上流式厌氧污泥床反应器(UASB)

上流式厌氧污泥床反应器(UASB)

一、UASB反应器概述

UASB是上流式厌氧污泥床反应器(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)的简称。 该工艺具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点，是一项能够将污水中的污染物转化成再生清洁能源——沼气的技术。

1971年荷兰瓦格宁根（Wageningen）农业大学拉丁格（Lettinga）教授通过物理结构设计，利用重力场对不同密度物质作用的差异，发明了三相分离器。使活性污泥停留时间与废水停留时间分离，形成了上流式厌氧污泥床（UASB）反应器的雏型。

1974年荷兰CSM公司在其6m3反应器处理甜菜制糖废水时，发现了活性污泥自身固定化机制形成的生物聚体结构，即颗粒污泥（granular sludge）。

颗粒污泥的出现，不仅促进了以UASB为代表的第二代厌氧反应器的应用和发展，而且还为第三代厌氧反应器的诞生奠定了基础。

继荷兰之后，德国、瑞士、瑞典、美国、加拿大、澳大利亚、泰国、芬兰、西班牙以及中国也相继开展了对UASB的深入研究和开发工作，使这种厌氧处理工艺成为一种应用迅速、使用广泛的新型反应器技术，在高浓度有机工业废水处理中发挥它的作用。

国内对UASB反应器的研究是从80年代初开始的。北京市环境保护科学研究所首先开展了探索性的研究工作。此后，国内很多科研单位和大专院校也开展了研究工作先后对UASB的颗粒污泥培养、反应器的启动、颗粒污泥性能的分析、工艺运行条件的控制以及反应器的工艺设计等进行了广泛而深入的研究。

二、UASB反应器的基本构造

总的来讲，UASB反应器的构造型式主要有两种类型。

一种类型是周边出水、顶部出沼气的构造型式；

另一种类型是周边出沼气、顶部出水的构造型式；

当反应器容积较大时，也可以设多个出水口或多个沼气出气口的组合结构形式。

UASB反应器的基本构造主要包括以下几个部分： 污泥床

污泥悬浮层

沉淀区

三相分离器

进水和配水系统

1、污泥床

污泥床位于整个UASB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(MLSS)一般为40000~80000mg/L 污泥床中污泥由高度发展的颗粒污泥组成，其中活性生物量(或细菌)占70%~80%

以上的，正常运行的UASB中颗粒污泥的粒径一般在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，

典型的污泥容积指数(SVI)为10~20ml/g。

颗粒污泥中的生物相组成比较复杂，主要是杆菌、球菌和丝状菌等。

污泥床的容积一般占整个UASB反应器容积的30%左右，但它对UASB反应器的整体处理效率起着极为重要的作用，它对反应器中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%。

污泥床对有机物如此有效的降解作用，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而将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的上部，占据整个UASB反应器容积的70%左右。

其中的污泥浓度要低于污泥床，通常为15000~30000mg/L

污泥悬浮层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，SVI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%。

3、沉淀区

沉淀区位于UASB反应器的顶部。

其作用是使得由于水流的夹带作用而随上升水流进入出水区的固体颗粒(主要是

污泥悬浮层中的絮凝性污泥)在沉淀区沉降下来，并沿沉淀区底部的斜壁滑下而重新回到反应区内(包括污泥床和污泥悬浮层)，以保证反应器中污泥不致流失而同时保证污泥床中污泥的浓度。

可以通过合理调整沉淀区的水位高度来保证整个反应器的集气室的有效空间高度而防止集气空间的破坏。

4、三相分离器

三相分离器是UASB反应器中最有特点和最重要的装置，一般设置在沉淀区的下部，但也可将其设置在反应器的顶部，具体视所用的反应器的型式而定。

三相分离器由气体收集器和折流挡板组成。有时，也可将沉淀装置看做三相分离器的一个组成。

其主要作用是将气体(反应过程中产生的沼气)、固体(反应器中的污泥)和液体(被处理的废水)等三项加以分离。将沼气引入集气室，将处理出水引入出水区，将固体颗粒导入反应区。相当于传统污水处理工艺中的二次沉淀池，并同时具有污泥回流的功能。

5、进水和配水系统

UASB反应器的进水系统兼有配水和水力搅拌的功能。

目前生产性UASB反应器装置所采用的进水方式:

间隙式进水、

脉冲式进水、

连续均匀进水

连续进水与间隙回流相结合的进水方式

UASB反应器中一般情况下多采用连续进水的运行方式，必要时也可采用脉冲式进水和连续进水与间隙回流相结合的进水方式。采用后两种进水方式的目的是使反应器内的絮凝、颗粒污泥经常性地处于均匀混合和颗粒松散状态，多在反应器的启动初期或反应器中出现沟流时使用。当反应器运行正常后，一般不必进行回流，而进行连续进水。

三、UASB反应器的反应机理

UASB反应器中的厌氧反应过程与其它厌氧生物处理工艺一样，包括了极为复杂的生物反应过程。虽然迄今为止仍未完全了解反应过程中的复杂机理(对于诸如纤维素等非溶解性的复杂有机物而言更是如此)，但目前业已提出了比较全面的厌氧反应过程的有关基本过程。

厌氧反应过程与好氧处理过程不同，它有多种不同的微生物参与了底物的转化过程，经过复杂的反应将底物转化为最终产物。

在反应过程中，经过水解、发酵、产酸和产气步骤，复杂的底物被厌氧微生物转化为多种多样的中间产物，如糖类、有机酸、醇、醛和氢等，并最终转化为沼气。 在厌氧消化过程中参与反应的厌氧微生物主要有以下几种：