关于强化UASB污水处理技术效率的研究
UASB污水处理技术，即上流式厌氧污泥床技术，近年来在有机污水处理，特别是高、中浓度有机污水处理领域，受到人们越来越多的关注。该技术是1974年荷兰学者G. Lettinga等人开发成功的，经世界各国环保专家的完善，已发展成为相当成熟的水处理技术。特别在欧洲和日本等国，取得了很大的进展，在上千座污水处理设施中得到应用〔1〕。
我国在这项技术的理论研究和产业化应用上，也进行了积极的探索和尝试，建成了多处UASB污水处理设施。虽然也达到了一定的处理效果，但由于在工程上过分地强调了硬件，忽视了软件的作用。在技术上与国外先进水平相比，仍有很大的差距，如COD负荷率仅能达到3～5 kg/m3.d，远远低于国外的10～20 kg/(m3.d)，而且设备运行稳定性也差。
1强化方法
从影响UASB运行的不利因素来看，应从以下几个方面加以强化，才能确保其达到理想的处理效果。
1.1严格控制进水水质
许多人认为，既然UASB技术能适应于多数的有机污水，且能保持较高的处理负荷，对进水水质想当然的放松了限制，认为UASB能适应各种恶劣水质环境。因此往往对原水不加任何调整，直接泵入UASB反应器中。殊不知，UASB处理过程实质上是利用了生物的生理过程，其正常运行条件必须满足生物的生存条件。UASB的颗粒污泥菌种无论在承受高的COD负荷冲击，还是在忍受其它阻害物抑制方面，较其它菌种具有相当强的能力。但承受能力仍有一定的限制。
一般认为，UASB进水水质宜控制CODCr≤10000 mg/L，BOD5/CODCr≥0.3，SS≤1000 mg/L，pH值中性左右，温度35 ℃，其它阻害物浓度也以不妨碍微生物生理活动为原则。
1.2采取预酸化处理
UASB技术是利用厌氧微生物的生理活动，将有机物基质分解为沼气(主要成分是CH4和CO2)放出，从而使水体净化。因此在工艺设计上，必须充分考虑到糖类、蛋白质和脂肪等高分子有机物的生物降解过程，为其创造适宜的条件，才能有效地去除这些有机污染物。
从图1可见，有机物要经生化处理转化成沼气放出，必须先经历水解，酸化过程，转化为低级脂肪酸后才能进行。而UASB中所用的颗粒污泥，其主要菌种是产沼菌，对高分子有机物的水解酸化过程则效果不大。为解决这个矛盾，国外普遍采用UASB反应器前进行预酸化处理，并且根据不同有机物水解酸化所需时间不同设定水力停留时间。国内对这一点重视不够，是造成UASB性能不佳的另一主要原因。
图1 高分子有机物的产沼发酵分解机理
1.3优化进水和三相分离系统
设计出符合流体力学和生物反应的合理的进水布水系统，也是改善UASB处理效率的有效途径。布水系统采用双向进水的纯水力搅拌方式，流向90 s切换一次，可提供柔和的水力搅拌效果，促进污泥和污水之间的良好接触，使污泥上附着的气泡有效分离，有利于“水力筛分”，提高反应器的负荷，加速污泥颗粒化的形成。有两层折流板的气液固三相分离系统，在折流板处可形成循环滚动流，加强了颗粒污泥的生成〔2〕。从图2可看出三相分离器设在反应器的顶部，废水由反应器底部布水器进水，完成均匀布水和水力搅拌过程，再向上流过颗粒污泥床区与大量的厌氧菌分解成沼气，废水在升流的过程中夹带着沼气和厌氧菌固体物。沼气在气室被分离去掉，并通过导管不断被排出，可作为生物能被收集利用。废水和厌氧菌固体物在沉淀区进行固液分离，处理过的净化水由反应器顶部排走，废水完成了处理的全过程。沉淀区的大部分污泥可返回污泥床区，使反应区内可保持足够的生物量。由此可见，整个UASB反应器是集生物反应与沉淀于一体，并且不设机械搅拌，不装填料，构造较为简单，运行管理方便。
图2 UASB反应器
