厭氧生物處理新技術(shù) 背景 一個(gè)多世紀(jì)以來(lái) 厭氧處理過(guò)程只是被用于處理高濃度城市污水和工業(yè)廢水 將厭氧處理過(guò)程應(yīng)用于污水處理的主要生物處理階段 即二級(jí)處理階段是很少的 但由于20世紀(jì)70年代能源價(jià)格的急劇上升從而減小了好氧處理技術(shù)的吸引力 尤其是海灣戰(zhàn)爭(zhēng)后 在發(fā)展中國(guó)家 研究者越來(lái)越關(guān)注直接或間接利用可再生生物能的技術(shù) 為此又開(kāi)始將研究方向轉(zhuǎn)向節(jié)約能源的厭氧技術(shù) 尤其是20世紀(jì)70年代早期UASB反應(yīng)器的出現(xiàn) 人們又開(kāi)始對(duì)厭氧處理技術(shù)有了新的認(rèn)識(shí) 使得厭氧消化在近幾十年又成為廢水生物處理的熱門(mén)技術(shù) 考慮其主要優(yōu)點(diǎn)及巨大的應(yīng)用潛力 厭氧處理過(guò)程應(yīng)該是在環(huán)境保護(hù)方面最可行和最不易受攻擊的核心技術(shù) 而且從目前的我們所了解的知識(shí)來(lái)看 如果不考慮厭氧處理技術(shù)需要后處理以對(duì)有機(jī)物 致病菌和營(yíng)養(yǎng)物達(dá)標(biāo)的話 對(duì)厭氧處理技術(shù)幾乎提不出缺點(diǎn)來(lái) 1 原來(lái)普遍認(rèn)為厭氧處理過(guò)程穩(wěn)定性差 但現(xiàn)在研究者和工程者卻發(fā)現(xiàn)厭氧處理過(guò)程是非常穩(wěn)定的 只是厭氧處理過(guò)程應(yīng)該在適當(dāng)方式下運(yùn)行 這意味著厭氧處理過(guò)程首先應(yīng)該被工程者和運(yùn)行者充分了解 背景 厭氧處理的優(yōu)勢(shì) 1 背景 2 厭氧反應(yīng)器初次啟動(dòng)緩慢的缺點(diǎn)已成為過(guò)去 因?yàn)閷?duì)厭氧微生物的生長(zhǎng)條件越來(lái)越多的了解 同時(shí)越來(lái)越多的高活性的厭氧污泥能夠從正在運(yùn)行的反應(yīng)器的內(nèi)獲得用于新的厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng) 如果適當(dāng)?shù)慕臃N物能夠獲得的話 厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)能夠在非常短的時(shí)間內(nèi)獲得滿意的成功 3 一些工業(yè)廢水的處理可能需要進(jìn)行pH控制 但對(duì)于其它類(lèi)型的廢水 如 城市污水和生活污水 能夠在不添加化學(xué)物質(zhì)的情況下保持在理想的pH范圍 4 厭氧菌能夠很容易地適應(yīng)低溫條件 已有研究者成功地在低溫條件下高速率地進(jìn)行厭氧處理 5 厭氧菌能夠忍耐許多的毒性物質(zhì) 過(guò)去一直認(rèn)為產(chǎn)甲烷菌和乙酸菌對(duì)各種毒性物質(zhì)具有相當(dāng)高的敏感性 事實(shí)上 形勢(shì)并不象過(guò)去想象的那么嚴(yán)重 首先 毒性物質(zhì)對(duì)厭氧微生物的抑制程度和抑制機(jī)理越來(lái)越清楚 再者 現(xiàn)在已有了解決對(duì)策 實(shí)際上 除了甲烷菌對(duì)氯化脂肪碳水化合物和氯化醇更敏感外 好氧異氧菌和產(chǎn)甲烷菌對(duì)毒性物質(zhì)表現(xiàn)出相似的敏感性 Donlon等人利用UASB反應(yīng)器快速脫毒 降解硝基芳香族化合物 也有研究表明烷基酚和偶氮染料能在厭氧條件下降解 6 反應(yīng)器的恰當(dāng)設(shè)計(jì) 建設(shè)和適當(dāng)運(yùn)行能夠完全去除厭氧反應(yīng)的惡臭問(wèn)題 背景 厭氧處理的優(yōu)勢(shì) 2 厭氧處理與傳統(tǒng)的好氧處理技術(shù)相比具有巨大的優(yōu)勢(shì) 1 厭氧處理過(guò)程中不需要氧 2 厭氧處理過(guò)程所產(chǎn)生的剩余污泥比好氧處理過(guò)程少3 20倍 3 好氧過(guò)程產(chǎn)生的污泥在能夠安全處置前必須先在專(zhuān)門(mén)的厭氧污泥消化池內(nèi)穩(wěn)定 所以 在厭氧處理過(guò)程中 曝氣和污泥處置費(fèi)用這兩項(xiàng)與好氧廢水處理有關(guān)的最大的費(fèi)用將會(huì)被戲劇性地減少 背景 厭氧處理的優(yōu)勢(shì) 3 背景 AnaerobicTreatment TheCODinwastewaterishighlyconvertedtomethane whichisavaluablefuel VerylittleCODisconvertedtosludge Nomajorinputsarerequiredtooperatethesystem AerobicTreatment TheCODinwastewaterishighlyconvertedsludge abulkywasteproduct whichcostslotsofmoneytogetridof Anaerobicwastewatertreatmentfacilityisinessencea wastesludgefactory Elementaloxygenhastobecontinuouslysuppliedbyaeratingthewastewateratagreatexpenseinkilowatthourstooperatetheaerators 既然前面提到的一些厭氧技術(shù)的缺點(diǎn)能夠解決 人們常常會(huì)提出疑問(wèn) 為什么好氧處理技術(shù)不能快速地被經(jīng)濟(jì)的 更具有吸引力的 概念上更古老的厭氧處理技術(shù)替代呢 背景 事實(shí)上由于污水的一些特點(diǎn) 如 污水的低COD濃度 高SS濃度 相對(duì)較低的溫度 負(fù)荷波動(dòng)等常常會(huì)對(duì)厭氧的運(yùn)行 費(fèi)用等產(chǎn)生負(fù)面影響 從而夸大了厭氧處理過(guò)程的困難 但Rittmann和Baskin研究了污水這些特點(diǎn)對(duì)厭氧處理過(guò)程的影響 并進(jìn)行了量化估計(jì) 認(rèn)為通過(guò)認(rèn)真地選擇厭氧處理技術(shù) 適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)器設(shè)計(jì)和恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)行控制 這些困難大部分是能夠克服的 高速厭氧反應(yīng)器的出現(xiàn) 為成功地解決上述問(wèn)題并將厭氧處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于污水生物處理提供可靠保證 背景 高速 曾經(jīng)用于污水污泥消化池的設(shè)計(jì) 但現(xiàn)在廣泛用于指至少符合下述兩個(gè)基本條件的厭氧處理系統(tǒng) 1 在高負(fù)荷條件下能夠保證反應(yīng)器內(nèi)高濃度的高活性的污泥 2 污水能夠與反應(yīng)器內(nèi)污泥的充分接觸 高速厭氧反應(yīng)器越來(lái)越被認(rèn)為是環(huán)境保護(hù)和資源回收的主要技術(shù) 如果能與其它方法適當(dāng)結(jié)合 厭氧處理技術(shù)將會(huì)成為發(fā)展中國(guó)家可以利用得起的 適當(dāng)?shù)膹U水處理技術(shù) 考慮到厭氧處理的高穩(wěn)定的特點(diǎn) 在現(xiàn)代衛(wèi)生工程規(guī)劃和發(fā)展中 高速厭氧處理的概念應(yīng)該取代傳統(tǒng)的非穩(wěn)定的好氧處理的概念 背景 Highrate anaerobictreatmentisamaturetechnology Atleast1200full scaleplantshavebeendocumentedworld wideforthetreatmentofindustrialeffluents theactualnumberisestimatedat2500 主要內(nèi)容 厭氧生物處理新技術(shù) 第 部分污水厭氧生物處理基本原理第 部分厭氧處理工藝的發(fā)展第 部分第二代厭氧處理工藝 反應(yīng)器 第 部分第三代厭氧處理工藝 反應(yīng)器 第 部分其它厭氧生物處理技術(shù) 第 部分污水厭氧生物處理基本原理1 1厭氧生物處理基本原理1 2參與厭氧消化過(guò)程的微生物1 