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升流式厌氧污泥床

处理污水的厌氧生物方法

升流式厌氧污泥床（Upflow Anaerobic Sludge Bed，简称UASB），是由荷兰的Lettinga教授等在20世纪70年代开发的高效厌氧生物反应器，其结构如左图所示。反应器工作时，污水经过均匀布水进入反应器底部，污水自下而上地通过厌氧污泥床反应器。

反应器结构
反应器工作时，污水经过均匀布水进入反应器底部，污水自下而上地通过厌氧污泥床反应器。在反应器的底部有一个高浓度（可达100～150g/L）、高活性的污泥层。
在污泥层之上形成一个污泥悬浮层；反应器的上部设有三相分离器，完成气、液、固三相的分离；被分离的消化气从上部导出，被分离的污泥则自动滑落到姑浮污泥层，出水则从澄清区流出。由于在反应器内可以培养出大tt厌氧颗粒污泥，使反应器的负荷很大，对一般的高浓度有机污水，当水温在30℃左右时，负荷可达10～30kgC()D/(m3 · d)。
UASB反应器运行有三个重要的前提：①反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥；②产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌作用；③设计合理的三相分离器，能使沉淀性能良好的污泥保留在反应器内。良好的颗粒污泥床的形成，使得有机负荷和去除率高，不需要搅拌，能适应负荷冲击和温度与pH值的变化。
特点
UASB反应器具有如下的主要特点：
① 污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度达50gVSS/L以上，污泥龄一般为30天以上；
② 反应器的水力停留吋间相应较短；
③ 反应器具有很高的容积负荷；
④ 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；
⑤ UASB反应器集生物反应和沉淀分离于一体，结构紧凑；
⑥ 无需设置填料，节省了费用，提高了容积利用率；
⑦ 一般也无需设置搅拌设备，上升水流和沼气产生的上升气流起到搅拌作用；
⑧ 构造简单，操作运行方便。
结构
UASB反应器如图所示，集生物反应器与沉淀池于一体，是一种结构紧凑的厌氧反应器，主要组成部分包括：进水配水系统、反应区、三相分离器、出水系统、气室、浮渣收集系统、排泥系统等。
进水配水系统
进水配水系统设在反应器的底部，其功能主要有两个方面：①将废水均匀地分配到整个反应器的底部；②具有一定的水力搅拌作用，一个有效的进水配水系统是保证UASB反应器高效运行的关键之一。
反应区
反应区是UASB反应器中生化反应发生的主要场所，又分为污泥床[X:和污泥悬浮区， 其中的污泥床区主要集中了大部分高活性的颗粒污泥，是有机物的主要降解场所；而污泥悬浮区则是絮状污泥集中的区域。
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)~■般为40～80g/L。污泥床中的污泥由活性生物量（或细歯）占70%～80%以上 的颗粒污泥组成，正常运行的UASB屮的颗粒污泥的粒径一般在0.5～5.0mm之间，具有优良的沉降性能，其沉降速度一般为1.2～1.4cm/s，其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，对反应器中有机物的降解量占到整个反应器全部降解址的70%～90%。
② 污泥悬浮层
污泥悬浮层位于污泥床的上部，它占整个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15～30g/L，由高度絮凝的污泥组成，一般为非颗粒状污泥，其沉降速度要明敁小于颗粒污泥的沉降速度，污泥容积指数一般在30～40mL/g之间，靠来自污泥床屮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tt的10%～30%。
③ 沉淀区
沉淀区位于UASB反应器的顶部，其作用是使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）在沉淀区沉淀下来，并沿沉淀区底部的斜壁滑下而茁新回到反应区内（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。沉淀区的另一个作用是可以通过合理调整沉淀区的水位高度来保证整个反应器集气室的有效空间高度而防止集气空间的破坏。
