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1、第10章污水的厌氧生物处理南京师范大学南京师范大学 地理科学学院环境地理科学学院环境系系n第一节厌氧生物处理技术简介n第二节污水厌氧生物处理的基本原理n第三节污水的厌氧生物处理方法n第四节厌氧生物处理法的设计n第五节厌氧和好氧技术的联合运用1.1 厌氧-生物-发现-发展沼气（Marsh Gas）发现有机污染物降解1.2 厌氧技术应用举例-污泥消化1.2 厌氧技术应用举例普通消化池1.2 厌氧技术应用举例沼气发酵池1.2 厌氧技术应用举例接触氧化池1.3 厌氧生物处理技术发展历程n早期早期历史史(摸索期摸索期)1776：Volta发现湖泊、池塘底泥生成可燃气体1856：Reist发现有机物分解并
2、产生甲烷气1860s：化粪池之雏型开始应用于家庭污水处理1881：首次出现化粪池之记载1890：Moncrieff建造厌氧消化槽及厌氧滤床之雏型1895：Cameron建造处理量30 m3/d之化粪池并取得专利1901：首座厌氧滤床法运转成功1904：Travis发明具固液分离功能之二段式化粪池1905：Imhoff发明改良式化粪池1914：美国75城市使用Imhoff式化粪池n中期发展(成熟期)1920s：Buswell开始用厌氧消化槽处理工业废水及农业废弃物1927：Ruhrverband厂开始使用有加热装置之污泥厌氧消化槽，并回收沼气用于发电1950s：工业废水厌氧处理中污泥停留时间等控
3、制参数受到重视1957年Coulter开发新式厌氧固定滤床法1972年厌氧固定滤床法应用于工业废水处理1974年Jeris开发厌氧流体化床法1976：上流式厌氧污泥床法(UASB)应用于甜菜废水处理1.3 厌氧生物处理技术发展历程n近期发展(创新期)1979：Lettinga首次发表上流式厌氧污泥床法1984：Dranco厌氧生物处理程序应用于有机性废弃物处理1987：UASB法应用马铃薯淀粉及屠宰场废水处理1988：Valorga厌氧生物处理程序应用于有机性废弃物处理1990s：UASB法应用造纸、脂肪酸及城市废水处理1990s：Dranco程序设置共10厂2000s：Valorga程序设置
4、共12厂1.3 厌氧生物处理技术发展历程Originally: 污泥消化：剩余污泥处置60 to 8060 to 80 s:s: 农农产产品加工品加工业业 酵酵母母, , 制制酒酒, , 食品食品加工排水加工排水90s: 化工及石油化工：对苯二甲酸, 酚等 90 to 0090 to 00 s:s: 厌厌氧生物修复氧生物修复：PCP（五氯酚）, BTEX（苯系物）80 to 90s: 轻工及制药业 造造纸废纸废水、水、发发酵酵废废水、制水、制药废药废水等水等 厌氧氧处理技理技术推广推广应用用发展展过程程 厌氧新技术（ANAMMOX 反硝化等）1.4 厌氧生物处理技术的进步 以前通常能不用以前通
5、常能不用厌厌氧法氧法处处理的就不用理的就不用，不得已时结合厌氧处理与好氧处理先后处理，现在厌氧反应器发展迅速逐渐成为水处理的新的主力设备。厌氧生物处理典型工艺流程厌氧生物处理典型工艺流程 其中：厌氧微生物活性及反应器是工艺的核心废水调节池热交换器37厌氧反应器气柜沉淀池出水回流污泥剩余污泥1产生的沼气可用于发电或作为能源n沼气中的主要成分是甲沼气中的主要成分是甲烷，含量含量5050-75%之之间，是一种，是一种生物清生物清洁燃料。燃料。以日排以日排COD10t的工厂的工厂为例，若例，若COD去除率去除率为80%80%，甲，甲烷产量量为理理论的的80%80%时，则可日可日产甲甲烷22402240
6、m3,其其热值相当于相当于3.853.85t原煤，可原煤，可发电54005400度。度。1.5 厌氧生物处理技术的优、缺点2 2对营养物的需求量少养物的需求量少n好好氧氧方方法法BOD：N：P=100：5：1，而而厌氧氧方方法法为（350350-500）：5 5：1 1，相相比比而而言言对N、P的的需需求求要要小小的的多多，因因此此厌氧氧处理理时可可以以不不添添加或少添加加或少添加营养养盐。3产生的生的污泥量少，运行泥量少，运行费用低用低繁殖慢；不需要曝气繁殖慢；不需要曝气 n基基于于这些些优点点，厌氧氧处理理在在食食品品、酿造造、制制糖糖等等工工业中中得得到到了了广广泛泛的的应用用。但但厌氧