3厭氧過(guò)程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化 第 部分污水厭氧氧生物處理基本原理 第 部分污水厭氧氧生物處理基本原理 1 1厭氧生物處理基本原理 厭氧生物處理 厭氧消化 是指在無(wú)氧條件下 借助厭氧微生物的新陳代謝作用分解廢水中的有機(jī)物質(zhì) 并使之轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿拥臒o(wú)機(jī)物質(zhì) 主要是CH4 CO2 H2S等 的處理過(guò)程 厭氧消化涉及眾多的微生物種群 并且各種微生物種群都有相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和各自的代謝產(chǎn)物 各微生物種群通過(guò)直接或間接的營(yíng)養(yǎng)關(guān)系 組成了一個(gè)復(fù)雜的互營(yíng)共生的微生物系統(tǒng) 對(duì)厭氧消化過(guò)程的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷兩階段理論 三階段理論和四階段理論等幾個(gè)階段 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 兩階段理論 從本世紀(jì)三十年代開(kāi)始 有機(jī)物的厭氧消化過(guò)程被認(rèn)為是由不產(chǎn)甲烷的發(fā)酵細(xì)菌和產(chǎn)甲烷的產(chǎn)甲烷細(xì)菌共同作用的兩階段過(guò)程 第一階段常被稱(chēng)作酸性發(fā)酵階段 即由發(fā)酵細(xì)菌把復(fù)雜的有機(jī)物進(jìn)行水解和發(fā)酵 酸化 成低分子中間產(chǎn)物 形成脂肪酸 揮發(fā)酸 醇類(lèi) CO2和H2等 因?yàn)樵谠撾A段有大量脂肪酸產(chǎn)生 使發(fā)酵液的pH值降低 所以此階段被稱(chēng)為酸性發(fā)酵階段或產(chǎn)酸階段 第二階段常被稱(chēng)作堿性或甲烷發(fā)酵階段 由產(chǎn)甲烷細(xì)菌將第一階段的一些發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為CH4和CO2的過(guò)程 由于有機(jī)酸在第二階段不斷被轉(zhuǎn)化為CH4和CO2 同時(shí)系統(tǒng)中有的存在 使發(fā)酵液的pH值不斷上升 所以此階段被稱(chēng)為堿性發(fā)酵階段或產(chǎn)甲烷階段 研究表明 產(chǎn)甲烷菌能利用甲酸 乙酸 甲醇 甲基胺類(lèi)和H2 CO2 但不能利用兩碳以上的脂肪酸和除甲醇以外的醇類(lèi)產(chǎn)生甲烷 因此兩階段理論難以確切的解釋這些脂肪酸或醇類(lèi)是如何轉(zhuǎn)化CH4和CO2的 兩階段理論沒(méi)有全面反映厭氧消化的本質(zhì) 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 三階段理論 Bryant 1979 提出三階段理論 認(rèn)為產(chǎn)甲烷菌不能利用除乙酸 H2 CO2和甲醇等以外的有機(jī)酸和醇類(lèi) 長(zhǎng)鏈脂肪酸和醇類(lèi)必須經(jīng)過(guò)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌轉(zhuǎn)化為乙酸 H2 CO2等后 才能被產(chǎn)甲烷菌利用 乙酸是產(chǎn)甲烷階段十分重要的前體物質(zhì) 在厭氧反應(yīng)過(guò)程中大約有70 的CH4來(lái)自乙酸的裂解 三階段理論包括 第一階段是水解發(fā)酵階段 在該階段 復(fù)雜的有機(jī)物在厭氧菌胞外酶的作用下 首先被分解成簡(jiǎn)單的有機(jī)物 如纖維素經(jīng)水解轉(zhuǎn)化為較簡(jiǎn)單的糖類(lèi) 蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為較簡(jiǎn)單的氨基酸 脂類(lèi)轉(zhuǎn)化為脂肪酸和甘油等 繼而這些簡(jiǎn)單的有機(jī)物在產(chǎn)酸菌的作用下經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵和氧化轉(zhuǎn)化為乙酸 丙酸 丁酸等脂肪酸和醇類(lèi)等 如多糖先水解為單糖 再通過(guò)糖酵解途徑進(jìn)一步發(fā)酵成乙醇和脂肪酸 如丙酸 丁酸 乳酸等代謝產(chǎn)物 蛋白質(zhì)則先被水解成氨基酸 再經(jīng)脫氨基作用產(chǎn)生脂肪酸和氨 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 第二階段是產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段 在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下 把除乙酸 甲酸 甲醇以外的第一階段的產(chǎn)物 如丙酸 丁酸等脂肪酸和醇類(lèi)轉(zhuǎn)化為乙酸和H2 CO2 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌將有機(jī)酸氧化形成的電子 使質(zhì)子還原而形成氫氣 因此該類(lèi)細(xì)菌又稱(chēng)為質(zhì)子還原的產(chǎn)乙酸細(xì)菌 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 第三階段 產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用第一階段和第二階段產(chǎn)生的乙酸和H2 CO2轉(zhuǎn)化為CH4 產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用不同的基質(zhì) 即利用H2 CO2和其它一碳化合物 如CO 甲醇 甲酸 甲基胺等以及分解利用乙酸鹽形成甲烷 形成的甲烷中 約30 的甲烷來(lái)自氫的氧化和二氧化碳的還原作用 70 的甲烷來(lái)自乙酸鹽 因此乙酸鹽的降解形成甲烷是甲烷形成過(guò)程的一個(gè)很重要的途徑 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 四階段理論 幾乎與Bryant 1979 提出三階段理論的同時(shí) Zeikus 1979 等人在第一屆國(guó)際厭氧消化會(huì)議上提出了厭氧消化的四階段理論 在三階段理論的基礎(chǔ)上增加了同型產(chǎn)乙酸過(guò)程 即由同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌把H2 CO2轉(zhuǎn)化為乙酸 但這類(lèi)細(xì)菌所產(chǎn)生的乙酸往往不到乙酸總產(chǎn)量的5 具體見(jiàn)下頁(yè)的圖從兩階段理論發(fā)展到三階段理論和四階段理論的過(guò)程 是人們對(duì)有機(jī)物厭氧消化不斷深化認(rèn)識(shí)的過(guò)程 這也從側(cè)面反映出 有機(jī)物厭氧消化過(guò)程是一個(gè)由許多不同微生物菌群協(xié)同作用的結(jié)果 是一個(gè)極為復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 產(chǎn)酸菌 產(chǎn)甲烷菌 復(fù)雜有機(jī)物 蛋白質(zhì) 碳水化合物 脂類(lèi) 溶解性可生物降解有機(jī)物 氨基酸 糖 脂肪酸 乙醇 甲酸 H2 CO2 丙酸 丁酸 乙酸 CO2 CH4 水解胞外酶 產(chǎn)酸菌 產(chǎn)氫菌 同型產(chǎn)乙酸菌 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 通過(guò)前面對(duì)厭氧消化過(guò)程四階段理論的分析可認(rèn)為厭氧消化過(guò)程由水解酸化 產(chǎn)氫 產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷四個(gè)階段組成 首先 在產(chǎn)酸菌分泌的胞外酶作用下 水中復(fù)雜的有機(jī)物 用N6H13NO5表示 被轉(zhuǎn)化為溶解性有機(jī)物 用C6H12O6表示 即接下來(lái)在產(chǎn)酸菌的作用下 溶解性有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為三種主要的揮發(fā)性脂肪酸 乙酸 丙酸和丁酸 另有一小部分溶解性有機(jī)物被用于合成微生物 用C5H7NO2表示 