養(yǎng)殖造紙廢水處理神器UASB厭氧反應(yīng)器
養(yǎng)殖造紙廢水處理神器UASB厭氧反應(yīng)器
1、UASB反應(yīng)器的基本介紹
1.1 UASB反應(yīng)器的基本構(gòu)造和原理
圖1是UASB反應(yīng)器的示意圖。UASB反應(yīng)器的主體部分主要分為兩個(gè)區(qū)域，即反應(yīng)區(qū)和三相分離區(qū)。其中反應(yīng)區(qū)為UASB反應(yīng)器的工作主體。
在UASB反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)下部，是由沉淀性能良好的污泥(通常是顆粒污泥)形成的厭氧污泥床，污泥濃度可達(dá)到50～100g/l或更高。廢水由反應(yīng)器底部進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，由于水的向上流動(dòng)和產(chǎn)生的大量氣體上升形成良好的自然攪拌作用，并使一部分污泥在反應(yīng)區(qū)的上方形成相對(duì)稀薄的污泥懸浮區(qū)，懸浮區(qū)污泥濃度一般在5～40g/l范圍內(nèi)。懸浮液進(jìn)入分離區(qū)后，氣體首*入集氣室被分離，含有懸浮液的廢水進(jìn)入分離區(qū)的沉降室，污泥在此沉降，由斜面返回反應(yīng)區(qū)，澄清后的處理水溢流排出。
1.2 UASB的產(chǎn)生及發(fā)展
UASB反應(yīng)器是由Lettinga等人于1973～1977年間研制成功的。升流式厭氧污泥床與其它大多數(shù)厭氧生物處理裝置不同之處是：廢水由下向上流過(guò)反應(yīng)器，污泥無(wú)需特殊攪拌設(shè)備；反應(yīng)器頂部裝有三相分離器。它的突出特點(diǎn)是能在反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)污泥顆?；?，顆粒污泥的直徑一般為0.1～2cm，相對(duì)密度為1.04～1.08，具有良好的沉淀性能和很高的產(chǎn)甲烷活性。污泥顆?；?，反應(yīng)器水力停留時(shí)間比較短，所以UASB反應(yīng)器具有很高的容積負(fù)荷。
我國(guó)從1980年初開發(fā)和引進(jìn)UASB處理技術(shù)后，在高濃度有機(jī)廢水厭氧處理技術(shù)的發(fā)展方面進(jìn)行了大量的開發(fā)研究，針對(duì)高濃度廢水的特點(diǎn)，以啤酒、釀造業(yè)進(jìn)行了攻關(guān)研究，在小試和中試研究的基礎(chǔ)上，建立了一些示范工程。在此期間上厭氧技術(shù)也在迅速發(fā)展。由第2代高效厭氧反應(yīng)器UASB向第3代厭氧反應(yīng)器發(fā)展，其中有代表性的是厭氧顆粒污泥膨脹床反應(yīng)器（EGSB）及內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器(IC)。
1.3 UASB反應(yīng)器在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況
UASB反應(yīng)器作為如今高效厭氧反應(yīng)器中應(yīng)用泛的反應(yīng)器之一，具有能耗低、造價(jià)低、能產(chǎn)生生物能等特點(diǎn)，因而是值得推廣應(yīng)用的一種新型生化厭氧處理反應(yīng)器。*以來(lái)被廣泛應(yīng)用于各種類型的廢水處理，在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用研究中也常常出現(xiàn)。
在國(guó)外如美國(guó)、芬蘭、泰國(guó)、瑞士、加拿大和奧地利都曾利用UASB反應(yīng)器處理各種生產(chǎn)廢水，如甜菜制糖加工廢水、啤酒和酒精加工廢水、生活污水、牛奶廢水的處理等，都取得了較好的處理效果。我國(guó)于1981年開始了對(duì)UASB反應(yīng)器的試驗(yàn)研究，許多單位在處理高濃度有機(jī)廢水時(shí)采用UASB反應(yīng)器進(jìn)行處理，已取得了較好的成效。對(duì)于UASB反應(yīng)器等厭氧處理構(gòu)筑物處理高濃度有機(jī)廢水，其出水一般未能達(dá)到廢水的排放要求，所以往往采取與其他處理工藝相結(jié)合的方式。在1990年代末期出現(xiàn)了UASB與其他工藝聯(lián)合使用的例子，如UASB-AF工藝處理*廢水，上流式厭氧污泥床過(guò)濾器處理滌綸廢水等，提高了處理效果。
