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1、第16卷第4期甘肃环境研究与监测2003年12月污染治理(408411)UASB处理工艺张萍,石富礼(西北师范大学 地理与环境科学学院,甘肃 兰州730070)摘要:介绍了UA SB反应器的构造、工作原理和控制要点,指出UA SB在废水中的应用和发展趋势.关键词:UA SB工艺;控制要点;应用;发展趋势中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:100921211(2003)0420408204UA SB是升流式厌氧污泥床反应器的简称,是由荷兰W ageningen农业大学教授L ettinga等人于19721978年间开发研制的一项厌氧生物处理技术,国内对UA SB反应器的研究是从20世纪8
2、0年代开始的.由于UA SB反应器具有工艺结构紧凑,处理能力大,无机械搅拌装置,处理效果好及投资省等特点,UA SB反应器是目前研究最多,应用日趋广泛的新型污水厌氧处理工艺1.1UA SB反应器基本构造和工作原理2,31.1UA SB反应器基本构造如图1所示UA SB的基本构造.分述如下.图1UASB反应器工艺系统组成(1)污泥床污泥床位于整个UA SB反应器的底部,污泥床内具有很高的污泥生物量,其污泥浓度(ML SS)一收稿日期:2003209222.作者简介:张萍(1968-),工程师,从事环境科学教学和科研工作.般为40 00080 000mg?L.污泥床中的污泥由活性生物量(或细菌)占
3、70%80%以上的高度发展的颗粒污泥组成.正常运行的UA SB中的颗粒污泥的粒径一般在0.55.0 mm之间,具有优良的沉降性能,其沉降速度一般为1.21.4 cm?s,其典型的污泥容积指数(SV I)为1020 mL?g.颗粒污泥中的生物相组成比较复杂,主要是杆菌、球菌和丝状菌等.污泥床的容积一般占整个UA SB反应器容积的30%左右,但他对UA SB反应器的整体处理效率起着极为重要的作用,对反应器中有机物的降解量占到整个反应器全部降解量的70%90%.(2)污泥悬浮层污泥悬浮层位于污泥床的上部.他占据整个UA SB反应器容积的70%左右,其中的污泥浓度要低于污泥床,通常为15 00030
4、000 mg?L,由高度絮凝的污泥组成,一般为非颗粒状污泥,其沉降要明显小于颗粒污泥的沉速,污泥容积指数一般在3040 mL?g之间.靠来自污泥床中上升的气泡使此层污泥得到良好的混合.污泥悬浮层中絮凝污泥的浓度呈自下而上逐渐减小的分布状态.这一层污泥担负着整个UA SB反应器有机物降解量的10%30%.(3)沉淀区沉淀区位于UA SB反应器的顶部,其作用是使由于水流的夹带作用而随上升水流进入出水区的固体颗粒(主要是污泥悬浮层中的絮凝性污泥)在沉淀区沉淀下来,并沿沉淀区底部的斜壁滑下而重新回到反应区内(包括污泥床和污泥悬浮层),以保证反应器中污泥不致流失而同时保证污泥床中污泥的浓度.沉淀区的另一
5、个作用是可以通过合理调整沉淀 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.区的水位高度来保证整个反应器集气室的有效空间高度而防止集气空间的破坏.(4)三相分离器三相分离器一般设在沉淀区的下部,但有时也可将其设在反应器的项部.三相分离器的主要作用是将气体(反应过程中产生的沼气)、固体(反应器中的污泥)和液体(被处理的废水)等三相加以分离.将沼气引入集气室,将处理出水引入出水区,将固体颗粒导入反应区.他由气体收集器和折流挡板组成.只有三相分离器是UA SB反应器污水厌氧处理工艺的主要特点之一.他相当于传统
