UASB反應器PPT課件

1、上流式厭氧污泥床反應器UASB反應器（Up-flow Anaerobic Sludge Blanket）,The content of UASB,一、UASB反應器的概述、構造以及工作原理 二、厭氧顆粒污泥 三、UASB的運行控制 四、UASB的應用,History of UASB,一、概述 UASB（升流式厭氧污泥床）工藝是由Lettinga等人在20世紀70年代開發(fā)。他們在研究用升流式厭氧濾池處理馬鈴薯加工和甲醇廢水時取消了池內的全部填料，并在池子的上部設置了氣、液、固三相分離器，于是一種結構簡單、處理效率很高的新型厭氧反應器便誕生了。UASB反應器一出現(xiàn)很快便獲得廣泛的關注與認可，并在世

2、界范圍內得到廣泛應用。,The Structure of UASB,OperatingTheory of UASB,UASB反應器是集有機物去除以及泥、水、氣三相分離于一體的集成化廢水處理工藝，其工藝的突出特征是反應器中可以培養(yǎng)形成沉降性能良好的顆粒污泥、形成污泥濃度極高的污泥床，使其具有容積負荷率高、污泥截留效果好、反應器機構緊湊等一系列優(yōu)良的運行特征。,ProcessCharacteristics,UASB 反應器運行的3 個重要的前提是: 反應器內形成沉降性能良好的顆粒污泥或絮狀污泥。 產(chǎn)氣和進水的均勻分布所形成的良好的攪拌作用。 設計合理的三相分離器,能使沉淀性能良好的污泥保留在反應器

3、內。,UASB,1 進水分配系統(tǒng) 2 反應區(qū)（污泥床、污泥懸浮區(qū)） 3 三相分離器 4 出水系統(tǒng) 5 排泥系統(tǒng),1、進水分配系統(tǒng) 主要是將廢水盡可能均勻地分配到整個反應器，并具有一定的水力攪拌功能。它是反應器高效運行的關鍵之一。 UASB采用的進水方式大多為間歇式進水，脈沖式進水，連續(xù)均勻進水和連續(xù)進水與間歇進水相結合的方式。,2、反應區(qū),反應區(qū)是UASB的核心，是培養(yǎng)和富集厭氧微生物的區(qū)域，廢水與厭氧污泥在這里充分混合，產(chǎn)生強烈的生化反應，廢水有機會被分解。,污泥床內具有很高的污泥生物量，一般為沉降性能好的顆粒污泥，MLSS一般為4080g/L,占反應區(qū)容積的30%左右，對有機物的降解量占反

4、應器全部降解量的70%90%。污泥懸浮層的污泥濃度通常為1530g/L,一般為非顆粒狀污泥。,3 三相分離器 三相分離器由沉淀區(qū)、集氣室和氣封組成，主要作用是將氣體、固體、液體三相加以分離。 氣體被分離進入集氣室，然后固液混合物在沉淀區(qū)進行固液分離，將處理水引入出水區(qū)，下沉的污泥借助重力由回流縫進入反應區(qū)。,a和c構造簡單，維護方便，但是泥水分離情況相對較差，在回流縫同時存在上升和下降兩股流體，互相干擾，易導致污泥回流不暢。 b構造相對復雜，但是污泥回流和水上升互不干擾，泥水分離效果好，氣體分離效果也較好。,4、出水系統(tǒng) 出水均勻排出，對固液分離的影響較大，也是保證反應器均勻穩(wěn)定運行的關鍵。U

5、ASB反應器的出水槽布置與三相分離器沉淀區(qū)設計有關，通常每個單元三相分離器設一個出水槽，常用的兩種布置形式如圖所示。,5、排泥系統(tǒng) UASB反應器的設計必須有剩余污泥排放口。一般認為剩余污泥排放口設置在反應器中部為好，也有的反應器設在底部或在三相分離器下方大約0.5m的地方。 排泥點設置數(shù)量根據(jù)實際情況而定，一般每10m2設一個排泥口。當采用穿孔管配水系統(tǒng)時，可同時把穿孔管兼作排泥管，專設排泥管管徑一般不小于200mm，以防堵塞。為了運行方便，可在反應器1/2高度處或三相分離器下0.5m處再設一個排泥裝置，沿反應器高度均勻地設5-6個污泥取樣口。,厭氧顆粒污泥,作用 形成機理 形成過程 影響因

