升流式厭氧污泥床

1、顆粒污泥的性質與形成

能在反應器內形成沉降性能良好、活性高的顆粒污泥是UASB反應器的重要特徵，顆粒污泥的形成與成熟，也是保證UASB反應器高效穩定運行的前提。

①顆粒污泥的外觀：

有呈卵形、球形、絲形等；

其平均直徑為1mm,一般為0.1~2mm,最大可達3~5mm；

反應區底部的顆粒污泥多以無機粒子作為核心，外包生物膜；顆粒的核心多為黑色，生物膜的表層則呈灰白色、淡黃色或暗綠色等；反應區上部的顆粒污泥的揮發性相對較高；顆粒污泥質軟，有一定的韌性和粘性。

②顆粒污泥的組成

各類微生物、無機礦物以及有機的胞外多聚物

微生物：水解發酵菌、產氫產乙酸菌、和產甲烷菌

胞外多聚物是另一重要組成，在顆粒污泥的表面和內部，一般可見透明發亮的粘液狀物質，主要是聚多糖、蛋白質和糖醛酸等；其存在有利於保持顆粒污泥的穩定性。

2、顆粒污泥的類型

①A型顆粒污泥：

這種顆粒污泥中的產甲烷細菌以巴氏甲烷八疊球菌為主體，外層常有絲狀產甲烷桿菌纏繞；比較密實，粒徑很小，約為0.1~0.1mm。

②B型顆粒污泥：

B型顆粒污泥則以絲狀產甲烷桿菌為主體，也稱桿菌顆粒；表面規則，外層繞著各種形態的產甲烷桿菌的絲狀體；在各種UASB反應器中的出現頻率極高；密度為1.033~1.054g/cm3，粒徑約為1~3mm。

③C型顆粒污泥：

C型顆粒污泥由疏鬆的纖絲狀細菌繞粘連在惰性微粒上所形成的球狀團粒，也稱絲菌顆粒；C型顆粒污泥大而重，粒徑一般為1~5mm，比重為1.01~1.05，沉降速度一般為5~10mm/s。

當反應器中乙酸濃度高時，易形成A型顆粒污泥；當反應器中的乙酸濃度降低后，A型顆粒污泥將逐步轉變為B型顆粒污泥；當存在適量的懸浮固體時，易形成C型顆粒污泥。

3、顆粒污泥的生物活性

顆粒污泥中的細菌是成層分佈的，即外層中佔優勢的細菌是水解發酵菌，而內層則是產甲烷菌；顆粒污泥實際上是一種生物與環境條件相互依存和優化的生態系統，各種細菌形成了一條很完整的食物鏈，有利於種間氫和種間乙酸的傳遞，因此其活性很高。

4、顆粒污泥的培養條件

在UASB反應器種培養出高濃度高活性的顆粒污泥，一般需要1~3個月；可以分為三個階段：啟動期、顆粒污泥形成期、顆粒污泥成熟期。

(1、UASB的構造形式

根據廢水水質不同，UASB反應器的構造形式不同，主要有開敞式UASB反應器和封閉式UASB反應器兩種形式。

①開敞式UASB反應器

其頂部不加密封，或僅加一層不太密封的蓋板（主要防止臭氣散發）；多用於處理中低濃度的有機廢水。

②封閉式UASB反應器

凡頂部加蓋密封，這樣在UASB反應器內的液面與池頂之間形成氣室。

UASB反應器如圖所示，集生物反應器與沉澱池於一體，是一種結構緊湊的厭氧反應器，主要組成部分包括：進水配水系統、反應區、三相分離器、出水系統、氣室、浮渣收集系統、排泥系統等。

進水配水系統

進水配水系統設在反應器的底部，其功能主要有兩個方面：①將廢水均勻地分配到整個反應器的底部；②具有一定的水力攪拌作用，一個有效的進水配水系統是保證UASB反應器髙效運行的關鍵之一。

反應區

反應區是UASB反應器中生化反應發生的主要場所，又分為污泥床[X:和污泥懸浮區，其中的污泥床區主要集中了大部分高活性的顆粒污泥，是有機物的主要降解場所；而污泥懸浮區則是絮狀污泥集中的區域。

①污泥床

污泥床位於整個UASB反應器的底部；污泥床內具有很高的污泥生物量，其污泥濃度(MLSS)~■般為40〜80g/L。污泥床中的污泥由活性生物量（或細歯）佔70%〜80%以上的顆粒污泥組成，正常運行的UASB屮的顆粒污泥的粒徑一般在0.5〜5.0mm之間，具有優良的沉降性能，其沉降速度一般為1.2〜1.4cm/s，其典型的污泥容積指數（SVI)為10〜20mL/g;顆粒污泥中的生物相組成比較複雜，主要是桿菌、球菌和絲狀菌等。污泥床的容積一般占整個UASB反應器容積的30%左右，但它對UASB反應器的整體處理效率起著極為重要的作用，對反應器中有機物的降解量佔到整個反應器全部降解址的70%〜90%。

