一、概述
隨著我國經濟建設的發(fā)展，城市污水與工業(yè)廢水的排放量逐年增加。為了貫徹經濟建設和環(huán)境保護必須同步發(fā)展的方針，污水處理工程必定會有相應的發(fā)展，在這種情況下，有效、經濟、省能地解決污水處理問題，已是當今環(huán)境工程領域中最迫切需要研究的課題。實現這一目標的途徑除了靠正確決策外，尚需依賴技術更新，新工藝的開發(fā)，資源、能源的合理利用等科學技術措施。
目前，污水處理工程基本上還是依靠消耗能量來改善環(huán)境質量的一項技術措施。但在能源有限的條件下，人們已經意識到，浪費能源的生產和生活方式必須徹底改變，現今評價工程設計優(yōu)劣的立足點，已經開始轉移到基建投資和運轉管理的經濟性，以及對能源利用的有效程度。因此，環(huán)境工程已不可避免地要與能源工程體系發(fā)生聯(lián)系。
錄求污水處理工程節(jié)能措施的技術途徑頗多，而用機污水的厭氧生物處理技術則是重要途徑之一。
厭氧生物處理是利用厭氧性微生物的代謝特性，在毋需提供外源能量的條件下，以被還原有機物作為受氫體，同時產生有能源價值的甲烷氣體。厭氧生物處理法不僅適用于高濃度有機廢水，進水BOD濃度可達15000mg/l，也可適用于低濃度有機廢水，包括城市廢；厭氧生物處理法能耗低；有機容積負荷高，一般為5－10kgCOD/m3．d高的可達50kgCOD/m3．d；剩余污泥量少；產生的沼氣可利用；營養(yǎng)需要量少；被降解的有機物種類多；能承受較大的負荷變化和水質變化。
顯而易見，開發(fā)厭氧生物處理新工藝用來治理有機污水的污染，無疑是一種具有良好經濟效益的方法。近年來，污水厭氧處理工藝發(fā)展十分迅速，各種新工藝、新方法不斷出現，包括有厭氧接觸法、升流式厭氧污泥床、檔板式厭氧法、厭氧生物池、厭氧膨脹床和流化床、厭氧生物轉盤等，目前升流式厭氧污泥床這種新工藝由于具有厭氧過濾及厭氧活性污泥法的雙重特點，運轉及構筑物造價均有所下降，對于不同含固量污水的適應性也強，因而已越來越受到重視，國內外目前已設計和施工的這種工藝較多。
二、升流式厭氧污泥床工作原理
升流式厭氧污泥床有反應區(qū)、氣液固三相分離器（包括沉淀區(qū)）和氣室三部分組成。在底部反應區(qū)內存留大量厭氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與污泥層中污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機物，把它轉化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式不斷放出，微小氣泡在上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的氣泡，在污泥床上部由于沼氣的攪動形成一個污泥濃度較稀薄的污泥和水一起上升進入三相分離器，沼氣碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的四周，然后穿過水層進入氣室，集中在氣室沼氣，用導管導出，固液混合液經過反射進入三相分離器的沉淀區(qū)，污水中的污泥發(fā)生絮凝，顆粒逐漸增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沼著斜壁滑回厭氧反應區(qū)內，使反應區(qū)內積累大量的污泥，與污泥分離后的處理出水從沉淀區(qū)溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。
這種工藝的基本出發(fā)占在于：（1）為污泥絮凝提供有利的物理－－化學條件，使厭氧污泥獲得并保持良好的沉淀性能；（2）良好的污泥床常可形成一種相當穩(wěn)定的生物相，能抵抗較強的擾動力。較大的絮體具有良好的沉淀性能，從而提高設備內的污泥濃度；（3）通過在污泥床設備內設置一個沉淀區(qū)，使污泥細顆粒在沉淀區(qū)的污泥層內進一步絮凝和沉淀，然后回流入污泥床內。