6、素,UASB中污泥的特性,UASB的有機負荷率與污泥濃度有關,試驗表明，污水通過底部0.40.6m的高度，已有90的有機物被轉化。由此可見厭氧污泥具有極高的活性，改變了長期以來認為厭氧處理過程進行緩慢的概念。 工藝的穩(wěn)定性和高效性很大程度上取決于生成具有優(yōu)良沉降性能和很高甲烷活性的污泥，尤其是顆粒狀污泥。與此相反，如果反應區(qū)內的污泥以松散的絮凝狀體存在，往往出現(xiàn)污泥上浮流失，使UASB不能在較高的負荷下穩(wěn)定運行。,污泥顆?；瘷C理,污泥顆?；且粋€較為復雜的過程，其形成機理沒有完美的解釋。由不同機理形成的顆粒污泥在外形、組成菌群、密實程度都不同。,選擇壓理論(1983),顆?；举|是對反應器中存

7、在的污泥顆粒的連續(xù)選擇過程 廢水經(jīng)水解酸化后含有大量VFA。 Methanotrix對VFA的親和力更高，作為優(yōu)勢菌具有聚集并附著在廢水中其它顆粒物表面的能力。 絲菌纏繞由惰性有機和無機載體物質或種泥中存在的小的細菌聚集體組成的生長核心生長而成,甲烷絲狀菌在微絮體中的架橋作用(1987),甲烷絲菌特殊的形態(tài)和表面特性，其能在幾個微絮體間架橋形成較大顆粒 甲烷絲菌通過形成使整個結構穩(wěn)定的網(wǎng)狀結構對顆粒強度有重要作用,微絮體電中和,微生物表面帶負電荷，與廢水中金屬離子（Ca2+、Mg2+、Fe2+）間相互吸引發(fā)生電中和。 通過電中和削弱了微生物間的排斥作用，更易形成顆粒。,胞外聚合物假說,通過掃描

8、電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，顆粒污泥中某些細菌會分泌出胞外聚合物，而胞外聚合物為共生細菌間提供生成各種生物鍵的條件。 微生物細胞連在一起形成微生物菌落的層狀結構，在此基礎上細菌進一步生長形成顆粒污泥。,開普敦假說(1987),顆粒化取決于以H2為唯一能源、能產(chǎn)生除半胱氨酸外的其所有氨基酸的微生物Methanobacterium AZ菌株,甲烷絲菌菌膠團為核心的多層顆粒(1990),結晶核心的形成(1997),顆粒污泥的形成類似結晶的過程。 在晶核的基礎上，顆粒不斷發(fā)育最終形成顆粒污泥。 顆粒化污泥的晶核來自廢水中或泥中不溶性無機鹽。 在啟動過程中加入Ca+加快晶核的形成，對已經(jīng)形成的顆粒污泥鏡檢表明顆粒內核

9、中存在較多的CaCO3晶體。,質子轉移-脫水理論(2000),理論認為污泥顆?；^程由下述四步組成 細菌表面的脫水 胚胎顆粒污泥形成 顆粒污泥成熟 成熟后期 水力剪切可減弱水合排斥力和細胞憎水性質，促進酸化菌、乙酸菌和甲烷菌能相互附著形成顆粒污泥的胚胎,污泥分類,以前人們認為污泥的顆?；^程主要靠能形成胞囊的甲烷八疊球菌，但是甲烷八疊球菌的附著能力很差, 產(chǎn)生的污泥顆粒小，它們在顆粒污泥中的出現(xiàn)是被絲狀細菌網(wǎng)絡其中的結果, 顆粒結構的形成, 有利于細菌之間代謝產(chǎn)物的交換, 特別是有利于種間氫轉移, 顆粒污泥是以絲狀甲烷菌為主體構成一個顆粒污泥的生長核, 外周附著生長產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌和水解