7、氧处理理也存在缺点。也存在缺点。1.5 厌氧生物处理技术的优、缺点n n1 1出水的有机物浓度高于好氧处理；发酵分解有机物不完全；n n2 2对温度变化较为敏感；工业中需要设置进水的控温装置，37。n n3 3厌氧微生物对有毒物质较为敏感；但经过毒物驯化处理的厌氧菌对毒物的耐受力常常会极大地提高。1.5 厌氧生物处理技术的优、缺点n4.初次启动过程缓慢,处理时间长n好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要7天就可以培育成功，而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要8-12周才可以培育成功。n5处理过程中产生臭气和有色物质是什么？n臭气主要是SRB（脱硫弧菌）形成的具有臭味的硫化氢气体以及硫醇、
8、氨气、有机酸等的臭气。同时硫化氢还会与水中的铁离子等金属离子反应形成黑色的硫化物沉淀，使处理后的废水颜色较深，需要添加后处理设施，进一步脱色脱臭。1.5 厌氧生物处理技术的优、缺点n第一节厌氧生物处理技术简介n第二节污水厌氧生物处理的基本原理n第三节污水的厌氧生物处理方法n第四节厌氧生物处理法的设计n第五节厌氧和好氧技术的联合运用2.1 厌氧生物处理的原理 早期厌氧生物处理主要针对污泥消化，即在无氧条件下，由兼性厌氧细菌及专性厌氧细菌降解有机物使污泥得到稳定，最终产物是二氧化碳和甲烷。消化消化过程过程液化液化( (酸化酸化) )液态污泥的液态污泥的pHpH迅速下降，转化产迅速下降，转化产物中有
9、机酸是主体物中有机酸是主体气化气化( (甲烷化甲烷化) )产生消化气，主体是产生消化气，主体是CHCH4 4两阶段理论两阶段理论:n复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段水解阶段、发酵阶段（又称酸化阶段）、产乙酸阶段、产甲烷阶段n1水解阶段n在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物n2发酵阶段n小分子有机物被梭状芽孢杆菌、拟杆菌等酸化细菌吸收并转化为更为简单的化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨等四阶段理论四阶段理论:n n3. 3. 产氢产产氢产乙酸乙酸阶阶段段n上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质，这一阶段的主导细菌
10、是乙酸菌。同时水中有硫酸盐时，还会有硫酸盐还原菌参与产乙酸过程。n n4 4产产甲甲烷阶烷阶段段n乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲烷和以及甲烷菌细胞物质。n经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、二氧化碳、氢气、硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥。复杂有机物复杂有机物1 1水解水解 2 2发酵发酵脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸 乙酸乙酸乙酸乙酸 HH2 2 + CO + CO2 23 3产乙酸产乙酸 CHCH4 4 + CO + CO2 2HH2 2S+ COS+ CO2 2硫酸盐还原硫酸盐还原4 4产甲烷产甲烷4 4产甲烷产甲烷硫酸盐还原2.2 厌氧生物处理的影响因素（1）p
11、H 每种微生物可在一定的pH值范围内活动，产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pH值范围较广，在pH值4.58.0之间。产甲烷菌要求环境介质pH值中性附近，最适的pH值为6.87.2，pH值为6.67.4较为适宜。pH值变化将直接影响产甲烷菌的生存与活动，厌氧池pH值应维持在6.57.8之间，最佳范围在6.87.5左右。厌氧池具有一定的缓冲能力，正常运行时，进水pH值可略低于上述值。当厌氧池出水pH6.5时应增加进水中的碱量，要及时对pH进行检测。2.2 厌氧生物处理的影响因素（2）温度温度 一般产甲烷菌的温度范围是560，在35和53上下可以分别获得较高的消化效率。各种产甲烷菌的适宜范
