四方仪器|浅谈上流式厌氧泥床反应器的使用效果

　　UASB法由荷兰Lettinga教授于1977年发明，与其他厌氧生物处理工艺一样，包括水解，酸化，产乙酸和产甲烷等。UASB法具有不少优点，但该法一般不适用于处理含高浓度悬浮固体的废水。近年来，国内对其设计研究及工程应用增多，技术发展亦较快。

　　1、UASB反应器的反应原理

　　UASB反应器可分为两个区域，反应区和气、液、固三相分离区。在反应区下部，是由沉淀性能良好的污泥（颗粒污泥或絮状污泥），形成厌氧污泥床。

　　当废水由反应器底部进入反应器后，由于水的向上流动和产生的大量气体上升形成了良好的自然搅拌作用，并使一部分污泥在反应区的污泥床上方形成相对稀薄的污泥悬浮层。

　　悬浮液进入分离区后，气体首先进入集气室被分离，含有悬浮液的废水进入分离区的沉降室，由于气体已被分离，在沉降室扰动很小，污泥在此沉降，由斜面返回反应区。

　　在废水的厌氧生物处理过程中，废水中的有机物经大量微生物的共同作用，被最终转化为甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氨。在此过程中，不同的微生物的代谢过程相互影响、制约，形成复杂的生态系统，此生态系统在UASB反应系统中直观表现为颗粒污泥，它们的厌氧降解过程可分为四个阶段：

　　(1)水解阶段，微生物利用酶将大分子切割成小分子；

　　(2)发酵（或酸化）阶段，小分子有机物被发酵菌利用，在细胞内转化为简单的化合物，这一阶段的主要产物有挥发酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨和硫化氢等；

　　(3)产乙酸阶段，此阶段中上一阶段的产物被进一步转化为乙酸等物质；

　　(4)产甲烷阶段，在此阶段乙酸、氢气、碳酸等被转化为甲烷、二氧化碳。上述四个阶段的进行，大分子有机物被转化为无机物，水质变好，同时微生物得到了生长。

　　2、UASB反应器运行的三个重要前提

　　(1)反应器内形成沉淀性能良好的颗粒污泥或絮状污泥。

　　(2)由于产气和进水均匀分布所形成的良好自然搅拌作用。

　　(3)合理的三相分离器使沉淀性能良好污泥能保留在反应区内。

　　3、UASB反应器启动运行的五个阶段

　　(1)第一阶段：启动前的准备

　　UASB投入运行前必须进行充分实验和气密性实验，充分实验要求无漏水现象。气密性实验要求池内加压到350mm水柱，稳定15分钟后，压力降小于10mm水柱。而且在厌氧污泥培养和驯化之前使用氮气吹扫。

　　(2)第二阶段：启动运行初始阶段

　　选用接种污泥

　　①选用颗粒污泥或污水厂污泥消化池的消化污泥接种。

　　②选用同类废水同一温度范围的（中温污泥）种污泥。

　　③添加部分颗粒污泥或破碎的颗粒污泥，也可提高颗粒化过程。

　　④也可以从市政下水道及污水集积处等处于厌氧环境下的淤污泥。甚至还可以使用好氧活性污泥法的剩余污泥进行转性培养，但培养时间相当长。

　　⑤牛粪和各类粪肥也可以用于接种污泥，但各类污泥中均不应当有太多的砂子。

　　接种污泥方法：接种污泥量、接种污泥的浓度

　　①方法：将含固80%的接种污泥加水搅拌后，用污泥泵均匀的输入到UASB反应池各布泥点。

　　②接种污泥量：接种污泥量为UASB反应器的有效容积的30%~50%，最少15%，一般为30%。接种污泥的填充量不超过UASB反应器的有效容积的60%。

　　③接种污泥的浓度：初启动时，稠型污泥的接种量为20~30kgVSS/m3，浓度小于40kgTSS/m3的稀消化污泥接种量可以略小些。

　　接种污泥时的水质

　　①配制低浓度的废水有利于颗粒污泥的形成，但浓度也应当足够维持良好的细菌生长条件，因此，初始配水最低COD浓度为1000毫克/升，然后逐步提高有机负荷直到可降解的COD去除率达到80%为止。

　　②当进水COD浓度高时，可采用出水循环或稀释水进水,出水循环回流比为30~50%，调节到适宜的COD浓度值。

　　(3)第三阶段：初始运行阶段(预计45天)