即微生物合成所需的N 一方面來(lái)源于反應(yīng) 1 另一方面為防止由于N源不足使反應(yīng) 2 受到抑制 在配水中加入了一部分氨氮 1 2 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 第三步是產(chǎn)氫菌利用丙酸 丁酸形成乙酸 甲酸 H2和CO2等 即其中的甲酸 H2和CO2可被同型產(chǎn)乙酸菌轉(zhuǎn)化為乙酸或被甲烷菌轉(zhuǎn)化為甲烷 乙酸則可在甲烷菌的作用下直接轉(zhuǎn)化為甲烷 即 5 6 7 4 3 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 1 2參與厭氧消化過(guò)程的微生物 通過(guò)對(duì)前面的四階段理論分析可知 厭氧消化過(guò)程可認(rèn)為是由水解酸化 產(chǎn)氫 產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷四個(gè)階段組成 各個(gè)階段分別由相應(yīng)的細(xì)菌類(lèi)群完成 水解發(fā)酵細(xì)菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群同型產(chǎn)乙酸菌群產(chǎn)甲烷菌群 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 1 水解發(fā)酵菌群 水解發(fā)酵菌群為一個(gè)十分復(fù)雜的混合細(xì)菌群 該類(lèi)細(xì)菌將各類(lèi)復(fù)雜有機(jī)質(zhì)在發(fā)酵分解前首先進(jìn)行水解 因此該類(lèi)細(xì)菌也稱(chēng)為水解細(xì)菌 在厭氧消化系統(tǒng)中 水解發(fā)酵細(xì)菌的功能表現(xiàn)在兩個(gè)方面 1 將大分子不溶性有機(jī)物在水解酶的催化作用下水解成小分子的水溶性有機(jī)物 2 將水解產(chǎn)物吸收進(jìn)細(xì)胞內(nèi) 經(jīng)過(guò)胞內(nèi)復(fù)雜的酶系統(tǒng)催化轉(zhuǎn)化 將一部分供能源使用的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為代謝產(chǎn)物 如脂肪酸和醇類(lèi)等 排入細(xì)胞外的水溶液中 成為參與下一階段生化反應(yīng)的細(xì)菌菌群 主要是產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌 可利用的物質(zhì) 水解發(fā)酵細(xì)菌主要是專(zhuān)性厭氧菌和兼性厭氧菌 屬于異養(yǎng)菌 其優(yōu)勢(shì)種屬隨環(huán)境條件和基質(zhì)的不同而有所差異 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 2 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌能將產(chǎn)酸發(fā)酵第一階段產(chǎn)生的丙酸 丁酸 戊酸 乳酸 和醇類(lèi)等 進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸 同時(shí)釋放分子氫 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸反應(yīng)主要在產(chǎn)甲烷相中進(jìn)行 從以上三種反應(yīng)可以看出 三者的 由于各反應(yīng)的自由能不同 進(jìn)行反應(yīng)的難易程度也不一樣 乙醇 丁酸和丙酸的反應(yīng)分別在氫分壓小于0 15atm 2 10 3atm和9 10 5atm下能自動(dòng)進(jìn)行 在厭氧消化過(guò)程中 降低氫分壓必須依靠產(chǎn)甲烷細(xì)菌來(lái)完成 所以一旦產(chǎn)甲烷細(xì)菌受到環(huán)境條件的影響而放慢了對(duì)分子態(tài)氫的利用速率 其結(jié)果必定是放慢產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌對(duì)丙酸的利用 接著依次是丁酸和乙醇 這也說(shuō)明了為什么厭氧消化系統(tǒng)中一旦發(fā)生故障易出現(xiàn)丙酸的積累 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 3 同型產(chǎn)乙酸菌群 同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌能代謝H2 CO2為乙酸 為利用乙酸的產(chǎn)甲烷菌提供了形成甲烷的基質(zhì) 又能代謝分子氫 使厭氧消化系統(tǒng)中保持低的氫分壓 有利于厭氧發(fā)酵的進(jìn)行 4 產(chǎn)甲烷菌群 產(chǎn)甲烷菌是參與厭氧消化過(guò)程的最后一類(lèi)也是最重要的一類(lèi)細(xì)菌群 它們和參與厭氧消化過(guò)程的其它類(lèi)型的結(jié)構(gòu)有顯著的差異 產(chǎn)甲烷菌是一個(gè)特殊的 專(zhuān)門(mén)的生理群 具有特殊的產(chǎn)能代謝功能 也就是說(shuō)產(chǎn)甲烷菌是能夠有效地利用氧化氫時(shí)形成的電子 并能在沒(méi)有光或游離氧和諸如硝酸鹽和硫酸鹽等外源電子受體的條件下 還原二氧化碳為甲烷的微生物 1 3厭氧過(guò)程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 厭氧處理過(guò)程 尤其是高速厭氧反應(yīng)器 不僅僅限于對(duì)大量的有機(jī)污染物的去除 已經(jīng)有大量厭氧處理技術(shù)正在應(yīng)用或準(zhǔn)備用于對(duì)下列污染物的去除 Highrate anaerobicwastewatertreatmentisnotlimitedtoremovalofbulkorganicpollutioninwastewater Thereareanumberofestablishedandemergingtechnologieswithvariousapplicationssuchas 1 硫酸鹽還原過(guò)程用于去除或回收重金屬和元素S sulfatereductionfortheremovalandrecoveryofheavymetalsandsulfur 2 脫氮作用用于去除硝酸鹽以便將毒性污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì) denitrificationfortheremovalofnitratestobioremediationforthereakdownoftoxicprioritypollutantstoharmlessproducts 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 對(duì)有機(jī)污染物的去除 有機(jī)污染物 CH4 CO2 厭氧微生物 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 硫酸鹽還原過(guò)程 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 硫化物與金屬生成沉淀 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 硫化物被氧化為元素S 在微氧條件下 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 脫氮作用 Anaerobicbiodegradationofterephthalatetocarbondioxideandmethanebyacomplexmicrobialcommunity 對(duì)苯二酸鹽通過(guò)復(fù)雜的微生物菌群厭氧降解為二氧化碳和甲烷 第 部分污水厭氧生物處理基本原理 厭氧微生物菌群對(duì)難降解物質(zhì)的礦化作用 以對(duì)苯二酸鹽為例 安息香酸鹽 對(duì)苯二酸鹽 乙酸和氫氣 甲烷 第2部分厭氧處理工藝的發(fā)展 厭氧生物處理技術(shù)己有了100多年的歷史 1896年英國(guó)出現(xiàn)了第一座用于處理生活污水的厭氧消化池 至40年代 澳大利亞出現(xiàn)了高效 可加溫的消化池 處理效率有所提高 這些反應(yīng)器均是將污水或污泥定期或連續(xù)的加入消化池 經(jīng)消化的污泥和污水分別從消化池底部和上部排出 所產(chǎn)生的沼氣從頂部排出 2 1第一代厭氧反應(yīng)器 1955年 