12、围不一致，而且最适的温度范围较小。大多数产甲烷菌的适宜温度在中温3538之间，中温条件下，产甲烷菌种类多，易培养驯化、活性高。也可在高温下（ 5255）进行。应控制厌氧池温度波动范围一般1d不宜超过2，避免温度超过42。2.2 厌氧生物处理的影响因素（3）生物固体停留生物固体停留时间 厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，产酸菌的产率Y为0.150.34kgVSS/kgCOD，产甲烷菌的产率Y为0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物的产率约为0.250.6kgVSS/kgCOD。产甲烷菌的世代时间为4-6天。 因此，厌氧生物处理要获得稳定的处理效果就需要保持较长的污泥泥龄。2.2
13、厌氧生物处理的影响因素（4）搅拌和混合拌和混合 混合搅拌也是提高消化效率的工艺条件之一。通过搅拌可消除池内的浓度梯度，增加食料与微生物之间的接触，避免产生分层；促进沼气分离，显著地提高消化的效率；使溶液充分混合，温度均一，避免酸的积累。但过于激烈的搅拌会破坏产乙酸菌和产甲烷菌的共生关系。2.2 厌氧生物处理的影响因素（5）氧化氧化还原原电位（位（ORP）系统的氧化还原电位是多种氧化物质与还原物质进行氧化还原反应的综合结果。厌氧菌体内存在着容易被氧化剂破坏的化学物质，并且菌体内缺乏抗氧化的酶系统。氧以及其它一些氧化剂或氧化态物质的存在（如某些工业废水中含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、S
14、O42-以及酸性废水中的H+等），都能使体系中的氧化还原电位升高。当其浓度达到一定程度时，会危害厌氧消化过程的进行。2.2 厌氧生物处理的影响因素（5）氧化氧化还原原电位（位（ORP）高温厌氧消化系统适宜的氧化还原电位为-500-600mV；中温厌氧消化系统要求的氧化还原电位应低于-300mV。产酸细菌对氧化还原电位的要求不甚严格，甚至可在+100-100mV的兼性条件下生长繁殖；甲烷细菌最适宜的氧化还原电位为-300mV-350mV或更低。2.2 厌氧生物处理的影响因素（6）营养与养与C/N比比废水、污泥及废料中的有机物种类繁多，只要未达到抑制浓度，都可连续进行厌氧生物处理。对生物可降解性有
15、机物的浓度并无严格限制，但若浓度太低，比耗热量高，经济上不合算；水力停留时间短，生物污泥易流失，难以实现稳定的运行。一般要求COD大于1000mg/L。CODNP=（350-500）51 。2.2 厌氧生物处理的影响因素（7）有毒物有毒物质 重金属通过与微生物酶中的巯基、氨基、羧基等相结合，而使酶失活，或者通过金属氢氧化物凝聚作用使酶沉淀。金属离子对产甲烷菌的影响按CrCuZnCdNi的顺序减少。脱硫弧菌（）和产甲烷菌竞争同一种电子供体。在硫酸盐缺乏或耗尽的生态系统中，主要是甲烷菌占优势，利用氢和乙酸盐。在富含硫酸盐的情况下，占优势，产甲烷菌受到抑制，因为对底物氢和乙酸盐的亲和力要大于产甲烷菌
16、。n第一节厌氧生物处理技术简介n第二节污水厌氧生物处理的基本原理n第三节污水的厌氧生物处理方法n第四节厌氧生物处理法的设计n第五节厌氧和好氧技术的联合运用3.1 厌氧反应器的性能评价基准厌氧反应器的性能评价基准反应器中维持高浓度生物量(污泥）生物膜填料颗粒污泥反应器中生物与废水充分接触合理的布水系统适宜的液体表面上升流速大量沼气(高浓度有机物)12微生物的固定及活性维持反应器传质 3.2 厌氧反应器的发展厌氧反应器的发展第一代厌氧反应器：20世纪50年代以前，包括普通消化池和厌氧接触法。第二代厌氧反应器：20世纪50年代以后，包括厌氧滤池(AF)，上流式厌氧污泥床(UASB)，厌氧流化床(AF
17、B)，厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)，厌氧折流板反应器(ABR)。第三代厌氧反应器：20世纪90年代以后，包括膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)和内循环厌氧反应器(IC)。第一代厌氧反应器以消化池和厌氧接触法为代表，属于低负荷系统。n普通厌氧消化池，又称传统或常规消化池，已有百余年的历史，最早出现的消化池依次是化粪池和双层沉淀他。它们的共同特点是废水分别由沉淀池底和中层排出，所产的沼气从池顶排出。n 优点：结构简单，可以直接处理悬浮物、固体含量较高或颗粒较大的废液。n 缺点：缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，消化池中难以保持大量的活性微生物，水力停留时间长，管理不便。n工作原理工作原理n2