10、產(chǎn)酸菌。 研究表明，反應器中絲菌污泥顆粒的數(shù)量是甲烷八疊球菌污泥的46倍，前者有更強的附著能力，更易顆?；?，形成的顆粒更大。,顆粒化過程,通常污泥顆?；^程分為三個階段：啟動運行期、穎粒污泥出現(xiàn)和顆粒污泥成熟期。 以絲菌顆粒污泥為例分為五個時期： 絮凝污泥絲狀菌增長期， 顆粒污泥亞單位生成期， 亞單位聚集期， 初生顆粒生長期， 顆粒污泥生長和成熟期。,絮凝污泥絲狀菌增長期,在反應器啟動時, 接種的通常是絮凝性污泥。 呈分散狀的污泥逐漸形成有結構的絮凝體。 活性污泥中非生物物質的數(shù)量逐漸減少, 各種細菌, 尤其是絲狀細菌（主要是絲狀甲烷菌） 數(shù)量明顯增多。 隨著絮凝體的出現(xiàn), 污泥活性明顯增強,

11、 使得反應器內的VFA濃度逐漸下降并趨于穩(wěn)定，導Methanosarcina數(shù)量減少。,顆粒污泥亞單位生成期,具有大量甲烷毛發(fā)菌的絮凝污泥, 隨著反應器有機負荷和水力負荷的增加, 逐步結聚成小的團塊，這些團塊是形成顆粒污泥的亞單位。 結聚成的團塊, 由于絲狀菌的纏繞和其分泌的胞外附著物的粘連, 其結構變得較為致密, 大小一般為 50100m形狀不規(guī)則。,亞單位聚集期,當反應器中有大量顆粒污泥亞單位生成后, 亞單位表面的絲狀菌互相粘連, 開始時可能只有23個亞單位粘連在一起, 逐漸發(fā)展到許多亞單位聚集在一起; 剛剛聚集在一起的顆粒, 亞單位之間呈半透明狀態(tài), 在光學顯微鏡下其界限明顯可見, 顆粒

12、的邊緣不整齊, 整體呈桑箕狀, 稱做初生顆粒。,初生顆粒生長期,由亞單位聚集形成的初生顆粒, 一般結構較疏松, 亞單位之間呈半透明狀態(tài), 顆粒表面無統(tǒng)一的基質膜包圍, 邊緣不整齊。 隨著初生穎粒內細菌的生長和黑色金屬硫化物在亞單位之間的沉積, 顆粒逐漸變得致密, 亞單位之間不再透明, 顆粒表面逐漸被細菌代謝所產(chǎn)生的基質包圍, 表面變得光滑而整齊, 形成一個具有一定強度和彈性的棟樣黑色顆粒,這一過程稱謂初生顆粒的生長過程。 初生顆粒具有多種形狀, 但多數(shù)近于球形; 伸展于顆粒外的絲狀菌逐漸減少，至此一個完整的顆粒污泥初步形成。,顆粒污泥生長和成熟期,初生顆粒中各種細菌在顆粒中根據(jù)生態(tài)平衡原則不斷

13、生長繁殖, 使顆粒不斷長大成熟。在正常條件下, 顆粒經(jīng)過 5080d的生長, 直徑多保持在13mm之間, 平均為2mm左右,成熟顆粒絕大多數(shù)為近球形, 從外形上看, 初生顆粒和成熟顆粒沒有區(qū)別。 但是成熟顆粒中細菌密度明顯比初生顆粒高, 因而使反應器具有更高的效率。,影響污泥顆?；囊蛩?水力條件,反應器中水流與污泥床的逆向流動所產(chǎn)生的對污泥床的攪拌作用，對絮凝性污泥有剪切作用，有利于絲狀菌相互纏繞，為污泥顆?；瘎?chuàng)造良好的外部條件。 適當?shù)纳仙魉賹ξ勰嘤泻Y分作用，將比重較小的絮狀污泥帶到污泥懸浮層，把較重的顆粒污泥留在污泥床。,水質條件,進水中必須包含微生物生長所需的各種成分，合適的C:N:

14、P，和作為甲烷菌輔酶的重要組分及對污泥顆粒化有加速作用的鎳、鈷、鉬、鋅、錳、鐵等微量元素。 適宜的有機負荷是污泥顆?；母緱l件。研究表明，當有機負荷為0.3kg/(kgd)時,即可開始形成顆粒污泥，當有機負荷提到0.6kg/(kgd)時，顆?；俣让黠@加快。 為了使污泥顆粒具有良好的沉降性能，可以向進水中添加鈣離子作為污泥顆粒的核心。,堿度,堿度對污泥顆粒化的影響表現(xiàn)在兩方面: 一是對顆?；M程的影響, 二是對顆粒污泥產(chǎn)甲烷活性（SMA）的影響。 在一定的堿度范圍內, 進水堿度高的反應器污泥顆?；俣瓤? 但顆粒污泥的SMA 低; 進水堿度低的反應器其污泥顆?；俣嚷? 但顆粒污泥的SMA

15、高。因此, 在污泥顆?；^程中進水堿度可以適當偏高( 但不能使反應器的pH 8. 2, 這主要是因為此時產(chǎn)甲烷菌會受到嚴重抑制) 以加速污泥的顆粒化, 使反應器快速啟動; 而在顆?；^程基本結束時, 進水堿度應適當偏低以提高顆粒污泥的SMA 。,UASB反應器的運行控制,進水基質類型和營養(yǎng)比的控制,主要處理高濃度有機工業(yè)污水 營養(yǎng)要均衡，C:N:P比例要適宜 UASB啟動時，進水COD濃度應該低些。 補充微量金屬離子可以增加活細胞的濃度以及它們的酶活性, 加快顆粒污泥的形成,進水SS的控制,UASB反應器對進水SS比較敏感 啟動階段不易高于2000mg/L 過高的SS導致污泥活性降低，易堵塞和

16、降低反應器有效容積,有機負荷的控制,甲烷菌的數(shù)量和活性是UASB效率的主要限制因素。負荷過高，反應器內水解菌和產(chǎn)酸菌增多，反應器內pH降低，產(chǎn)甲烷菌受到抑制。 在啟動階段，一次增加的負荷不宜過高，在低負荷階段提負荷可以稍快，超過0.1kgCOD/kgSSd后每次負荷提高量為20%30%,在每一階段要運行20天甚至更長時間。,水力負荷,水力負荷過小，不能將反應器底部污泥充分攪起。 水力負荷過大，可能導致污泥層的崩潰。 UASB反應器一般控制0.10.3m3/(m2h),VFA的控制,揮發(fā)酸的高低是顆粒污泥形成不同類型的重要因素。 可以通過控制反應器內揮發(fā)酸濃度來選擇污泥的優(yōu)勢菌種 過量的揮發(fā)酸將

17、直接影響甲烷菌的活性和產(chǎn)氣量,溫度的控制,實際應用中UASB反應器多為中溫運行。 水質不同，反應器內的優(yōu)勢菌會有差別，需要的最佳溫度也不相同。盡量保證溫度的穩(wěn)定，溫度波動范圍最好控制在3之內,堿度和PH的控制,堿度的作用是中和厭氧過程中產(chǎn)生的有機酸，維持適宜的PH.控制在20004000mg/L 產(chǎn)甲烷菌對PH比較敏感。 當PH偏低時，真菌大量繁殖，嚴重影響處理效果 Ph過高的話，生化代謝速率明顯變慢,有毒有害物質的控制,SO42-的控制 SO42-的還原產(chǎn)物H2S對產(chǎn)甲烷菌有抑制作用,應控制進水COD/SO42-大于10. NH3-N的控制 質量濃度在50-200mg/L時，對微生物有刺激作