　　初始阶段是指反应器负荷低于2kgCOD/m3?d的运行阶段，此阶段反应器的负荷由0.1kgCOD/m3?d开始，内循环一个周期后，逐步分多次提升到2kgCOD/m3?d。

　　提升COD浓度标准：当可生物降解的COD去除率达到80%后方可提高，直到达2kgCOD/m3?d为初始阶段。

　　在这段运行中，有少量的非常细小的分散污泥带出，其主要原因是水的上流速度和逐渐产生的少量沼气。

　　初始运行阶段，每日测定进/出水流量、pH、COD、ALK、VFA、SS等项目，经测定结果判断，若出水VFA＜3mmol/L，VFA/ALK=0.3以下，表示UASB系统运行正常。

　　(4)第四阶段：反应器有机负荷提升阶段(预计45天)

　　此阶段的反应负荷由2kgCOD/m3?d开始，每次0.1kgCOD/m3?d有机负荷提升，也可以每次负荷增加20%，每次操作所需时间长短不同，有时可长达两周，有时仅几天，经过多次重复操作可达到4.9kgCOD/m3?d的设计指标。

　　但提升有机负荷的标准与监测项目判断运行正常的方法同初始运行阶段。

　　在这段运行中，由于提升水量大，COD浓度高，产气量和上流速度的增加引起污泥膨胀，污泥量带出量多，大多为细小非分散的污泥或部分絮状污泥。这种污泥的带出，有利于颗粒化污泥的形成。

　　(5)第五阶段：稳定运行阶段(预计30天)

　　这一阶段是指反应器的有机负荷达到设计指标4.9kgCOD/m3?d，以后的稳定运行阶段。在这段的运行中，pH值、温度、有机负荷、VFA、ALK等各项操作参数严格控制，逐步形成颗粒污泥。

　　注：

　　①自初始阶段开始，每日监测项目一次，进、出水pH值、COD、SS、VFA、ALK、流量。

　　②根据监测结果进行分析、判断、及时调整进水量、浓度、保持稳定运行。

　　4、UASB反应器调试运行控制工艺参数

　　(1)温度

　　35±2℃，指反应器内反应液的温度，高出细菌的生长温度的上限，将导致细菌死亡。当温度下降并低于温度范围的下限时，从整体上讲，细菌不会死亡，而只是逐渐停止或减弱代谢活动，菌种处于休眠状态。

　　(2)pH值

　　pH值范围为6.8~7.8，最佳pH值范围为6.8~7.2。pH值范围是指UASB反应器内反应区的pH，而不是进液的pH。因为废水进入反应器内，生物化学过程和稀释作用可以迅速改变进液的pH值。对pH值改变最大的影响因素是酸的形成，特别是乙酸的形成。

　　因此含有大量溶解性碳水化合物（如糖、淀粉）等废水进入反应器后pH将迅速降低。而乙酸化的废水进入反应器后pH将上升。对于含大量蛋白质或氨基酸的废水，由于氨的形成，pH会略有上升。对不同的废水可选择不同的进液pH值。

　　(3)出水VFA的浓度与组成

　　因为VFA的去除程度可以直接反映出反应器运行的状况，在正常情况下，底物由酸化菌转化为VFA，VFA可被甲烷菌转化甲烷，因此甲烷菌活跃时，出水VFA浓度较低，当出水VFA浓度低于3mmol/L（或200mg乙酸/L）时，反应器运行状态最为良好。

　　(4)营养物与微量元素

　　主要营养物氮、磷、钾和硫等以及其他的生长必须的微量元素。例如（Fe、Ni、Co）应当满足微生物生长的需要。一般N和P的要求大约为CODBD：N：P=（350~500）：5：1，但由于发酵产酸菌的生长速率大大高于甲烷菌，因此较为精确的估算应当是CODBD：N：P：S=（50/Y）：5：1，其中Y为细胞产率，对于发酵产酸菌Y=0.15；对于产甲烷菌Y=0.03，此外甲烷菌细胞组成中有较高浓度的铁、镍和钴。

　　(5)抑制物性化合物

　　抑制物性化合物应当低于抑制浓度或应给于污泥足够的驯化时间。如：氨氮、无机硫化物、盐类、重金属、非极性有机化合物（挥发性脂肪酸）等，在运行中都要根据监测结果进行判断，及时调整处理。