三、厭氧污泥床內的流態(tài)和污泥分布
厭氧污泥床內的流態(tài)相當復雜，反應區(qū)內的流態(tài)與產氣量和反應區(qū)高度相關，一般來說，反應區(qū)下部污泥層內，由于產氣的結果，部分斷面通過的氣量較多，形成一股上升的氣流，帶動部分混合液（指污泥與水）作向上運動。與此同時，這股氣、水流周圍的介質則向下運動，造成逆向混合，這種流態(tài)造成水的短流。在遠離這股上升氣、水流的地方容易形成死角。在這些死角處也具有一定的產氣量，形成污泥和水的緩慢而微弱的混合，所以說在污泥層內形成不同程度的混合區(qū)，這些混合區(qū)的大小與短流程度有關。懸浮層內混合液，由于氣體幣的運動帶動液體以較高速度上升和下降，形成較強的混合。在產氣量較少的情況下，有時污泥層與懸浮層有明顯的界線，而在產氣量較多的情況下，這個界面不明顯。有關試驗表明，在沉淀區(qū)內水流呈推流式，但沉淀區(qū)仍然還有死區(qū)和混合區(qū)。
厭氧污泥床內污泥濃度與設備的有機負荷率有關。是處理制糖廢水試驗時，升流式厭氧污泥床內污泥分布與負荷的關系。從圖中可看出污泥層污泥濃度比懸浮層污泥濃度高，懸浮層的上下部分污泥濃度差較小，說明接近完全混合型流態(tài)，反應區(qū)內污泥的頒，當有機負荷很高時污泥層和懸浮層分界不明顯。試驗表明，污水通過底部0．4－0．6m的高度，已有90％的有機物被轉化。由此可見厭氧污泥具有極高的活性，改變了長期以來認為厭氧處理過程進行緩慢的概念。在厭氧污泥中，積累有大量高活性的厭氧污泥是這種設備具有巨大處理能力的主要原因，而這又歸于污泥具有良好的沉淀性能。
升流式厭氧污泥床具有高的容積有機負荷率，其主要原因是設備內，特別是污泥層內保有大量的厭氧污泥。工藝的穩(wěn)定性和高效性很大程度上取決于生成具有優(yōu)良沉降性能和很高甲烷活性的污泥，尤其是顆粒狀污泥。與此相反，如果反應區(qū)內的污泥以松散的絮凝狀體存在，往往出現污泥上浮流失，使厭氧污泥床不能在較高的負荷下穩(wěn)定運行。
根據厭氧污泥床內污泥形成的形態(tài)和達到的COD容積負荷，可以將污泥顆粒化過程大致分為三個運行期：
（1）投產運行期：從接種污泥開始到污泥床內的COD容積負荷達到5kgCOD/m3．d左右，此運行期污泥沉降性能一般；
（2）顆粒污泥出現期：這一運行期的特點是有小顆粒污泥開始出現。當污泥床內的總SS量和總VSS量降至最低時本運行期即告結束，這一運行期污泥沉降性能不太好；
（3）顆粒污泥形成期：這一運行期的特點是顆粒污泥大量形成，由下至上逐步充滿整個厭氧污泥床。當污泥床容積負荷達到16kgCOD/m3．d以上時，可以認為顆粒污泥已培養(yǎng)成熟。該運行期污泥沉降性很好。
五、污泥的流失與外部沉淀池的設置
在升流式厭氧泥床內雖有氣液固三相分離器，混合液進入沉淀區(qū)前已把氣體分離，但由于沉淀區(qū)內的污泥仍具有較高的產甲烷活性，繼續(xù)在沉淀區(qū)內產氣；或者由于沖擊負荷及水質突然變化，可能使反應區(qū)內污泥膨脹，結果沉淀區(qū)固液分離不佳，發(fā)生污泥流失而影響了水質和污泥床中污泥濃度。為了減少出水所帶的懸浮物進入水體，外部另設一沉淀池，沉淀下來的污泥回流到污泥床內。設外部沉淀池的好處是：（1）污泥回流可加速污泥的積累，縮短投產期；（2）去除懸浮物，改善出水水質；（3）當偶爾發(fā)生污泥大量上漂時，回收污泥保持工藝的穩(wěn)定性；（4）回流污泥可作進一步分解，可減少剩余污泥量。
設外部沉淀池的升流式厭氧污床工藝流程。
六、升流式厭氧污泥床的設計
升流式厭氧污泥床的工藝設計主要是計算厭氧污泥床的容積、產氣量、剩余污泥量、營養(yǎng)需要量.