18、2级级( (平流沉淀平流沉淀+ +厌氧污泥消厌氧污泥消化化) )全国各地使用广泛，为生活污水的预处理全国各地使用广泛，为生活污水的预处理液固分离液固分离处理污泥处理污泥处理污泥处理污泥及厌氧杀寄生虫及病菌及厌氧杀寄生虫及病菌第一代厌氧反应器第一代厌氧反应器化粪池化粪池n缺点：缺点：污泥量少、污泥量少、易被带出，静态易被带出，静态消化消化 n厌氧接触法：也称厌氧活性污泥法，是在消化池后设置沉淀分离装置，不需要曝气而需要脱气，用于悬浮固体较高的污水处理。经消化池厌氧消化后的混合液排至沉淀池分离装置进行泥水分离、澄清水由上部排出，污泥回流至厌氧消化池：这样做既避免了污泥流失又可提高消化池容积负荷，从
19、而大大缩短了水力停留时间。n 优点：容积负荷高，水力停留时间较普通厌氧池短，易启动，耐冲击负荷。n 缺点：需污泥回流；污泥附着大量气泡，易被出水带走；沉淀污泥产生沼气，固液分离有时较困难。n厌氧生物滤池(AF)：是一种内部装微生物载体（拳状碎石、塑料填料等）的密封的厌氧反应器，由于微生物生长在填料上。不随水流失，所以有较高的污泥浓度和较长的泥龄（长达100d以上），运行稳定。n 进水和回流的出水沿反应器整个横截面分布，向上流过滤料层。悬浮态污泥和附着式污泥截留在滤料层内。出水一般进行回流，保持合理均匀的水力负荷，使反应器内保持均匀的水力学状态。反应器设计水力停 留 时 间 一 般 0.5 4d
20、， 而 体 积 负 荷 为 515kgCOD/(m3.d)。 第二代厌氧反应器包括厌氧生物滤池(AF)，上流式厌氧污泥床(UASB)，厌氧流化床(AFB)，厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)，厌氧折流板反应器（ABR）。 优点：处理能力高；滤池内可以保持很高的微生物浓度；不需另设泥水分离设备，出水SS较低；设备简单、操作方便。 缺点：滤料费用较高；滤料易堵塞，尤其是下部，生物膜很厚；堵塞后，没有简单有效的清洗方法。因此，悬浮物高的废水不适用。n厌氧膨胀床和厌氧流化床：是一种内部装填细小的固体颗粒微生物载体（石英砂、无烟煤、活性炭等）的厌氧反应器。n 在上升水流速度很小时，生物颗粒相互接触，形成固定
21、床。借助部分出水循环来增大反应器内的上升流速，可使生物颗粒开始脱离接触，并呈悬浮状态。当增大流速至污泥床的膨胀率达1020%时，为厌氧膨胀床，膨胀床的颗粒保持相互接触；膨胀率达到20%-70%时为厌氧流化床，此时颗粒呈流化态，做无规则的自由运动。n(3)Anaerobic fluidized bed biofilm reactorn n厌氧流化床生物膜反应器（厌氧流化床生物膜反应器（厌氧流化床生物膜反应器（厌氧流化床生物膜反应器（AFB)AFB)流化床流化床原理原理炉灰炉灰等载体，等载体，生物颗粒流化生物颗粒流化出水外出水外回流回流优点：1）细颗粒的填料为微生物附着生长提供比较大的比表面积，使
22、床内具有很高的微生物浓度，一般为30gVSS/L左右，因此有机物容积负荷较高，一般为1040 kgCOD/(m3d)，水力停留时间短，耐冲击负荷能力强，运行稳定；2）载体处于膨胀状态，能防止载体堵塞；3）床内生物固体停留时间较长，运行稳定，剩余污泥量少；4）既可用于高浓度有机废水的厌氧处理，也可用于低浓度的城市污水处理。缺点：1）载体流化能耗较大；2）系统的设计要求高。n上流式厌氧污泥床：上流式厌氧污泥床反应器(upflow anaerobic sludge blanket reactor)，简称UASB反应器，是由荷兰的G. Lettnga等人在70年代初研制开发的。污泥床反应器内没有载体，
23、是一种悬浮生长型的消化器，由反应区(reaction region) 、沉淀区(settling region)和气室(gas collection dome)三部分组成。n上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形。大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，则一般为矩形，高度一般为38m，其中污泥床12m，污泥悬浮层24m，多用钢结构或钢筋混凝土结构， 厌氧厌氧厌氧厌氧UASBUASB反应器工作原理反应器工作原理反应器工作原理反应器工作原理influentSludge bed污污泥泥沉沉降降沼气沼气阻挡阻挡收集收集effluentUASB (Upflow
