UASB反應(yīng)器廢水被盡可能均勻的引入反應(yīng)器的底部，污水向上通過(guò)包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥床。厭氧反應(yīng)發(fā)生在廢水和污泥顆粒接觸的過(guò)程。在厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生的沼氣(主要是甲烷和二氧化碳)引起了內(nèi)部的循環(huán)，這對(duì)于顆粒污泥的形成和維持有利。在污泥層形成的一些氣體附著在污泥顆粒上，附著和沒(méi)有附著的氣體向反應(yīng)器頂部上升。上升到表面的污泥撞擊三相反應(yīng)器氣體發(fā)射器的底部，引起附著氣泡的污泥絮體脫氣。氣泡釋放后污泥顆粒將沉淀到污泥床的表面，附著和沒(méi)有附著的氣體被收集到反應(yīng)器頂部的三相分離器的集氣室。置于其使單元縫隙之下的擋板的作用為氣體發(fā)射器和防止沼氣氣泡進(jìn)入沉淀區(qū)，否則將引起沉淀區(qū)的絮動(dòng)，會(huì)阻礙顆粒沉淀。包含一些剩余固體和污泥顆粒的液體經(jīng)過(guò)分離器縫隙進(jìn)入沉淀區(qū)。
由于分離器的斜壁沉淀區(qū)的過(guò)流面積在接近水面時(shí)增加，因此上升流速在接近排放點(diǎn)降低。由于流速降低污泥絮體在沉淀區(qū)可以絮凝和沉淀。累積在三相分離器上的污泥絮體在一定程度上將超過(guò)其保持在斜壁上的摩擦力，其將滑回反應(yīng)區(qū)，這部分污泥又將與進(jìn)水有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)。
二、UASB反應(yīng)器的構(gòu)成
UASB反應(yīng)器包括以下幾個(gè)部分：進(jìn)水和配水系統(tǒng)、反應(yīng)器的池體和三相分離器。
在UASB反應(yīng)器中重要的設(shè)備是三相分離器，這一設(shè)備安裝在反應(yīng)器的頂部并將反應(yīng)器分為下部的反應(yīng)區(qū)和上部的沉淀區(qū)。為了在沉淀器中取得對(duì)上升流中污泥絮體/顆粒的滿意的沉淀效果，三相分離器一個(gè)主要的目的就是盡可能有效地分離從污泥床/層中產(chǎn)生的沼氣，特別是在高負(fù)荷的情況下，在集氣室下面反射板的作用是防止沼氣通過(guò)集氣室之間的縫隙逸出到沉淀室，另外擋板還有利于減少反應(yīng)室內(nèi)高產(chǎn)氣量所造成的液體絮動(dòng)。反應(yīng)器的設(shè)計(jì)應(yīng)該是只要污泥層沒(méi)有膨脹到沉淀器，污泥顆粒或絮狀污泥就能滑回到反應(yīng)室(應(yīng)該認(rèn)識(shí)到有時(shí)污泥層膨脹到沉淀器中不是一件壞事。相反，存在于沉淀器內(nèi)的膨脹的泥層將網(wǎng)捕分散的污泥顆粒/絮體，同時(shí)它還對(duì)可生物降解的溶解性COD起到一定的去除作用)。只一方面，存在一定可供污泥層膨脹的自由空間，以防止重的污泥在暫時(shí)性的有機(jī)或水力負(fù)荷沖擊下流失是很重要的。水力和有機(jī)(產(chǎn)氣率)負(fù)荷率兩者都會(huì)影響到污泥層以及污泥床的膨脹。UASB系統(tǒng)原理是在形成沉降性能良好的污泥凝絮體的基礎(chǔ)上，并結(jié)合在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置污泥沉淀系統(tǒng)使氣、液、固三相得到分離。形成和保持沉淀性能良好的污泥(其可以是絮狀污泥或顆粒型污泥)是UASB系統(tǒng)良好運(yùn)行的根本點(diǎn)。
1、三相分離器的原理
在UASB反應(yīng)器中的三相分離器(GLS)是UASB反應(yīng)器有特點(diǎn)和重要的裝置。它同時(shí)具有兩個(gè)功能：①能收集從分離器下的反應(yīng)室產(chǎn)生的沼氣;②使得在分離器之上的懸浮物沉淀下來(lái)。對(duì)上述兩種功能均要求三相分離器的設(shè)計(jì)避免沼氣氣泡上升到沉淀區(qū)，如其上升到表面將引起出水混濁.降低沉淀效率，并且損失了所產(chǎn)生的沼氣。設(shè)計(jì)三相分離器的原則是：
(1)間隙和出水面的截而積比影響到進(jìn)入沉淀區(qū)和保持在污泥相中的絮體的沉淀速度。
(2)分離器相對(duì)于出水液面的位置確定反應(yīng)區(qū)(下部)和沉淀區(qū)(上部)的比例。在多數(shù)UASB反應(yīng)器中內(nèi)部沉淀區(qū)是總體積的15%—20%。
(3)三相分離器的傾角這個(gè)角度要使固體可滑回到反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)，在實(shí)際中是在45～60℃之間。這個(gè)角度也確定了三相分離器的高度，從而確定了所需的材料。
(4)分離器下氣液界面的面積確定了沼氣的釋放速率。適當(dāng)?shù)尼尫怕蚀蠹s是1～3m3/(m2·h)。速率低有形成浮渣層的趨勢(shì)，非常高導(dǎo)致形成氣沫層，兩者都導(dǎo)致堵塞釋放管。
