升流式厭氧污泥床反應器是一種處理污水的厭氧生物方法，又叫升流式厭氧污泥床，英文縮寫(xiě)UASB（Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket）。由荷蘭Lettinga教授于1977年發(fā)明。污水自下而上通過(guò)UASB。反應器底部有一個(gè)高濃度、高活性的污泥床，污水中的大部分有機污染物在此間經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵降解為甲烷和二氧化碳。
一UASB 工藝的主要特點(diǎn)
1、 利用微生物細胞固定化技術(shù)-污泥顆粒化
UASB 反應器利用微生物細胞固定化技術(shù)—污泥顆粒化，實(shí)現了水力停留時(shí)間和污泥停留時(shí)間的分離，從而延長(cháng)了污泥泥齡，保持了高濃度的污泥。
顆粒厭氧污泥具有良好的沉降性能和高比產(chǎn)甲烷活性，且相對密度比人工載體小，靠產(chǎn)生的氣體來(lái)實(shí)現污泥與基質(zhì)的充分接觸，節省了攪拌和回流污泥的設備和能耗，也無(wú)需附設沉淀分離裝置；同時(shí)反應器內不需投加填料和載體，提高了容積利用率，避免了堵塞問(wèn)題，具有能耗低、成本低的特點(diǎn)。
2、由產(chǎn)氣和進(jìn)水的均勻分布所形成的良好的自然攪拌作用
在 UASB 反應器中，由產(chǎn)氣和進(jìn)水形成的上升液流和上竄氣泡對反應區內的污泥顆粒產(chǎn)生重要的分級作用。這種作用不僅影響污泥顆粒化進(jìn)程，同時(shí)還對形成的顆粒污泥的質(zhì)量有很大的影響，同時(shí)這種攪拌作用實(shí)現了污泥與基質(zhì)的充分接觸。
3、設計合理的三相分離器的應用
三相分離器是 UASB 反應器中最重要的設備，它可收集從反應區產(chǎn)生的沼氣，同時(shí)使分離器上的懸浮物沉淀下來(lái)，使沉淀性能良好的污泥能保留在反應器內。三相分離器的應用避免了輔設沉淀分離裝置、脫氣裝置和回流污泥設備，簡(jiǎn)化了工藝，節約了投資和運行費用。
4、容積負荷率高
對中高濃度有機廢水容積負荷可達 20kgCOD/(m3•d)，COD 去除率均可穩定在 80%左右。
5、污泥產(chǎn)量低
與傳統好氧工藝相比，污泥產(chǎn)量低，污泥產(chǎn)率一般為 0.05kgVSS/kgCOD～ 0.10kgVSS/kgCOD，僅為活性污泥產(chǎn)泥量的 1/5 左右。反應器產(chǎn)生的剩余污泥又是新厭氧系統運行所必需的菌種。
6、能夠回收生物能——沼氣
沼氣是一種發(fā)熱量很高的可燃氣體，特大型 UASB 系統產(chǎn)生的沼氣可進(jìn)行發(fā)電利用，并替代或補償廢水污染治理設施的電力消耗；中、小型 UASB 系統可結合生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行沼氣利用，如用于炊事、采暖或作為厭氧換熱的熱源。
二UASB反應器組成
UASB 反應器主要由布水系統、三相分離器、出水收集系統、排泥系統組成。
1、布水系統
布水系統的合理設計對 UASB 反應器的良好運轉是至關(guān)重要的，進(jìn)水系統兼有配水和水力攪拌的功能，為了保證這兩個(gè)功能的實(shí)現，設計時(shí)需要滿(mǎn)足如下原則：
a、確保各單位面積的進(jìn)水量基本相同，以防止短路或表面負荷不均勻等現象發(fā)生；
b、盡可能滿(mǎn)足水力攪拌需要，保證進(jìn)水有機物與污泥迅速混合；
c、易觀(guān)察到進(jìn)水管的堵塞；
d、當堵塞被發(fā)現后，易被清除。
目前布水系統的形式一般可以采用一管多孔式布水，一管一孔式布水或枝狀布水方式。
（1）對于壓力流采用穿孔管布水（一管多孔或分枝狀）
a. 進(jìn)水采用重力流（管道及渠道）或壓力流，后者需設逆止裝置；
