厌氧反应器的发展历程(2015)-

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1、厌氧生物反应器的发展历程,主要内容,概述 第一代厌氧反应器 第二代厌氧反应器 第三代厌氧反应器 厌氧反应器的未来发展方向,1. 概述,废水厌氧处理是通过大量厌氧微生物共同作用来完成。 由于厌氧微生物生长缓慢，世代时间长，故保持大量的活性微生物(污泥)和足够长的污泥龄是提高反应效率的关键。 反应器作为提供微生物生长繁殖的微型生态系统，有助于各类微生物平稳生长，物质和能量流动高效顺畅，是保持厌氧处理系统持续稳定的必要条件。 在厌氧生物处理工艺发展过程中，反应器是发展最快的领域之一，而厌氧处理技术的发展从某种意义上讲也就是厌氧反应器的发展。,2. 第一代反应器,厌氧生物处理技术始于1860年法国工程

2、师Mouras采用该法处理经沉淀的固体物质。 1896年英国出现第一座用于处理生活污水的厌氧消化池，所产生的沼气用于街道照明。 从1910年至1950年，高效可加温和搅拌的消化池得到发展，它比腐化池有明显的优势。 上世纪50年代Schroepfer开发了厌氧接触工艺。 这些反应器可以称为第一代厌氧反应器。,2. 第一代反应器,第一代厌氧反应器的特点 通过厌氧产生沼气的作用能使待处理废水与厌氧污泥完全混合； 能有效降解废水中的有机污染物； 反应器内污泥停留时间（sludge retention time, SRT)与水力停留时间(hydraulic retention time, HRT) 无法

3、分开； 处理废水或有机废物需要较长的时间（长达几十天），属低负荷系统。,反应器代表类型,普通厌氧消化池（Conventional Anaerobic Digester Tank） 厌氧接触工艺(Anaerobic Contact Process),普通厌氧消化池,普通厌氧消化池即传统的完全混合反应器。作为处理对象的生污泥或废水从池子上部或顶部投入池内，借助于消化池内的厌氧活性污泥来净化有机污染物。使生污泥或废水中的有机污染物转化为以甲烷和二氧化碳为主的气体（俗称沼气）。 普通消化池的一般负荷:中温为23 KgCOD/(m3d)，高温为56 KgCOD/(m3d)。造成处理废水的停留时间至少需要

4、1030,因此处理效率极低。,普通厌氧消化池示意,普通厌氧消化池示意,普通厌氧消化池工程化应用,厌氧接触工艺,厌氧接触工艺是在连续搅拌反应器基础上于出水沉淀池中增设污泥回流装置和填料，增大了反应器内厌氧污泥的浓度，使得反应器中厌氧污泥的停留时间第一次大于水力停留时间，提高了负荷与处理效率。 一般其容积负荷在45kgCOD/(m3d)。,厌氧接触工艺示意,3. 第二代厌氧反应器,随着生物发酵工程中固定化技术的发展，人们认识到高效率厌氧系统必须满足的条件之一是，反应器内能够保持大量的活性厌氧污泥。 第一个突破性的发展出现于60年代末，Young和McCarty发明了厌氧滤池(Anaerobic F

5、ilter，简称AF)。 1974年，荷兰农业大学环境系Lettinga等发明了上流式厌氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Bed，简称UASB)，标志着厌氧反应器的研究进入了新的时代。 这些反应器称为第二代反应器。,3. 第二代厌氧反应器,第二代反应器的主要特点 可以将污泥停留时间和水力停留时间分离，能保持大量的活性污泥和足够长的污泥龄； 注重培养颗粒污泥，属高负荷系统。,反应器代表类型,厌氧滤池（Anaerobic Filter，简称AF） 厌氧附着膜膨胀床反应器（Anaerobic Attached Film Expanded Bed，简称AAFEB） 厌氧流化床

6、（Anaerobic Fluidized Bed，简称AFB） 厌氧生物转盘（Anaerobic Rotating Biological Contactor Process，简称 ARBCP） 上流式厌氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Bed，简称UASB)。,厌氧滤池（AF）,AF是一种内部填充有微生物载体的厌氧生物反应器，所采用的载体以硬性填料如砂石、塑料波纹板等为主。 在处理废水过程中，厌氧微生物部分附着生长在填料上，免于水力冲刷而得到保留，形成厌氧生物膜，部分在填料空隙间处于悬浮状态。废水流过被淹没的填料，污染物被去除并产生沼气。,AF反应器示意,厌氧滤池（A

