第三讲污泥床反应器

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1、当代水处理新技术原理与应用 南开大学环境科学与工程学院 吴立波 联系方式：蒙民伟楼322 电话23503730（O） 手机13820716597E-mail:第三讲 污泥床反应器一、颗粒污泥 二、颗粒污泥培养 三、污泥床反应器概介 四、UASB设计与运行 五、EGSB设计要点 六、污泥床应用实例一、颗粒污泥生物膜颗粒污泥膜状附着在载体 上絮状菌胶团颗粒状一般有一定核心污泥流失细碎:结构松散;质轻活性污泥污泥颗粒大小 约为100 m 污泥颗粒大小 0.3-5mm 微生物存在形态( a)有载体生物膜颗粒; ( b)好氧颗粒污泥; ( c)厌氧颗粒污泥所谓污泥颗粒化是指反应 器中的污泥形态发生了变

2、化，由絮状污泥变为密实 、边缘圆滑的颗粒。颗粒 污泥的粒径一般为0.5 4mm。这样污泥床内可维 持很高的污泥浓度。活性污泥形态黄褐色絮绒颗粒状尺寸：0.020.2mm比表面积： 20100cm2/ml含水率：99以上， 含固小于比重：1.0021.006 厌氧颗粒污泥1972年荷兰Lettinga首先在UASB中观察到污泥颗粒化现象厌氧颗粒污泥一般呈球形或椭球形，其颜色呈灰黑或褐黑色，肉眼 可观察到颗粒表面包裹着灰白色的生物膜。颗粒污泥的比重一般为1.011.05左右，粒径为0.53mm（最大可 达5mm），污泥指数（SVI）一般在1020ml/gSS之间（与颗粒的 大小有关），沉降速度多在

3、510mm/s之间。成熟的颗粒污泥其VSS/SS值一般为70%80%。颗粒污泥一般含有 如碳酸钙这样的无机盐晶体以及纤维、沙粒等，还含有多种金属离 子。颗粒污泥中的碳、氢、氮的含量大致分别为40%50%、7%和 10%左右。 Hushoff Pol等分为三种：球形颗粒污泥：杆菌颗粒污泥，1-3mm； 松散球形颗粒污泥：丝菌颗粒污泥，1-5mm；紧密球状颗粒污泥： 甲烷八叠球菌，0.1-0.5mm。厌氧颗粒污泥好氧颗粒污泥1991年Mishillla等最早发现了AGS，并第一次报道了利用连续流 好氧上流式污泥床反应器(Aerobic Upflow Sludge Blanket， AUSB)培养出

4、AGS。人们从这一研究成果开始了对AGS颗粒化 的研究历程。而国内学者对AGS的研究始于1995年，相对滞后 于国外的研究。 可形成颗粒污泥的微生物不仅仅局限于甲烷菌，人们观察到酸化 菌、硝化菌、反硝化菌及好氧异养菌也能形成颗粒污泥。好氧颗 粒污泥主要由杆菌组成，无丝状菌。 好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge，AGS)是通过微生物自 凝聚作用形成的颗粒状活性污泥，与普通活性污泥相比，它具有 不易发生污泥膨胀、抗冲击能力强、能承受高有机负荷，集不同 性质的微生物（好氧、兼氧和厌氧微生物）于一体等特点，近年 的研究成果表明AGS能用于处理高浓度有机废水、高含盐度废水 及许

5、多工业废水。好氧颗粒污泥好氧颗粒污泥废水处理技术最早由慕尼黑工业大学摩根罗斯（ Morgenroth）教授于1997年提出，是新兴的废水生物处理技术 ，在提高生物量浓度、增加有效容积处理率方面有较大优势。它 的形态不同于以往印象中的活性污泥，淡黄色“小米”式的形态让 人耳目一新。目前好氧颗粒污泥技术研究小组主要集中在荷兰、 德国、新加坡以及国内俞汉青、竺建荣教授课题组组。 目前 好氧颗粒污泥多用于脱氮除磷研究 。二、颗粒污泥培养1、颗粒污泥形成机理晶核假说电中和作用胞外多聚物架桥作用2、厌氧颗粒污泥培养条件 颗粒污泥的培养和形成的过程，许多因素对其都有影响。其 中主要有：温度，以中温或高温为宜