b. 當水力篩縫隙為3mm～5mm時(shí)，出水孔大于 15mm，一般在15mm～25mm之間；
c. 需考慮設液體反沖洗或清堵裝置，可以采用停水分池分段反沖，用液體反沖時(shí)，壓力為1.0kg/cm2～2.0kg/cm2，流量為正常進(jìn)水量的 3～5 倍；
（2）采用重力流布水方式(一管一孔)
如果進(jìn)水水位差僅僅比反應器的水位稍高（水位差小于 10cm）會(huì )經(jīng)常發(fā)生堵塞現象。因為進(jìn)水水頭不足以消除阻塞。當水箱中的水位（三角堰的底部）與反應器中的水位差大于30cm 時(shí)很少發(fā)生堵塞現象。
a. 采用布水器布水時(shí)，從布水器到布水口應盡可能少地采用彎頭等非直管；
b. 廢水通過(guò)布水器進(jìn)入池內時(shí)會(huì )吸入空氣，直徑大于 2.0mm 氣泡會(huì )以 0.2m/s～0.3m/s 速度上升，在管道垂直段（或頂部）流速應低于這一數值；
c. 上部管徑應大于下部，可適當地避免大的空氣泡進(jìn)入反應器；
d. 反應器底部較小直徑可以產(chǎn)生高的流速，從而產(chǎn)生較強的擾動(dòng)，使進(jìn)水與污泥之間充分接觸；
e. 為了增強底部污泥和廢水之間的接觸，建議進(jìn)水點(diǎn)距反應器池底保持 150mm～250mm 的距離。
2、三相分離器
三相分離器是 UASB 反應器最有特點(diǎn)和最重要的設備，它同時(shí)具有收集從下部反應室產(chǎn)生的沼氣、沉淀分離器上部的懸浮物、污泥回流三個(gè)功能。
上述功能均要求三相分離器的設計應能避免沼氣氣泡上升到沉淀區，如其上升到表面將引起出水混濁，沉淀效率降低，產(chǎn)生沼氣損失等不利影響。
三相分離器的設計應注意以下幾點(diǎn)：
（1）間隙和出水面的截面積比：該面積比會(huì )影響到進(jìn)入沉淀區和保持在污泥相中的絮體的沉降速度；
（2）分離器相對于出水液面的位置：這個(gè)位置確定反應區（下部）和沉淀區（上部） 的比例，在多數 UASB 反應器中內部沉淀區是總體積的 15％～20％；
（3）三相分離器的傾角：這個(gè)角度要使固體可滑回到反應器的反應區，在實(shí)際中是在55°～60°之間，這個(gè)角度也確定了三相分離器的高度，從而確定了所需的材料；
（4）分離器下氣液界面的面積：它確定了沼氣單位界面面積的釋放速率，合理的氣體釋放速率約為 1 m3/（m2·h）～3m3/（m2·h）（低濃度廢水達不到這個(gè)速率）。速率過(guò)低可能形成浮渣層，速率過(guò)高會(huì )導致在界面上形成氣沫層，兩者都可能導致堵塞氣體釋放管。
3、出水收集系統
出水裝置應設置在 UASB 反應器的頂部，盡可能保證均勻地收集處理過(guò)的廢水。
大部分厭氧反應器的出水堰與傳統沉淀池的出水裝置相同，即在水平匯水槽內一定距離間隔設三角堰。為保證出水均勻，大部分的 UASB 反應器采用多槽式出水方式，每個(gè)槽兩側設有三角堰。
當處理的廢水中含有蛋白質(zhì)、脂肪或大量懸浮固體時(shí)，出水一般也夾帶有大量懸浮固體或漂浮污泥，為了減少出水懸浮固體量，在出水槽前設置擋板，這樣可減少出水中懸浮固體數量，有利于提高出水水質(zhì)。但是設有出水擋板容易形成污渣層，此時(shí)可采用浮沫撇除裝置，如刮渣機等，因此是否設擋板需根據處理廢水的實(shí)際情況確定。
出水設施經(jīng)常出現的問(wèn)題是部分出水槽即使設置浮渣擋板，也會(huì )被漂浮的固體堵塞，從而引起出水不均勻，或發(fā)生堰不是完全水平的問(wèn)題，較小的水頭會(huì )引起相對大的誤差。為了消除或最終減少這些問(wèn)題，應當要求堰上水頭不小于 25mm。三角堰的設計要使其可以調整高度。
4、排泥系統
