升流式厌氧污泥床反应器

3.2 升流式厌氧污泥 层反应器 （UASB）
一、升流式厌氧污泥层反应器的特 征及构造
1.特征 升流式厌氧污泥层(Upflow Anaerobic Sludge Blanket，简称 UASB)反应器是荷兰学者莱廷格 (Lettinga)等人在70年代初开发的，在国外，目前 己广泛用于高浓度有机废水处理，规模较大的容 积达5500m3，每天可产沼气2000m3，COD去除 率达85%。1980年代，北京市环境保护研究所、 清华大学、哈尔滨建筑工业大学开展了UASB的 研究，目前在我国工业废水处理中已得到广泛应 用。UASB反应器工作原理如图所示。
不同温度的设计容积负荷
温度（℃）
设计容积负荷[kgCOD/(m3/d)]
高温（50-55） 中温（30-35） 常温（20-25） 低温（10-15）
20-30 10-20 5-10 2-5
高度
反应器的有效通常应通过试验确定。 从设计、运行方面考虑：高度会影响上升流速， 高流速增加系统搅动和污泥与进水之间的接触， 但流速过高会引起污泥流失。为保持足够多的污 泥，上升流速不能超过一定的限值，从而使反应 器的高度受到限制；高度与CO2溶解度有关，反应 器越高CO2溶解的浓度越高，因此，pH值越低。如 pH值低于最优值，会危害甲烷菌的生长。 从经济上考虑：士方工程随池深增加而增加，但 占地面积则相反；考虑当地的气候和地形条件， 一般将反应器建成半地下式，减少建筑高度和保 温费用。 现行生产性装置的有效高度常采用4-6m。低浓度 废水，水力停留时间较短，常采用较小的高度， 浓度较高的废水水力停留时间长，则常采用较大 的反应器高度。
2.进水配水系统的设计
(3)多点多管配水系统
此种配水系统的特点是一根配水管只服务 一个配水点，配水管根数与配水点数相同。 只要保证每根配水管流量相等，则即可达 到每个配水点流量相等的要求。一般多采 用配水渠道通过三角堰把废水均匀流入配 水管的方式。也有在反应器不同高度设置 配水管和配水点。国外有些专利采用脉冲 配水器，每根管是间歇进水的，但整个反 应器是连续进水的。

座数
为了运行的灵活性,同时考虑维修的可能，一般设 二座或二以上反应器，即分格化。这样，单座反 应器尺寸不会过大，可避免体积过大带来的布水 均匀性问题；同时多个反应器对系统的启动是有 利的，可首先启动一个，再用这个反应器的污泥 去接种其他反应器；另外，有利于维护与检修， 可放空一个反应器进行检修而不影响系统的运行。 由于反应器的水帄面积一般与三相分离器的沉淀 面积相同，所以确定的水帄面积必须用沉淀区的 表面负荷来校核，如不适合，则必须改变反应器 的高度或加大三相分离器沉淀区的面积。
2.进水配水系统的设计

(2)穿孔管配水系统 为了配水均匀，配水管中心距可采用l.0-2.Om， 出水孔距也可采用1.0-2.0m，孔径一般为lO20mm，常采用15mm，孔口向下或与垂线呈450 方向，每个出水孔服务面积一般为2-4m2。配水 管的直径最好不小于100mm，配水管中心距池底 一般为20-25cm。为了使穿孔管各孔出水均匀， 要求出口流速不小于2m/s，使出水孔阻力损失大 于穿孔管的沿程阻力损失，为了增大出水孔的流 速,可采用脉冲间歇进水。
1.UASB反应器容积及主要构造尺寸 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=Q· HRT QS0
V 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，gCOD/L或gBOD5/L； Nv--容积负荷，kgCOD或BOD5/(m3· d)； C1、C2—反应常数。
2.构造
反应器主要由下列几部分组成 1)进水配水系统，其主要功能是：①将进入反应 器的原废水均匀地分配到反应器整个横断面；并 均匀上升；②起到水力搅拌的作用。这都是反应 器高效运行的关键环节。 2)反应区，是升流式厌氧污泥床的主要部位，包 括颗粒污泥区和悬浮污泥区。在反应区内存留大 量厌氧污泥，具有良好凝聚和沉淀性能的污泥在 池底部形成颗粒污泥层。废水从厌氧污泥床底部 流入，与颗粒污泥层中的污泥进行混合接触，污 泥中的微生物分解有机物，同时产生的微小沼气 气泡不断地放出。微小气泡在上升过程中，不断 合并，逐渐形成较大的气泡。在颗粒污泥层上部， 由于沼气的搅动，形成一个污泥浓度较小的悬浮 污泥层。

2.进水配水系统的设计
进水配水系统兼有配水和水力搅拌的功能， 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同，以防止短 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，防止局部产生酸化现象。
3.三相分离器设计
3.三相分离器设计

(2)三相分离器的布置形式 三相分离器有多种多样的布置形式，下面将列出 常用的几种形式。对于容积较大的UASB反应器， 往往有若干个连续安装的三相分离器系统
1.特征
UASB反应器的构造特点(见图3-19-22) 是集生物反应与沉淀于一体，结构紧凑。 废水由配水系统从反应器底部进入，通过 反应区经气、固、液三相分离器后进入沉 淀区。气、固、液分离后，沼气由气室收 集，再由沼气管流向沼气柜。固体(污泥)由 沉淀区沉淀后自行返回反应区，沉淀后的 处理水从出水槽排出，勿需设沉淀池和污 泥回流装置。UASB反应器内不设搅拌设备， 上升水流和沼气产生的气流足可满足搅拌 要求。UASB反应器的构造简单，便于操作 运行。
1 E c2 HRT 尺寸 的确定

