五、升流式厌氧污泥床

1、基本原理与特征

① 反应器上部设置气、固、液三相分离器;

② 反应器底部设置均匀布水系统;

③ 反应器内污泥能形成颗粒污泥。

2、主要特点:

① 污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度50gVSS/L以上，污泥龄30天以上;② 水力停留时间相应较短;③ 容积负荷高;④ 不仅适合于处理高、中浓度的有机工业废水，也适合于处理低浓度的城市污水;⑤ UASB反应器集生物反应和沉淀分离于一体，结构紧凑;⑥ 无需设置填料，节省了费用，提高了容积利用率;⑦ 一般也无需设置搅拌设备，上升水流和沼气产生的上升气流起到搅拌的作用;⑧ 构造简单，操作运行方便。

3、组成

1) 进水配水系统:

其功能主要有两个方面:① 将废水均匀地分配到整个反应器的底部;② 水力搅拌;一个有效的进水配水系统是保证UASB反应器高效运行的关键之一。

2) 反应区:

反应区是UASB反应器中生化反应发生的主要场所，又分为污泥床区和污泥悬浮区，其中的污泥床区主要集中了大部分高活性的颗粒污泥，是有机物的主要降解场所;而污泥悬浮区则是絮状污泥集中的区域。

3)三相分离器:

三相分离器由沉淀区、回流缝和气封等组成;其主要功能有:① 将气体(沼气)、固体(污泥)、和液体(出水)分开;② 保证出水水质;③ 保证反应器内污泥量;④ 有利于污泥颗粒化。

4) 出水系统:

出水系统的主要作用是将经过沉淀区后的出水均匀收集，并排出反应器。

5) 气室:

气室也称集气罩，其主要作用是收集沼气。

6) 浮渣收集系统:

浮渣收集系统的主要功能是清除沉淀区液面和气室液面的浮渣。

7) 排泥系统:

排泥系统的主要功能是均匀地排除反应器内的剩余污泥。

4、UASB反应器的型式

1) 开敞式UASB反应器

开敞式UASB反应器的顶部不加密封，或仅加一层不太密封的盖板;多用于处理中低浓度的有机废水;其构造较简单，易于施工安装和维修。

2) 封闭式UASB反应器

封闭式UASB反应器的顶部加盖密封，这样在UASB反应器内的液面与池顶之间形成气室;主要适用于高浓度有机废水的处理;这种形式实际上与传统的厌氧消化池有一定的类似，其池顶也可以做成浮动盖式。

UASB的断面形状可以做成圆形或矩形;

矩形断面便于三相分离器的设计和施工;

UASB反应器的主体常为钢结构或钢筋混凝土结构;

UASB反应器一般不在反应器内部直接加热，而是将进入反应器的废水预先加热，而UASB反应器本身多采用保温措施;

反应器内壁必须采取防腐措施，因为在厌氧反应过程中肯定会有较多的硫化氢或其它具有强腐蚀性的物质产生。

5、UASB反应器中的颗粒污泥

1) 颗粒污泥的性质与形成

能在反应器内形成沉降性能良好、活性高的颗粒污泥是UASB反应器的重要特征，颗粒污泥的形成与成熟，也是保证UASB反应器高效稳定运行的前提。

① 颗粒污泥的外观:

有呈卵形、球形、丝形等;

其平均直径为1 mm,一般为0.1~2 mm,最大可达3~5 mm;

反应区底部的颗粒污泥多以无机粒子作为核心，外包生物膜;颗粒的核心多为黑色，生物膜的表层则呈灰白色、淡黄色或暗绿色等;反应区上部的颗粒污泥的挥发性相对较高;颗粒污泥质软，有一定的韧性和粘性。

② 颗粒污泥的组成

各类微生物、无机矿物以及有机的胞外多聚物

微生物:水解发酵菌、产氢产乙酸菌、和产甲烷菌

胞外多聚物是另一重要组成，在颗粒污泥的表面和内部，一般可见透明发亮的粘液状物质，主要是聚多糖、蛋白质和糖醛酸等;其存在有利于保持颗粒污泥的稳定性。

2) 颗粒污泥的类型

① A型颗粒污泥:

这种颗粒污泥中的产甲烷细菌以巴氏甲烷八叠球菌为主体，外层常有丝状产甲烷杆菌缠绕;比较密实，粒径很小，约为0.1~0.1 mm。

② B型颗粒污泥:

B型颗粒污泥则以丝状产甲烷杆菌为主体，也称杆菌颗粒;表面规则，外层绕着各种形态的产甲烷杆菌的丝状体;在各种UASB反应器中的出现频率极高;密度为1.033~1.054 g/cm3 ，粒径约为1~3 mm。

③ C型颗粒污泥:

C型颗粒污泥由疏松的纤丝状细菌绕粘连在惰性微粒上所形成的球状团粒，也称丝菌颗粒;C型颗粒污泥大而重，粒径一般为1~5 mm，比重为1.01~1.05，沉降速度一般为5~10 mm/s。

当反应器中乙酸浓度高时，易形成A型颗粒污泥;当反应器中的乙酸浓度降低后，A型颗粒污泥将逐步转变为B型颗粒污泥;当存在适量的悬浮固体时，易形成C型颗粒污泥。

3) 颗粒污泥的生物活性

颗粒污泥中的细菌是成层分布的，即外层中占优势的细菌是水解发酵菌，而内层则是产甲烷菌;颗粒污泥实际上是一种生物与环境条件相互依存和优化的生态系统，各种细菌形成了一条很完整的食物链，有利于种间氢和种间乙酸的传递，因此其活性很高。

4) 颗粒污泥的培养条件

在UASB反应器种培养出高浓度高活性的颗粒污泥，一般需要1~3个月;可以分为三个阶段:启动期、颗粒污泥形成期、颗粒污泥成熟期。

升流式厌氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Bed，简称UASB)

UASB是由Lettinga等于1974~1978年研究成功的一项新工艺，是世界上发展最快的消化器。由于该消化器结构简单，运行费用低，处理效率高而引起人们的普遍兴趣。该消化器适用于处理可溶性废水，要求较低的悬浮固体含量。北京环境科学院于1983年首先开展了利用UASB处理丙酮丁醇生产废水的工艺研究，至今我国已对COD为300~500mg/l的生活污水，1000~2000mg/l啤酒废水，3000~5000mg/l的屠宰废水，8000~10000mg/l的豆制品废水及30000~40000mg/l的酒醪滤液等进行了研究工作，并且多数已投产应用。该工艺将污泥的沉降与回流置于一个装置内，降低了造价。