【污水處理工藝】UASB在廢水處理中的應(yīng)用及其影響因素
UASB是由荷蘭著名學(xué)者Letfinga在20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)的[1]。待處理的廢水由反應(yīng)器底部引入，向上流過(guò)由絮狀或顆粒狀污泥組成的污泥床，產(chǎn)生的沼氣由頂部三相分離器逸出。UASB的特點(diǎn)是有機(jī)負(fù)荷率和去除率高，不需攪拌，能適應(yīng)負(fù)荷沖擊和溫度的變化，是一種性能較好的厭氧生物工藝。
1 UASB反應(yīng)器的基本原理
UASB反應(yīng)器為上流式厭氧污泥床，如圖1所示。廢水由反應(yīng)器底部進(jìn)入，反應(yīng)器主體含有大量的厭氧污泥，由于廢水以一定流速自下而上流動(dòng)以及生物降解過(guò)程產(chǎn)生大量沼氣的攪拌作用，廢水與污泥充分混合，有機(jī)質(zhì)被吸附分解，最終轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳、水、硫水氫和氨，所產(chǎn)生沼氣(主要是甲烷)由上部的三相分離器的集氣室排出，含有懸浮污泥的廢水進(jìn)入三相分離器的沉降區(qū)。由于沼氣從水中分離而失去攪拌作用，廢水在上升過(guò)程中變得比較平穩(wěn)，其中沉淀性能良好的污泥經(jīng)沉降面返回反應(yīng)器主體部分，使反應(yīng)器內(nèi)有較高的污泥濃度，保證了后繼處理的正常進(jìn)行。在運(yùn)行過(guò)程中，UASB反應(yīng)器內(nèi)能夠形成沉淀性能良好的顆粒污泥，能夠允許較大的上流速度和很高的容積負(fù)荷。
2 UASB反應(yīng)器在廢水處理中的應(yīng)用
UASB反應(yīng)器在所有高速厭氧反應(yīng)器中是應(yīng)用最為廣泛的，其處理的廢水包括幾乎所有以有機(jī)污染物為主的廢水，如各類(lèi)發(fā)酵工業(yè)、淀粉加工、制糖、造紙、制藥、石油精煉及石油化工等各種來(lái)源的有機(jī)廢水[2、3]。其主要工藝流程如圖2所示：
UASB反應(yīng)器正常運(yùn)行時(shí)，有機(jī)負(fù)荷可達(dá)到30～50kgCOD/（m3·d）或更高。表1列出了國(guó)內(nèi)部分UASB反應(yīng)器處理高濃度有機(jī)廢水的應(yīng)用資料[4]， COD的去除率普遍都在80%以上，最高可達(dá)94%，這表明，UASB工藝能有效的處理高濃度有機(jī)廢水。圖2 UASB工藝流程圖
表1 UASB反應(yīng)器在處理不同廢水中的應(yīng)用資料
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近年來(lái)的生化處理不再偏重于厭氧處理法，其發(fā)展趨勢(shì)是將厭氧與好氧處理有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮他們各自的優(yōu)勢(shì)。目前將傳統(tǒng)的UASB反應(yīng)器與好氧生物流化床結(jié)合起來(lái)，研制一種處理效率高、操作簡(jiǎn)單、占地面積小、成本較低的三相流化床處理設(shè)備，以適應(yīng)于餐飲業(yè)廢水的處理，解決目前餐飲廢水難于集中處理的問(wèn)題[5、6、7]。由此看來(lái)，研制出厭氧和好氧處理結(jié)合于一體的工藝設(shè)備將會(huì)有較好的應(yīng)用前景。UASB工藝與其他系統(tǒng)連用是對(duì)現(xiàn)代厭氧反應(yīng)的一個(gè)突破。
3 影響因素
3.1 顆粒污泥
UASB系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行取決于沉降效果好、產(chǎn)甲烷活性高、微生物類(lèi)群合理、數(shù)量豐富的顆粒污泥的形成[8、9]。顆粒污泥是UASB反應(yīng)器運(yùn)行的基礎(chǔ)，具有良好的沉降性顆粒污泥不易流失。顆粒污泥的數(shù)量、微生物組合及其產(chǎn)甲烷活性決定了反應(yīng)器的處理效率和對(duì)水質(zhì)波動(dòng)的抵抗能力。
3.2 有機(jī)負(fù)荷