　　5、UASB反应器启动的注意事项

　　UASB厌氧反应器启动分为初次启动和二次启动。初次启动指用颗粒污泥以外的其它污泥作为种泥启动的一个UASB厌氧反应器的启动过程。二次启动是指使用颗粒污泥作为种泥对UASB厌氧反应器的启动过程。

　　(1)UASB初次启动过程注意事项

　　①对初期启动UASB目标要明确。对UASB（第一阶段）启动初期，不要追求反应器的处理效率和出水质量。初期的目标是使反应器逐渐进入“工作”状态。是使菌种由休眠状态恢复、活化的过程。在这一过程中，当菌种从休眠状态中恢复到营养细胞的状态后，它们还要经历对废水性质的适应。在整个驯化增殖过程中，而原种污泥中可能浓度较低甲烷菌增长速度相对于产酸菌要慢得多。因此在颗粒污泥出现前的这一段相当长。这一段不可能快，也不能有较大的负荷。

　　②当废水COD浓度低于2000毫克/升时，一般不需要稀释，可直接进液。当废水COD浓度高于2000毫克/升时，可采取出水回流方式，回流比一般在30%~50%之间。有效的回流可以降低进水浓度，增大进水量，促使处理设施水流分布均匀。

　　③负荷增加的操作方法：启动最初负荷可从0.1~2.0kgCOD/m3?d开始，当降解的COD去除率达到80%后，再逐步增大负荷。负荷不应增加太快，只要略高于容积负荷0.1kgCOD/m3?d即可。水力保留时间大于24小时。连续运行。直到有气体产生。5天后检查产气是否达到略高于0.1m3/m3?d。如果5天后反应器产气量仍未达到这一数值，可以停止进水，3天后再恢复进液，直到产气量增加达到0.1m3/m3?d。检查出水VFA，VFA过高，则表示反应器负荷相当于当时的菌种活力偏高。出水VFA若高于8mmol/L，则停止进水，直到反应器内VFA低于3mmol/L后，再继续以原浓度、原负荷进水，如果出水VFA低于3mmol/L，说明反应器运行良好。

　　④增加负荷量：增加负荷量可以通过增大进水量，或者降低进水稀释比的方法，负荷每次可提升20~30%，可以重复进行。每次操作所需时间长短不同，有时长达两周，有时仅需几天，要根据监测数据判断，直到达到设计负荷为止。

　　⑤水力停留时间：水力停留时间对于厌氧工艺的影响是通过上升流速来表现的。一方面高的液体流速增加污水系统内进水区的扰动，因此增加了生物污泥与进水有机物之间的接触，有利于提高去除率。在采用传统的UASB系统的情况下，上升流速的平均值一般不超过0.5m/h。这是为保证颗粒污泥形成的重要条件之一。

　　⑥运行中始终保持VFA/ALK=0.3以下。否则挥发性脂肪酸积累运行失败。

　　(2)UASB二次启动过程注意事项

　　①进水负荷。二次启动的负荷可以较高，一般情况下最初进液浓度可以达到3000~5000mg/L，进水一段时间后，待COD去除率达80%以上时，适当提高进水浓度。相应流量不宜过高。

　　②进水悬浮物。进水悬浮物含量不能太高，否则将严重影响厌氧颗粒污泥的形成，其积累量大于微生物的增长量，最终导致厌氧污泥的活性大大下降，因为整个厌氧反应系统的容量是有限的。

　　③进水种类的控制。厌氧反应器的进水需严格控制，在启动过程中应及时了解生产情况，对启动期间的厌氧反应器进水作出相应的选择。有废水需要处理的单位，也可以咨询具备类似污水处理经验的企业。

　　④颗粒污泥的观察。启动期间需定期从颗粒污泥取样口提取污泥样品，观察颗粒污泥的生长情况，结合进出水COD值对厌氧反应器的启动情况做出判断。

　　⑤出水pH值。对出水pH值做出相应记录，pH值低于6.8时需及时采取相应补救措施（调整进水负荷、必要时投加纯碱），为启动成功提供保障。

　　⑥产气、污泥洗出情况。及时了解沼气的产出情况，产气量小时从进水负荷、温度、颗粒污泥形成三方面进行分析，寻求解决问题的办法。

　　⑦进水温度。控制厌氧反应器内温度在34~38℃之间，通过调节进水温度使24h内温差变化不得超过2℃。

　　（来源：沼气圈）