Schroefer及其合作者提出了厭氧接觸法 AC 用于處理食品包裝廢水 取得良好的效果 該工藝采用了類(lèi)似于好氧活性污泥的工藝流程 將出水引入單獨(dú)的沉淀池 并進(jìn)行污泥回流 以維持反應(yīng)器中高濃度的生物量和較長(zhǎng)的SRT 提高反應(yīng)器的效能 AC實(shí)際是一個(gè)厭氧活性污泥系統(tǒng) 除氣器是一個(gè)去除二氧化碳和甲烷氣體的裝置 使生物污泥在液固分離器中沉淀下來(lái) 工藝運(yùn)行所需要的SRT可通過(guò)調(diào)整剩余污泥排放量而實(shí)現(xiàn) 而與SRT相對(duì)應(yīng)的HRT的范圍則取決于廢水的強(qiáng)度和反應(yīng)器內(nèi)的生物量 第2部分厭氧處理工藝的發(fā)展 厭氧接觸工藝的誕生 標(biāo)志著厭氧消化工藝的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段 而20世紀(jì)50年代以前開(kāi)發(fā)的厭氧消化工藝常被稱(chēng)為第一代厭氧反應(yīng)器 其典型代表就是普通厭氧消化池和厭氧接觸工藝 第2部分厭氧處理工藝的發(fā)展 第2部分厭氧處理工藝的發(fā)展 2 2第二代厭氧反應(yīng)器 進(jìn)入20世紀(jì)50年代 隨著人們對(duì)厭氧工藝機(jī)理研究的深入 人們認(rèn)識(shí)到反應(yīng)器內(nèi)保持大量的微生物和盡可能長(zhǎng)的污泥齡是提高反應(yīng)效率和反應(yīng)器成敗的關(guān)鍵 開(kāi)始出現(xiàn)了以提高厭氧微生物濃度和停留時(shí)間 縮短液體停留時(shí)間為目標(biāo)的第二代厭氧反應(yīng)工藝 其典型代表有 厭氧濾器 AF 上流式厭氧污泥床 UASB 厭氧流化床 AFB 厭氧附著膜膨脹床 AAFEB 厭氧折流板反應(yīng)器 ABR 第2部分厭氧處理工藝的發(fā)展 厭氧濾器 AF 厭氧濾床工藝的特點(diǎn)是反應(yīng)器中增設(shè)了填料床 微生物附著填料表面并附著在填料表面生長(zhǎng) 并通過(guò)水力沖刷作用更新 進(jìn)水和回流的出水沿反應(yīng)器整個(gè)橫截面分布 向上流過(guò)濾料層 懸浮態(tài)污泥和附著式污泥截留在濾料層內(nèi) 進(jìn)行處理反應(yīng) 出水從濾料層上部出來(lái) 集中排放 出水一般進(jìn)行回流 保持合理均勻的水力負(fù)荷 避免進(jìn)水流量的波動(dòng)變化 從而使反應(yīng)器內(nèi)保持均勻的水力學(xué)狀態(tài) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間一般0 5 4d 而體積負(fù)荷為5 15kgCOD m3 d 生物量一般是由濾料內(nèi)水流形成的水力狀態(tài)控制 多余的生物量被沖出系統(tǒng) AF反應(yīng)器主要用于處理含懸浮物較少的可溶性有機(jī)廢水 如化工廢水 小麥淀粉污水 生活污水等等 在處理高懸浮物廢水時(shí)易引起反應(yīng)器的堵塞 第2部分厭氧處理工藝的發(fā)展 上流式厭氧污泥床 UASB 上流式厭氧污泥床UASB中廢水通過(guò)布水系統(tǒng)進(jìn)入反應(yīng)器底部 布水系統(tǒng)能夠使廢水比較均勻地流過(guò)由絮狀或顆粒污泥組成的污泥床 隨著污水與污泥相接觸而發(fā)生厭氧反應(yīng) 產(chǎn)生沼氣 主要是甲烷和二氧化碳 引起污泥床擾動(dòng) 在污泥床產(chǎn)生的氣體中有一部分附著在污泥顆粒上 自由氣泡和附著在污泥上的氣泡上升至反應(yīng)器的頂部 污泥顆粒上升撞擊到脫氣擋板底部 這引起附著氣泡的釋放 脫氣后的顆粒污泥沉淀回到污泥層表面 自有氣體和從污泥顆粒釋放的氣體被收集在反應(yīng)器頂部的集氣室內(nèi) 液體中包含一些剩余的固體物和生物顆粒進(jìn)入到沉淀室內(nèi) 剩余固體和從生物顆粒從液體中分離并通過(guò)反射板落回到污泥層上面 第2部分厭氧處理工藝的發(fā)展 weir 排水堰baffles 突塊Sludgegranule 污泥顆粒Sludgebed 污泥床 第2部分厭氧處理工藝的發(fā)展 厭氧流化床 AFB 能夠獲得很高的有機(jī)負(fù)荷率 荷蘭的Heijnen的實(shí)驗(yàn)證實(shí) 利用AFB處理已酸化的酵母污水 COD容積去除負(fù)荷率可高達(dá)50kgCOD m3 d以上 HRT可縮短至1h 在UASB等厭氧反應(yīng)器中 傳質(zhì)往往成為提高負(fù)荷率的限制因素 而在AFB中 由于液相 污水 和固相 生物膜 間有效接觸面積大 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度高 因此傳質(zhì)效率高 構(gòu)成了該工藝的一大特點(diǎn) 在AFB中傳質(zhì)速率遠(yuǎn)大于生化反應(yīng)速率傳質(zhì)將不再成為提高流化床去除效率的限制因素 厭氧流化床 AFB 第2部分厭氧處理工藝的發(fā)展 AF和UASB反應(yīng)器的發(fā)明 推動(dòng)了以微生物固定化和提高污泥與廢水混合效率為基礎(chǔ)的一系列新的高效厭氧反應(yīng)器的研究和發(fā)展 如 厭氧流化床 Anaerobicfluidizedbedreactor 簡(jiǎn)稱(chēng)AFB 厭氧附著膜膨脹床 Anaerobicattachedflimexpandedbed 簡(jiǎn)稱(chēng)AAFEB 厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán) Anaerobicrotatingbiologicalcontactor 簡(jiǎn)稱(chēng)ARBC 擋板式厭氧反應(yīng)器 Anaerobicbaffledreactor 簡(jiǎn)稱(chēng)ABR 第二代厭氧反應(yīng)器的特點(diǎn) 第二代厭氧反應(yīng)器解決了厭氧微生物生長(zhǎng)緩慢和傳統(tǒng)厭氧消化池生物量易被液體洗出的問(wèn)題 具有以下優(yōu)點(diǎn) 1 具有相當(dāng)高的有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷 反應(yīng)器的容積明顯減小 2 在低溫 沖擊負(fù)荷 存在抑制物等不利條件下仍有很高的穩(wěn)定性 3 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊 適合于各種規(guī)模和可作為運(yùn)行單元被結(jié)合在整體的處理技術(shù)中 4 能大量而穩(wěn)定地產(chǎn)生的沼氣 第2部分厭氧處理工藝的發(fā)展 第2部分厭氧處理工藝的發(fā)展 第二代厭氧反應(yīng)器面臨的問(wèn)題 1 處理各種廢水均需要保持在18 以上 2 不能解決提高有機(jī)負(fù)荷率與防止污泥流失的矛盾 很難將有機(jī)負(fù)荷率進(jìn)一步提高 3 如何保持泥水良好接觸 強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程 最大限度地利用污泥的生化處理能力 減輕由于傳質(zhì)限制對(duì)生化反應(yīng)速率的負(fù)面影響 是UASB反應(yīng)器應(yīng)重點(diǎn)解決的問(wèn)題 4 實(shí)際應(yīng)用中AFB仍面臨著如何解決生物膜脫問(wèn)題 如何保證反應(yīng)器內(nèi)載體表面生物膜均勻附著和長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)反應(yīng)器內(nèi)有足夠生物量的問(wèn)題 5 對(duì)有毒 難生物降解物質(zhì)無(wú)能為力 6 對(duì)低濃度廢水 尤其是對(duì)低溫低濃度廢水的處理能力有限 第2部分厭氧處理工藝的發(fā)展 第三代厭氧反應(yīng)器 第三代厭氧反應(yīng)器的代表是EGSB反應(yīng)器和IC反應(yīng)器 UASB反應(yīng)器內(nèi)部混合不太理想 這使反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生死區(qū) 污泥與污水不能得到充分接觸 影響了反應(yīng)速率 最終導(dǎo)致反應(yīng)器處理效率的降低 為了提高泥水混合 有效利用整個(gè)反應(yīng)器容積 一方面可考慮通過(guò)設(shè)計(jì)更好的進(jìn)水布水系統(tǒng) 比如 采用不同進(jìn)水口設(shè)備 每平方米設(shè)更多的進(jìn)水點(diǎn)來(lái)解決 