容积负荷值与反应器的温度、废水的性质和浓度有关， 同时与反应器内是否形成颗粒污泥也有很大关系。对某 种废水，反应器的容积负荷一般应通过试验确定，如有 同类型的废水处理资料，可以作为参考选用。 食品工业废水或与其性质相似的其他工业废水，采用 UASB反应器处理，在反应器内往往能够形成厌氧颗粒 污泥，不同反应温度下的进水容积负荷可参考表3-1910所列数据确定，COD去除率一般可达80-90%。但如 果反应器内不能形成厌氧颗粒污泥，而主要为絮状污泥， 则反应器的容积负荷不可能很高，因为负荷高絮状污泥 将会大量流失。所以进水容积负荷一般不超过 5kgCOD/(m3/d)。

面积
在同样的下正方形池的周长比矩形池要小，矩形 UASB需要更多的建筑材料。以截面积为60m2的 反应器为例，30m× 20m的反应器与15m× 40m的 反应器周长相差10%，这意味着建筑费用要增加 10%。但从布水均匀性考虑，矩形的长/宽比较大 较为合适，同时考虑经济性，矩形池的长/宽比在 2:1以下较为合适。长/宽比在4:1时费用增加十分 显著。 圆形反应器在同样的面积下，其周长比正方形的 少12%。但这一优点仅仅在采用单池时才成立。 当建立两个或两个以上反应器时，矩形反应器可 以采用共用壁。对于采用公共壁的矩形反应器， 池型的长宽比对造价也有较大的影响。如果不考 虑其他因素，这是一个在设计中需要优化的参数。
2.进水配水系统的设计
2.进水配水系统的设计
配水系统的形式确定后，就可进行管道布
置、计算管径和水头损失。根据水头损失 和反应器(或配水渠)水面和调节池(或集水 池)水面高程差计算进水水泵所需的扬程， 可以选择合适的水泵。
3.三相分离器设计
(l)三相分离器的基本构造
三相分离器的型式是多种多样的，但其三 项主要功能均为: 气液分离、固液分离和污 泥回流三个功能；主要组成部分为气封、 沉淀区和回流缝。图3-19-28 所示为三相分 离器的基本构造形式。 a式构造简单，但泥水分离的情况不佳，在 回流缝同时存在上升和下降两股流体，相 互干扰，污泥回流不通畅。c式也存在类似 情况。b式的构造较为复杂，但污泥回流和 水流上升互不干扰，污泥回流通畅，泥水 分离效果较好，气体分离效果也较好。
其特点是反应器 的顶部加盖密封。在 液面与地顶之间形成 一个气室，可以同时 收集反应区和沉淀区 产生的沼气。这种型 式反应器适用于处理 高浓度有机废水或含 硫酸盐较高的有机废 水。此种型式反应器 的池盖也可为浮盖式。
二、升流式厌氧污泥层反应器的 设计
UASB
反应器设计的主要内容有下列几项： 首先根据处理废水的性质选定适宜的地型 和确定有效容积及其主要部位的尺寸，如 高、直径、长宽比等。其次，设计进水配 水系统、出水系统和三相分离器。此外,还 要考虑排泥和刮渣系统。

其特点是反应器 的顶部不加密封，出 水水面是开放的，或 加一层不密封的盖板， 这种UASB反应器主要 适用于处理中低浓度 的有机废水。中低浓 度废水经UASB反应器 处理后,出水中的有机 物浓度已较低，所以 在沉淀区产生的沼气 数量很少，一般不再 收集。这种型式反应 器构造比较简单，易 于施工安装和维修。

UASB反应器构造 分类
开敞式UASB 反应器 封闭式UASB反应器 UASB 反应器的断面形状一般为圆形或矩形。反 应器常为钢结构或钢筋混凝土结构。当采用钢结 构时，常采用圆形断面，当采用钢筋混凝土结构 时，则常用矩形断面。由于三相分离器构造要求， 采用矩形断面便于设计和施工。 UASB 反应器处理废水一般不加热，利用废水本 身的水温。如果需要加热提高反应的温度，则采 用与对消化池加热相同的方法。但反应器一般都 采用保温措施，方法同消化池。反应器必须采取 防腐蚀措施。

1.特征
UASB反应器的工艺特征是在反应器的上部设置气、 固、液三相分离器，下部为污泥悬浮层区和污泥床区， 废水从反应器底部流入，向上升流至反应器顶部流出， 由于混合液在沉淀区进行固液分离，污泥可自行回流到 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，颗粒污泥的粒径一般为0.l-0.2cm，比重为 1.04-1.08，具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。 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，而反应器的水力停留 时间比较短，所以UASB反应器具有很高的容积负荷， 在中温发酵条件下，一般可达10kgCOD/（m3· d）左右， 甚至能够高达15~40kgCOD/（m3· d）。UASB反应器不 仅适于处理高、中等浓度的有机废水，也适用于处理如 城市废水这样的低浓度有机废水。