正確控制有機(jī)負(fù)荷，可以盡快形成或形成較大的顆粒污泥。研究者認(rèn)為：揮發(fā)酸的高低是顆粒污泥形成不同類(lèi)型的重要因素，控制反應(yīng)器出水的揮發(fā)酸濃度來(lái)選擇污泥的優(yōu)勢(shì)菌種，利用甲烷絲菌基質(zhì)親合力較高的特點(diǎn)，維持低的出水乙酸濃度來(lái)達(dá)到使甲烷絲菌成為主要降解乙酸的產(chǎn)甲烷優(yōu)勢(shì)菌的目的。在53℃±2℃，出水乙酸濃度低于200mgCOD/L，增加負(fù)荷率，可培養(yǎng)出含甲烷絲菌為主的顆粒污泥，當(dāng)出水乙酸濃度高時(shí)，增加負(fù)荷可培養(yǎng)出含甲烷八疊球菌為主的顆粒污泥。實(shí)踐證明，控制反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷和提高污泥的沉淀性是控制污泥過(guò)量流失的主要手段。
3.3 溫度
溫度對(duì)于UASB的啟動(dòng)以及保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要的影響[10]。反應(yīng)器在常溫(20～30℃)，中溫(33～41℃)和高溫(50～55℃)下均能順利啟動(dòng)，形成顆粒污泥。不同的處理工藝，可以根據(jù)實(shí)際需要選擇不同的升溫方式，如厭氧處理采用高溫發(fā)酵（55℃），反應(yīng)器啟動(dòng)的關(guān)鍵在于污泥中高溫菌種的數(shù)量，所以采用直接升溫的方式，在1～2周內(nèi)取得高的VFA去除率，這說(shuō)明在其它條件不變的情況下，采用直接升溫的方法啟動(dòng)可以更快。
3.4 進(jìn)水分配
進(jìn)水分配對(duì)UASB的運(yùn)轉(zhuǎn)是至關(guān)重要的，需要滿足如下原則：(1)確保單位面積的進(jìn)水量基本相同，以防止短路等現(xiàn)象發(fā)生；(2)盡可能滿足水力攪拌需要，保證進(jìn)水有機(jī)物與污泥迅速混合。在生產(chǎn)裝置中采用的進(jìn)水方式大致可分為脈沖式、連續(xù)流、連續(xù)與脈沖相結(jié)合等方式。目前被廣泛采用的是脈沖式，它是一種布水均勻，攪拌效果好的進(jìn)液形式，能增加活性污泥區(qū)高度，有利于提高厭氧效率和抗沖擊能力[11]。
3.5 堿度
堿度主要對(duì)污泥顆?；a(chǎn)生影響，表現(xiàn)在兩方面：一是對(duì)顆?；M(jìn)程的影響，二是對(duì)顆粒污泥活性的影響[12]。后者主要表現(xiàn)在通過(guò)調(diào)節(jié)pH值（即通過(guò)堿度的緩沖作用使pH值變化較小）使得產(chǎn)甲烷菌呈不同的生長(zhǎng)活性，前者主要表現(xiàn)在對(duì)污泥顆粒分布及顆?；俣鹊挠绊?。在一定的堿度范圍內(nèi)，進(jìn)水堿度高的反應(yīng)器污泥顆?；俣瓤?，但顆粒污泥的SMA低；進(jìn)水堿度低的反應(yīng)器其污泥顆粒化速度慢，但顆粒污泥的SMA高。因此，在污泥顆粒化過(guò)程中進(jìn)水堿度可以適當(dāng)偏高（但不能使反應(yīng)器的pH>8.2，這主要是因?yàn)榇藭r(shí)產(chǎn)甲烷菌會(huì)受到嚴(yán)重抑制）以加速污泥的顆粒化，使反應(yīng)器快速啟動(dòng)；而在顆?；^(guò)程基本結(jié)束時(shí)，進(jìn)水堿度應(yīng)適當(dāng)偏低以提高顆粒污泥的SMA。在運(yùn)行過(guò)程中，可以添加NaHCO3或CaCO3來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)水堿度，有的反應(yīng)器通過(guò)回流處理水來(lái)增加進(jìn)水堿度，同時(shí)還加大了進(jìn)水負(fù)荷。
3.6 有毒物質(zhì)
許多有機(jī)物對(duì)厭氧菌特別是甲烷菌呈現(xiàn)了很強(qiáng)的毒性，某些重金屬離子和某些陰離子對(duì)厭氧菌也會(huì)產(chǎn)生毒害作用，因此，在廢水的厭氧處理過(guò)程中應(yīng)采取措施加以防治。
4 結(jié)論
UASB反應(yīng)器設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行方便，不需設(shè)沉淀池和污泥回流裝置，不需填料，不需機(jī)械攪拌，建設(shè)費(fèi)用低，減少運(yùn)行成本，易于管理。從經(jīng)濟(jì)分析角度看，系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用基本上與排污費(fèi)持平，達(dá)到了環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。UASB反應(yīng)器還適于小區(qū)域的污水處理，在我國(guó)有著廣泛的發(fā)展和應(yīng)用前景。
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