UASB双循环设计及其在煤化工废水处理中的应用

北极星环保网讯: 摘要：介绍了UASB双循环设计的结构、工艺原理、技术创新点及在实际工程中的应用。UASB双循环设计有效地解决了上升流速和沉淀区沉淀效果的矛盾问题，既保证了合理的上升流速。使废水与污泥能够充分接触，又保证了出水不跑泥，维持反应器内的污泥浓度。

将该独特的UASB双循环设计应用于工程实践，在进水COD0的质量浓度约为8000mg／L，总循环倍数为400％。其中内循环300％，外循环100％，上升流速控制在0．8m／s，沉淀区表面负荷为0．37ma／（m2˙h）的运行条件下，UASB运行稳定，抗冲击负荷能力强，出水CODCr的质量浓度稳定在1300mg／L左右，去除率大于80％。大大降低了后续好氧生化处理的压力。

煤化工企业排放废水以高浓度煤气洗涤废水为主,不仅有机污染物浓度很高,而且还含有大量酚、氰化物、油、氨氮等有毒、有害物质。目前,常采用厌氧和好氧相结合的组合工艺处理该类废水,厌氧工艺一般作为好氧工艺的预处理[1]。高效的厌氧反应器不仅能减少后续好氧工艺的处理规模,同时还能产生新能源——沼气,降低运行费用。

UASB是煤化工高浓度废水中的常用预处理工艺。UASB是荷兰教授Let-tinga等[2]于1978年开发研制的一项废水厌氧生物处理技术。作为第二代厌氧反应器的代表,UASB是目前应用最广泛的厌氧反应器,但UASB在运行中会出现短流、死角和堵塞等问题[3]。

特别是在处理煤化工废水或类似的难降解高浓度有机废水时,普遍存在CODCr去除率不高,经常发生布水短流、出水跑泥等现象;对水质和负荷变化也较敏感,耐冲击负荷能力较差,运行不稳定等缺点。即使部分反应器通过改进,有机物去除率、堵塞和短流等现象有了很大改善,但是仍然存在厌氧活性污泥流失严重,反应器内厌氧活性污泥浓度维持困难的现象。

针对目前UASB在实际运行中所存在的问题,根据大量的工程实践,在UASB理论基础上通过改进引入双循环模式,有效解决了传统UASB的弊端。该反应器应用在某煤化工项目中,经过长期运行、实时监测表明,UASB双循环反应器具有CODCr去除率高、产气率高、布水均匀,运行安全稳定的特点。

1理论依据及解决办法

1.1厌氧反应器双循环设计的理论依据

(1)高速率厌氧处理系统必须满足以下原则[4]：①能够保持大量的厌氧活性污泥和足够长的污泥龄；②保持废水和污泥之间的充分接触。UASB为了满足高效厌氧处理系统的条件,设计中一般考虑通过减少出水跑泥来保持反应器中的污泥浓度和污泥龄,通过增加反应器内的上升流速来提高废水和污泥之间的充分接触与混合。

(2)影响UASB内颗粒污泥形成和降解能力的因素。UASB内颗粒污泥的形成和对CODCr降解效果主要由污泥粒子的水力和气力分级作用决定的,如何控制分级作用处于合适的范围,是保持反应器具有颗粒污泥和高处理效能的必要条件[5-6]。

分级作用特别低时,反应器区内会保持大量的分散态细菌,由于其传质阻力小,能优先捕获营养物质而大量繁殖,并抑制了传质阻力大的颗粒污泥的形成,使反应器处于低水平处理能力的状态；当分级作用很大时,不仅分散态的细菌随出水大量流失,而且一些能改善出水水质的较小颗粒污泥也频频流失,造成反应器内有效污泥浓度的降低,从而导致反应器处理效率降低[5]。

污泥粒子的水力和气力分级主要由反应器内的上升流速和由表面产气率促成的上窜气泡对反应区内污泥粒子产生的负载作用决定的,后者主要由UASB的反应效果决定的,控制起来比较麻烦,前者可以通过人为增加循环的办法加以控制,且UASB的水力循环设计的优越性已经在实验室规模得到了验证[7-8],故解决思路主要集中在UASB水力循环的设计上。

1.2传统UASB在煤化工废水处理中存在的问题

煤化工高浓度废水CODCr质量浓度高达12000~20000mg∕L,同时由于水中的有毒有害物质的影响,UASB的设计负荷一般比较低,且来水CODCr浓度波动较大,为了增加系统的抗冲击能力,同时满足对池深、上升流速的要求,通常会对传统的UASB进行改进,常用做法是增加循环,一方面能通过循环水稀释进水浓度来减少来水的负荷冲击,另一方面可以提高反应器内上升流速。

常用做法是：①将反应器出水回流至进水端；②将三相分离器下端的污水回流至进水端[5]。采用第①种回流方式将导致沉淀区的负荷增加,从而导致沉淀效果降低,跑泥现象严重,反应器内的污泥浓度难以维持；采用第②种回流方式,由于回流水悬浮物浓度很高,容易堵塞布水器。

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