6、；接种污泥的质量与数量，可以以絮状的消化污泥或活性污 泥作为种泥，如有条件采用已培养成的颗粒污泥作为种泥， 可大大地缩短培养时间；碱度进水碱度应保持在750一1000mgL之间；废水性质，易于形成颗粒污泥是含碳水化合物较多的废水 和CN比较高的废水；水力负荷和有机负荷，启动时有机负荷不宜过高，一般以 0.1-0.3kgCOD(kgVSSd)为宜。随着颗粒污泥的逐渐形成 ，有机负荷可以逐步提高。水力负荷要维持生物淘洗强度， 洗出流速0.4-1.0m/s 。厌氧颗粒污泥的培养方案一、培养过程：低浓度高水力，启动形成成床二、加快措施：GAC、膨润土脉冲进水、洗出流速0.4-1.0m/s三、接种污泥：

7、消化污泥、活性污泥、底泥下水道污泥、粪肥四、接种量：10-20kgVSS/M33、好氧颗粒污泥培养条件适当的污泥负荷适当的搅拌方式和强度满足对铁钴镍等微量元素的需求足够的碱度控制水力停留时间、溶解氧、曝气量 反硝化条件好氧颗粒污泥培养方案Morgenroth采用厌氧颗粒污泥培养中的水力筛分法，以碳源为 基质在USB反应器内培养出好氧颗粒污泥，其颗粒尺度可达1 3mm，具有优良的沉淀性能。但由于曝气池中O2的供给是 限制因素，当颗粒变大后其平均活性并不高(内部大量污泥处 于厌氧状态)，且随着运行时间的延长，污泥活性可能进一步 退化。在上升流SBR中微生物会经历高基质浓度期与饥饿期不断交替 的变化

8、，从而引起微生物表面特性的变化，再在上升流态的水 力剪切的作用下，就会逐渐形成颗粒污泥。周期性的好氧饥饿 段触发了微生物的聚集，进一步增强细胞间的相互作用，从而 形成较致密的微生物聚集体，这在颗粒化过程中是关键的一步 。 在SBR系统中采用缩短沉降时间可截留住那些具有较高沉速的生 物颗粒，培养出的颗粒污泥 可达3.3 mm(也有仅为0.30.5 mm 的)，其中几乎不含丝状菌，全部由杆菌组成。颗粒化不是由微 生物种类决定的，而是与操作条件有关，曝气池中的搅动强度或 混合程度及曝气产生 的剪切力对颗粒污泥的形成都有较大影响 。好氧颗粒污泥的形成机制目前还不完全清楚。在SBR反应器中 ，DO保持在

9、0.71.0 mg/L时运行一个月可基本完成颗粒化，且 COD、NH3-N、TN去除率高达95%、95%、60%，颗粒中无丝 状菌，SVI为80100 mL/ g，SS为44.5 g/L。好氧颗粒污泥在 显微镜和曝气状态下都可观察到，其活性即使在DO1 mg/L时 也很高，有机物和氨氮负荷可达1.5kgCOD/(m3d)和0.18kgNH3- N/(m3d)。 左图形象地表明了在人工配制的模拟废水系统 中，好氧颗粒污泥的进化过程。图a为取自污 水厂的新鲜活性污泥,从外观上看主要由絮状微 生物组成，在显微镜下观察，可以发现该污泥 中存在着大量的丝状菌。启动1 d后，驯化期 结束，污泥床开始增长。

10、但污泥主要还是以絮 状体为主，且颜色没有变化。图b为运行4 d的 颗粒污泥，污泥逐渐驯化成较不规则的颗粒状 ，但颗粒比较松散，且颜色逐渐变为淡咖啡色, 显微镜下依然可以看到丝状微生物的大量存在 。图c为运行10 d的照片，颗粒污泥已完全转 变为黄色，且颗粒直径都比较均匀。图 d为运 行16 d趋于成熟的颗粒污泥，在显微镜下观察 ，发现丝状微生物逐渐在减少，而颗粒污泥也 逐渐由松散转为密实，形状为较规则的球形， 颗粒污泥基本达到成熟。 图a图b图cd三、污泥床反应器概介 特点无载体、沉降性能良好的污泥絮体 (絮状污泥、无载体 颗粒污泥、载体核心颗粒污泥）、一般内置污泥沉淀系统UASB: upfl

11、ow anaerobic sludge bed（blanket)ABR: anaerobic baffled reactorAMR: anaerobic migrating blanket reactorEGSB: expanded granular sludge bedUBF: upflow blanket filterIC: internal circulation reactorASBR: anaerobic SBRMUSB: microaerophilic upflow sludge bed MRB: multi-stage reversingflow bioreactorAUSB:

12、aerobic upflow sludge blanket控氧SBRUASB反应器EGSB反应器IC反应器UBF反应器ASBR反应器及其操作周期A S B R 试 验 工 艺 流 程新型厌氧反应器特点比较新型厌氧反应器特点厌氧反应器的处理效率主要决定于反应器所能保有的微 生物浓度及其生化反应速率,而传质条件对生化反应速 率起着重要的作用.新型厌氧反应器的开发和研究主要 是为了解决这两方面的问题,因此,这些反应器具有一些 共同的特性: 1)微生物均以颗粒污泥固定化的方式存在于反应器中,单 位容积的微生物持有量更高; 2)能承受更高的水力负荷,具有较高的有机污染物净化效 能; 3)具有较大的高径比

13、,占地面积小,动力消耗小; 4)颗粒污泥与有机物之间具有更好的传质,使反应器的处 理能力大大提高.好氧污泥床和厌氧污泥床特点对比及好氧污泥床应用前景分析 ？厌氧处理工艺的发展过程及 其与好氧处理工艺之间的关 系厌氧处理工艺的发展是与颗粒 污泥床的发展分不开的四、UASB设计与运行1.结构2.工艺特点3.运行特点4.优缺点5.设计6.运行1、UASB的结构（1）污泥床30%（1-2m)（2）悬浮层70%（3）三相分离区（GLS）（4）辅助设备：配水设备、加温设备、水封 洗气设备、脱硫设备、沼气存贮设备、予处 理设备、后处理设备 1一进水 2一出水 3一沼气 4一污泥床 5污泥悬浮层 6一三相分离

14、器不同构造型式的UASB反应器1一进水 2一出水 3一沼气 4一污泥床 5污泥悬浮层 6一三相分离器不同构造型式的UASB反应器1一进水 2一出水 3一沼气 4一污泥床 5污泥悬浮层 6一三相分离器不同构造型式的UASB反应器1一进水 2一出水 3一沼气 4一污泥床 5污泥悬浮层 6一三相分离器不同构造型式的UASB反应器1一进水 2一出水 3一沼气 4一污泥床 5污泥悬浮层 6一三相分离器不同构造型式的UASB反应器1一进水 2一出水 3一沼气 4一污泥床 5污泥悬浮层 6一三相分离器不同构造型式的UASB反应器2、UASB工艺特点3、UASB运行特点4、UASB优缺点优点污泥颗粒化SRT长

15、GLS不堵塞缺点颗粒污泥培养经验少GLS设计不成熟SS影响有值得讨论的么？5、UASB工艺设计1反应区主体 2三相分离器 3进水系统 4集气系统：水封等 5辅助系统a) 拼装制罐技术：拼装技术采用高新技术制成的罐体材料，以快速 低耗的现场拼装方式最终成型，组成成套化的单元反应器设备，使 污水处理设备的全套装置达到技术先进、配制合理、性能优良、耐 腐性好、维修便利、外表美观的效果。罐体材料将根据不同反应器 采用软性搪瓷或其他防腐形式预制钢板。预制的钢板采用以栓接方 式拼装，栓接处加特制密封材料防漏，此种预制钢板形成的保护层 不仅能阻止罐体腐蚀，而且具有抗酸碱的功能。 b)Lipp技术：Lipp罐

16、制作时薄钢板通过一台成型机和一台咬合机， 在成型机上薄钢板上部被折成h形而下部被折成n形，在咬合机上薄 钢板上部与上一层薄钢板的下部被咬合在一起的成型过程和截面形 状。废水处理中被处理废水具有腐蚀性(如酸碱废水)的废水，或处 理工艺过程中产生腐蚀性(如厌氧处理)的情况，采用镀锌板无法像 搪瓷钢板一样法满足罐体材料具有耐腐蚀的要求。而全部用不锈钢 卷板来制作罐体其制作成本相当高，通过复合机械，将镀锌卷板与 0.3mm厚度的不锈钢薄膜复合在一起 。 1）反应器主体综合国内外有关资料来看，大型的UASB反应器一般采用矩形钢 结构或钢筋混凝土结构，小型的反应器则多采用圆柱形钢结构。反应器高度:对低浓度（COD1000mg/L)有机废水反应器高度 可采用35m；对中浓度（2000mg/LCOD3000mg/L)有机废 水反应器