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型UASB厭氧反應(yīng)器控制方法

厭氧消化的發(fā)酵條件控制

營養(yǎng)與環(huán)境條件

厭氧要求機物濃度較高，一般大于1000mg/L以上。所以厭氧適于處理高濃度機廢水和污泥處理。和好氧生物處理一樣，厭氧處理也要求供給面的營養(yǎng)，但好氧細菌增殖快，機物50~60%用于細菌增殖，故對N、P要求高;而厭氧增殖慢，BOD僅5~10%用于合成菌體，對N、P要求低。

COD∶N∶P=200∶5∶1或C∶N=12~16

(好氧COD∶N∶P=100∶5∶1)

厭氧過程對環(huán)境條件要求比較嚴格:

Ⅰ、氧化還原電位(φE)與溫度

氧的溶入和氧化態(tài)、氧化劑的存在:Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-、PO43-、H+會使體系中電位升高，對厭氧消化不利。

高溫消化--500~600mv，50~55℃

中溫消化--300~380mv，30~38℃

產(chǎn)酸菌對氧還-還電位要求不甚嚴格+100~-100mv

產(chǎn)甲烷菌對氧還-還電位要求嚴格<-350mv

Ⅱ、pH及堿度

pH主要取決于三個生化階段的平衡狀態(tài)，原液本身的pH和發(fā)酵系統(tǒng)中產(chǎn)生的CO2分壓(20.3~40.5kpa)，正常發(fā)酵pH=7.2~7.4，機負荷太大，水解和酸化過程的生化速率大大過產(chǎn)速率。將導(dǎo)致水解產(chǎn)物機酸的積累使pH下降，抑制甲烷菌的生理機能，使化速率銳減，所以原液pH=6~8，發(fā)酵過程機酸濃度不過3000mg/L為佳(以乙酸計)。

HCO3-及NH3是形成厭氧處理系統(tǒng)堿度的主要原因，高的堿度具較強的緩沖能力，一般要求堿度2000mg/L以上，NH3濃度50~200mg/L為佳。

Ⅲ、凡對厭氧處理過程起抑制和毒害的物質(zhì)都可稱為毒物，機酸濃度不應(yīng)使消化液pH<6.8;不應(yīng)高于1500mg/L，其它陰離子濃度參見 P148表9-2。

工藝操作條件

Ⅰ、生物量--大小以污泥濃度表示，一般介于10~30gvss/L之間，為防止反應(yīng)器中污泥流失，可采用裝入填料介質(zhì)使細菌附著掛膜，調(diào)節(jié)水流速度或污泥回流量。

Ⅱ、負荷率--表示消化裝置處理能力的一個參數(shù)，負荷率三種表示方法:

①容積負荷率--反應(yīng)器單位效容積在單位時間內(nèi)接納的機物量kg/m3·d。

②污泥負荷率--反應(yīng)器內(nèi)單位重的污泥在單位時間內(nèi)接納的機物量kg/kg·d。

③投配率--每天向單位效容積投加的材料的體積m3/m3·d。

投配率的倒數(shù)為平均停留時間或消化時間，單位為d(天)，投配率池可用百分率表示。

負荷率的影響:

①當機物負荷率很高時，營養(yǎng)充分，代謝產(chǎn)物機酸產(chǎn)量很大，過甲烷菌的吸收利用能力，機酸積累pH下降，是低效不穩(wěn)定狀態(tài)。

②負荷率適中，產(chǎn)酸細菌代謝產(chǎn)物中的機物(機酸)基本上能被甲烷菌及時利用，并轉(zhuǎn)化為沼，殘存機酸量僅為幾百毫克/升。pH=7~7.5，呈弱堿性，是強效穩(wěn)定發(fā)酵狀態(tài)。

③當機負荷率小，供給養(yǎng)料不足，產(chǎn)酸量偏少，pH>7.5是堿性發(fā)酵狀態(tài)，是低效發(fā)酵狀態(tài)。

Ⅲ、溫度控制--發(fā)酵要求較高的溫度，每去除8000mg/L的COD所產(chǎn)沼，能使水溫升高10℃，一般工藝設(shè)計中溫消化30~35℃。

Ⅳ、pH的控制--當液料pH<6.5或高于8.0，則要調(diào)整液料pH。

pH<6.8~7，應(yīng)減少機負荷率，

pH<6.5，應(yīng)停止加料，必要時加入石灰中和。

型UASB厭氧反應(yīng)器控制方法

 反應(yīng)器原理

UASB由污泥反應(yīng)區(qū)、液固三相分離器(包括沉淀區(qū))和室三部分組成。在底部反應(yīng)區(qū)內(nèi)存留大量厭氧污泥，具良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與污泥層中污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的機物，把它轉(zhuǎn)化為沼。沼以微小泡形式不斷放出，微小泡在上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的泡，在污泥床上部由于沼的攪動形成一個污泥濃度較稀薄的污泥和水一起上升進入三相分離器，沼碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的四周，然后穿過水層進入室，集中在室沼，用導(dǎo)管導(dǎo)出，固液混合液經(jīng)過反射進入三相分離器的沉淀區(qū)，污水中的污泥發(fā)生絮凝，顆粒逐漸增大，并在重力下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿著斜壁滑回厭氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)，使反應(yīng)區(qū)內(nèi)積累大量的污泥，與污泥分離后的處理出水從沉淀區(qū)溢流堰上部溢出，然后出污泥床。