24、Anaerobic Sludge Blanket) 反应器反应器UASB的优点的优点有机负荷高，处理效果好；污泥颗粒化后增强了反应器对不利条件的抗性；不需搅拌和回流污泥的设备，节省投资和能耗；三相分离器的设置避免了附设沉淀分离装置和辅助脱气装置等，简化了工艺，节省运行费用；反应器内无需投加填料和载体，提高了容积利用率，避免了堵塞。UASB的缺点的缺点高径比小，占地面高径比小，占地面积大；大；增加截面增加截面积的放大方式的放大方式难实现均匀布水；均匀布水；三相分离器三相分离器难以以实现稳定操作。定操作。启启动时间较长；液体上升流速液体上升流速较小，液固混合小，液固混合较差（特差（特别在低温、低在
25、低温、低浓度条件下）；度条件下）；负荷荷较高高时，污泥易流失；泥易流失；易造成有毒易造成有毒难降解化合物、非活性物降解化合物、非活性物质的吸附和的吸附和积累。累。1231234结构构设计方面方面操作控制方面操作控制方面厌氧折流板反应器(Anaerobic Baffled Reactor简称ABR)是美国Stanford大学的Bachman和McCarty等人于1982年前后开发、研制的一种高效新型的废水厌氧生物处理反应器。ABR综合了多种第二代厌氧生物处理反应器的优点，属于分阶段多相厌氧生物处理工艺技术，被认为具有第三代厌氧生物处理反应器的特征。它适应了厌氧处理过程中不同种群微生物对基质利用的
26、不同生理和生态原理，具有比传统的两级（或两相）厌氧处理工艺更灵活、易管理的特点，反应器易高效、稳定地运行。 ABR反应器是用多个垂直安装的导流板，将反应室分成多个串联的反应室，每个反应室都是一个相对独立的上流式污泥床系统(UASB)，废水在反应器内沿导流板作上下折流流动，逐个通过各个反应室并与反应室内的颗粒或絮状污泥相接触，而使废水中的底物得以降解。 从工艺上看，ABR与单个UASB有显著不同。首先，UASB可近似看作是一种完全混合式反应器，而ABR是一种复杂混合型水力流态，且更接近于推流式反应器；其次，UASB中酸化和产甲烷两类不同的微生物相交织在一起，不能很好适应相应的底物组分及环境因子(
27、pH、氢分压)，而在ABR中各个反应室中的微生物相是随流程逐级递变的，递变的规律与底物降解过程协调一致，从而确保相应的微生物相拥有最佳的工作活性。 ABR反应器独特的分格式结构及推流式流态使得每个反应室中可以驯化培养出与流至该反应室中的污水水质、环境条件相适应的微生物群落，从而导致厌氧反应产酸相和产甲烷相沿程得到分离，使ABR反应器在整体性能上相当于一个两相厌氧处理系统。 两大类厌氧菌群可以各自生长在最适宜的环境条件下，有利于充分发挥厌氧菌群的活性，提高系统的处理效果和运行的稳定性。厌氧折流板反应器(ABR)特点 1）上下多次折流，有良好的水力条件和混合效果，反应器死区少，使得废水中有机物与厌
28、氧微生物充分接触，有利于有机物的分解； 2）不需要设置三相分离器，没有填料，不设搅拌设备，反应器构造较为简单； 3）由于进水污泥负荷逐段降低，沼气搅动也逐段减少，不会发生因厌氧污泥床膨胀而大量流失污泥的现象，出水SS较低； 4）反应器内可形成沉淀性能良好，活性高的厌氧颗粒污泥，可维持较多的生物量。折流板的阻挡减弱了隔室间的返混作用，液体的上流和下流减少了细菌的洗出量，使反应器能在高负荷条件下有效地截留活性微生物固体，泥龄增长，污泥产率低。 5）因反应器没有填料，不会发生堵塞； 6）ABR反应器中有良好的微生物种群分布，反应器中不同隔室内的厌氧微生物易呈现出良好的种群分布和处理功能的配合，不同隔
29、室中生长适应流入该隔室废水水质的优势微生物种群，从而有利于形成良好的微生态系统； 7）较强的抗冲击负荷能力，ABR较强的抗冲击负荷能力来源于对废水中固体较强的截留能力和微生物种群的合理分布。ABR反应器有利于产酸段和产甲烷段的进行，减弱了由于高负荷条件下引起的低pH对产甲烷菌的抑制作用，在上流室不同隔室中形成性能稳定、种群良好的微生物链，使反应器具有抗冲机负荷的能力； 8）优良的处理效果，由于ABR具有上述特性，因而具有良好处理效果。ABR反应器所面临的问题1、为了保证一定的水流和产气上升速度， ABR反应器不能太深；2、进水如何均匀分布是一个问题；3、与单级UASB反应器相比，ABR反应器的
