永安市UASB厭氧反應器基本流程

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原理

    在厭氧處理過程中，廢水中的機物經(jīng)大量微生物的共同，被終轉化為甲烷、二氧化碳、水、硫化氫和氨等。在此過程中，不同微生物的代謝過程相互影響，相互制約，形成了復雜的生態(tài)系統(tǒng)。對高分子機物的厭氧過程的敘述，助于我們了解這一過程的基本內(nèi)容。高分子機物的厭氧降解過程可以被分為四個階段：水解階段、發(fā)酵(或酸化)階段、產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段。

水解階段

    水解可定義為復雜的非溶解性的聚合物被轉化為簡單的溶解性單體或二聚體的過程。

    高分子機物因相對分子量巨大，不能透過細胞膜，因此不可能為細菌直接利用。它們在1階段被細菌胞外酶分解為小分子。例如：纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖，淀粉被分解為麥芽糖和葡萄糖，蛋白質被蛋白質酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過細胞膜為細菌所利用。水解過程通常較緩慢，因此被認為是含高分子機物或懸浮物廢液厭氧降解的限速階段。多種因素如溫度、機物的組成、水解產(chǎn)物的濃度等可能影響水解的速度與水解的程度。水解速度的可由以下動力學方程加以描述：ρ=ρo/(1+Kh.T)

ρ ——可降解的非溶解性底物濃度（g/L）

ρo———非溶解性底物的初始濃度（g/L）

Kh——水解常數(shù)（d^-1）

T——停留時間（d）

發(fā)酵或酸化階段

    發(fā)酵可定義為機物化合物既作為電子受體也是電子供體的生物降解過程，在此過程中溶解性機物被轉化為以揮發(fā)性脂肪酸為主的末端產(chǎn)物，因此這一過程也稱為酸化。

    在這一階段，上述小分子的化合物發(fā)酵細菌（即酸化菌）的細胞內(nèi)轉化為更為簡單的化合物并分泌到細胞外。發(fā)酵細菌絕大多數(shù)是嚴格厭氧菌，但通常約1%的兼性厭氧菌存在于厭氧環(huán)境中，這些兼性厭氧菌能夠起到保護像甲烷菌這樣的嚴格厭氧菌免受氧的損害與抑制。這一階段的主要產(chǎn)物揮發(fā)性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等，產(chǎn)物的組成取決于厭氧降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群。與此同時，酸化菌也利用部分物質合成新的細胞物質，因此，未酸化廢水厭氧處理時產(chǎn)生更多的剩余污泥。

    在厭氧降解過程中，酸化細菌對酸的耐受力必須加以考慮。酸化過程pH下降到4時能可以進行。但是產(chǎn)甲烷過程pH值的范圍在6.5～7.5之間，因此pH值的下降將會減少甲烷的生成和氫的消耗，并進一步引起酸化末端產(chǎn)物組成的改變。

永安市UASB厭氧反應器基本流程

UASB反應器的詳細設計

1) 反應器的體積和高度

采用水力停留時間進行設計時，體積(V)按公式(1)或(2)計算。反應器高度的原則是設計、運行和上綜合考慮的結果。從設計、運行方面考慮：高度會影響上升流速，高流速增加系統(tǒng)擾動和污泥與進水之間的接觸。但流速過高會引起污泥流失，為保持足夠多的污泥，上升流速不能過一定的限值，從而使反應器的高度受到限制；高度與CO2溶解度關，反應器越高溶解的CO2濃度越高，因此，pH值越。如pH值于值，會危害系統(tǒng)的效率。從上考慮: 土方工程隨池深增加而增加，但占地面積則相反；考慮當?shù)氐臍夂蚝偷匦螚l件，一般將反應器建造在半地下減少建筑和保溫。較的反應器高度(深度)一般是在4到6m之間，并且在大多數(shù)情況下這也是系統(tǒng)的運行范圍。