另一方面也可通過(guò)設(shè)計(jì)較大的高徑比的反應(yīng)器同時(shí)采用出水循環(huán) 來(lái)提高反應(yīng)器內(nèi)液體上升流速 使顆粒污泥床充分膨脹 由此產(chǎn)生了膨脹顆粒污泥床 ExpendedGranularSludgeBlanketReactor 簡(jiǎn)稱(chēng)EGSB反應(yīng)器 第2部分厭氧處理工藝的發(fā)展 EGSB反應(yīng)器 EGSB反應(yīng)器既保持了AFB的高液體上升流速 良好混合 高效傳質(zhì) 高有機(jī)負(fù)荷率的特點(diǎn) 又吸納了UASB反應(yīng)器的顆粒污泥的形成和三相分離的設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì) 從而可高效截留污泥 保證了反應(yīng)器內(nèi)高污泥濃度 是目前很有發(fā)展前景的高速厭氧反應(yīng)器 第2部分厭氧處理工藝的發(fā)展 內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器 InternalCirculation 簡(jiǎn)稱(chēng)IC 是90年代由荷蘭Paques公司開(kāi)發(fā)的專(zhuān)利技術(shù) 它也是在UASB反應(yīng)器基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出的第三代超高效厭氧反應(yīng)器 是一種具有容積負(fù)荷高 占地少 投資省等突出優(yōu)點(diǎn)的新型厭氧生物反應(yīng)器 其特征是在反應(yīng)器中裝有兩級(jí)三相分離器 反應(yīng)器下半部分可在極高的負(fù)荷條件下運(yùn)行 整個(gè)反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷也較高 并可實(shí)現(xiàn)液體內(nèi)部的無(wú)動(dòng)力循環(huán) 從而克服了UASB反應(yīng)器在較高的上升流速度下顆粒污泥易流失的不足 第2部分厭氧處理工藝的發(fā)展 第2部分厭氧處理工藝的發(fā)展 IC反應(yīng)器 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 3 1厭氧濾池3 2升流式厭氧污泥床反應(yīng)器3 3厭氧流化床3 4厭氧折流板反應(yīng)器 第3部分第二代厭氧生物反應(yīng)工藝 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 3 1厭氧濾池 1 厭氧濾池的特點(diǎn) 1 依靠填料的作用 反應(yīng)器內(nèi)可持留大量的生物體 使污泥停留時(shí)間達(dá)到100d 由于污泥不易流失 無(wú)需進(jìn)行污泥沉淀分離和回流 2 各種不同的微生物自然分層固定于濾池的不同部位 使它們的微環(huán)境得到自然優(yōu)化 污泥的活性較高 厭氧污泥在厭氧濾池內(nèi)有規(guī)律分布還使得反應(yīng)器對(duì)有毒物質(zhì)的適應(yīng)能力較強(qiáng) 可以生物降解的毒性物質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)的濃度也呈現(xiàn)規(guī)律性的變化 加之厭氧生物膜形成各種菌群的良好共生關(guān)系 在厭氧濾池內(nèi)易于培養(yǎng)出適應(yīng)有毒物質(zhì)的厭氧污泥 3 由于填料是固定的 廢水進(jìn)入?yún)捬鯙V池內(nèi) 逐漸被細(xì)菌水解酸化 轉(zhuǎn)化為乙酸和甲烷 廢水組成沿不同反應(yīng)器高度逐漸變化 因此微生物種群的分布也呈現(xiàn)規(guī)律性 在底部進(jìn)水處 發(fā)酵細(xì)菌和產(chǎn)酸細(xì)菌占有最大比重 隨著反應(yīng)器高度的上升 產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌逐漸增多并占主導(dǎo)地位 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 4 裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 易于建造 工藝運(yùn)行穩(wěn)定 易于操作 5 由于微生物以生物膜和顆粒污泥的狀態(tài)存在 再加上填料的屏障作用 沖擊負(fù)荷不致引起污泥的大量流失 沖擊負(fù)荷過(guò)后 濾池能很快自動(dòng)恢復(fù)到正常的工作狀態(tài) 6 因承受水力負(fù)荷的能力較強(qiáng) 與其它工藝相比 厭氧濾池工藝更適用于濃度較低的有機(jī)廢水的處理 7 因裝有填料 不僅造價(jià)偏高 而且易于堵塞 特別是濾池底部 因此厭氧濾池對(duì)廢水懸浮物有一定的限制 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 2 厭氧濾池運(yùn)行的影響因素 1 填料填料的選擇對(duì)厭氧濾池的運(yùn)行有重要的影響 具體的影響因素包括填料的材質(zhì) 粒度 表面狀況 比表面積和孔隙率等 選擇適當(dāng)?shù)奶盍狭绞侵匾?粒徑較小的填料易于堵塞 特別是對(duì)于濃度較大的廢水 因此實(shí)踐中多選用2cm以上的填料 填料的比表面積對(duì)厭氧濾池的行為影響不大 填料表面的粗糙度和表面孔隙率會(huì)影響細(xì)菌的增殖速率 2 pH厭氧微生物對(duì)pH最為敏感 一般講反應(yīng)器內(nèi)pH應(yīng)保持在6 5 7 8范圍 且應(yīng)盡量減少波動(dòng) 穩(wěn)定運(yùn)行的厭氧濾池已證明對(duì)pH變化有一定的承受能力 據(jù)報(bào)道 厭氧濾池系統(tǒng)pH低于5 4時(shí) 維持12h后仍能很快恢復(fù) 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 3 溫度大多數(shù)厭氧濾池在中溫范圍內(nèi)運(yùn)行 即溫度25 400C Genung等人采用厭氧濾池處理低溫低濃度廢水 發(fā)現(xiàn)在10 250C下仍能有效處理低濃度廢水 他同時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度在10 250C范圍變化時(shí) BOD的去除率并未受到影響 長(zhǎng)期運(yùn)行后厭氧濾池也未堵塞 但是低溫運(yùn)行時(shí)反應(yīng)器負(fù)荷較低 在負(fù)荷增高后 情況有所不同 值得特別指出的是 不管采用哪種溫度范圍的厭氧濾池工藝 反應(yīng)器溫度已經(jīng)確定之后即不能直接改變?yōu)榱硪环N溫度范圍 因?yàn)楦鳒囟确秶L(zhǎng)的微生物種群是完全不同的 任何溫度變動(dòng)對(duì)工藝的穩(wěn)定運(yùn)行也是不利的 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 3 厭氧濾池所面臨的問(wèn)題 堵塞問(wèn)題和不易保持高污泥濃度的問(wèn)題 對(duì)于升流式厭氧濾池 由于反應(yīng)器底部污泥濃度特別高 因此容易引起反應(yīng)器的堵塞 堵塞問(wèn)題是影響上向流厭氧濾池應(yīng)用的最主要的問(wèn)題之一 據(jù)報(bào)道 升流式厭氧濾池底部污泥濃度可高達(dá)60g L 由于堵塞問(wèn)題難以解決 所以厭氧濾池以處理可溶性的有機(jī)廢水占主導(dǎo)地位 懸浮物的存在易于引起的堵塞 一般進(jìn)水懸浮物應(yīng)控制在200mg L以下 但是如果懸浮物可以生物降解并均勻分散在水中 則懸浮物對(duì)厭氧濾池幾乎不產(chǎn)生不利影響 填料的正確選擇對(duì)含懸浮物的廢水處理是很重要的 對(duì)含懸浮物的廢水應(yīng)選擇粒徑較大或孔隙度大的填料 采用下向流式厭氧濾池也有助于克服堵塞 在升流式厭氧濾池中 微生物以填料間的絮體形式為主要的存在方式 而在下向流式中微生物則幾乎全部附著在填料上以生物膜的形式存在 這是下向流厭氧濾池不易堵塞的原因 但同時(shí)下向流厭氧濾池也具有不易保存高濃度污泥 細(xì)菌增殖緩慢等缺點(diǎn) 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 3 2升流式厭氧污泥床反應(yīng)器 UASB 升流式厭氧污泥床反應(yīng)器 UASB 是荷蘭學(xué)者Lettinga等人在20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)的 