30、 第一格不得不承受远大于平均负荷的局部 负荷，这可能会导致处理效率的下降。 在ABR的第一室往往是厌氧过程的产酸阶段， pH值易于下降，可采取出水回流措施缓解pH 的下降程度第三代厌氧反应器：20世纪90年代以后，包括膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)和内循环厌氧反应器(IC)等。 高效厌氧反应器中不仅要实现污泥停留时间和平均水力停留时间的分离，还应使进水和污泥之间保持充分的接触。 第二代厌氧反应器虽然利用颗粒污泥大大提高了反应器的污泥浓度，但在如何保持泥水的良好接触，强化传质，进一步提高生化反应速率方面却存在一些不足。为了解决这些问题，20世纪90年代初国际上相继开发出了以厌氧膨胀颗粒污泥床(
31、EGSB)和内循环式厌氧反应器(IC)为典型代表的第三代厌氧反应器。 第三代厌氧生物反应器的原理图第三代厌氧生物反应器的原理图 厌氧膨胀颗粒污泥床厌氧膨胀颗粒污泥床 内循环反内循环反应器应器 EGSB IC 厌氧膨胀颗粒污泥床厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)厌氧反应器厌氧反应器 EGSB反应器既保持了厌氧流化床(AFB) 的高液体上升流速、良好混合、高效传质、高有机负荷率的特点，又吸纳了UASB反应器的颗粒污泥的形成和三相分离的设计的优势，从而可高效截留污泥、保证了反应器内高污泥浓度，是目前很有发展前景的高速厌氧反应器 。EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) r
32、eactorEGSB EGSB 反应器特点反应器特点 液体表面上升流速大液体表面上升流速大(2.56 m/h)，有机有机负荷高荷高(UASB的的2-5倍）。倍）。高径比大，高径比大，污泥床泥床处于膨于膨胀状状态；适合于适合于处理含有理含有悬浮性固体和有毒物浮性固体和有毒物质废水；水；颗粒粒污泥活性高，沉降性能好，粒径泥活性高，沉降性能好，粒径较大，大，强度度较好；好；1234 在低温、在低温、处理低理低浓度有机度有机废水水时有明有明显优势。5EGSB反应器的研究和应用现状 EGSB反应器虽然是在UASB反应器基础上的改进，但与UASB反应器相比，EGSB反应器无论是在结构设计，还是在污泥的特性
33、、反应器的运行特点等方面均有明显的不同。均有保留较高污泥量，获得较高有机负率，保持反应器高处理率的可能性和可行性。无论是对高浓度污水还是低浓度污水、无论是在中温条件下还是在低温条件下，EGSB反应器均具有获得理想的处理率的可能性 。EGSB对高浓度有机废水的处理 EGSB反应器在处理高浓度废水时，能够在保持高处理率的同时获得很高有机负荷率。 一些研究者分析研究了EGSB反应器对高浓度废水的处理，发现EGSB反应器明显比UASB反应器效果好： 处理屠宰废水，在有机负荷率为15kgCOD/m3.d，HRT为5h的运行条件下，COD去除率达到67%，总悬浮固体去除率为90%，脂类去除率为85%，在颗
34、粒污泥上没有脂类的积累。 而用UASB反应器处理时，在有机负荷率为11kgCOD/m3.d，HRT为1214h的运行条件下，COD去除率为5585%，SS去除率为4050%。 EGSB对低浓度废水的处理 在许多发展中国家，由于水的管理不完善，一般从食品工业部门排放的水常常具有非常低的浓度，比如：啤酒和苏打瓶装饮料工业废纸回用和造纸厂水果和蔬菜罐头厂麦芽酿造厂所产生的废水 低浓度废水的有效处理需要高污泥停留时间和良好的污泥与污水接触。这两项需求均能依靠主流相的混合强度实现。 充分的混合可通过适当的水力搅动和污泥床的膨胀实现。但值得注意的是应保证高水平污泥停留与良好泥水接触的折中。虽然污泥床膨胀形
35、成的高混合强度可提高基质扩散到生物膜的能力，从而可确保充分的泥水接触。但污泥床过度膨胀会导致污泥流失。 EGSB对低浓度废水的处理 UASB反应器处理低浓度废水是可能的但不可行，因水力负荷成为其限制因素。 EGSB反应器由于采用较高的液体上升流速，污水与污泥可充分接触，传质效果好，而且由于颗粒污泥形成和大量兼性菌的存在，使其在处理低浓度废水方面有很大优势 。EGSB对低浓度废水的处理 EGSB对低温低浓度废水的处理 对于高浓度废水，由于能够产生大量生物气，这些生物气可以用来将废水加热到中温进行处理。 但对于低浓度废水，由于其能够产生的生物气是有限的，远远不能满足加热大量低浓度废水的需求。而利用