2、UASB反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)及存在的主要問題
2.1 UASB反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)
UASB比較廣泛應(yīng)用于高濃度的有機(jī)廢水處理，相比于其他反應(yīng)器有其*的優(yōu)點(diǎn)，具體如下：
（1）可培養(yǎng)出降解活性較高的顆粒污泥：由于厭氧顆粒污泥降解能力強(qiáng)，沉降性能好，所以利用UASB反應(yīng)器處理大部分高濃度有機(jī)廢水，在反應(yīng)運(yùn)行穩(wěn)定的前提下，顆粒污泥的生長(zhǎng)可維持反應(yīng)器內(nèi)較高的生物量。
（2）初次啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)但二次啟動(dòng)較短：UASB反應(yīng)器初次啟動(dòng)所需時(shí)間較長(zhǎng)。但是當(dāng)UASB正常運(yùn)行后進(jìn)行二次啟動(dòng)，由于在初次啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生有剩余顆粒污泥，而成熟的顆粒污泥可以在常溫下保存很長(zhǎng)時(shí)間而不損失其活性，并且對(duì)各類廢水有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，所以反應(yīng)器的二次啟動(dòng)時(shí)間將大大縮短。
（3）對(duì)各類廢水的適應(yīng)性較強(qiáng)：厭氧顆粒污泥對(duì)各種不利條件的抗性較強(qiáng)，利用UASB反應(yīng)器可以處理各種濃度的有機(jī)廢水，也可處理有毒有害廢水，如含酚廢水等。同時(shí)，UASB反應(yīng)器對(duì)溫度的要求也較低，不僅可在高溫、中溫條件下進(jìn)行，也可在常溫、低溫下進(jìn)行反應(yīng)，且能取得較高的處理效果。
（4）無(wú)需設(shè)分離裝置，簡(jiǎn)化工藝：由于在反應(yīng)器的頂部設(shè)置了氣固液三相分離器，沉降性能良好的厭氧顆粒污泥可以通過(guò)三相分離器自行下降并返回到下部的反應(yīng)區(qū)，避免了增設(shè)沉淀分離裝置、輔助脫氣裝置及回流污泥設(shè)備，簡(jiǎn)化了工藝，減少了裝置的投資成本和反應(yīng)運(yùn)行費(fèi)用。同時(shí)，顆粒污泥在上升后終返回到反應(yīng)區(qū)，在反應(yīng)器內(nèi)部保持了污泥的總量，能夠維持較高的生物量。
（5）反應(yīng)器內(nèi)無(wú)需攪拌設(shè)備也無(wú)需投加填料和載體：在UASB反應(yīng)器中，由于顆粒污泥的密度較小，在適度的水力負(fù)荷范圍內(nèi)，可以靠反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的上升氣流和水流上升力來(lái)推動(dòng)污泥與污水的充分混合及接觸，因此，無(wú)須另設(shè)攪拌設(shè)備和回流污泥設(shè)備，降低裝置投入成本。由于在UASB反應(yīng)器中，上升的污水是通過(guò)與反應(yīng)器中的顆粒污泥充分接觸發(fā)生厭氧反應(yīng)的，所以無(wú)須另外投加填料和載體。
（6）一般不易形成股流：由于反應(yīng)器中產(chǎn)生的上升氣流和污水的上流力較為均勻，污水向上流動(dòng)在反應(yīng)區(qū)與顆粒污泥充分混合，所以在UASB反應(yīng)器內(nèi)在負(fù)荷適度、布水均勻的情況下一般不易形成股流。
2.2 UASB反應(yīng)器的工藝存在的問題
雖然UASB反應(yīng)器相比于其他反應(yīng)器有其*的優(yōu)點(diǎn)，在處理高濃度有機(jī)廢水方面的應(yīng)用也是非常具備競(jìng)爭(zhēng)力的，但也無(wú)可避免地存在一些弊端，尚有一些難以控制的問題。
（1）污泥顆?；男纬桑篣ASB反應(yīng)器能培養(yǎng)出沉降性能良好的厭氧顆粒污泥，但是這具有一定的難度，與系統(tǒng)中的堿度大小、水力負(fù)荷的高低、以及COD、N、P的比例是否恰當(dāng)有關(guān)。