當(dāng)時(shí)他們?cè)谘芯可魇絽捬鯙V池時(shí)注意到大部分的凈化作用和積累的大部分厭氧微生物均在濾池的下部 于是便在濾池底部設(shè)置了一個(gè)不裝填料的空間來(lái)積累更多的厭氧微生物量 后來(lái)全部取消了池內(nèi)的填料 并在池子上部設(shè)置了一個(gè)氣 液 固三相分離器 便產(chǎn)生了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 處理效能很高的新型厭氧反應(yīng)器 由于這種反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 不用填料 沒(méi)有懸浮物堵塞問(wèn)題 因此一出現(xiàn)即引起廣大廢水處理工作者的注意 并很快被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水和生活污水的處理中 成為第二代厭氧反應(yīng)器的典型代表 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 1 進(jìn)水配水系統(tǒng) 將廢水盡可能均勻地分配到整個(gè)反應(yīng)器 并具有一定的水力攪拌功能 2 反應(yīng)區(qū) 包括污泥床區(qū)和污泥懸浮層區(qū) 有機(jī)物主要在這里被厭氧菌所分解 是反應(yīng)器的主要部位 污泥床主要由沉降性能良好的厭氧污泥組成 污泥懸浮層主要靠反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體的上升攪拌作用形成 污泥濃度較低 3 三相分離器 由沉淀區(qū) 回流縫和氣封組成 其功能是把沼氣 污泥和液體分開(kāi) 污泥經(jīng)沉淀區(qū)沉淀后由回流縫回流到反應(yīng)區(qū) 沼氣分離后進(jìn)人氣室 三相分離器的分離效果將直接影響反應(yīng)器的處理效果 UASB反應(yīng)器的組成 4 出水系統(tǒng) 作用是把沉淀區(qū)表層處理過(guò)的水均勻地加以收集 排出反應(yīng)器 5 氣室 也稱(chēng)集氣罩 其作用是收集沼氣 6 浮渣清除系統(tǒng) 其功能是清除沉淀區(qū)液面和氣室表面的浮渣 如浮渣不多可省略 7 排泥系統(tǒng) 均勻地排除反應(yīng)區(qū)的剩余污泥 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 UASB系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的根本在于 1 反應(yīng)器內(nèi)形成沉降性良好的顆粒污泥或絮體污泥 2 由產(chǎn)氣和進(jìn)水的均勻分布所形成的良好的自然攪拌作用 3 設(shè)計(jì)合理的污泥沉淀系統(tǒng)和三相分離系統(tǒng) 使沉淀性能良好的污泥保持在UASB系統(tǒng)內(nèi) 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 UASB反應(yīng)器的啟動(dòng) 廢水厭氧生物處理反應(yīng)器成功啟動(dòng)的標(biāo)志是 在反應(yīng)器中短期內(nèi)培養(yǎng)出活性高 沉降性能優(yōu)良并適用于處理廢水水質(zhì)的厭氧污泥 在實(shí)際工程中 生產(chǎn)性厭氧反應(yīng)器建造完成后 快速順利地啟動(dòng)反應(yīng)器是整個(gè)廢水處理工程中的關(guān)鍵性因素 1 選取性能優(yōu)良的接種污泥 以保證反應(yīng)器有較好的微生物種源 2 控制合適的反應(yīng)器環(huán)境 以促進(jìn)厭氧細(xì)菌 特別是產(chǎn)甲烷細(xì)菌 的增殖 3 控制工藝條件 以促進(jìn)污泥的顆?；?第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 UASB反應(yīng)器啟動(dòng)的操作原則 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 1 處理各種廢水均需要保持在18 以上 2 不能解決提高有機(jī)負(fù)荷率與防止污泥流失的矛盾 很難將有機(jī)負(fù)荷率進(jìn)一步提高 3 如何保持泥水良好接觸 強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程 最大限度地利用顆粒污泥的生化處理能力 減輕由于傳質(zhì)限制對(duì)生化反應(yīng)速率的負(fù)面影響 是UASB反應(yīng)器應(yīng)重點(diǎn)解決的問(wèn)題 4 對(duì)有毒 難生物降解物質(zhì)無(wú)能為力 5 對(duì)低濃度廢水 尤其是低溫低濃度廢水的處理能力有限 UASB反應(yīng)器所面臨的問(wèn)題 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 3 3厭氧流化床 AFB 厭氧流化床 AFB 借鑒了化工流態(tài)化技術(shù) 將微生物固定在小顆粒載體上形成生物粒子 以生物粒子為流化粒料 污水作為流化介質(zhì) 由外界施以動(dòng)力 使生物粒子克服重力與流體阻力形成流態(tài)化 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 1 流化態(tài)能最大程度使厭氧污泥與被處理的廢水接觸 2 由于顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度高 液膜擴(kuò)散阻力較小 且由于形成的生物膜較薄 傳質(zhì)作用強(qiáng) 因此生物化學(xué)過(guò)程進(jìn)行較快 允許廢水在反應(yīng)器內(nèi)有較短的水力停留時(shí)間 3 克服了厭氧濾器的堵塞和溝流 4 高的反應(yīng)器容積負(fù)荷率可減少反應(yīng)器體積 同時(shí)由于其高度與其直徑的比例大于其它厭氧反應(yīng)器 所以可以減少占地面積 厭氧流化床 AFB 的特點(diǎn) 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 在實(shí)際應(yīng)用中AFB仍面臨著 1 如何解決生物膜脫落問(wèn)題 2 如何保證反應(yīng)器內(nèi)載體表面生物膜均勻附著問(wèn)題 3 如何保持長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)反應(yīng)器內(nèi)有足夠生物量的問(wèn)題 載體表面過(guò)厚生物膜會(huì)影響傳質(zhì) 削弱細(xì)胞活性 降低流化質(zhì)量 對(duì)于好氧流化床反應(yīng)器 當(dāng)載體表面生物膜過(guò)厚時(shí) 會(huì)由于氧供應(yīng)的缺乏而造成好氧微生物死亡和溶解 從而可使過(guò)厚的生物膜脫落 但對(duì)于厭氧流化床 AFB 由于厭氧微生物的生長(zhǎng)不受氧的限制 從而使生物膜的生長(zhǎng)不受控制 最終會(huì)導(dǎo)致水流阻塞和反應(yīng)器流化質(zhì)量的降低 所以必須采取措施使生物膜脫落 AFB所面臨的問(wèn)題 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 AFB的脫膜措施 定期將附著生物膜的載體顆粒從反應(yīng)器內(nèi)取出進(jìn)行脫膜處理 然后再將脫膜后的載體重新返回反應(yīng)器 然而這又涉及到長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)如何保證載體表面生物膜均勻附著和反應(yīng)器內(nèi)有足夠的污泥量的問(wèn)題 雖然影響微生物在載體表面的吸附的因素很多 但起主要作用的是局部能量分散速率所造成的附著生物膜的載體顆粒與裸露的載體顆粒之間的碰撞 而在AFB反應(yīng)器內(nèi) 頂部的能量分散的速率低 導(dǎo)致生物膜厚度的增加 反應(yīng)器會(huì)部分堵塞 而反應(yīng)器底部較高的局部能量分散速率阻礙了微生物在裸露載體表面的粘附 這樣 反應(yīng)器底部生物膜較慢的粘附速率和較快的磨損速率減小了污泥濃度 而反應(yīng)器頂部生物膜的較高生長(zhǎng)速率和較慢的磨損速率又導(dǎo)致了過(guò)厚的生物膜 這樣當(dāng)載體在反應(yīng)器內(nèi)保持較長(zhǎng)的停留時(shí)間時(shí) 由于生物膜脫落 反應(yīng)器頂部污泥濃度也在減少 