厭氧反應器內保持足夠的污泥量，是保證反應器高效運行的基礎。但經(jīng)過(guò)較長(cháng)時(shí)間的運行后，污泥量過(guò)度時(shí)，會(huì )因污泥沉淀使有效容積縮小而降低處理效率，甚至會(huì )因堵塞而影響正常運行，或使出水中夾帶大量污泥，影響出水水質(zhì)，因此必須定期對厭氧反應器進(jìn)行適量的排泥。UASB 反應器排泥一般采用重力方式排泥，排出量由污泥界面儀控制。
反應器的排泥頻率根據污泥濃度分布曲線(xiàn)確定。即在反應器全高上設置若干（5 個(gè)～6 個(gè)）取樣管，可以取反應器內的污泥樣品，以獲得污泥濃度沿深度的分布曲線(xiàn)，并可計算反應器的存泥總量，以確定是否需要排泥。排泥點(diǎn)宜設在污泥區中上部和底部?jì)牲c(diǎn)。
一般在污泥床的底層宜形成濃污泥，濃污泥由于顆粒和小砂粒積累等原因活性變低，因此建議從反應器的底部排泥，這樣可以避免或減少在反應器內積累砂礫；中上部排泥點(diǎn)宜保持在距清水區0.5m～1.5m 的位置，這樣既可保證水力運行的暢通，又可使懸浮污泥有沉降的空間。
三UASB工藝的啟動(dòng)
1、污泥顆粒化
對于一個(gè)新建的 UASB 反應器，啟動(dòng)過(guò)程主要是用未經(jīng)馴化的絮狀污泥對其進(jìn)行接種， 并經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的啟動(dòng)調試運行，使反應器達到設計負荷并實(shí)現有機物的去除，通常這一過(guò)程會(huì )伴隨污泥顆粒化的實(shí)現，因此也稱(chēng)之為污泥顆粒化，污泥顆粒化是大多數 UASB 反應器啟動(dòng)的目標和啟動(dòng)成功的標志。
顆粒污泥的形成使 UASB 反應器內可以保留高濃度的厭氧污泥。絮狀污泥沉降性能較差，當產(chǎn)氣量較高、廢水上升流速度略高時(shí)，絮狀污泥則容易被沖出反應器。產(chǎn)氣與水流的剪切力也易于使絮狀污泥進(jìn)一步分散，這加劇了絮狀污泥的洗出。顆粒污泥有良好的沉降性能， 它能在很高的產(chǎn)氣量和高上升流速下保留在厭氧反應器內。因此，污泥的顆粒化可以使 UASB 反應器允許具備更高的有機容積負荷和水力負荷。
2、啟動(dòng)時(shí)間
利用絮狀污泥作為接種物首次啟動(dòng) UASB 反應器，在形成明顯的顆粒污泥床之前可能會(huì )需要幾個(gè)月的時(shí)間。
厭氧反應器的啟動(dòng)之所以需要較長(cháng)的時(shí)間，除了甲烷菌生長(cháng)速率較慢外，接種污泥低的比甲烷活性和在反應器啟動(dòng)初期相對高的污泥流失也是重要的影響因素。但是，當 UASB 正常運行后反應器內可以產(chǎn)生大量的顆粒污泥，這些顆粒污泥可以在常溫下保存很長(cháng)時(shí)間而不損失其活性，因此在停止運行后的再次啟動(dòng)可以迅速完成。
3、接種污泥
UASB 反應器可采用絮狀污泥或顆粒污泥進(jìn)行啟動(dòng)。接種污泥的數量和活性是影響反應器成功啟動(dòng)的重要因素。
一般絮狀接種污泥濃度控制在 30gVSS/L～40gVSS/L，顆粒污泥接種濃度控制在 20gVSS/L～30gVSS/L。
采用絮狀污泥接種時(shí)，為縮短啟動(dòng)時(shí)間，可在污泥中添加少量破碎的顆粒污泥，促進(jìn)顆粒化過(guò)程。添加少量的顆粒污泥至少有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是顆粒污泥里含有大量活的甲烷微生物， 而絮狀污泥僅含大約 2％甲烷污泥(通過(guò)比活性估計)，添加少量顆粒污泥可使甲烷活性有較大的提高；二是通過(guò)將顆粒污泥破碎為大量小的顆粒碎片，顆粒碎片會(huì )作為新的顆粒污泥“前體”，為新的顆粒提供了大量生長(cháng)核心。