（2）污泥的流失：為了保證UASB反應(yīng)器的污泥總量，顆粒污泥在上升過(guò)程中與產(chǎn)生的氣泡分離，依靠重力作用重新返回到反應(yīng)區(qū)，這與污水的上流速度有關(guān)。由于污水的上流速度和反應(yīng)器中氣流的上升速率難以控制，所以保證反應(yīng)器中污泥不流失具有一定的難度。同時(shí)反應(yīng)器中厭氧微生物的自身生長(zhǎng)也可能導(dǎo)致污泥量的減少，因此，保證UASB反應(yīng)器中良好的生物停留狀態(tài)而不受水流影響是工作的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。
3、不同因素對(duì)UASB的影響
3.1有機(jī)負(fù)荷對(duì)UASB反應(yīng)器的影響
UASB反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷一般為10～30kg/（m3·d）。有機(jī)負(fù)荷太低，不利于厭氧菌的生長(zhǎng)。另一方面，沖擊負(fù)荷對(duì)UASB反應(yīng)器會(huì)有很大的負(fù)面影響，容易導(dǎo)致污泥溢出，COD去除率降低，嚴(yán)重的甚至造成反應(yīng)器酸化，厭氧消化受破壞。一般來(lái)說(shuō)，在UASB反應(yīng)器的啟動(dòng)初期采用較小的有機(jī)負(fù)荷，當(dāng)COD去除率達(dá)到較滿意值后，逐步提高負(fù)荷。提高有機(jī)負(fù)荷一般用逐漸加大進(jìn)水濃度的辦法，國(guó)內(nèi)有研究顯示，采用間歇進(jìn)水，逐漸延長(zhǎng)每次進(jìn)水時(shí)間的方法可以促進(jìn)顆粒污泥的形成。
3.2 pH值對(duì)UASB反應(yīng)器的影響
由于產(chǎn)甲烷菌對(duì)pH值變化適應(yīng)能力不強(qiáng)，所以UASB反應(yīng)器的pH值一般控制在6.8～7.2。否則，當(dāng)UASB反應(yīng)器酸化時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)的產(chǎn)酸菌大量生長(zhǎng)，產(chǎn)甲烷菌的活性受到抑制。在反應(yīng)器啟動(dòng)初期，為了保持pH值，投加堿提高緩沖能力是必要的。而到了穩(wěn)定處理階段，則由于成熟的微生物種群的形成而使反應(yīng)器獲得較高的穩(wěn)定性，可以不再加堿。此外，揮發(fā)性脂肪酸（VFA）在厭氧反應(yīng)器中的積累能反映出甲烷菌的不活躍狀態(tài)或反應(yīng)器的酸化程度。在低級(jí)脂肪酸中，丙酸的臨界抑制濃度，丙酸的積累往往造成反應(yīng)器運(yùn)行效率下降。因此可同時(shí)控制丙酸的濃度在一定范圍內(nèi)。
3.3 溫度對(duì)UASB反應(yīng)器的影響
UASB反應(yīng)器一般采用中溫35～45℃，高溫45～55℃厭氧消化。UASB反應(yīng)器要求在較穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。
3.4營(yíng)養(yǎng)物與微量元素對(duì)UASB反應(yīng)器的影響
厭氧消化過(guò)程中，有機(jī)污水通常缺氮，磷。厭氧處理對(duì)氮和磷的需要量比好氧法低，一般采用BOD：N：P的值為（300～500）：5：1。在UASB反應(yīng)器中投加一定量尿素，磷酸鹽，葡萄糖等，有利于厭氧消化的進(jìn)程，有利于顆粒污泥的形成。
4、UASB工藝的發(fā)展趨勢(shì)
雖然UASB工藝在我國(guó)的應(yīng)用已經(jīng)有了較大發(fā)展，但與國(guó)外水平尚有差距，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)在UASB反應(yīng)器及其配套設(shè)備的設(shè)備化和工程應(yīng)用上的探索和實(shí)踐。同時(shí)，在以下幾個(gè)方面，UASB厭氧處理工藝也正在實(shí)現(xiàn)新的發(fā)展:①低溫下UASB反應(yīng)器的運(yùn)行;②高溫厭氧處理;③用于處理不積累或不產(chǎn)生新的顆粒污泥的UASB反應(yīng)器;④處理含有高濃度毒性物質(zhì)的廢水;⑤低濃度廢水的厭氧處理。
厭氧處理系統(tǒng)具有負(fù)荷高、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、可以回收部分能源等優(yōu)點(diǎn)，非常適合我國(guó)國(guó)情。隨著研究的不斷深入與發(fā)展，相信UASB厭氧處理工藝的應(yīng)用前景是十分廣闊的。