從而最終造成反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度和反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷率逐漸減少 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 AnafluxAFB與傳統(tǒng)的AFB一樣 也是通過(guò)進(jìn)水和出水循環(huán)產(chǎn)生高流速的上升的液流使附著生物膜的無(wú)機(jī)載體處于流化狀態(tài) 但AnafluxAFB同時(shí)考慮到UASB反應(yīng)器能利用三相分離器有效截留污泥 保持反應(yīng)器內(nèi)高污泥量的特點(diǎn) 在傳統(tǒng)AFB的分離區(qū)設(shè)計(jì)了三相分離器以確保氣 液 固的有效分離 使得反應(yīng)器內(nèi)可保留更多的污泥量 反應(yīng)器內(nèi)液體上升流速也可以進(jìn)一步提高 從而可獲得比傳統(tǒng)AFB更高的有機(jī)負(fù)荷率 AnafluxAFB的有機(jī)負(fù)荷率可高達(dá)大于60kgCOD m3 d 而處理相似的污水 UASB的有機(jī)負(fù)荷率僅能達(dá)到10到20kgCOD m3 d 傳統(tǒng)AFB的有機(jī)負(fù)荷率也只能提高到15到40kgCOD m3 d 改進(jìn)的AFB AnafluxAFB 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 AnafluxAFB內(nèi)的液體上升流速的進(jìn)一步提高 在一定程度上改善了傳統(tǒng)AFB所面臨的頂部載體生物膜過(guò)厚和底部載體生物膜難以附著的狀況 而且 AnafluxAFB采用有效直徑小于500m的天然多孔無(wú)機(jī)生物載體 在適當(dāng)?shù)臈l件下 此種載體允許細(xì)菌快速吸附 形成活性生物膜 能夠在短接種和啟動(dòng)期后承擔(dān)高負(fù)荷率 當(dāng)載體上生物膜過(guò)厚時(shí) 載體顆粒密度減小 在上升液流和氣流作用下顆粒能被帶至頂部的分離區(qū) 但此時(shí)也不能在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行有效地生物脫膜 仍需定期地將分離區(qū)的載體用一個(gè)外部的離心泵抽出并使這些附著過(guò)厚生物膜的載體承受足夠的攪動(dòng)作用而剪切掉部分生物膜 載體和懸浮的微生物又被重新返回反應(yīng)器 雖然通過(guò)這種方式 載體的密度可得到控制 更均勻的反應(yīng)器污泥床可以形成 但是AnafluxAFB仍沒(méi)能從根本解決AFB的生物脫膜問(wèn)題 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 7 4厭氧折流板反應(yīng)器 厭氧折流板反應(yīng)器 ABR 是一種新型的厭氧反應(yīng)器 最初由Stanford大學(xué)的McCarty教授等人于20世紀(jì)80年代中期開(kāi)發(fā)研究的最新型 高效污水厭氧生物處理工藝 該技術(shù)集當(dāng)今在全球盛行的上流式厭氧污泥床 UASB 和極有應(yīng)用前景的分階段多相厭氧反應(yīng)技術(shù) SMPA 于一體 不但大大提高了厭氧反應(yīng)器的負(fù)荷和處理效率 而且使其穩(wěn)定性和對(duì)不良因素 如有毒物質(zhì) 的適應(yīng)性大為增強(qiáng) 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 ABR反應(yīng)器是用多個(gè)垂直安裝的導(dǎo)流板 將反應(yīng)室分成多個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)室 每個(gè)反應(yīng)室都是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的上流式污泥床系統(tǒng) UASB 廢水在反應(yīng)器內(nèi)沿導(dǎo)流板作上下折流流動(dòng) 逐個(gè)通過(guò)各個(gè)反應(yīng)室并與反應(yīng)室內(nèi)的顆粒或絮狀污泥相接觸 而使廢水中的底物得以降解 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 從工藝上看 ABR與單個(gè)UASB有顯著不同 首先 UASB可近似看作是一種完全混合式反應(yīng)器 而ABR是一種復(fù)雜混合型水力流態(tài) 且更接近于推流式反應(yīng)器 其次 UASB中酸化和產(chǎn)甲烷兩類(lèi)不同的微生物相交織在一起 不能很好適應(yīng)相應(yīng)的底物組分及環(huán)境因子 pH 氫分壓 而在ABR中各個(gè)反應(yīng)室中的微生物相是隨流程逐級(jí)遞變的 遞變的規(guī)律與底物降解過(guò)程協(xié)調(diào)一致 從而確保相應(yīng)的微生物相擁有最佳的工作活性 ABR反應(yīng)器獨(dú)特的分格式結(jié)構(gòu)及推流式流態(tài)使得每個(gè)反應(yīng)室中可以馴化培養(yǎng)出與流至該反應(yīng)室中的污水水質(zhì) 環(huán)境條件相適應(yīng)的微生物群落 從而導(dǎo)致厭氧反應(yīng)產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相沿程得到分離 使ABR反應(yīng)器在整體性能上相當(dāng)于一個(gè)兩相厭氧處理系統(tǒng) 兩大類(lèi)厭氧菌群可以各自生長(zhǎng)在最適宜的環(huán)境條件下 有利于充分發(fā)揮厭氧菌群的活性 提高系統(tǒng)的處理效果和運(yùn)行的穩(wěn)定性 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 厭氧折流板反應(yīng)器特點(diǎn) 1 上下多次折流 有良好的水力條件和混合效果 反應(yīng)器死區(qū)少 使得廢水中有機(jī)物與厭氧微生物充分接觸 有利于有機(jī)物的分解 2 不需要設(shè)置三相分離器 沒(méi)有填料 不設(shè)攪拌設(shè)備 反應(yīng)器構(gòu)造較為簡(jiǎn)單 3 由于進(jìn)水污泥負(fù)荷逐段降低 沼氣攪動(dòng)也逐段減少 不會(huì)發(fā)生因厭氧污泥床膨脹而大量流失污泥的現(xiàn)象 出水SS較低 4 反應(yīng)器內(nèi)可形成沉淀性能良好 活性高的厭氧顆粒污泥 可維持較多的生物量 折流板的阻擋減弱了隔室間的返混作用 液體的上流和下流減少了細(xì)菌的洗出量 使反應(yīng)器能在高負(fù)荷條件下有效地截留活性微生物固體 泥齡增長(zhǎng) 污泥產(chǎn)率低 5 因反應(yīng)器沒(méi)有填料 不會(huì)發(fā)生堵塞 6 ABR反應(yīng)器中有良好的微生物種群分布 反應(yīng)器中不同隔室內(nèi)的厭氧微生物易呈現(xiàn)出良好的種群分布和處理功能的配合 不同隔室中生長(zhǎng)適應(yīng)流入該隔室廢水水質(zhì)的優(yōu)勢(shì)微生物種群 從而有利于形成良好的微生態(tài)系統(tǒng) 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 7 較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力 ABR較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力來(lái)源于對(duì)廢水中固體較強(qiáng)的截留能力和微生物種群的合理分布 ABR反應(yīng)器有利于產(chǎn)酸段和產(chǎn)甲烷段的進(jìn)行 減弱了由于高負(fù)荷條件下引起的低pH對(duì)產(chǎn)甲烷菌的抑制作用 在上流室不同隔室中形成性能穩(wěn)定 種群良好的微生物鏈 使反應(yīng)器具有抗沖機(jī)負(fù)荷的能力 8 優(yōu)良的處理效果 由于ABR具有上述特性 因而具有良好處理效果 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 ABR反應(yīng)器所面臨的問(wèn)題 第3部分第二代厭氧反應(yīng)器 1 為了保證一定的水流和產(chǎn)氣上升速度 ABR反應(yīng)器不能太深 2 進(jìn)水如何均勻分布是一個(gè)問(wèn)題 3 與單級(jí)UASB反應(yīng)器相比 