18、用,1500-3000mg/L時對微生物有明顯的抑制作用 其他有毒物質 這些物質主要是: 重金屬、堿土金屬、三氯甲烷、氰化物、酚類、硝酸鹽和氯氣.,沼氣產(chǎn)量及其組分,反應器運行過程中，在一定的COD容積負荷率下，沼氣的產(chǎn)量是一定的。高濃度有機廢水的產(chǎn)氣率和COD去除率成線性關系。 沼氣中的CH4 含量和CO2 的含量也是基本穩(wěn)定的. 沼氣產(chǎn)量及其組分的變化直接反映了處理工藝的運行狀態(tài).,排泥,UASB反應器排泥量很少，啟動和運行最初100-200d幾乎不需排泥，污泥齡很長 UASB內污泥濃度的增加, 處理效率會得到改善。超過一定高度，惡化出水水質。 定期排放污泥，應從污泥床上部排泥，底部排雜質

19、和細砂。,UASB常見的運行異常情況,酸敗 有機負荷過高，反應器內水解菌和產(chǎn)酸菌增多，反應器內pH降低，產(chǎn)甲烷菌受到抑制。 污泥流失 造成污泥流失的原因很多，實質是已形成的顆粒污泥性狀發(fā)生變化, 所以對反應器內污泥量應定期監(jiān)測。 從液面跑氣 敞開式UASB反應器運行中有時會發(fā)現(xiàn)從反應器表面有氣泡冒出, 造成沉淀區(qū)污泥上翻, 隨出水流失。 原因：1）水封罐液位過高或水封罐后管路壓力過高 2）污泥回流間隙被污泥堵塞, 沉淀區(qū)污泥不能及時回流到反應器中 3）氣室體積太小, 氣室液面有大量浮泥, 將出氣口堵塞, 沼氣進入沉淀區(qū),UASB的應用,制藥廢水處理 造紙廢水處理 UASB的發(fā)展 IC反應器 E

20、GSB反應器 UASB發(fā)展趨勢 尹朗 環(huán)境工程,UASB的應用,UASB反應器處理工藝是目前研究較多、應用日趨廣泛的新型污水厭氧處理工藝,他除了具有厭氧處理的優(yōu)點,如工藝結構緊湊、處理能力大、無機械攪拌裝置、處理效果好、投資省等優(yōu)點外, 還具有其他厭氧處理工藝(厭氧流化床、厭氧濾池等)難以 比擬的優(yōu)點: 1.可實現(xiàn)污泥的顆?；? 2.生物固體的停留時間可長達100d； 3.氣、固、液的分離實現(xiàn)了一體化; 4.通常情況下不發(fā)生堵塞,因而他具有很高的處理能力和處理效率,尤其適用于各種高濃度有機廢水的處理, 現(xiàn)已被列為國家重點推廣技術。,UASB 工藝在制藥廢水處理中的應用,近幾年來,隨著我國各類醫(yī)

21、藥化工及保健品制造業(yè)的迅猛發(fā)展,制藥過程中產(chǎn)生的廢水也日益增多,該行業(yè)也逐漸成為國家環(huán)保規(guī)劃重點治理的行業(yè)之一。 制藥廢水特點：成分復雜、毒性大、色度高、含難生物降解物質、水質水量變化大,是較難處理的工業(yè)廢水。,制藥廢水處理流程：,車間廢水,格柵,集水調節(jié)池,鐵碳電解器,中間沉淀池,中間水池,沉淀池,好氧池,UASB反應器,沼氣利用,達標排放,剩余污泥排放,泵,泵,污泥回流,UASB 工藝在造紙廢水處理中的應用,以稻草、小山竹為原料生產(chǎn)半化學漿制造餐盒紙板的小型制漿造紙廠，制漿黑液除一部分用于生產(chǎn)干粉外售外，多余黑液通過沉淀池及好氧曝氣處理，再沉淀，最后經(jīng)淺層氣浮處理，廢水達標排放。廢水處理費