7、F）,在相同的温度下，厌氧滤池的负荷高出厌氧接触工艺23倍 容积负荷由一般反应器的45 KgCOD/3d以下提高到1015 KgCOD/3d。 但AF在运行中常出现堵塞和短流现象，且需要大量的填料和对填料进行定期清洗，增加了处理成本。,厌氧附着膜膨胀床反应器(AAFEB),该反应器内通过填充颗粒细小（ 1mm）的载体，以增加供微生物附着生长介质的比表面（30003300m2/m3）,并使之流动，疏散，改善了水力运动和传质状况，从而使活性微生物数量得以提高，故具有较强运行效能。 其膨胀率一般为520。 AAFEB对有机污水的处理过程，实质上是其中以生物膜形成存在的厌氧微生物对有机质的降解过程。,

8、AAFEB反应器示意,AAFEB是利用废水的内循环来实现反应器内填料的膨胀。,厌氧流化床（AFB）,AFB是依靠在惰性填料或载体（颗粒粒径（ 1mm）微粒表面形成的生物膜来保留厌氧污泥。填料在较高的上升流速下处于流化状态，克服了AF中易发生的堵塞，且能使厌氧污泥与废水充分混合，提高了处理效率。 该反应器中污泥的膨胀率一般大于25。 但AFB内部稳定的流化态难以保证，且反应器需大量回流水来取得高的上升流速。其次，该工艺控制较难，投资和运行成本高。,AFB反应器示意,AFB反应器示意,厌氧流化床（AFB）,AFB的缺陷 内部稳定的流化态难以保证 反应器需大量回流水来取得高的上升流速 该工艺控制较难

9、 由于需要较高的回流水（一般与进水的比值为10：1以上，有的甚至超过100：1）来实现反应器内的载体流化过程，因此其运行成本相对较高。,AFB反应器改进,AFB的改进思路 生物气循环减少回流水用量； 磁性载体提高生物挂膜速度和挂膜量； 与膜生物反应器的结合减少污泥流失的机会。,AFB反应器改进的形式,生物气循环减少回流水用量,AFB反应器改进的形式,磁性载体提高生物挂膜速度和挂膜量,AFB反应器改进的形式,与膜生物反应器结合减少污泥流失的机会,厌氧生物转盘(ARBCP),厌氧生物转盘是1980年由Tait和Friedman首先研制出来。 兼有好氧生物转盘和厌氧生物处理的优点，适合于处理中等浓度

10、和某些高浓度的有机废水。 厌氧生物转盘的一般负荷为20 gTOC/(3),ARBCP反应器示意,ARBCP反应器工程化应用,厌氧生物转盘(ARBCP),特点： 容积负荷高，无堵塞 可处理高浓度、高悬浮物有机废水 耐冲击负荷，运行稳定 动力消耗大，占地大，盘片造价高。,上流式厌氧污泥床(UASB),UASB反应器污泥床区主要有沉降性能良好的厌氧污泥组成，浓度可达到50100g/L或更高。,三相分离器,配水系统,颗粒污泥,上流式厌氧污泥床(UASB),特点： 可形成沉淀性能非常好的颗粒污泥，利用污泥颗粒化实现了HRT与污泥停留时间的分离，从而延长了污泥龄 具有有机负荷高，水力停留时间短，且无填料、

11、无污泥回流装置、无搅拌装置，大大降低了运行成本 允许较大的上流速度，而且处理率高，运行稳定 目前应用最广泛的高效厌氧反应器 污泥颗粒化过程较难控制 上流速度较难控制，易造成污泥流失。,UASB反应器和颗粒污泥示意,污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度50 gVSS/L以上，污泥龄一般为30天以上； 颗粒污泥直径为0.1-0.5 cm，具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。,UASB反应器配水系统形式,UASB反应器配水系统形式,UASB反应器分离器系统形式,UASB反应器分离器系统形式,UASB反应器工程化应用,4. 第三代厌氧反应器,一个良好的厌氧反应器要具备的特点： 良好的污泥截留能力； 具有

