CN105330014A

CN105330014A - 新型uasb升流式厌氧污泥床

Info

Publication number: CN105330014A
Application number: CN201410390278.4A
Authority: CN
Inventors: 王文霞
Original assignee: Shanghai Yuli Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Yuli Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2016-02-17

Abstract

本发明新型UASB升流式厌氧污泥床的工作原理在UASB反应器的反应区下部，是由沉淀性能良好的污泥(通常是颗粒污泥)形成的厌氧污泥床，污泥浓度可达到50-100g/l更高；由反应器底部进入反应区，由于水的向上流动和产生的大量气体上升形成良好的自然搅拌作用，并使一部分污泥在反应区的上方形成相对稀薄的污泥悬浮区，悬浮区污泥浓度一般在5-40g/l范围内；悬浮液进入分离区的沉降室，污泥在此沉降，由斜面返回反应区，澄清后的处理水溢流排出。

Description

新型UASB升流式厌氧污泥床

本发明新型UASB升流式厌氧污泥床属于电子领域。

本发明新型UASB升流式厌氧污泥床是：1、UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为20－40gVSS/1；2、有机负荷高，水力停留时间长，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3.d左右；3、无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动；4、污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题；5、UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。主要缺点是：1、进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在100mg/l以下；2、污泥床内有短流现象，影响处理能力；3、对水质和负荷突然变化较敏感，耐冲击力稍差。SBR的主要优点是1、理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。　　2、运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好。3、耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。　　4、工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。　　5、处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。　　6、反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。　　7、SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。　　8、脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。9、工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。缺点1、自动化控制要求高。　　2、排水时间短（间歇排水时），并且排水时要求不搅动沉淀污泥层，因而需要专门的排水设备（滗水器），且对滗水器的要求很高。　　3、后处理设备要求大：如消毒设备很大，接触池容积也很大，排水设施如排水管道也很大。4、滗水深度一般为1~2m，这部分水头损失被白白浪费，增加了总扬程。　　5、由于不设初沉池，易产生浮渣，浮渣问题尚未妥善解决。A/O工艺1.基本原理A/O是Anoxic/Oxic的缩写，它的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理，所以A/O法是改进的活性污泥法。A/O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，可提高污水的可生化性及氧的效率；在缺氧段，异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化（有机链上的N或氨基酸中的氨基）游离出氨（NH3、NH4+），在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH3-N（NH4+）氧化为NO3-，通过回流控制返回至A池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮（N2）完成C、N、O在生态中的循环，实现污水无害化处理。2.A/O内循环生物脱氮工艺特点根据以上对生物脱氮基本流程的叙述，结合多年的焦化废水脱氮的经验，我们总结出(A/O)生物脱氮流程具有以下优点：(1)效率高。该工艺对废水中的有机物，氨氮等均有较高的去除效果。当总停留时间大于54h，经生物脱氮后的出水再经过混凝沉淀，可将COD值降至100mg/L以下，其他指标也达到排放标准，总氮去除率在70%以上。(2)流程简单，投资省，操作费用低。该工艺是以废水中的有机物作为反硝化的碳源，故不需要再另加甲醇等昂贵的碳源。尤其，在蒸氨塔设置有脱固定氨的装置后，碳氮比有所提高，在反硝化过程中产生的碱度相应地降低了硝化过程需要的碱耗。(3)缺氧反硝化过程对污染物具有较高的降解效率。如COD、BOD5和SCN-在缺氧段中去除率在67%、38%、59%，酚和有机物的去除率分别为62%和36%，故反硝化反应是最为经济的节能型降解过程。(4)容积负荷高。由于硝化阶段采用了强化生化，反硝化阶段又采用了高浓度污泥的膜技术，有效地提高了硝化及反硝化的污泥浓度，与国外同类工艺相比，具有较高的容积负荷。(5)缺氧/好氧工艺的耐负荷冲击能力强。当进水水质波动较大或污染物浓度较高时，本工艺均能维持正常运行，故操作管理也很简单。通过以上流程的比较，不难看出，生物脱氮工艺本身就是脱氮的同时，也降解酚、氰、COD等有机物。结合水量、水质特点，我们推荐采用缺氧/好氧(A/O)的生物脱氮(内循环)工艺流程，使污水处理装置不但能达到脱氮的要求，而且其它指标也达到排放标准。3.A/O工艺的缺点1.由于没有独立的污泥回流系统，从而不能培养出具有独特功能的污泥，难降解物质的降解率较低；2、若要提高脱氮效率，必须加大内循环比，因而加大了运行费用。另外，内循环液来自曝气池，含有一定的DO，使A段难以保持理想的缺氧状态，影响反硝化效果，脱氮率很难达到90％。3、影响因素水力停留时间（硝化＞6h，反硝化＜2h）污泥浓度MLSS（＞3000mg/L）污泥龄（＞30d）N/MLSS负荷率（＜0.03）进水总氮浓度（＜30mg/L）