6、污水处理工艺中的二次沉淀池,并同时具有污泥回流的功能.因而三相分离器的合理设计是保证其正常运行的一个重要内容.1.2UA SB的工作原理如图1所示,废水由反应器的底部进入后,由于废水以一定的流速自下而上流动以及厌氧过程产生的大量沼气的搅拌作用,废水与污泥充分混合,有机质被吸附分解,所产沼气经由反应器上部三相分离器的集气室排出,含有悬浮污泥的废水进入三相分离器的沉降区,由于沼气已从废水中分离,沉降区不再受沼气搅拌作用的影响.废水在平稳上升过程中,其中沉淀性能良好的污泥经沉降面返回反应器主体部分,从而保证了反应器内高的污泥浓度.含有少量较轻污泥的废水从反应器上方排出.UA SB反应器中可以形成沉淀
7、性能非常好的颗粒污泥,能够允许较大的上流速度和很高的容积负荷.UA SB反应器运行的3个重要的前提是:反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥;出产气和进水的均匀分布所形成良好的自然搅拌作用;设计合理的三相分离器,能使沉淀性能良好的污泥保留在反应器内.2UA SB反应器的运行和控制要点2.1污泥的培养、类型和主要性能UA SB反应器是目前各种厌氧处理工艺中所能达到的处理负荷最高的高浓度有机废水处理装置.他之所以有如此高的处理能力,是因为在反应器内以甲烷菌为主体的厌氧微生物形成了粒径为15mm的颗粒污泥,即污泥的颗粒化是UA SB的基本特征.颗粒污泥能够长期保持其形态上的稳定性及良好的沉降性
8、能.(1)颗粒污泥的形成过程UA SB反应器颗粒污泥的形成过程一般有二个阶段:第一阶段为启动与污泥活性提高阶段.在此阶段内,反应器的有机负荷一般控制在2.0 kgCOD?(m3d)以下,运行时间约需11.5个月;第二阶段为颗粒污泥形成阶段,在此阶段内,有机负荷一般控制在2.05.0 kg COD?(m3d).由于产气及其搅拌作用,截留在反应器内的污泥将在重质污泥颗粒的表面富集、絮凝并生长繁殖,最终形成粒径为15 mm的颗粒状污泥,此阶段也需要11.5个月;第三阶段为污泥床形成阶段,在此阶段内,反应器的有机负荷大于5 kg COD?(m3d),随着有机负荷的不断提高,反应器内的污泥浓度逐步提高,
9、颗粒污泥床的高度也相应地不断增高.正常运行时,此阶段内的有机负荷可逐渐增加至3050 kg COD?(m3d)或更高.通常,当接种污泥充足且操作条件控制得当时,形成具有一定高度的颗粒污泥床需要34个月的时间.(2)颗粒污泥的类型UA SB反应器中的污泥一般有3种存在形式,即絮凝状污泥、无载体颗粒污泥和以载体力为核心而形成的颗粒污泥.颗粒污泥分为3种类型.球形颗粒污泥,主要由杆状茵、丝状菌组成,颗粒粒径约13 mm;松散球形颗粒污泥,主要由松散互卷的丝状菌组成,颗粒粒径在15 mm;紧密球状颗粒污泥,主要由中烷八叠球菌组成,其颗粒粒径较小,一般在0.10.5 mm.(3)颗粒污泥的性质颗粒污泥一
10、般呈椭球形,其颜色呈灰黑或褐黑色,肉眼可观察到颗粒的表面包裹着灰白色的生物膜.颗粒污泥的比重一般为1.011.05左右,粒径为0.53.0 mm(最大可达5 mm),污泥指数(SV I)一般在1020 m l?gss5之间(与颗粒的大小有关),沉降速度多在510 mm?s之间.成熟的颗粒污泥其V SS?SS值一般为70%80%.颗粒污泥一般含有如碳酸钙这样的无机盐晶体以及纤维、砂粒等,还含有多种金属离子.颗粒污泥中的碳、氢、氮的含量大致分别为40%50%、7%和10%左右.2.2反应器运行控制要点UA SB反应器和其他厌氧处理装置一样,在实际运行中必须对有关的操作和运转条件加以严格地控制.UA
