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UASB厌氧反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的厌氧消化方法。在反应器底部污泥浓度较高的污泥层被称为污泥床，而在污泥床上部污泥浓度稍低的污泥层被称为污泥悬浮层，污泥床和污泥悬浮层统称为反应区。
在厌氧状态下，微生物分解有机物产生的沼气在上升过程中产生强烈的搅动，有利于颗粒污泥的形成和维持。污水均匀地进人反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床，在与污泥颗粒的接触过程中发生厌氧反应，经过反应的混合液上升流动进人气、固、液三相分离器。沼气泡和附着沼气泡的污泥颗粒向反应器顶部上升，上升到气体反射板的底面，沼气泡u污泥絮体脱离。沼气泡则被收集到反应器顶部的集气室，脱气后的污泥颗粒沉降到污泥床，继续参与进水有机物的分解反应。在一定的水力负荷下，绝大部分污泥颗粒能保留在反应区内，使反应区具有足够的污泥量。
UASB厌氧反应器不仅适于处理高、中浓度的有机污水，也适用于处理城市污水一类的低浓度有机污水。
UASB厌氧反应器的上部设置气、固、液三相分离器，下部为污泥悬浮层区和污泥床区，废水由反应器底部均匀引入污泥床区，与厌氧污泥充分接触反应，有机物被厌氧微生物分解成沼气。液体、气体与固体形成混合液流上升至三相分离器，使三者很好地分离，使80%以上的有机物被转化为沼气，完成废水处理过程。
UASB厌氧反应器由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在下升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床下部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起下升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁下的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰下部溢出，然后排出污泥床。
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