本是 一种生物质能源成份， 采用好氧生物降解的方 式将其去除，是对生物 能源的一种极大浪费。
节能技术+生物 质能技术
一、厌氧生物处理及UASB概述
厌氧生物过程概述
厌氧生物过程
——三阶段理论
厌氧生物处理特点
❖能量消耗低 ❖高容积负荷：5～10 kgCOD/m3d ❖低污泥产率：0.03 kgMLVSS/kg COD ❖生物质能源：甲烷 ( 沼气 ) 0.35～0.45
UASB反应器的技术关键
❖ 在UASB反应器的上部设置了气、 固、液三相分离器；
❖ 在反应器底部设置了均匀布水 系统；
❖ 反应器内的污泥能形成高浓度 颗粒污泥。颗粒污泥直径为 0.1-0.5 cm，具有良好的沉降 性能和很高的产甲烷活性。
三相分离器
颗粒污泥
配水系统
UASB的工艺优势
❖污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度5三相分离器设计
❖三相分离器的型式是多种多样的，但其主要 功能均为：
▪ 气液分离 ▪ 固液分离 ▪ 污泥回流
❖主要组成部分为气封、沉淀区和回流缝。 ❖常见的构造形式有三种。
（三）三相分离器设计
❖ A和C构造简单，维护方便，但泥水分离情况相对较差， 在回流缝同时存在上升和下降两股流体，相互干扰， 易导致污泥回流不畅。
❖ B构造相对复杂，污泥回流和水流上升不干扰，污泥回 流通畅，泥水分离效果较好，气体分离效果也较好。
（三）三相分离器设计
❖三相分离器的设计：
▪ 沉淀区设计 ▪ 回流缝设计 ▪ 气液分离设计
（三）三相分离器设计
（三）三相分离器设计——沉淀区设计
❖三相分离器沉淀区的设计与普通二沉池设 计类似。
❖主要考虑两个因素：沉淀区面积和水深。 ❖沉淀区的面积根据废水量和沉淀区的表面
v1＝Q／S1
l—反应器的宽度，即三相分离器的长度，m； n—反应器的三相分离器单元数。
m3/kg COD, 21000～25000 kJ/m3 ❖低营养比：BOD5:N:P=200:5:1
厌氧生物处理发展
❖ 厌氧生物反应器最早产生 于1881年，最初的厌氧反应 器是 Moris 厌氧池, 随后 产生了腐败池（septic tank）和 Imhoff 厌氧池 。
停留时间很长，池体体积大； 出水水质很差，泥水气分离差
（一）有效容积及尺寸设计
❖反应器的有效高度常采用4～6m。低浓度废 水，采用较小的高度；高浓度有机废水， 常采用较大的反应器高度。
A＝V／H
考虑运行灵活性和维 修，须设计两座以及 两座以上的反应器。
（一）有效容积及尺寸设计
❖ 由于反应器的水平面 积一般与三相分离器 的沉淀面积相同，所 以确定的水平面积（A） 必须用沉淀区的表面 负荷来校核（沉淀表 面负荷一般应小于1.0 m3/（m2·h），如不合 适则适当调整反应器 的高度。
❖有效反应容积的确定
V＝QS0／NV
V—反应器有效容积，m3； Q—废水流量，m3/d； S0—进水有机物浓度，g COD/L或g BOD5/L； NV—容积负荷，kg COD/(m3·d)或kg BOD5/(m3·d)。
（一）有效容积及尺寸设计
不同温度下的UASB负荷设计（NV）
V＝QS0／NV A＝V／H