采用顆粒污泥啟動(dòng)允許有較大的接種量，啟動(dòng)時(shí)間的長(cháng)短很大程度上取決于顆粒污泥的來(lái)源，即顆粒污泥在原反應器中的培養條件以及原來(lái)處理的廢水種類(lèi)。新啟動(dòng)的反應器在選擇種泥時(shí)應盡量使種泥的原處理廢水種類(lèi)與擬處理的廢水種類(lèi)一致，廢水種類(lèi)與性質(zhì)越接近，馴化所需時(shí)間則越少，可大大縮短啟動(dòng)時(shí)間。
在實(shí)踐中，有時(shí)難以得到從同一種廢水培養的顆粒污泥，但只要在啟動(dòng)的第一星期將初始污泥負荷控制在最大污泥負荷能力的 50％ 之下也可順利啟動(dòng)。
采用絮狀污泥和顆粒污泥啟動(dòng)中，可能遇到的問(wèn)題及解決方法可參考表 1。
表1 UASB 反應器可能遇到的問(wèn)題及解決方法一覽表
問(wèn)題
原因
解決
1. 污泥生長(cháng)不充分
a 微量或營(yíng)養元素限制
b 進(jìn)水預酸化程度太高
c 污泥負荷太低
d 顆粒污泥流失(見(jiàn) 4，5)
e 顆粒污泥解體(見(jiàn) 6)，懸浮污泥沖出
a 提高進(jìn)水中微量或營(yíng)養元素濃度
b 減少預酸化的程度
c 增加反應器負荷
2. 甲烷菌能力不足(超負荷)
a 反應器內沒(méi)有足夠的污泥
b 甲烷活性不足(見(jiàn) 3)
a 提高污泥量降低負荷。污托邦采用外部接種，促進(jìn)污泥生長(cháng)(見(jiàn) 1)，減少污泥流失(見(jiàn) 3－6)
b 減少污泥負荷，增加污泥活性(見(jiàn) 3)
3. 甲烷菌活性不足
a 微量或營(yíng)養元素缺乏
b 酸化菌大量生長(cháng)
c 污泥床累積大量有機懸浮物
d 工藝溫度太低
e 進(jìn)水含有毒性物質(zhì)或抑制活性的物質(zhì)(見(jiàn) 6)
a 增加營(yíng)養或微量元素
b 增加污水的預酸化程度，污托邦減少負荷
c 降低進(jìn)水中懸浮物濃度
d 增加溫度
4.顆粒流失
a 中空顆粒捕捉氣泡。污托邦不充分驅動(dòng)力形成太大顆粒污泥: 低溫、低負荷、低進(jìn)水濃度下易形成大而中空的顆粒污泥
b 形成多層結構捕捉氣體，顆粒有一層酸化菌
a 增加對顆粒的驅動(dòng)力，減少顆粒的尺寸。
b 用更穩定工藝條件，增加污水的預酸化程度
5.污泥流失，形成膨脹污泥和蓬松的顆粒污泥
a 由于進(jìn)液中的懸浮產(chǎn)酸菌的作用，顆粒污泥結聚成團
b 大量懸浮或酸化菌附著(zhù)顆粒表面
c 形成蓬松顆粒污泥，附著(zhù)酸化菌生長(cháng)迅速
a 去除進(jìn)水懸浮物質(zhì)，減少預酸化程度
b 增加預酸化程度，增加混合強度。
c 增加預酸化程度，降低污泥負荷。
6. 顆粒污泥的解體
a “延遲”啟動(dòng)問(wèn)題
b 突然變化負荷率和/或進(jìn)水濃度
c 突然增加預酸化程度，污托邦使酸化菌呈“饑餓”狀態(tài)
d (周期性的)暴露在毒性化合物的有害條件下
e 機械攪拌力太強
f 由于不充足的選擇壓形成絮狀污泥
a 啟動(dòng)策略(增加污泥負荷)選擇接種物
b 采用更加穩定的工藝條件
c 采用更穩定預酸化條件(啟動(dòng)選擇其他接種污泥)
d 有毒物去除或解毒，長(cháng)馴化期，較大水力緩沖
e 防止太強的機械攪拌力，降低水流的剪切力
f 穩定工藝條件。增加選擇壓(出水回流)
4. 啟動(dòng)過(guò)程
啟動(dòng)中會(huì )洗出接種污泥中較輕的污泥，保存較重的污泥，以推動(dòng)顆粒污泥在反應器中的形成。啟動(dòng)過(guò)程中應注意以下幾點(diǎn)：
（1）UASB 反應器的啟動(dòng)負荷應小于 1kgCOD/（m3·d），上升流速應小于 0.2m/h，進(jìn)水 COD 濃度大于 5000mg/L 或有毒廢水應進(jìn)行適當稀釋。
（2）應逐步升溫（以每日升溫 2℃為宜）使 UASB 反應器達到設計的運行溫度。
（3）當出水 COD 去除率達 80%以上，或出水有機酸濃度低于 200mg/L～300mg/L 后，可逐步提高進(jìn)水容積負荷；