UASB的由來

1971年荷蘭瓦格寧根(Wageningen)農(nóng)業(yè)大學(xué)拉丁格(Lettinga)教授通過物理結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用重力場對不同密度物質(zhì)的差異，發(fā)明了三相分離器。使活性污泥停留時間與廢水停留時間分離，形成了上流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器的雛型。1974年荷蘭CSM在其6m3反應(yīng)器處理甜菜制糖廢水時，發(fā)現(xiàn)了活性污泥自身固定化機制形成的生物聚體結(jié)構(gòu)，即顆粒污泥(granular sludge)。顆粒污泥的出現(xiàn)，不僅促進了以UASB為代表的二代厭氧反應(yīng)器的和發(fā)展，而且還為三代厭氧反應(yīng)器的誕生奠定了基礎(chǔ)。
三、UASB工作原理
UASB由污泥反應(yīng)區(qū)、液固三相分離器(包括沉淀區(qū))和室三部分組成。在底部反應(yīng)區(qū)內(nèi)存留大量厭氧污泥，具良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與污泥層中污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的機物，把它轉(zhuǎn)化為沼。沼以微小泡形式不斷放出，微小泡在上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的泡，在污泥床上部由于沼的攪動形成一個污泥濃度較稀薄的污泥和水一起上升進入三相分離器，沼碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的四周，然后穿過水層進入室，集中在室沼，用導(dǎo)管導(dǎo)出，固液混合液經(jīng)過反射進入三相分離器的沉淀區(qū)，污水中的污泥發(fā)生絮凝，顆粒逐漸增大，并在重力下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沼著斜壁滑回厭氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)，使反應(yīng)區(qū)內(nèi)積累大量的污泥，與污泥分離后的處理出水從沉淀區(qū)溢流堰上部溢出，然后出污泥床。
基本出要求:
(1)為污泥絮凝提供利的物理、化學(xué)和力學(xué)條件，使厭氧污泥獲得并保持良好的沉淀性能;
(2)良好的污泥床?？尚纬梢环N相當穩(wěn)定的生物相，保持定的微生態(tài)環(huán)境，能抵抗較強的擾動力，較大的絮體具良好的沉淀性能，從而提高設(shè)備內(nèi)的污泥濃度;
(3)通過在污泥床設(shè)備內(nèi)設(shè)置一個沉淀區(qū)，使污泥細顆粒在沉淀區(qū)的污泥層內(nèi)進一步絮凝和沉淀，然后回流入污泥床內(nèi)。
四、UASB內(nèi)的流態(tài)和污泥分布
UASB內(nèi)的流態(tài)相當復(fù)雜，反應(yīng)區(qū)內(nèi)的流態(tài)與產(chǎn)量和反應(yīng)區(qū)高度相關(guān)，一般來說，反應(yīng)區(qū)下部污泥層內(nèi)，由于產(chǎn)的結(jié)果，部分斷面通過的量較多，形成一股上升的流，帶動部分混合液(指污泥與水)作向上運動。與此同時，這股、水流周圍的介質(zhì)則向下運動，造成逆向混合，這種流態(tài)造成水的短流。在遠離這股上升、水流的地方容易形成死角。在這些死角處也具一定的產(chǎn)量，形成污泥和水的緩慢而微弱的混合，所以說在污泥層內(nèi)形成不同程度的混合區(qū)，這些混合區(qū)的大小與短流程度關(guān)。懸浮層內(nèi)混合液，由于體幣的運動帶動液體以較高速度上升和下降，形成較強的混合。在產(chǎn)量較少的情況下，時污泥層與懸浮層明顯的界線，而在產(chǎn)量較多的情況下，這個界面不明顯。關(guān)試驗表明，在沉淀區(qū)內(nèi)水流呈推流式，但沉淀區(qū)仍然還死區(qū)和混合區(qū)。
UASB內(nèi)污泥濃度與設(shè)備的機負荷率關(guān)。是處理制糖廢水試驗時，UASB內(nèi)污泥分布與負荷的關(guān)系。從圖中可看出污泥層污泥濃度比懸浮層污泥濃，懸浮層的上下部分污泥濃度差較小，說明接近完混合型流態(tài)，反應(yīng)區(qū)內(nèi)污泥的頒，當機負荷很高時污泥層和懸浮層分界不明顯。試驗表明，污水通過底部0.4-0.6m的高度，已90%的機物被轉(zhuǎn)化。由此可見厭氧污泥具高的活性，改變了以來認為厭氧處理過程進行緩慢的概念。在厭氧污泥中，積累大量高活性的厭氧污泥是這種設(shè)備具巨大處理能力的主要原因，而這又歸于污泥具良好的沉淀性能。
UASB具高的容積機負荷率，其主要原因是設(shè)備內(nèi)，別是污泥層內(nèi)保大量的厭氧污泥。工藝的穩(wěn)定性和強效性很大程度上取決于生成具優(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(yīng)區(qū)內(nèi)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。

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