對(duì)于低濃度污水處，當(dāng)水力負(fù)荷是限制性設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，在三相分離器縫隙處保持大的過(guò)流面積，使得上升流速在這一過(guò)水?dāng)嗝嫔媳M可能的低是十分重要的。原則上只有出水截面的面積(而不是縫隙面積)才是決定保持在反應(yīng)器中沉速絮體的關(guān)鍵。
2、進(jìn)水和配水系統(tǒng)的要求
進(jìn)水系統(tǒng)兼有配水和水力攪拌的功能，為了保證這兩個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，需要滿足如下原則：
(1)進(jìn)水裝置的設(shè)計(jì)使分配到各點(diǎn)的流量相同，確保單位面積的進(jìn)水量基本相同，防止發(fā)生短路等現(xiàn)象;
(2)很容易觀察進(jìn)水管的堵塞，當(dāng)堵塞發(fā)現(xiàn)后、必須很容易被清除。
(3)應(yīng)盡可能的(雖然不是必須的)滿足污泥床水力攪拌的需要，保證進(jìn)水有機(jī)物與污泥迅速混合.防止局部產(chǎn)生酸化現(xiàn)象。
為確保進(jìn)水等量地分布在池底，每個(gè)進(jìn)水管僅與—個(gè)進(jìn)水點(diǎn)相連接是理想狀態(tài)，只要保證每根配水管流量相等，即可取得均勻布水的要求;因此有必要采用特殊的布水分配裝置，以保證一根配水管只服務(wù)一個(gè)配水點(diǎn)，為了保證每一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)達(dá)到應(yīng)得的進(jìn)水流量，建議采用高于反應(yīng)器的水箱式(或渠道式)進(jìn)水分配系統(tǒng)。圖1—1給出了一種連續(xù)流的布水器形式，這種敞開的布水器的—個(gè)好處是可以容易用肉眼觀察堵塞情況。對(duì)高濃度廢水由于水力負(fù)荷較低，采用脈沖式進(jìn)水分配裝置是一種較好的選擇。
三、UASB反應(yīng)器的主要設(shè)備
1、反應(yīng)器的池體
有兩種基本幾何形狀的UASB反應(yīng)器：即矩形和圓形。這兩種類型的反應(yīng)器都已大量應(yīng)用于實(shí)際中。
圓形反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)于圓形反應(yīng)器在同樣的面積下，其周長(zhǎng)比正方形的少12%。所以圓形池子的建造費(fèi)用比具有相同面積的矩形反應(yīng)器至少要低12%。但是圓形反應(yīng)器的這一優(yōu)點(diǎn)僅僅在采用單個(gè)池子時(shí)才成立，所以，單個(gè)或小的反應(yīng)器可以建造成圓形的。
而大的反應(yīng)器經(jīng)常建成矩形的或方形的。當(dāng)建立兩個(gè)或兩個(gè)以上反應(yīng)器時(shí)，矩形反應(yīng)器可以采用共用壁。當(dāng)建造多個(gè)矩形反應(yīng)器時(shí)有其性。對(duì)于采用公共壁的矩形反應(yīng)器，池型的長(zhǎng)寬比對(duì)造價(jià)也有較大的影響。對(duì)于大型UASB反應(yīng)器建造多個(gè)池子的系統(tǒng)是有益的，這可以增加處理系統(tǒng)的適應(yīng)能力。如果有多個(gè)反應(yīng)池的系統(tǒng)，則可能關(guān)閉一個(gè)進(jìn)行維護(hù)和修理，而其他單元的反應(yīng)器繼續(xù)運(yùn)行。
混凝土結(jié)構(gòu)的UASB反應(yīng)器是為常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)和材料型式，但是采用標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的設(shè)計(jì)必須考慮結(jié)構(gòu)的通用性和簡(jiǎn)單性，在此基礎(chǔ)上形成的系列化設(shè)計(jì)才能有生命力和推廣的價(jià)值。
(1)平面布置池體的標(biāo)準(zhǔn)化主要是根據(jù)三相分離器的尺寸進(jìn)行布置的，目前生產(chǎn)的三相分離器的平面尺寸是2m×5m。根據(jù)這一形式布置池體有以下幾種方式(圖2-3、2-4和2-5)。圖2-3中(a)為整個(gè)池表面均采用三相分離器的形式，而(b)是池頂?shù)囊徊糠植捎贸伢w本身結(jié)構(gòu)構(gòu)成氣室;這樣可以節(jié)省一部分三相分離器的投資。整個(gè)池子分成單池單個(gè)分離器、雙池每池單個(gè)分離器和單池兩個(gè)分離器的形式，很明顯如果需要也可以構(gòu)成雙池每池兩組分離器的形式。由于三相分離器的尺寸的原因，所以池子的寬度是以5m為模數(shù)，長(zhǎng)度方向是以2m為模數(shù)。原則上如果采用管道或渠道布水，池子的長(zhǎng)度是不受限制。如前所述出于反應(yīng)器的長(zhǎng)寬比的范圍涉及到建筑物的經(jīng)濟(jì)性，所以在上述范圍內(nèi)選擇要結(jié)合池子組數(shù)考慮適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)寬比。