1.4利用高效厌氧发酵菌团——颗粒污泥
颗粒污泥是UASB技术的一大特色，其直径约2～3mm，颜色因水质的不同而呈现黑色和灰色，密度比絮体污泥大，具有良好的沉降性能。其有很高的去除有机物活性，使反应器内可维持很高的生物量，因此保证了UASB反应器可在高负荷下稳定运行。颗粒污泥是由多种绝对厌氧菌种形成菌团，其中的索氏甲烷菌(Methanothrix)是一种丝状菌，很容易吸附;另一种八叠甲烷球菌(Methanoscamia)则具有形成的颗粒污泥紧密、密度大和沉降性能好等特点，它们在颗粒污泥的形成中发挥了巨大的作用〔3〕。但这两种菌在普通厌氧过程中较难出现，这也是颗粒污泥难以形成的主要原因。但是为其创造适宜增殖的外部条件，颗粒污泥也是比较容易形成的，不过其增殖周期较长。现在工程上普遍采用接种处理的办法，从菌种基地取来种泥，直接投入UASB反应器中，大大缩短了设备调试时间，一个月或几个月之内即可完成试运行。而传统的做法则需要半年或更长的时间。
1.5反应器内部设置循环流
UASB反应的预酸化阶段，糖类、蛋白质、脂肪等高分子有机物液化为低分子有机物，再酸化为大量低级脂肪酸，导致水的pH值下降。为确保后续的UASB反应器正常运行，需加碱中和后才能进入下级处理。而同时，污水经颗粒污泥菌种产沼发酵处理后，产生了相当可观的NaOH，致使处理水呈碱性。因此设置反应器内部循环流，使部分处理水回流，可充分利用余碱，降低碱的投加量，节省运行费用。该措施在酸化槽和UASB反应器之间形成了内部微循环，同时达到了促进预酸化反应和强化反应器内水力搅拌效果的作用。
1.6与好氧处理相结合
与其它厌氧处理工艺一样，UASB技术最适宜于处理高、中浓度的有机废水，但一般不能去除废水中的氮和磷，也不能确保出水水质达到国家排放标准。这是因厌氧生化反应的本质决定的，尤其在出水不经城市污水处理厂集中处理而直接排放的厂区，宜采用厌氧—好氧串联处理工艺，即用UASB反应器去除废水中大部分含碳有机物作为预处理，而用好氧处理设备去除残余的含碳有机物和氮磷等物质，这是最佳的废水处理工艺选择。一般的，UASB工段可去除90%以上的COD、BOD成分，并且可使一些生物难降解物质转换为易降解成分;而好氧处理工段则能以其良好的出水效果确保处理水质达标排放。采用该工艺组合，可大大降低设备占地面积，节省基建投资，降低运行成本。因而经济和环境效益显著。
2实例
目前，采取以上强化措施的高效UASB技术已在国内取得了成功的应用。在马铃薯加工废水的处理过程中，采用了UASB+活性污泥处理工艺对所排污水(含泥沙、马铃薯皮、淀粉等成分)进行处理，原水及处理水质如表1所示。
由于废水水质中SS、pH、温度是需要控制的项目，经沉砂格栅和预酸化器完成调整;UASB反应器结构上，下部设置了特殊的水力搅拌器，上部也优化了三相分离器，并且在UASB反应器和预酸化器之间设置了10%的内部循环流;采用国外进口优良颗粒污泥菌种，经国内驯化繁殖，一次性地投入UASB反应器中;最后UASB处理水经曝气处理后外排。
表1 马铃薯废水处理数据
由表1可见，COD负荷率达到10 kg/(m3.d)，COD去除率高达98%以上。处理水质稳定地达到国家环保局规定的废水排放标准。
3结论
通过以上改进研究，UASB技术的承受COD负荷能力强、COD去除率高、节能产能、剩余污泥生成量少、占地面积小、易于管理等优势得以充分地发挥出来，成为最适合于啤酒、酿造、食品、淀粉、乳制品、农水产、屠宰、果酱、饮料、造纸、化工、制药等行业的水处理技术。
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