12、生物污泥与进水基质充分接触的条件； 具有提供微生物适宜的生长环境条件的功能。,4. 第三代厌氧反应器,在第二代反应器的基础上开发了第三代反应器是目前研究和应用的热点 通过增加反应器的高径比； 对反应器进行分段 在反应器内部增加三相分离器等改进手段，使进水和污泥之间能始终保持良好地接触。 第三代反应器在将污泥停留时间和水力停留时间相分离的前提下，使固、液两相充分接触，从而既能保持大量污泥又能使废水和活性污泥之间充分混合、接触，以达到真正高效的目的。,主要反应器类型,膨胀颗粒污泥床 (Expanded Granular Sludge Bed，简称EGSB) 厌氧内循环反应器(Internal Ci

13、rculation Anaerobic Reactor，简称IC) 厌氧序批式间歇反应器(Anaerobic Sequencing Batch Reactor，简称 ASBR) 厌氧折流板反应器（Anaerobic Baffled Reactor，简称ABR） 上流式分段污泥床反应器（Upflow Stage Sludge Bed，简称USSB） 上流式污泥床过滤器(Upflow Blanket Filter，简称UBF)复合式厌氧反应器 厌氧迁移式污泥床反应器（Anaerobic Migrating Blanket Reactor,简称 AMBR） 厌氧膜生物反应器(Anaerobic Me

14、mbrane Biosystem,简称AMBS),膨胀颗粒污泥床 (EGSB),20世纪90年代初，荷兰Wageningen农业大学开始了厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器的研究,膨胀颗粒污泥床 (EGSB),特点： 上升流速大Vup (2.510m/h，UASB 0.51.5 m/h)； CODcr有机负荷率高(535kg/m3.d)； 高径比大，污泥床处于膨胀状态； 出水回流，适合处理低浓度废水； 颗粒污泥接种，活性高，沉降性能好，粒径大； Vup大，废水与污泥接触状态良好； 可应用于含悬浮固体和有毒物质的废水处理。,EGSB反应器与UASB的区别,EGSB 反应器是对UASB 反应器的

15、改进, 除反应器主体外, EGSB 反应器主要由配水系统、反应区、三相分离器、沉淀区、出水系统和出水循环系统等构成。 与UASB的差别主要有：三相分离器的结构与UASB有着很大差别，增加了出水循环系统。,EGSB反应器三相分离器改进方法,改进可以有以下几种方法： 增加一个可以旋转的叶片,在三相分离器底部产生一股向下水流,有利于污泥的回流; 采用筛鼓或细格栅,可以截留细小颗粒污泥; 在反应器内设置搅拌器,使气泡与颗粒污泥分离; 在出水堰处设置挡板,以截留颗粒污泥。,EGSB反应器工程化应用,内循环反应器（IC）,内循环式厌氧反应器()是由荷兰Paques公司于20世纪80年代中期开发成功的高效厌

16、氧反应器，并在1986年以后迅速把该项技术应用于生产中。 由于严格的技术保密，直到20世纪90年代以后才在有关杂志上见到IC反应器的研究报道。,内循环反应器（IC）,IC反应器实际上是由底部和上部两个UASB反应器串联叠加而成，高径比一般为48，高度可达16m 25m。 包括4个不同的功能单元:混合部分、膨胀床部分、精处理部分 和回流部分。,内循环反应器（IC）,特点 具有高容积负荷率。进水有机负荷率比普通的UASB反应器高出3倍左右。 IC反应器的体积为普通UASB反应器的1.41.3左右。 抗冲击负荷能力强。处理低浓度废水时，循环流量可达进水流量的23倍。处理高浓度废水时，循环流量可达进水流量1020倍。 出水的稳定性好。IC反应器相当于两级UASB。一般说，两级处理比单级处理的稳定性好，出水水质较为稳定。,IC反应器存在的主要问题,内循环问题 IC反应器结构较复杂，内部管路系统过多，占用了反应器的有效空间，影响了反应效率，增大了反应器的总容积。 沼气提升管以及污泥回流管的设计过于复杂，难以精确控制循环量。