1.2 3.3 UASB反应器
UASB（升流式厌氧污泥床）:
粮食类加工的工艺废水其CODcr、 BOD5，浓度较高，若采用好氧生物处理，不仅构筑物容积大，增加投资费用，而且日常的操作费用也较高。因而采用厌氧处理技术，这样不仅节省了好氧处理的运行费用，还可以产生沼气二次能源进行利用。UASB反应器主要从完善三相分离器的结构来提高有机污染物的去除效果。UASB是集生物反应与沉淀于一体的一种结构紧凑、效率高的厌氧反应器。为了满足池内厌氧状态防止臭气散逸，UASB池顶上部采用盖板密封，出水管和出气管分别设置水封装置，池内所有管道、三相分离器和池壁均做防腐处理。
UASB系统的原理是在形成沉淀性能良好的污泥絮凝体的基础上，并结合在反应器内设置污泥沉淀系统，使气相、液相和固相三相得到分离。形成和保持沉淀性能良好的污泥（可以是絮状污泥或颗粒型污泥）是UASB系统良好的运行的根本点。UASB反应器与其他大多数厌氧生物处理装置不同之处就是：废水由下向上流过反应器，污泥无需特殊搅拌设备；反应器顶部装有三相（气、液、固）分离器。其最大突出特点是能在反应器内实现污泥颗粒化，颗粒污泥的直径一般为0.1～2cm，相对密度为1.04～1.08，具有良好的沉淀性能和很高产甲烷活性。污泥颗粒化后，反应器内污泥的平均浓度可达50gVSS/L左右，污泥龄一般在30天以上，而反应器水力停留时间比较短，所以UASB反应器具有很高的容积负荷。 UASB反应器的外形和结构材料
反应器的形状与尺寸
UASB反应器的断面形状一般为矩形或圆形。这两种类型的反应器都已大量应用于实际中。圆形反应器的建造费用比具有相同面积的矩形反应器至少要低12%。但是圆形反应器的这一优点，仅在采用单个池子才突出。所以采用单个和小的UASB反应器时，应建造圆形池子。
而大的反应器经常建成矩形或方形的。当建两个或两个以上反应器时，矩形反应器可以采用公用壁。
当采用钢结构时，常采用圆形断面，当采用钢筋混凝土结构时，常采用矩形断面。由于三相分离器构造要求，采用矩形断面便于设计加工。
UASB反应器容积（包括沉淀区和反应区）有3种设计方法，但是，负荷设计法是主要的。UASB反应器的最经济的高度（深度）为4~6m，并且在大多数情况下这也是系统最优
的运行范围。进水容积负荷一般不超过5kgCOD/（m3·d）。本次设计采用6座矩形UASB反应器。
（一） UASB反应器的组成 （1）进水配水系统
该系统功能主要是将废水均匀地分配到整个反应器，并具有进行水力搅拌的功能，这时候反应器高速运行的关键之一。它由布水管和不水管嘴组成。由于废水是以多点股流的方式流入的，在反应器的一定范围内，不可避免围绕每一布水点形成局部的纵向横流。一般而言，一定强度的纵向环流能促进反应区污泥床层底部颗粒污泥的翻腾打旋，促进水污染与污泥粒子的充分接触，强化反应速率；同时，也有利于底层颗粒污泥上黏附的微小气泡脱离，防止其浮升于悬浮层，减小污泥固体的流失量。但是，这种由布水股流引起的纵向环流如果太剧烈，将会引起恶果：一方面，会破坏污泥床层的宏观稳定性，增大悬浮层的污泥浓度，增加污泥流失几率，另一方面，一部分进水会迅速穿过污泥床层，直接进入悬浮层，造成严重的短流现象，恶化出水水质。
目前，在生产运行装置中所采用的进水方式大致可分为间歇式（脉冲式）、连续式、连续与间歇会流向结合进水等几种方式。从布水管的形式有一管多孔、一管一孔和分枝状等多种形式。
反应器布水点数量设置与处理流量、进水浓度、容积负荷等因素有关。 （2）反应区
反应区是UASB反应器的工作主体，其中装满高活性厌氧生物污泥，上部为悬浮污泥层，下部为污泥床，，用于生物吸附和降解可生化的有机污染物。共分3个功能区，即底部的布水区，中部的反应区，顶部的分离出水区。
反应区内的厌氧微生物存在3种状态：①游离的单个菌体；②聚集成微笑絮体的菌体；③聚集成较大的颗粒的菌体。
高效工作的UASB反应器内，反应区的污泥眼高程呈两种分布状态。下部约1/3~~1/2的高度范围内，密集堆存着絮体污泥和颗粒污泥，污泥粒子虽呈一定的悬浮状态，但相互之间距离很近，几乎成搭接之势。这个区域内的污泥固体浓度高达40~80g（VSS）/L，或60~120g（SS）/L，通常称成为污泥床层，是对废水中的可生化性有机物进行生物处理（吸附和降解）的主要场所。被降解的有机物中，大约70%~90%是在这个区域内完成的。污泥床层以上约占反应区总高度2/3~1/2的区域，悬浮着粒径较小的絮体污泥和游离污泥，絮体之间保持着较大的距离。污泥固体的浓度较小，平均约为5~25 g（SS）/L或5~30 g（SS）/L。这个高