負荷的提高幅度一般在設計負荷的 20％～30％為宜，直至達到設計負荷和設計去除率。
（4）當直接采用顆粒污泥啟動(dòng)時(shí)，因采用的接種量較大，同時(shí)顆粒污泥的活性比其它種泥要高得多，啟動(dòng)的初始負荷可提高至 3kgCOD/（m3·d）。
5. 環(huán)境因素
（1）常溫厭氧的溫度應保持在 20℃～25℃，中溫厭氧應保持在 30℃～35℃，高溫厭氧應保持在 50℃～55℃。
（2） UASB 反應器內 pH 值保持在 6.5～7.8 之間。
（3）適宜的營(yíng)養，保持 COD：N：P=200：5：1。
（4）嚴格控制有毒物質(zhì)濃度，使其在允許濃度以下。
（5）厭氧反應池中堿度（以 CaCO3 計）宜高于 2000mg/L，揮發(fā)性脂肪酸（VFA）宜控制在 2000mg/L 以?xún)龋趸�原電位（ORP）應在+100mV～-400mV 之間。
（6） N、P、S 等營(yíng)養物質(zhì)和微量元素應當滿(mǎn)足微生物生長(cháng)的需要。
四UASB工藝的運行與維護
1、運行控制
啟動(dòng)后厭氧反應器系統運行，應控制好各項工藝參數，保持厭氧系統的平衡性，使系統的設計負荷效率穩定。
UASB 厭氧反應器正常運行控制的工藝條件如下：
（1）嚴禁進(jìn)水有機負荷過(guò)高或過(guò)低、溫度驟升或驟降等情況發(fā)生。
（2） 厭氧反應器污泥層應維持在出水口下 0.5m～1.5m，污泥過(guò)多時(shí)，應進(jìn)行排泥。
（3）采用熱交換器加熱時(shí)，應每日測量熱交換器進(jìn)、出口的水溫。UASB 厭氧反應器正常運行經(jīng)常發(fā)生的異常現象及解決方法可參考表2。
表2 UASB 反應器運行時(shí)發(fā)生異常現象的原因及解決方法
問(wèn)題
原因
解決
1.產(chǎn)氣量下降
a 接種污泥濃度過(guò)低，甲烷菌的底物不足b 污泥排量過(guò)大，破壞了甲烷菌和營(yíng)養的平衡
c 反應器溫度降低，污托邦可能是投配污泥過(guò)多或加熱設備發(fā)生故障
d 反應器的容積太少
e 有機酸積累，堿度不足
a 提高接種污泥濃度
b 減少排泥量
c 減少投配量，檢查加溫設備，保持反應器消化溫度
d 檢查沉砂池的沉砂效果，并及時(shí)排除浮渣與沉砂
e 減少投配量，繼續加熱，觀(guān)察池內堿度變化，如不能改善，應增加堿度，如投加 NaHCO3 等
2.上清液水質(zhì)惡化
a 排泥量不夠b 固體負荷過(guò)大
a 增加排泥量
b 減少固體負荷
3.沼氣的氣泡異常
a 連續噴出像啤酒開(kāi)蓋后出現的氣泡，這是消化狀態(tài)嚴重惡化的征兆
b 大量氣泡劇烈噴出，但產(chǎn)氣量正常
c 不起泡
a 排泥量過(guò)大或有機物負荷過(guò)高
b 浮渣層過(guò)厚
c 污泥投加過(guò)量
a 減少或停止排泥，減少污泥投配
b 破碎浮渣層
c 可暫時(shí)減少或停止投加污泥
2、停產(chǎn)控制
工業(yè)廢水處理因工廠(chǎng)停產(chǎn)檢修或因季節性生產(chǎn)等原因，厭氧反應器可能會(huì )有停運情況發(fā)生。這種停運對厭氧消化系統的保持并無(wú)重大的影響，因為在不進(jìn)水運行的條件下，厭氧污泥的活性可以保持一年或更長(cháng)時(shí)間。
在停運期間，宜使反應器內液體的溫度保持在 4℃～20℃。這是因為相對而言，在此溫度范圍內保存的污泥，重新啟動(dòng)只需較短時(shí)間就可以恢復到原有的性能。
此外，在停運期間還應繼續使反應器的進(jìn)、出水口及導氣管口保持與大氣不直接溝通的厭氧狀態(tài)。
停運后的再啟動(dòng)，一般只需將系統的溫度增高，再按原來(lái)運行中的平均負荷率進(jìn)水運行， 在短時(shí)間內就能夠達到停運前的效能水平。