三相分离器
三相分离器是UASB反应器中的重要设备，一般设置在沉淀区的下部，但有时也可将其没在反应器的顶部，由沉淀区、回流缝和气室组成。三相分离器的主要作用是将气体（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）等三相加以分离。为保证UASB正常工作，除需培养高沉降性、高活性的颗粒污泥外，三相分离器分离效果的好坏也是决定UASB成功的关键。其功能是将沼气引入集气室，将处理出水引入出水区，将固体颗粒导入反应区。由于厌氧工艺生物体的增殖速度慢，加上厌氧反应产生大量气体，如果三相分离器分离效果不佳，将导致大M污泥随出水带走，使反应器内污泥浓度降低，最终导致整个UASB反应器崩溃。具有三相分离器也是UASB反应器污水厌氧处理工艺的主要特点之一，它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。因而三相分离器的合理设计是保证苒正常运行的一个重要内容。
出水系统
出水系统的主要作用是将经过沉淀区后的出水均匀收集，并排出反应器。
集气室
集气室也称集气罩，是三相分离器的组成部分，其主要作用是收集厌氧反应产生的沼气。
浮渣收集系统
浮渣收集系统的主要功能是清除沉淀区液面和气室液面的浮渣。
排泥系统
排泥系统的主要功能是均匀地排除反应器内的剩余污泥。
形式工艺流程
(1) UASB的构造形式
根据废水水质不同，UASB反应器的构造形式不同，主要有开敞式UASB反应器和封闭式UASB反应器两种形式。
① 开敞式UASB反应器
其顶部不加密封，或仅加一层不太密封的盖板（主要防止臭气散发）；多用于处理中低浓度的有机废水，如图9-2(a)所示。其构造较简单，易于施工安装和维修9
② 封闭式UASB反应器
凡顶部加盖密封，这样在UASB反应器内的液面与池顶之间形成气室，主要适用于高
颗粒污泥
1) 颗粒污泥的性质与形成
能在反应器内形成沉降性能良好、活性高的颗粒污泥是UASB反应器的重要特征，颗粒污泥的形成与成熟，也是保证UASB反应器高效稳定运行的前提。
① 颗粒污泥的外观：
有呈卵形、球形、丝形等；
其平均直径为1mm，一般为0.1~2mm，最大可达3~5mm；
反应区底部的颗粒污泥多以无机粒子作为核心，外包生物膜；颗粒的核心多为黑色，生物膜的表层则呈灰白色、淡黄色或暗绿色等；反应区上部的颗粒污泥的挥发性相对较高；颗粒污泥质软，有一定的韧性和粘性。
② 颗粒污泥的组成
各类微生物、无机矿物以及有机的胞外多聚物
微生物：水解发酵菌、产氢产乙酸菌、和产甲烷菌
胞外多聚物是另一重要组成，在颗粒污泥的表面和内部，一般可见透明发亮的粘液状物质，主要是聚多糖、蛋白质和糖醛酸等；其存在有利于保持颗粒污泥的稳定性。
2) 颗粒污泥的类型
① A型颗粒污泥：
这种颗粒污泥中的产甲烷细菌以巴氏甲烷八叠球菌为主体，外层常有丝状产甲烷杆菌缠绕；比较密实，粒径很小，约为0.1~0.1mm。
② B型颗粒污泥：
B型颗粒污泥则以丝状产甲烷杆菌为主体，也称杆菌颗粒；表面规则，外层绕着各种形态的产甲烷杆菌的丝状体；在各种UASB反应器中的出现频率极高；密度为1.033~1.054g/cm3，粒径约为1~3mm。
③ C型颗粒污泥：
C型颗粒污泥由疏松的纤丝状细菌绕粘连在惰性微粒上所形成的球状团粒，也称丝菌颗粒；C型颗粒污泥大而重，粒径一般为1~5 mm，比重为1.01~1.05，沉降速度一般为5~10mm/s。
当反应器中乙酸浓度高时，易形成A型颗粒污泥；当反应器中的乙酸浓度降低后，A型颗粒污泥将逐步转变为B型颗粒污泥；当存在适量的悬浮固体时，易形成C型颗粒污泥。
3) 颗粒污泥的生物活性
颗粒污泥中的细菌是成层分布的，即外层中占优势的细菌是水解发酵菌，而内层则是产甲烷菌；颗粒污泥实际上是一种生物与环境条件相互依存和优化的生态系统，各种细菌形成了一条很完整的食物链，有利于种间氢和种间乙酸的传递，因此其活性很高。
4) 颗粒污泥的培养条件
在UASB反应器种培养出高浓度高活性的颗粒污泥，一般需要1~3个月；可以分为三个阶段：启动期、颗粒污泥形成期、颗粒污泥成熟期。
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