度范围通常称为污泥悬浮层，是防止污泥粒子流失的缓冲层，其进行生物处理（吸附和降解）的作用并不明显，被降解的有机物中仅有10%~30%是在此层完成的。正常工作的UASB反应器内，在污泥床层和污泥悬浮层之间通常存在着一个浓度突变的分界面，称做污泥层分界面，污泥层分界面的存在及其高低和废水种类、出水及出气等条件有关。 （3）三相分离器
三相分离器的主要功能是进行固体（反应器中的污泥）、气体（反应过程产生的沼气）和液体（被处理的废水）等三相加以分离，将沼气引入集气室，将固体颗粒导入反应区，将处理后废水引入排水渠。在3种分离功能中，核心的问题是完成固液分离，将上浮的污泥固体截留下来，返回反应区，同时改善水质。
三相分离器中，气液分离功能主要有合理配置的倾斜导流板和有斜面的导流块完成；固液分离功能则主要由斜板以上的沉淀室完成。沉淀室的横断面积一般等于或小于（当集水槽占去部分过水断面时）反应区的横断面积（但也有例外）。水流在沉淀室的上升流速等于或略大于在反应区内的上升速度。
气固分离是指污泥絮体与附着在其表面上的微小气泡的分离。污泥絮体与附着的气泡形成了气固聚合体，使污泥的密度减小，当密度小于1时就会自动上升，很难沉降分离。附着的气泡总量愈多，聚合体的密度就愈小，上升速度愈快，就愈难分离。当穿过污泥层上升的大气泡一旦碰到悬浮着的气固聚合体时，就会将一部分附着的微小气泡碰落下来；当碰到斜板和导流板地面时，也会碰落一些微小气泡，从而改善了其沉降性能使聚合体沉降下来。
沉淀室通常设置溢流堰以适应气体压力的波动，保持液面的稳定。聚集于集气室的生物气（沼气）要用导管引出，输往贮气柜备用。 （4）出水系统
其作用是把沉淀区处理过的水均匀的收集并派出反应器外，通常由出水槽引出。 （5）气室
气室又称集气罩，其作用是收集生物气（沼气），经脱硫后送往用户使用。 （6）浮渣清除功能
其功能是清除沉淀区液面和气室液面的浮渣。如浮渣不多可省略。 （7）排泥系统
其功能是均匀地排除反应区的剩余污泥。 （8）水封系统与气体收集装置
水封系统的功能是控制三相分离器的集气室中气液两相界面的高度，是保证集气室出气
管在反应器运行过程中不被淹没、运行稳定并将沼气即时排出反应室，以防止浮渣堵塞等问题的关键。
气体收集装置应该能够有效地收集产生的沼气，同时保持正常的气液界面。气体管径应该足够大，避免气体夹带的固体（或泡沫）产生堵塞。设置一个在气体堵塞情况下，使气体释放的保护装置是重要的，它可以避免对反应器结构形成过大的压力。在出水管堵塞的情况下，UASB反应器中三相分离器中水面会不断降低直至从反射板溢出，从而避免对反应器结构的破坏。
一般在产生的气体送往贮气柜之前，需被引导至通过水保持一定气体压力的水封罐中释放，经验表明水封罐中冷凝水将积累。因此，在水封罐中有一个排除冷凝水的出口，以保持罐中一定水位是必需的。
根据不同处理对象，UASB反应器常分为开敞式和封闭式两大类。
2 UASB反应器的设计计算
2.1 4.1 UASB反应器有效容积及主要尺寸的确定
设计参数：Q=9955m3/d；进水COD=5152mg/l。
2.1.1 4.1.1 UASB反应器的有效容积
设计有效容积负荷率Nv=5.0kgCOD/m3.d；COD去除率为80％。
V有效?Q?(C0?Ce)
Nv9955?5152?0.8?10?3 5.0?8206.11m3?
2.1.2 4.1.2 UASB反应器的形状和尺寸
UASB反应器的经济有效高度为6~8m，由于建造圆形反应器的三相分离器比矩形复杂，所以本设计采用矩形。设计反应器有效高度H=7m；
则横截面积：
S?V有效H?3400?486m2 7共设四座UASB反应器。 每池的面积为：
Si?S486??122m2 n4矩形长宽比为约2：1；所以 B=8m；L=16m； 则单池的截面积为：128m
一般应用是反应器的装液量为70％～90％； 设计反应器总高度为8m，其中超高为0.5m。 单池容积：
2Vi?SiH?128?(8.5?0.5)?1024m3
总容积：
V?Vin?1024?4?4096m3
有效容积为3584m3，则体积有效系数为88％，符合有机负荷要求。
2.1.3 4.1.3 水力停留时间HRT和水力负荷率Vr
3584?24?43h 2000Q83.3Vr???0.16m3/m2.h
S512tHRT?对于颗粒污泥，水离负荷率Vr?0.1~0.9m3/m2.h，符合要求。
2.2 4.2 进水分配系统的设计 2.2.1 4.2.1 布水点的设置
进水方式采用连续均匀进水方式，布水点的数量与处理水量、进水浓度、容积负荷等因素有关。