ABR反應(yīng)器的第一格不得不承受遠(yuǎn)大于平均負(fù)荷的局部負(fù)荷 這可能會(huì)導(dǎo)致處理效率的下降 在ABR的第一室往往是厭氧過(guò)程的產(chǎn)酸階段 pH值易于下降 可采取出水回流措施緩解pH的下降程度 第4部分第三代厭氧反應(yīng)器 第4部分第三代厭氧反應(yīng)器4 1升流式厭氧污泥床 濾層反應(yīng)器 UBF反應(yīng)器 4 2EGSB厭氧反應(yīng)器4 3IC厭氧反應(yīng)器 第 部分第三代厭氧反應(yīng)器 高效厭氧反應(yīng)器中不僅要實(shí)現(xiàn)污泥停留時(shí)間和平均水力停留時(shí)間的分離 還應(yīng)使進(jìn)水和污泥之間保持充分的接觸 第二代厭氧反應(yīng)器雖然利用顆粒污泥大大提高了反應(yīng)器的污泥濃度 但在如何保持泥水的良好接觸 強(qiáng)化傳質(zhì) 進(jìn)一步提高生化反應(yīng)速率方面卻存在一些不足 為了解決這些問(wèn)題 20世紀(jì)90年代初國(guó)際上相繼開(kāi)發(fā)出了以厭氧上流污泥床 過(guò)濾器 UBF 厭氧膨脹顆粒污泥床 EGSB 和內(nèi)循環(huán)式厭氧反應(yīng)器 IC 為典型代表的第三代厭氧反應(yīng)器 第三代厭氧反應(yīng)器的共同特點(diǎn)是 微生物均以顆粒污泥固定化方式存在于反應(yīng)器中 反應(yīng)器單位容積的生物量更高 能承受更高的水力負(fù)荷 并具有較高的有機(jī)污染物凈化效能 具有較大的高徑比 占地面積少 第 部分第三代厭氧反應(yīng)器 第 部分第三代厭氧反應(yīng)器 升流式厭氧污泥床 濾層反應(yīng)器 UpflowAnaerobicBed Filter 簡(jiǎn)稱(chēng)UBF反應(yīng)器 可以充分發(fā)揮厭氧濾池和升流式厭氧污泥床這兩種高效反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn) 是水污染防治領(lǐng)域中一項(xiàng)極具開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景的生物處理新技術(shù) 4 1UBF反應(yīng)器 第 部分第三代厭氧反應(yīng)器 1 有機(jī)負(fù)荷高 容積負(fù)荷為10 60kgCOD m3 d 或7 45kgBOD m3 d 污泥負(fù)荷為0 5 1 5kgCOD kgVSS d 或0 3 1 2kgBOD kgVSS d 2 污泥產(chǎn)量低 污泥產(chǎn)率為0 04 0 15kgVSS kgCOD或0 07 0 25kgVSS kgBOD 3 能耗低 溶解氧濃度一般為0 0 5mg L 產(chǎn)生甲烷作為能源時(shí) 每產(chǎn)生0 35m3的沼氣 沼氣的發(fā)熱量為21 23MJ m3 4 應(yīng)用范圍廣 可用來(lái)處理多種高濃度有機(jī)廢水 對(duì)好氧微生物不能降解的有機(jī)廢水也能處理 UBF反應(yīng)器的特點(diǎn) 第 部分第三代厭氧反應(yīng)器 5 對(duì)水質(zhì)地適應(yīng)性高 因?yàn)榉磻?yīng)器內(nèi)污泥的濃度高 增強(qiáng)了反應(yīng)器對(duì)不良因素 例如有毒物質(zhì)的適應(yīng)性 能夠高效 穩(wěn)定地處理高濃度難降解有機(jī)廢水 6 厭氧反應(yīng)在底部所產(chǎn)生的氣體從UBF底部上升到氣室的過(guò)程中形成一個(gè)污泥懸浮層 使泥水混合充分 接觸面積大 有利于微生物同進(jìn)水基質(zhì)的充分接觸 也有助于形成顆粒污泥 由于填料的存在 夾帶污泥的氣泡在上升過(guò)程中與之發(fā)生碰撞 加速了污泥與氣泡的分離 從而降低了污泥的流失 反應(yīng)器反應(yīng)器積累微生物的能力大為增強(qiáng) 反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷更高 反應(yīng)器上部空間所架設(shè)的填料既利用原有的無(wú)效容積增加了生物總量 防止了生物量的突然洗出 而且對(duì)COD有20 左右的去除率 7 啟動(dòng)速度快 處理效率高 運(yùn)行穩(wěn)定 管理簡(jiǎn)單 第 部分第三代厭氧反應(yīng)器 UBF反應(yīng)器的啟動(dòng) UBF反應(yīng)器的啟動(dòng)過(guò)程與一般厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)過(guò)程相同 可分為啟動(dòng)初期 低負(fù)荷運(yùn)行期和高負(fù)荷運(yùn)行期3個(gè)階段 第 部分第三代厭氧反應(yīng)器 啟動(dòng)初期一般進(jìn)水容積負(fù)荷控制在1 2kgCOD m3 d 該期為污泥培養(yǎng)馴化階段 開(kāi)始污泥量少 污泥活性低 去除有機(jī)物能力差 隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng) 污泥逐漸積累 在填料層上逐漸掛膜 污泥的活性也慢慢提高 COD的去除率也逐步達(dá)到正常運(yùn)行時(shí)的70 80 第 部分第三代厭氧反應(yīng)器 低負(fù)荷運(yùn)行期進(jìn)水容積負(fù)荷提高到4 5kgCOD m3 d 提高初期雖然有COD去除率的下降 但去除率逐漸提高并趨于穩(wěn)定 產(chǎn)氣量也相應(yīng)增加 反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度和活性比啟動(dòng)初期有較大程度的提高 由于填料層的存在 雖然反應(yīng)器負(fù)荷提高 但絮體污泥沒(méi)有大量流失 第 部分第三代厭氧反應(yīng)器 高負(fù)荷運(yùn)行期 隨著反應(yīng)器污泥量的增加 可進(jìn)一步提高負(fù)荷 在COD去除率保持在80 以上的條件下 處理維生素C廢水的中試研究表明 進(jìn)水容積負(fù)荷可達(dá)10kgCOD m3 d 處理乳制品廢水的中試研究表明容積負(fù)荷率大于13kgCOD m3 d 處理啤酒廢水小試研究時(shí)的容積負(fù)荷率可達(dá)10 15kgCOD m3 d 第 部分第三代厭氧反應(yīng)器 4 2EGSB厭氧反應(yīng)器 EGSB反應(yīng)器既保持了AFB的高液體上升流速 良好混合 高效傳質(zhì) 高有機(jī)負(fù)荷率的特點(diǎn) 又吸納了UASB反應(yīng)器的顆粒污泥的形成和三相分離的設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì) 從而可高效截留污泥 保證了反應(yīng)器內(nèi)高污泥濃度 是目前很有發(fā)展前景的高速厭氧反應(yīng)器 第 部分第三代厭氧反應(yīng)器 EGSB反應(yīng)器的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀 EGSB反應(yīng)器雖然是在UASB反應(yīng)器基礎(chǔ)上的改進(jìn) 但與UASB反應(yīng)器相比 EGSB反應(yīng)器無(wú)論是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 還是在污泥的特性 反應(yīng)器的運(yùn)行特點(diǎn)等方面均有明顯的不同 均有保留較高污泥量 獲得較高有機(jī)負(fù)率 保持反應(yīng)器高處理率的可能性和可行性 無(wú)論是對(duì)高濃度污水還是低濃度污水 無(wú)論是在中溫條件下還是在低溫條件下 EGSB反應(yīng)器均具有獲得理想的處理率的可能性 第 部分第三代厭氧反應(yīng)器 1 對(duì)高濃度有機(jī)廢水的處理 EGSB反應(yīng)器在處理高濃度廢水時(shí) 能夠在保持高處理率的同時(shí)獲得很高有機(jī)負(fù)荷率 一些研究者分析研究了EGSB反應(yīng)器對(duì)高濃度廢水的處理 發(fā)現(xiàn)EGSB反應(yīng)器明顯比UASB反應(yīng)器效果好 處理屠宰廢水 在有機(jī)負(fù)荷率為15kgCOD m3 d HRT為5h的運(yùn)行條件下 COD去除率達(dá)到67 總懸浮固體去除率為90 脂類(lèi)去除率為85 在顆粒污泥上沒(méi)有脂類(lèi)的積累 而用UASB反應(yīng)器處理時(shí) 在有機(jī)負(fù)荷率為11kgCOD m3 d HRT為12 14h的運(yùn)行條件下 COD去除率為55 85 SS去除率為40 5