②污泥懸浮層

污泥懸浮層位於污泥床的上部，它占整個UASB反應器容積的70%左右；其中的污泥濃度要低於污泥床·通常為15〜30g/L,由髙度絮凝的污泥組成，一般為非顆粒狀污泥，其沉降速度要明敁小於顆粒污泥的沉降速度，污泥容積指數一般在30〜40mL/g之間，靠來自污泥床屮上升的氣泡使此層污泥得到良好的混合。污泥懸浮層中絮凝污泥的濃度呈自卜*而上逐漸減小的分佈狀態，這一層污泥擔負著整個UASB反應器冇機物降解tt的10%〜30%o

③沉澱區

沉澱區位於UASB反應器的頂部，其作用是使由於水流的夾帶作用而隨上升水流進入出水區的固體顆粒（主要是污泥懸浮層中的絮凝性污泥）在沉澱區沉澱下來，並沿沉澱區底部的斜壁滑下而茁新回到反應區內（包括污泥床和污泥懸浮層），以保證反應器中污泥不致流失而同時保證污泥床中污泥的濃度。沉澱區的另一個作用是可以通過合理調整沉澱區的水位髙度來保證整個反應器集氣室的有效空間髙度而防止集氣空間的破壞。

三相分離器

三相分離器是UASB反應器中的重要設備，一般設置在沉澱區的下部，但有時也可將其沒在反應器的頂部，由沉澱區、迴流縫和氣室組成。三相分離器的主要作用是將氣體（反應過程中產生的沼氣）、固體（反應器中的污泥）和液體（被處理的廢水）等三相加以分離。為保證UASB正常工作，除需培養髙沉降性、髙活性的顆粒污泥外，三相分離器分離效果的好壞也是決定UASB成功的關鍵。其功能是將沼氣引人集氣室，將處理出水引入出水區，將固體顆粒導入反應區。由於厭氧工藝生物體的增殖速度慢，加上厭氧反應產生大量氣體，如果三相分離器分離效果不佳，將導致大M污泥隨出水帶走，使反應器內污泥濃度降低，最終導致整個UASB反應器崩潰。具有三相分離器也是UASB反應器污水厭氧處理工藝的主要特點之一，它相當於傳統污水處理工藝中的二次沉澱池，並同時具有污泥迴流的功能。因而三相分離器的合理設計是保證苒正常運行的一個重要內容。

出水系統

出水系統的主要作用是將經過沉澱區后的出水均勻收集，並排出反應器。

集氣室

集氣室也稱集氣罩，是三相分離器的組成部分，其主要作用是收集厭氧反應產生的沼氣。

浮渣收集系統

浮渣收集系統的主要功能是清除沉澱區液面和氣室液面的浮渣。

排泥系統

排泥系統的主要功能是均勻地排除反應器內的剩餘污泥。

UASB反應器具有如下的主要特點：

①污泥的顆粒化使反應器內的平均濃度達50gVSS/L以上，污泥齡一般為30天以上；

②反應器的水力停留吋間相應較短；

③反應器具有很髙的容積負荷；

④不僅適合於處理髙、中濃度的有機工業廢水，也適合於處理低濃度的城市污水；

⑤UASB反應器集生物反應和沉澱分離於一體，結構緊湊；

⑥無滯設置填料，節省了費用，提髙了容積利用率；

⑦一般也無需設置攪拌設備，上升水流和沼氣產生的上升氣流起到攪拌作用；

⑧構造簡單，操作運行方便。

反應器工作時，污水經過均勻布水進入反應器底部，污水自下而上地通過厭氧污泥床反應器。在反應器的底部有一個高濃度(可達100〜150g/L〉、高活性的污泥層，大部分的有機物在這裡被轉化為CH.,和C()2；III於氣態產物（消化氣）的攪動和氣泡黏附污泥，

在污泥層之上形成一個污泥懸浮層；反應器的上部設有三相分離器，完成氣、液、固三相的分離；被分離的消化氣從上部導出，被分離的污泥則自動滑落到姑浮污泥層，出水則從澄淸區流出。由於在反應器內可以培養出大tt厭氧顆粒污泥，使反應器的負荷很大，對一般的高濃度有機污水，當水溫在30°C左右時，負荷可達10〜30kgC()D/(m3·d)。

UASB反應器運行有三個重要的前提：①反應器內形成沉降性能良好的顆粒污泥或絮狀污泥；②產氣和進水的均勻分佈所形成的良好的自然攪拌作用；③設計合理的三相分離器，能使沉澱性能良好的污泥保留在反應器內。良好的顆粒污泥床的形成，使得有機負荷和去除率髙，不需要攪拌，能適應負荷衝擊和溫度與pH值的變化。