UASB反应器原理

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 集气室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 。

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、剩余沼气燃烧器

一般不允许将剩余沼气向空气中排放，以防污染大气。在确有剩余沼气无法利用时，可安装余气燃烧器将其烧掉。燃烧器应装在安全地区，并应在其前安装阀门和阻火器。剩余气体燃烧器，是—种安全装置，要能自动点火和自动灭火。剩余气体燃烧器和消化池盖、或贮气柜之间的距离，一般至少需要15m，并应设置在容易监视的开阔地。

2、保温加热设备

厌氧消化像其他生物处理工艺一样受温度影响很大，厌氧工艺受温度影响更加显著。中温厌氧消化的最优温度范围从30～35℃，可以计算在20℃和10℃的消化速率大约分别是30℃下最大值的35%和12%。所以，加温和保温的重要性是不言而喻的。如果工厂或附近有可利用的废热或者需要从出水中间收效量，则安装热交换器是必要的。

3、监控设备

为提高厌氧反应器的运行可靠性，必须设置各种类型的计量设备和仪表，如控制进水量、投药量等计量设备和pH计(酸度计)、温度测量等自动化仪表。自动计量设备和仪表是自动控制的基础。对UASB反应器实行监控的目的主要有两个，一个是了解进出水的情况，以便观测进水是否满足工艺设计情况;另外一个目的是为了控制各工艺的运行，判断工艺运行是否正常。由于UASB反应器的特殊性还要增加一些检测项目，如挥发性有机酸(VFA)、碱度和甲烷等。但是，这些设备属于标准设备，一些设备还很难形成在线的测量和控制 。

三相分离器是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。

三相分离器设计要点汇总：

1) 集气室的隙缝部分的面积应该占反应器全部面积的15～20%;

2) 在反应器高度为5～7m时，集气室的高度在1.5～2m;

3) 在集气室内应保持气液界面以释放和收集气体，防止浮渣或泡沫层的形成;

4) 在集气室的上部应该设置消泡喷嘴，当处理污水有严重泡沫问题时消泡;

5) 反射板与隙缝之间的遮盖应该在100～200mm以避免上升的气体进入沉淀室;

6) 出气管的直管应该充足以保证从集气室引出沼气，特别是有泡沫的情况。

对于低浓度污水处理，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 。

膨胀颗粒污泥床（EGSB）是在UASB反应器的基础上发展起来的第三代厌氧生物反应器。从某种意义上说，是对UASB反应器进行了几方面改进：①通过改进进水布水系统，提高液体表面上升流速及产生沼气的搅动等因素；②设计较大的高径比；③增了出水再循环来提高反应器内液体上升流速。这些改进使反应器内的液体上升流速远远高于UASB反应器，高的液体上升流速消除了死区，获得更好的泥水混合效果。在UASB反应器内，污泥床或多或少像是静止床，而在EGSB反应器内却是完全混合的。能克服UASB反应器中的短流、混合效果差及污泥流失等不足，同时使颗粒污泥床充分膨胀，加强污水和微生物之间的接触。由于这种独特的技术优势，使EGSB适用于多种有机污水的处理，且能获得较高的负荷率，所产生的气体也更多。

EGSB反应器在结构及运行特点上集UASB和AFB的特点于一体，具有大颗粒污泥、高水力负荷、高有机负荷等明显优势。均有保留较高污泥量。获得较高有机负荷，保持反应器高处理效率的可能性和运行性。该工艺还具备区别于UASB和AFB的特点：

（1）与UASB反应器相比，EGSB反应器高径比大，液体上升流速(4～10m·h^-1)和COD有机负荷(40 kg/(m³·d))更高，比UASB反应器更适合中低浓度污水的处理。

（2）污泥在反应器内呈膨胀流化状态，污泥均是颗粒状的，活性高。沉淀性能良好。

（3）与UASB反应器的混合方式不同，由于较高的液体上升流速和气体搅动，使泥水的混合更充分；抗冲击负荷能力强，运行稳定性好。内循环的形成使得反应器污泥膨胀床区的实际水量远大于进水量，循环回流水稀释了进水，大大提高了反应器的抗冲击负荷能力和缓冲pH值变化能力。

（4）反应器底部污泥所承受的静水压力较高，颗粒污泥粒径较大，强度较好。

（5）反应器内没有形成颗粒状的絮状污泥，易被出水带出反应器。

（6）对SS和胶体物质的去除效果差 。