工艺技术 深度：厌氧UASB反应器原理及构成

01

UASB工艺原理

UASB反应器废水被尽可能均匀的引入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水和污泥颗粒接触的过程。在厌氧状态下产生的沼气（主要是甲烷和二氧化碳）引起了内部的循环，这对于颗粒污泥的形成和维持有利。在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上，附着和没有附着的气体向反应器顶部上升。上升到表面的污泥撞击三相反应器气体发射器的底部，引起附着气泡的污泥絮体脱气。

气泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，附着和没有附着的气体被收集到反应器顶部的三相分离器的集气室。置于极其使单元缝隙之下的挡板的作用为气体发射器和防止沼气气泡进入沉淀区，否则将引起沉淀区的絮动，会阻碍颗粒沉淀。包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体经过分离器缝隙进入沉淀区。

由于分离器的斜壁沉淀区的过流面积在接近水面时增加，因此上升流速在接近排放点降低。由于流速降低污泥絮体在沉淀区可以絮凝和沉淀。累积在三相分离器上的污泥絮体在一定程度上将超过其保持在斜壁上的摩擦力，其将滑回反应区，这部分污泥又将与进水有机物发生反应。

02

UASB反应器的构成

UASB反应器包括以下几个部分：进水和配水系统、反应器的池体和三相分离器。

在UASB反应器中最重要的设备是三相分离器，这一设备安装在反应器的顶部并将反应器分为下部的反应区和上部的沉淀区。为了在沉淀器中取得对上升流中污泥絮体／颗粒的满意的沉淀效果，三相分离器第一个主要的目的就是尽可能有效地分离从污泥床／层中产生的沼气，特别是在高负荷的情况下，在集气室下面反射板的作用是防止沼气通过集气室之间的缝隙逸出到沉淀室，另外挡板还有利于减少反应室内高产气量所造成的液体絮动。反应器的设计应该是只要污泥层没有膨胀到沉淀器，污泥颗粒或絮状污泥就能滑回到反应室（应该认识到有时污泥层膨胀到沉淀器中不是一件坏事。相反，存在于沉淀器内的膨胀的泥层将网捕分散的污泥颗粒／絮体，同时它还对可生物降解的溶解性COD起到一定的去除作用）。只一方面，存在一定可供污泥层膨胀的自由空间，以防止重的污泥在暂时性的有机或水力负荷冲击下流失是很重要的。水力和有机(产气率)负荷率两者都会影响到污泥层以及污泥床的膨胀。UASB系统原理是在形成沉降性能良好的污泥凝絮体的基础上，并结合在反应器内设置污泥沉淀系统使气、液、固三相得到分离。形成和保持沉淀性能良好的污泥(其可以是絮状污泥或颗粒型污泥)是UASB系统良好运行的根本点。

1、三相分离器的原理

在UASB反应器中的三相分离器(GLS)是UASB反应器最有特点和最重要的装置。它同时具有两个功能：①能收集从分离器下的反应室产生的沼气；②使得在分离器之上的悬浮物沉淀下来。对上述两种功能均要求三相分离器的设计避免沼气气泡上升到沉淀区，如其上升到表面将引起出水混浊．降低沉淀效率，并且损失了所产生的沼气。设计三相分离器的原则是：

(1)间隙和出水面的截而积比影响到进入沉淀区和保持在污泥相中的絮体的沉淀速度。

(2)分离器相对于出水液面的位置确定反应区(下部)和沉淀区(上部)的比例。在多数UASB反应器中内部沉淀区是总体积的15％—20％。

(3)三相分离器的倾角这个角度要使固体可滑回到反应器的反应区，在实际中是在45～60℃之间。这个角度也确定了三相分离器的高度，从而确定了所需的材料。

(4)分离器下气液界面的面积确定了沼气的释放速率。适当的释放率大约是1～3m3/（m2·h）。速率低有形成浮渣层的趋势，非常高导致形成气沫层，两者都导致堵塞释放管。

对于低浓度污水处，当水力负荷是限制性设计参数时，在三相分离器缝隙处保持大的过流面积，使得最大的上升流速在这一过水断面上尽可能的低是十分重要的。原则上只有出水截面的面积(而不是缝隙面积)才是决定保持在反应器中最小沉速絮体的关键。

2、进水和配水系统的要求

进水系统兼有配水和水力搅拌的功能，为了保证这两个功能的实现，需要满足如下原则：

(1)进水装置的设计使分配到各点的流量相同，确保单位面积的进水量基本相同，防止发生短路等现象；

(2)很容易观察进水管的堵塞，当堵塞发现后、必须很容易被清除。

(3)应尽可能的(虽然不是必须的)满足污泥床水力搅拌的需要，保证进水有机物与污泥迅速混合．防止局部产生酸化现象。

为确保进水等量地分布在池底，每个进水管仅与—个进水点相连接是最理想状态，只要保证每根配水管流量相等，即可取得均匀布水的要求；因此有必要采用特殊的布水分配装置，以保证一根配水管只服务一个配水点，为了保证每一个进水点达到应得的进水流量，建议采用高于反应器的水箱式(或渠道式)进水分配系统。
如图给出了一种连续流的布水器形式，这种敞开的布水器的—个好处是可以容易用肉眼观察堵塞情况。对高浓度废水由于水力负荷较低，采用脉冲式进水分配装置是一种较好的选择。