2) 反應器的升流速度

對于UASB反應器還其他的流速關系(圖2)。對于日平均上升流速的值見表3，應該注意對短時間(如2～6h)的高峰值是可以承受的(即暫時的高峰流量可以接收)。表3 UASB和EGSB允許上升流速(平均日流量) Vr＝0.25~3.0m/h

3) 反應器的截面積和反應器的長、寬(或直徑)

在確定反應器的容積和高度(H)之后，可確定反應器的截面積(A)。從而確定反應器的長和寬，在同樣的面積下正方形池的周長比矩形池要小，矩形UASB需要更多的建筑材料。以表面積為600m2的反應器為例，30×20m的反應器與15m×40m的反應器周長相差10%，這意味著建筑要增加10%。但從布水均勻性考慮，矩形在長/寬比較大較為合適。從布水均勻性和性考慮，矩形池在長/寬比在2:1以下較為合適。長/寬比在4:1時增加十分突出。圓形反應器在同樣的面積下，其周長比正方形的少12%。但這一特點僅僅在采用單個池子時才成立。當建立兩個或兩個以上反應器時，矩形反應器可以采用共用壁。對于采用公共壁的矩形反應器，池型的長寬比對造也較大的影響。如果不考慮其他因素，這是一個在設計中需要優(yōu)化的參數(shù)。

4) 單元反應器大體積和分格化的反應器

在UASB反應器的設計中，采用分格化對運行操作是益的。先，分格化的單元尺寸不會過大，可避免體積過大帶來的布水均勻性等問題；同時多個反應器對系統(tǒng)的啟動也是益的，可先啟動一個反應器，再用這個反應器的污泥去接種其他反應器；另外，利于維護和檢修，可放空一個反應器進行檢修，而不影響系統(tǒng)的運行。從目前實踐看大的單體UASB反應器可為1000-2000m3。

5) 單元反應器的系列化

單元的規(guī)準化根據(jù)三相分離器尺寸進行，三相分離器的型式趨向于多層箱體的設備化結構。以2×5m的三相分離器為例，原則上講多種配合形式。但從規(guī)準化和系列化考慮，要求具通用性和簡單性。所以，池子寬度是以5m為模數(shù)，長度方向是以2m為模數(shù)。布置單元尺寸的方式可分成單池單個分離器和單池兩個分離器的形式。原則上如果采用管道或渠道布水，池子的長度是不受限制。如前所述，由于長寬比涉及到反應器的性，所以要結合池子組數(shù)考慮適當?shù)拈L寬比。對寬度為10m的單個反應器，2:1的長寬比的反應器可達到2000m3的池容。對更大的反應器，如果需要也可采用雙池共用壁的型式。

  USAB系統(tǒng)原理是在形成沉降性能良好的污泥絮體的基礎上，并結合在反應器內(nèi)設置污泥沉淀系統(tǒng)，使氣體、液體和固體得到分離，形成和保持沉淀性能良好的污泥（顆?；蛘咝鯛钗勰啵?，是USAB系統(tǒng)良好運行的根本特點。  

優(yōu)點

    厭氧污水處理工藝的基建投資一般情況下比氧化溝和 SBR 工藝高，但隨著規(guī)模的增大，氧化溝和 SBR 的基建費也成倍增加，而常規(guī)活性污泥法的投資則以較小的比例增加，兩者的差距越來越小。當污水達到一定規(guī)模后，常規(guī)活性污泥法的投資比氧化溝與 SBR 還省，所以，污水規(guī)模越大，常規(guī)活性污泥法的優(yōu)點就越大。常規(guī)活性污泥法、A/O和A2/O法的主要缺特點是處理單元多，操作管理復雜，別是污泥厭氧消化要求高水平的管理，消化過程產(chǎn)生的沼氣是可燃易爆氣體，更要求安操作，這些都增加了管理的難度。但由于大型污水背靠大城市，技術力量強，管理水平較高，能滿足這種要求，因而常規(guī)活性污泥法的缺特點不會成為限制使用的因素。