升流式厭氧污泥床的池形狀有圓形、方形、矩形。污泥床高度一般為3－8m，多用鋼筋混凝土建造。當污水有機物濃度比較高時，需要的沉淀區(qū)面積小，反應區(qū)的面積可采用與沉淀區(qū)相同的面積和池形。當污水有機物濃度低時，需要的沉淀面積大，為了保證反應區(qū)的一定高度，反應區(qū)的面積不能太大時，則可采用反應區(qū)的面積小于沉淀區(qū)，即污泥床上部面積大于下部的池形。
氣液固三相分離器是升流式厭氧污泥床的重要組成部分，它對污泥床的正常運行和獲良好的出水水質起十分重要的作用，因此設計時應給予特別的重視。根據經驗，三相分離器應滿足以下幾點要求：
1、混和液進入沉淀區(qū)之關，必須將其中的氣泡予以脫出，防止氣泡進入沉淀區(qū)影響沉淀；
2、沉淀器斜壁角度約為50o；
3、沉淀區(qū)的表面水力負荷應在0．7m3．h以下，進入沉淀區(qū)前，通過沉淀槽低縫的流速不大于2m/h；
4、處于集氣器的液一氣界面上的污泥要很好地使之浸沒于水中；
5、應防止集氣器內產生大量泡沫。
第2、3兩個條件可以通過適當選擇沉淀器的深度－面積比來加以滿足。對于低濃度污水，主要用限制表面水力負荷來控制；對于中等濃度和高濃度污水，在極高負荷下，單位橫截面上釋放的氣體體積可能成為一個臨界指標。但是直到現在國內外所取得的成果表明，只要負荷率不超過20kgCOD/m3．d，厭氧污泥床高度不大于10m，可以預料沒有任何問題。
污泥與液體的分離基于污泥絮凝、沉淀和過濾作用。所以創(chuàng)造條件使污泥具有良好的絮凝、沉淀性能對于分離器的工作是具有重要意義。
特別注意是防止氣泡進入沉淀區(qū)，要使固一液進入沉淀區(qū)之前就與氣泡很好分離。在氣－液表面上形成浮渣能迫使一些氣泡進入沉淀區(qū)，所以在一些情況下必須考慮設置排放這些浮渣或破壞這些浮渣的設施。
如上所述，升流式厭氧污泥床的混合是靠上流的水流和發(fā)酵過程中產生的氣泡來完成的。因此，一般采用多點進水，使進水均勻地分布在床斷面上。
升流式厭氧污泥床容積的計算一般按有機物容積負荷或水力停留時間進行。設計時可通過試驗決定參數或參考同類廢水用的設計和運行參數。
七、升流式厭氧污泥床的啟動
1、污泥的馴化
升流式套氧污泥床設備啟動的最大困難是獲得大量沉降性能良好的厭氧污泥。最好的辦法加以馴化，一般需要3－6個月，如果靠設備自身積累，投產期可長達1－2年，初中表明，投加少量的載體，有利于厭氧菌的附著，促進初期顆粒污泥的形成；比重大的絮狀污泥比輕的易于顆粒化；比甲烷活性高的厭氧污泥可縮短啟動期。
2、啟動操作要點
（1）最好一次投加足夠量的接種污泥；
（2）從污泥床流出的污泥一般不需回流，以使特別軾的污泥連續(xù)地從污泥床流出，使較重的污泥在床內積累，并促進其增殖進行顆粒化；
（3）啟動開始廢水COD濃度較低時，未必泥顆粒化快；
（4）最初污泥負荷率應低于0．1－0．2kgCOD/kgTSS.d；
（5）污水中原來存在的和產生出來的多種揮發(fā)酸未能有效分解之前，不應提高有機容積負荷率；
（6）可降解的COD去除率達到80％左右時，才能增加有機容積負荷率；
（7）為促進污泥顆粒化，反應區(qū)內的最小空塔速度為1m/d，采用較高的表面水力負荷有利于小顆粒污泥與污泥絮凝分開，使小顆粒污泥發(fā)展為大顆粒。
八、升流式厭氧污泥床工藝的優(yōu)缺點
升流式厭氧污泥床的主要優(yōu)點是：
1、升流式厭氧污泥床內污泥濃度高。平均污泥濃度為20－40gVSS/1；
2、有機負荷高。水力停留時間短。中溫發(fā)酵，容積負荷一般為10kgCOD/m3．d左右；
3、無混合攪拌設備，靠發(fā)酵過程中產生的沼氣的上升運動，使污泥床上部的污泥處于懸浮狀態(tài)，對下部的污泥層也有一定程度的攪動；
4、污泥床不填載體，節(jié)省造價及避免因填料發(fā)生堵賽問題；
5、升流式厭氧污泥床內設三相分離器，一般不設沉淀池，被沉淀區(qū)分離出來的污泥重新回到污泥床反應區(qū)內，一般無污泥回流設備。
主要缺點是：
1、進水中懸浮物需要適當控制，不宜過高，一般控制在100mg/l以下；
2、污泥床內有短流現象，影響處理能力；
3、對水質和負荷突然變化較敏感，耐沖擊力稍差。
升流式厭氧污泥床工藝近年來在國外發(fā)展很快，在國內也已有生產性規(guī)模裝置，該工藝既節(jié)約了能源，基至可回收能量，又解決了環(huán)境污染問題，取得了較好的經濟效益和社會效益。這種新工藝的研究和發(fā)展具有廣闊的應用前景。