11、 SB反应器的运行过程中,影响污泥颗粒化及处理效能的因素很多.总的来讲,UA SB反应器的工艺运行主要受接种污泥的性质及数量、进水水质(有机基质浓度及种类、营养比、悬浮团体含量、有毒有害物质)、反应器的工艺条件(处理负荷,包括水力904第4期张萍等:UA SB处理工艺 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.负荷、污泥负荷和有机负荷.反应器温度、pH值与碱度、挥发酸含量)等的影响.下面将几个主要的因素加以介绍.(1)进水基质的类型及营养比的控制为满足厌氧微生物的营养要求,运行过程中需保证一定比例的
12、营养物数量.运行中主要控制厌氧反应器中的CNP比例.一般应控制CNP在(200300)51为宜.在反应器启动时,稍加一些氮素有利于微生物的生长繁殖.(2)进水中悬浮固体浓度的控制对进水中悬浮固体(SS)浓度的严格控制要求是UA SB反应器处理工艺与其他厌氧处理工艺的明显不同之处.对低浓度废水而言,其废水中的SS?COD的典型值为0.5,对于高浓度有机废水而言,一般应将SS?COD的比值控制在0.5以下.(3)有毒有害物质的控制 氨氮(NH3-N)浓度的控制:氨氮浓度的高低对厌氧微生物产生2种不同影响.当其浓度在50200mg?L时,对反应器中的厌氧微生物有刺激作用;浓度在1 5003 000
13、mg?L时,将对微生物产生明显的抑制作用.一般宜将氨氮浓度控制在1 000mg?L以下.硫酸盐(SO2-4)浓度的控制:UA SB反应器中的硫酸盐离子浓度不应大于5 000 mg?L,在运行过程中UA SB的COD?SO2-4比值应大于10.其他有毒物质:导致UA SB反应器处理工艺失败的原因,除上述几种以外,其他有毒物质的存在也必须加以十分注意.这些物质主要是:重金属、碱土金属、三氯甲烷、氰化物、酚类、硝酸盐和氯气等.(4)碱度和挥发酸浓度的控制 碱度(HCO-3):操作合理的反应器中的碱度一般应控制在2 0004 000 mg?L之间,正常范围为1 0005 000 mg?L.在UA SB
14、反应器中.挥发酸的安全浓度控制在2 000mg?L(以HAC计)以内,当V FA的浓度小于200 mg?L时,一般是最好的.(5)沼气产量及其组分当反应器运行稳定时,沼气中的CH4含量和CO2的含量也是基本稳定的.其中甲烷的含量一般为65%75%,二氧化碳的含量为20%30%.沼气中的氢(H2)含量一般测不出,如其含量较多,则说明反应器的运行不正常.当沼气中含有硫化氢气体时,反应器将受到严重的抑制而使甲烷和二氧化碳的含量大大降低.厌氧反应过程中的沼气产量及其组分的变化直接反映了处理工艺的运行状态.3UASB反应器在废水处理中的应用4,5UA SB反应器处理工艺是目前研究较多、应用日趋广泛的新型
15、污水厌氧处理工艺,他除了具有厌氧处理的优点,如工艺结构紧凑、处理能力大、无机械搅拌装置、处理效果好、投资省等优点外,还具有其他厌氧处理工艺(厌氧流化床、厌氧滤池等)难以比拟的优点:可实现污泥的颗粒化;生物固体的停留时间可长达100 d;气、固、液的分离实现了一体化;通常情况下不发生堵塞,因而他具有很高的处理能力和处理效率,尤其适用于各种高浓度有机废水的处理,现已被列为国家重点推广技术.表1是UA SB反应器在处理不同废水中的应用表1UASB反应器在处理不同废水中的应用资料5废水类型容积负荷kgCOD?m3dHRT?h温度?去除率?%反应器容积?m3规模牛奶废水7.56-88400生产型土豆加工
16、废水3.021.235852 200生产型纸板废水6.62.53075.61 000生产型甜菜糖废水20.75.635821 800生产型土豆淀粉废水-2035875 000生产型香槟酒废水156.83091-生产型造纸废水4.45.05.52875832 200生产型蒸馏厂废水6-35-12半生产型浸麻废水8-35-12半生产型制糖废水22.563094-半生产型酿酒厂废水95-83-半生产型土豆废水254543593-半生产型014甘肃环境研究与监测第16卷 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserv
17、ed.资料.4UASB工艺的发展趋势就目前的应用水平而言,以UA SB反应器为代表的高速厌氧反应器可以处理废水的浓度范围在0.560.0 g COD?m3d之间,通常最多使用的温度范围在2838,容积负荷多在1225 kgCOD?m3d.其所处理的废水污染物以碳水化合物及其降解产物为主.同时,毒性物质浓度不足以严重抑制细菌的生长.但是最新的发展正在突破以上界限,表现在:低温下UA SB反应器的运行;高温厌氧处理;用于处理不积累或不产生新的颗粒污泥的UA SB反应器;处理含有高浓度毒性物质的废水;低浓度废水的厌氧处理.随着对UA SB反应器研究的不断深入和启动、运行操作管理水平提高,UA SB反
18、应器的应用前景是十分广阔的.参考文献:1 贺延龄.废水的厌氧生物处理M.北京:中国轻工业出版社,1999.2 沈耀良,王宝贞.废水生物处理新技术M.北京:中国环境科学出版社,2000.3 夏北成.环境污染物生物降解M.北京:化学工业出版,2002.4 张自杰.环境工程手册水污染防治卷M.北京:高等教育出版社,2001.5 北京市政工程设计研究总院.给水排水设计手册M.第6册.北京:中国建筑工业出版,2002.(上接第389页)法管理的重要依据,这是勿庸置疑的.其重要性决定了制定总量控制指标的严肃性,并保证其科学性和可行性.从目前实施总量控制的情况看,其控制技术大体划归为两类:一类是管理目标总量
19、控制;他是以某一年度的排污情况为基准目标,对区域、行业或重点排污企业实施总量控制指标管理.另一类是环境质量目标总量控制;他是以当地环境质量现状,以环境质量标准衡量,为确保环境功能区划所要求的环境质量目标要求为基准目标,而实施区域、行业或重点排污企业的排污总量控制指标限量管理.大气污染物总量控制的技术关键在于把握实施总量控制指标与环境质量改善的关系.因此,确定总量控制指标是非常重要的,既要充分体现环境质量目标的要求,又要切实考虑技术的、经济的可行性.因此,制定并严格遵循其技术路线是十分重要的.如前所述,大气污染物总量控制与浓度管理比较,具有较大的灵活性,非常适应于我国幅员辽阔和各地区地理条件及经
20、济发展水平等差异较大的环境管理实际的需要.但是,总量控制指标如果没有严格的审批程序与监督措施,就有可能走向反面,导致排污的失控.大气污染物总量控制应抓重点污染源和主要污染物,制定总量控制方案应注重科学性、经济性和技术可行性,其总量控制指标应由政府职能部门提出,经政府审批后实施,实行领导任期目标责任管理.只有这样,才能真正把解决大气污染问题落到实处.(上接第407页)河道下游.同时建议开展在湟水入库处修建拦污工程可行性论证工作,将来自湟水平流和支流上漂浮污染物直接拦截在库区外,最大限度减少污染物对电站安全运行的危害.3.4开展湟水流域漂浮污染物运动规律的监测和研究漂浮污染物是经济发展的不利产物,
21、水库抗漂浮污染物调度是一个新问题,漂浮污染物来源极其复杂,以前基本上没有对漂浮污染物进行监测、预报和研究过,缺少定量观测数据.今后要利用现有水文测站设施和设备,开展水中漂浮污染物监测、预报和研究工作,特别是漂浮污染物运动规律的系统研究.同时建立民和、享堂水文站至八盘峡库区(本控制区)的水文预报,对未控制区由暴雨产生的漂浮污染物数量和到达库区的时间进行预测,为八盘峡电站调度提供依据.通过以上的工程措施和非工程措施的实施,八盘峡电站漂浮污染物危害问题将逐步得到解决.参考文献:1 向立,同新奇.在“四化”建设中人为水土流失类型J.水土保持通报,1987,7(4):48253.2 方于云.水资源保护手册M.南京:河海大学出版社,1988.1482176.114第4期张萍等:UA SB处理工艺 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.