36、其它能源将废水加热到中温处理是极为不经济的。 因此，对于废水，尤其是低浓度废水应尽可能考虑在低温条件下处理 。EGSB对低温低浓度废水的处理 最新研究结果表明，EGSB反应器对低温低浓度废水的处理是可行的。如果处理未酸化的废水要达到同样的去除率。在10时，UASB反应器的负荷为0.51.5kgCOD/m3.d，而EGSB反应器可达到25kgCOD/m3.d。 在15时，UASB反应器的负荷为24kgCOD/m3.d，而EGSB反应器可达到610kgCOD/(m3.d) 第三代厌氧生物反应器-EGSB的应用 内循环厌氧反应器( Internal Circulation ，简称IC) 是90年代由
37、荷兰Paques公司开发的专利技术，它是在UASB 反应器基础上开发出的第三代超高效厌氧反应器， 是一种具有容积负荷高、占地少、投资省等突出优点的新型厌氧生物反应器，其特征是在反应器中装有两级三相分离器，反应器下半部分可在极高的负荷条件下运行。整个反应器的有机负荷和水力负荷也较高，并可实现液体内部的无动力循环，从而克服了UASB反应器在较高的上升流速度下颗粒污泥易流失的不足 。IC反应器反应器 目前，IC反应器已成功应用于啤酒生产、食品加工等行业的生产污水处理中。由于其处理容量高、投资少、占地省、运行稳定等特点，引起了各国水处理人员的瞩目，有人视之为第三代厌氧生化反应器的代表工艺之一。进一步研
38、究开发IC反应器、推广其应用范围已成为厌氧废水处理的热点之一。IC反应器反应器IC反应器的工作原理 污水直接进入反应器的底部，通过布水系统与颗粒污泥混合。 在第一级高负荷的反应区内包含有一个污泥膨胀床，在这里COD的大部分几乎被转化为沼气。沼气被第一级三相分离器所收集。由于采用的负荷高，产生的沼气量很大。其在上升的过程中会产生很强的提升能力，迫使污水和部分污泥通过提升管上升到反应器顶部的气液分离器中。在这个分离器中产生的气体离开反应器，而污泥与水的混合液通过下降管回到反应器的底部，从而完成了内循环的过程。 从底部第一个反应室内的出水进到上部的第二个室内进行后处理。在此产生的沼气被第二层三相分离
39、器所收集。因为COD浓度已经降低很多，所以产生的沼气量降低。因此扰动和提升作用不大，从而出水可以保持较低的悬浮物。IC反应器的工作原理IC反应器的结构组成 IC反应器把5个重要的工艺过程集合在同一个反应器内，以下对各部分作简要介绍： 1）进液和混合-布水系统 废水通过布水系统泵入反应器内，布水系统使进液与从IC反应器上部返回的循环水、反应器底部的污泥有效地混合，由此产生对进液的稀释和均质作用。为了进水能够均匀地进入IC反应器的流化床反应室，布水系统采用了一个特别的结构设计。 2）第一反应室（污泥膨胀区） 在此部分，废水和颗粒污泥混合物在进水与循环水的共同推动下，迅速进入流化床室。废水和污泥之间
40、产生强烈而有效的触。这导致很高的污染物向生物物质! 即颗粒污泥,的传质速率。 在流化床反应室内，废水中的绝大部分可生物降解的污染物被转化为生物气。这些生物气在被称为一级沉降的下部三相分离器处收集并导入气体提升器，通过这个提升装置部分泥水混合物被传送到反应器最上部的气液分离器，气体分离后从反应器导出。IC反应器的结构组成 3）内循环系统 在气体提升器中，气提原理使气、水、污泥混合物快速上升，气体在反应器顶部分离之后，剩余的泥水混合物经过一个同心的管道向下流入反应器底部，由此在反应器内形成循环流。气提动力来自于上升的和返回的泥水混合物中气体含量的巨大差别，因此，这个泥水混合物的内循环不需要任何外加
41、动力。这个循环流的流量随着进液中COD的量的增大而自然增大，因此反应器具有自我调节的作用，原因是在高负荷条件下，产生更多的气体，从而也产生更多的循环水量，导致更大程度的进水的稀释。这对于稳定的运行意义重大。IC反应器的结构组成 4）深度净化反应室 经过一级沉降之后，上升水流的主体部分继续向上流入深度净化室，废水中残存的生物可降解的COD被进一步降解，因此这个部分等于一个有效的后处理过程。产生的气体在称为二级沉降的上部三相分离器中收集并导出反应器，由于在深度净化室内的污泥负荷较低、相对长的水力保留时间和接近于推流的流动状态，废水在此得到有效处理并避免了污泥的流失。废水中的可生物降解COD几乎得到
42、完全的去除。IC反应器的结构组成 由于大量的COD已在流化床反应室中去除，深度净化室的产气量很小，不足以产生很大的流体湍动，加之，内循环流动不通过深度净化室，因此流体的上流速度很小。这两个原因使生物污泥能很好地保留在反应器内，即使反应器负荷数倍于UASB时也如此。由于深度净化室的污泥浓度通常较低，有相当大的空间允许流化床部分的污泥膨胀进入其中，这就防止了高峰负荷时污泥的流失。 IC反应器的结构组成 5）出水区 经第一、二反应室处理的污水经溢流堰由出水管导出，进入后续的处理工艺。经IC反应器处理后的污水COD去除率一般在80以上。IC反应器的结构组成 IC反应器的工艺特点 1）具有很高的容积负荷