1.USAB反应器的基本构成和原理

（1）USAB反应器的构成

USAB反应器的主体部分主要分为两个区域，即反应区和三相分离区。其中反应区为USAB反应器的工作主体。

（2）USAB反应器的工作原理

在UASB反应器的反应区下部，是由沉淀性能良好的污泥(通常是颗粒污泥)形成的厌氧污泥床，污泥浓度可达到50-100g/l更高。由反应器底部进入反应区，由于水的向上流动和产生的大量气体上升形成良好的自然搅拌作用，并使一部分污泥在反应区的上方形成相对稀薄的污泥悬浮区，悬浮区污泥浓度一般在5-40g/l范围内。悬浮液进入分离区的沉降室，污泥在此沉降，由斜面返回反应区，澄清后的处理水溢流排出。

2.USAB反应器的工艺特点

USAB反应器运行的3个重要的前提是：1。反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥；2.出产气和进水的均匀分布所形成的良好的搅拌任用；3.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。

⑴利用微生物细胞固定化技术-污泥颗粒化

USAB反应器利用微生物细胞固定化技术-污泥颗粒化实现了水力停留时间和污泥停留时间的分享，从而延长了污泥泥龄，保持了高浓度的污泥。颗粒厌氧污泥具有良好的沉降性能和高比产甲烷活性，且相对密度比人工载体小，靠产生的气体来实现污泥与基质的充分接触，节省了搅拌和回流污泥的设备和能耗bn无需附设沉淀分享装置。同时反应器内不需投加填料和载体，提高了容积利用率。

(2)由产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌用

在UASB反应器中,由产气和进水形成的上升液流和上窜气泡对反应区内的污泥颗粒产生重要的分级作用。这种作用不仅影响污泥颗粒化进程,同时还对形成的颗粒污泥的质量有很大的影响。同时这种搅拌作用实现了污泥与基质的充分接触。

(3)设计合理的三相分离器的应用

三相分离器是UASB反应器中最重要的设备。三相分离器的应用省却了辅助脱气装置,能收集从反应区产生的沼气,同时使分离器上的悬浮物沉淀下来,使沉淀性能良好的污泥能保留在反应器内。

3.应用研究现状

(1)启动技术方面

Lepisto等较早开展此方面的研究。由于颗粒污泥是UASB的核心,颗粒污泥的形成与否直接关系到UASB反应器运成败。许多研究集中在厌氧颗粒污泥的培养上。迄今,对颗粒污泥的培养已取得了许多有益的经验。我国吴允等向污泥内加入膨润土和非离子型聚丙烯酰胺,处理啤酒生产,4周内形成了稳定颗粒污泥床。郑平等研究了制药氧处理启动技术。

(2)处理领域

该处理装置的处理效果很好,其有机负荷率COD高达10Kg/(m·d),此后进行了容积为6m3、30m3及200m3的半生产性试验研究,中温条件下,应用6m3容积的装置处理甜菜制糖废水的COD容积负荷高达36g/（m3*d）;;处理马铃薯加工废水COD负荷为15Kg/(m3*d)以上，COD去除率为70%-90%。

其后,荷兰、德国、瑞典、比利时和美国的研究者用UASB反应器进行了土豆加工废水、蚕豆加工废水、屠宰废水、罐头制品加工废水、甲醇废水、乙酸废水及纤维板废水的小试或生产性试验,都取得了较好的效果。据不完全统计,至1990年,世界各地已有205个生产规模的UASB系统投入运行,到1993年,这个字已增加到400多。至今,在欧洲的UASB工艺已普遍形成了颗粒污泥。

UASB工艺在我国的应用从80年代发展至今,应用越来越广泛。从80年代末的处理酒厂、啤酒厂废水(用单一UASB工艺),到90末期,与其他工艺联合使用,如UASB+AF处理高浓度涤纶废水、PUASB加压处理制药废水等。同时也已经成功应用于污水处理和污水的处理。

4.UASB工艺的发展趋势

虽然UASB工艺在我国的应用已经有了较大发展,但与国外水平尚有差距,应进一步加强在UASB反应器及其配套设备的设备化和工程应用上的探索和实践。同时,在以下几个方面UASB厌氧处理工艺也正在实现新的发展:①低温下UASB反应器的运行;②高温厌氧处理;③用于处理不积累或不产生新的颗粒污泥的UASB反应器;④处理含有高浓度毒性物质的废水;低浓度废水的厌氧处理。厌氧处理系统具有负荷高、投资少、运行费用低、可以部分等优点,非常适合我国国情。随着研究的不断深入与发展,相信UASB厌氧处理工艺的应用前景是十分广阔的。

Claims

1.本发明新型UASB升流式厌氧污泥床是：

UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为20－40gVSS/1；

有机负荷高，水力停留时间长，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3.d左右；无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动；