22、用高，企業(yè)經(jīng)濟負擔重。為了降低制漿廢水處理成本，建一個小型厭氧處理系統(tǒng)，流程如下：,由上圖可知：該系統(tǒng)投產(chǎn)后，運行正常，在進塔稀黑液COD5由原來的8376mg/L降到4310mg/L，仍不能滿足生產(chǎn)要求，為了挖掘厭氧系統(tǒng)的生產(chǎn)潛力，結合廠里實際情況，對該系統(tǒng)進行了改進，如下：,UASB反應器的發(fā)展,在UASB反應器工藝的過程中，仍存在一些目前尚難以解決的問題或不足，如三相分離器尚沒有一個成熟的設計方法、對含有高濃度懸浮固體的廢水需要考慮SS的預處理問題等。此外，污泥的顆粒化對工藝要求比較嚴格，并受多種運行和操作條件的影響，相關研究人員對UASB反應器工藝深入研究的基礎上，通過對其三相分離器、

23、污泥顆?；瘲l件、水力流態(tài)以及進水SS的適應性等方面的改進，進一步開發(fā)了IC和EGSB等新型厭氧處理工藝，進一步拓展了UASB反應器工藝的發(fā)展及其在不同廢水處理中的推廣應用。,IC反應器,IC 反應器（內循環(huán)反應器）可以看成是兩個UASB 反應器串聯(lián)。其構造特點是具有很大的高徑比, 可達4- 8, 反應器的高度可達16 25m。其基本構造如下圖：,EGSB膨脹顆粒污泥床厭氧反應器,EGSB反應器是對UASB反應器的改進,與UASB反應器相比,它們最大的區(qū)別在于反應器內液體上升流速的不同。在UASB 反應器中,水力上升流速Vup一般小于1m/h,污泥床更象一個靜止床,而EGSB反應器通過采用出水循

24、環(huán),其Vup一般可達到5-10m/h。,UASB 工藝的發(fā)展趨勢,就目前的應用水平而言, 以UASB 反應器為代表的高速厭氧反應器所處理的廢水污染物以碳水化合物及其降解產(chǎn)物為主。同時，毒性物質嚴重抑制細菌的生長。但是最新的發(fā)展正在突破以上界限, 表現(xiàn)在: 1.低溫下UASB反應器的運行; 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 反應器; 4.處理含有高濃度毒性物質的廢水; 5.低濃度廢水的厭氧處理.隨著對UASB反應器研究的不斷深入和啟動、運行操作管理水平提高, UASB 反應器的應用前景是十分廣闊的.,謝謝大家！,History of UASB,一、概述 UAS

25、B（升流式厭氧污泥床）工藝是由Lettinga等人在20世紀70年代開發(fā)。他們在研究用升流式厭氧濾池處理馬鈴薯加工和甲醇廢水時取消了池內的全部填料，并在池子的上部設置了氣、液、固三相分離器，于是一種結構簡單、處理效率很高的新型厭氧反應器便誕生了。UASB反應器一出現(xiàn)很快便獲得廣泛的關注與認可，并在世界范圍內得到廣泛應用。,UASB,1 進水分配系統(tǒng) 2 反應區(qū)（污泥床、污泥懸浮區(qū)） 3 三相分離器 4 出水系統(tǒng) 5 排泥系統(tǒng),3 三相分離器 三相分離器由沉淀區(qū)、集氣室和氣封組成，主要作用是將氣體、固體、液體三相加以分離。 氣體被分離進入集氣室，然后固液混合物在沉淀區(qū)進行固液分離，將處理水引入出水區(qū)，下沉的污泥借助重力由回流縫進入反應區(qū)。,a和c構造簡單，維護方便，但是泥水分離情況相對較差，在回流縫同時存在上升和下降兩股流體，互相干擾，易導致