43、率。IC 反应器由于存在着内循环，传质效果好，生物量大，污泥龄长，其进水有机负荷率远比普通的UASB 反应器高，一般可高出3倍左右； 2）节省基建投资和占地面积。由于IC 反应器比普通UASB 反应器有高出3 倍左右的容积负荷率，则IC 反应器的体积为普通UASB 反应器的1/ 4 1/ 3 左右，所以可降低反应器的基建投资。由于IC反应器不仅体积小，而且有48倍的高径比，高度可达1625米，所以占地面积特别省，非常适用于占地面积紧张的厂矿企业采用； 3）沼气提升实现内循环，不必外加动力。厌氧流化床载体的流化是通过出水回流由水泵加压实现，因此必须消耗一部分动力。而IC 反应器是以自身产生的沼气
44、作为提升的动力实现混合液的内循环，不必另设水泵实现强制循环，从而可节省能耗。但对于间歇运行的 IC反应器，为了使其能够快速启动，需要设置附加的气体循环系统。 4）抗冲击负荷能力强。 5）具有缓冲pH 的能力。由于采用了内循环技术，IC工艺可充分利用循环回流的碱度，有利于提高反应器缓冲pH变化的能力，从而节省进水的投碱量，降低运行费用。 IC反应器的工艺特点 6）出水的稳定性好、启动快。因为IC 反应器相当于上下两个UASB反应器的串联运行，下面一个UASB 反应器具有很高的有机负荷率，起“粗”处理作用，上面一个UASB 反应器的负荷较低，起“精”处理作用。IC 反应器相当于两级UASB 工艺处
45、理。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。由于内循环技术的采用，致使污泥活性高、增殖快，为反应器的快速启动提供了条件。IC反应器启动期一般为12个月，而UASB的启动周期达46个月。 IC反应器的工艺特点 7）污泥产量小。剩余污泥少，约为进水COD的1%。由于厌氧菌种采用颗粒污泥，具有表面积大，沉降效果好的特点，大大提高了有机污染物COD 于污泥接触的机会，污泥得到充分养分，维持一定的大小和沉降性，使反应器污泥产量有效减少。IC 厌氧反应器每天产生的厌氧污泥可作为厌氧反应器的生物启动菌种。 IC反应器的工艺特点 1）由于采用内循环技术和分级处理，所以IC反应器高度一般较高，而
46、且内部结构相对复杂，不但增加了施工安装和日常维护的困难。高径比大就意味着进水泵的能量消耗大，运行费用高，当然，由于IC反应器水力负荷较高，所以动力消耗还需结合实际综合考察； 2）水力模型的合理性和实用性有待研究； IC反应器的不足 3）颗粒污泥的培养问题。国内引进的IC 厌氧反应器均采用荷兰进口颗粒污泥接种，所以为降低工程造价，也需进一步掌握在IC 厌氧反应器的水力条件下培养活性和沉降性能良好的颗粒污泥的关键技术。 4）增加了IC反应器以外的附属处理设施，这不仅使后续沉淀处理设备成为必要,还加重了后续设备的负担。 IC反应器的不足第三代厌氧生物反应器-IC的应用第三代厌氧生物反应器-IC的应用
47、 IC反应器的发展 在IC反应器的基础上，又出现了： 附加气循环IC 反应器 多级内循环(MIC) 厌氧反应器 IC-CIRCOX 工艺n第一节厌氧生物处理技术简介n第二节污水厌氧生物处理的基本原理n第三节污水的厌氧生物处理方法n第四节厌氧生物处理法的设计n第五节厌氧和好氧技术的联合运用一、流程和设备的选择 处理工艺的选择 消化温度 采用单级或两级(段)消化内容二、厌氧反应器的设计 计算确定反应器容积的常用参数是负荷率N和消化时间t，公式为： 产气量一般可按0.40.5m3/kg(COD)进行估算。三、 消化池的热量计算 包括将废水提高到池温所需的热量和补偿池壁、池盖所散失的热量。 提高废水温
48、度所需的热量为Q1： 通过池壁、池盖等散失的热量Q2与池子构造和材料有关，可用下式估算：n第一节厌氧生物处理技术简介n第二节污水厌氧生物处理的基本原理n第三节污水的厌氧生物处理方法n第四节厌氧生物处理法的设计n第五节厌氧和好氧技术的联合运用 有些废水含有很多复杂的有机物，对于好氧生物处理而言是属于难生物降解或不能降解的，但这些有机物往往可以通过厌氧菌分解为较小分子的有机物，而那些较小分子的有机物可以通过好氧菌进一步分解。 采用缺氧与好氧工艺相结合的流程，可以达到生物脱氮的目的(A/O法)。厌氧-缺氧-好氧法(A/A/O法)和缺氧-厌氧-好氧法(倒置A/A/O法)，可以在去除BOD和COD的同时，达到脱氮、除磷的效果。