污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题；

UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。

2.进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在100mg/l以下；

污泥床内有短流现象，影响处理能力；

对水质和负荷突然变化较敏感，耐冲击力稍差；

SBR的主要优点是1、理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。

3.效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好；

耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击；

本发明新型UASB升流式厌氧污泥床工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活；

本发明新型UASB升流式厌氧污泥床处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理；

反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀；

SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造；

脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果；

工艺流程简单、造价低；主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省；

排水时间短（间歇排水时），并且排水时要求不搅动沉淀污泥层，因而需要专门的排水设备（滗水器），且对滗水器的要求很高；

后处理设备要求大：如消毒设备很大，接触池容积也很大，排水设施如排水管道也很大；

滗水深度一般为1~2m，这部分水头损失被白白浪费，增加了总扬程；

由于不设初沉池，易产生浮渣，浮渣问题尚未妥善解决；A/O工艺1.基本原理本发明新型UASB升流式厌氧污泥床它的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理，所以A/O法是改进的活性污泥法。

4.本发明新型UASB升流式厌氧污泥床前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L；在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，可提高污水的可生化性及氧的效率；在缺氧段，异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化（有机链上的N或氨基酸中的氨基）游离出氨（NH3、NH4+），在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH3-N（NH4+）氧化为NO3-，通过回流控制返回至A池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮（N2）完成C、N、O在生态中的循环，实现污水无害化处理；2.A/O内循环生物脱氮工艺特点根据以上对生物脱氮基本流程的叙述，结合多年的焦化废水脱氮的经验，我们总结出(A/O)生物脱氮流程具有以下优点：(1)效率高；该工艺对废水中的有机物，氨氮等均有较高的去除效果；当总停留时间大于54h，经生物脱氮后的出水再经过混凝沉淀，可将COD值降至100mg/L以下，其他指标也达到排放标准，总氮去除率在70%以上；(2)流程简单，投资省，操作费用低；该工艺是以废水中的有机物作为反硝化的碳源，故不需要再另加甲醇等昂贵的碳源；尤其，在蒸氨塔设置有脱固定氨的装置后，碳氮比有所提高，在反硝化过程中产生的碱度相应地降低了硝化过程需要的碱耗；(3)缺氧反硝化过程对污染物具有较高的降解效率；如COD、BOD5和SCN-在缺氧段中去除率在67%、38%、59%，酚和有机物的去除率分别为62%和36%，故反硝化反应是最为经济的节能型降解过程；(4)容积负荷高；由于硝化阶段采用了强化生化，反硝化阶段又采用了高浓度污泥的膜技术，有效地提高了硝化及反硝化的污泥浓度，与国外同类工艺相比，具有较高的容积负荷；(5)缺氧/好氧工艺的耐负荷冲击能力强；当进水水质波动较大或污染物浓度较高时，本工艺均能维持正常运行，故操作管理也很简单；通过以上流程的比较，不难看出，生物脱氮工艺本身就是脱氮的同时，也降解酚、氰、COD等有机物；结合水量、水质特点，我们推荐采用缺氧/好氧(A/O)的生物脱氮(内循环)工艺流程，使污水处理装置不但能达到脱氮的要求，而且其它指标也达到排放标准；3.A/O工艺的缺点1.由于没有独立的污泥回流系统，从而不能培养出具有独特功能的污泥，难降解物质的降解率较低；2、若要提高脱氮效率，必须加大内循环比，因而加大了运行费用；另外，内循环液来自曝气池，含有一定的DO，使A段难以保持理想的缺氧状态，影响反硝化效果，脱氮率很难达到90％；3、影响因素水力停留时间（硝化＞6h，反硝化＜2h）污泥浓度MLSS（＞3000mg/L）污泥龄（＞30d）N/MLSS负荷率（＜0.03）进水总氮浓度（＜30mg/L）

本发明新型UASB升流式厌氧污泥床基本构成和原理

USAB反应器的构成

USAB反应器的主体部分主要分为两个区域，即反应区和三相分离区；其中反应区为USAB反应器的工作主体。

5.本发明新型UASB升流式厌氧污泥床的工作原理

在UASB反应器的反应区下部，是由沉淀性能良好的污泥(通常是颗粒污泥)形成的厌氧污泥床，污泥浓度可达到50-100g/l更高；由反应器底部进入反应区，由于水的向上流动和产生的大量气体上升形成良好的自然搅拌作用，并使一部分污泥在反应区的上方形成相对稀薄的污泥悬浮区，悬浮区污泥浓度一般在5-40g/l范围内；悬浮液进入分离区的沉降室，污泥在此沉降，由斜面返回反应区，澄清后的处理水溢流排出；

USAB反应器的工艺特点

USAB反应器运行的3个重要的前提是：1；反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥；2.出产气和进水的均匀分布所形成的良好的搅拌任用；3.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；

利用微生物细胞固定化技术-污泥颗粒化

USAB反应器利用微生物细胞固定化技术-污泥颗粒化实现了水力停留时间和污泥停留时间的分享，从而延长了污泥泥龄，保持了高浓度的污泥；颗粒厌氧污泥具有良好的沉降性能和高比产甲烷活性，且相对密度比人工载体小，靠产生的气体来实现污泥与基质的充分接触，节省了搅拌和回流污泥的设备和能耗bn无需附设沉淀分享装置；同时反应器内不需投加填料和载体，提高了容积利用率。