13種厭氧生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及原理

厭氧微生物處理是目前高濃度有機(jī)廢水處理工藝中不行或缺的處理工段，它較好氧微生物處理不僅能耗低，同時(shí)還可以產(chǎn)生沼氣作為能源二次利用。厭氧反響容積負(fù)荷高較好氧反響高出很多，對(duì)于處理同等量的COD厭氧反響投資更低。目前常用的厭氧處理工藝有：UASB、EGSB、CSTR、IC、ABRUBFAFAFBRUSSBAAFEB、USR、FPR、兩相厭氧反響器等。UASB 名叫上流式厭氧污泥床反響器，是一種處理污水的厭氧生物方法，又叫升流式厭氧污泥床。UASB由污泥反響區(qū)、氣液固三相分別器()和氣室三局部組成。在底部反響區(qū)內(nèi)存留大量厭氧污泥，具有良好的沉淀性能和分散性能的污泥層中污泥進(jìn)展混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機(jī)物，把它轉(zhuǎn)化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式不斷放出，微小氣泡在上升過程中，不斷合并，漸漸形成較大的氣泡，在污泥床上部由于沼氣的攪動(dòng)形成一個(gè)污泥濃度較淡薄的污泥和水一起上升進(jìn)入三相分別器， 氣遇到分別器下部的反射板時(shí)，折向反射板的四周，然后穿過水層進(jìn)入氣室，集中在氣室沼氣，用導(dǎo)管導(dǎo)出，固液混合液經(jīng)過反射進(jìn)入三相分別器的沉淀區(qū)，污水中的污泥發(fā)生絮凝，顆粒漸漸增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿著斜壁滑回厭氧反響區(qū)內(nèi)，使反響區(qū)內(nèi)積存大量的污泥，與污泥分別后的處理出水從沉淀區(qū)溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。構(gòu)造形式見圖 1。EGSB中文名膨脹顆粒污泥床，是第三代厭氧反響器，于20世紀(jì)90年月初由荷蘭Wageingen農(nóng)業(yè)大學(xué)的Lettinga等人領(lǐng)先開發(fā)的。其構(gòu)造與UASB反響器有相像之處，可以分為進(jìn)水配水系統(tǒng)、反響區(qū)、三相分別區(qū)和出水渠系統(tǒng)。與 UASB反響器不同之處是，EGSB反響器設(shè)有特地的出水回流系統(tǒng)。EGSB反響器一般為圓柱狀塔形，特點(diǎn)是具有很大的高徑比，一般可達(dá)3~5，生產(chǎn)裝置反響器的高度可達(dá)15~20米。顆粒污泥的膨脹床改善了廢水中有機(jī)物與微生物之間的接觸，強(qiáng)化了傳質(zhì)效果，提高了反響器的生化反響速度，從而大大提高了反響器的處理效能。由底部的污泥區(qū)和中上部的氣、液、固三相分別區(qū)組合為一速，反響器內(nèi)部顆粒污泥處于膨脹狀態(tài)下厭氧反響器。構(gòu)造形式2?！?〕連續(xù)攪拌反響器系統(tǒng)，或稱全混合厭氧反響器(continuousstirredtankreactor) ，簡稱CSTR，是一種使發(fā)酵原料和微生物處于完全混合狀態(tài)的厭氧處理技術(shù)。在一個(gè)密閉罐體內(nèi)完成料液的發(fā)酵、沼氣產(chǎn)生的過程。消化器內(nèi)安裝有攪拌裝置，使發(fā)酵原料和微生物處于完全混合狀態(tài)。投料方式承受恒溫連續(xù)投料或半連續(xù)投料運(yùn)行。進(jìn)入的原料由于攪拌作用很快與發(fā)酵器內(nèi)的全部發(fā)酵液菌種混合，使發(fā)酵底物濃度始終保持相對(duì)較低狀態(tài)，以降解廢水中有機(jī)污染物，并去除懸浮物的厭氧廢水生物處理器。構(gòu)造形式見圖 3。IC塔相像由2UASB反響器串聯(lián)而成，每層厭氧反響器的頂部各設(shè)一個(gè)氣、固、液三相分別器。其由上下兩個(gè)反響室組成。廢水在反響器中自下而上流淌，污染物被細(xì)菌吸附并降解，凈化過的水從反響器上部流出。IC塔由下面第一個(gè)UASB反響器產(chǎn)生的沼氣作為提升的內(nèi)動(dòng)力，是升流管與回流管的混合液產(chǎn)生一個(gè)密度差，實(shí)現(xiàn)了下部混合液的內(nèi)循環(huán)，使廢水獲得強(qiáng)化預(yù)處理。上面的其次個(gè) 對(duì)廢水進(jìn)展后處理〔或稱精處理〕，使出水到達(dá)預(yù)期處理要求。由底部的污泥區(qū)和中上部的氣、液固三相分別區(qū)組合為一體的，通過回流和構(gòu)造設(shè)計(jì)使廢水在反響區(qū)內(nèi)具有較高的上升流速， 反響器內(nèi)部顆粒污泥處于膨脹狀態(tài)下厭氧反響器。構(gòu)造形式見圖4。厭氧折流板反響器(Anaerobicba 用edreactor，ABR)是McCartyBachmann1982理裝置。其特點(diǎn)是：反響器內(nèi)置豎向?qū)Я靼?，將反響器分隔成幾系統(tǒng)，其中的污泥以顆?；问交蛐鯛钚问酱嬖?。水流由導(dǎo)流板引導(dǎo)上下折流前進(jìn)，逐個(gè)通過反響室內(nèi)的污泥床層，進(jìn)水中的底物與微生物充分接觸而得以降解去除。當(dāng)廢水ABR大大提高了反響器的容積利用率，可省去三相分別器。構(gòu)造形式5。兩相厭氧消化系統(tǒng)是2070年月初美國戈什〔Ghosh〕和波蘭特〔Pohland〕開發(fā)的厭氧生物處理工藝，于1977年在階段分別在兩個(gè)串聯(lián)的反響器中進(jìn)展，使產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌各拘束增加運(yùn)行穩(wěn)定性的目的。傳統(tǒng)的應(yīng)用中，產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在單個(gè)反響器中，這兩類菌群之間的平衡是脆弱的。這是由于兩種微生物在生理學(xué)、養(yǎng)分在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用中所遇到的穩(wěn)定性和掌握問題迫使?fàn)幷撊藛T尋找的解決途徑。從生物化學(xué)角度看，產(chǎn)酸相主要包括水解、產(chǎn)酸和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段，產(chǎn)甲烷相主要進(jìn)展產(chǎn)甲烷階段。從微生物學(xué)角度，產(chǎn)酸相一般僅存在產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌，而產(chǎn)甲烷相不但存在產(chǎn)甲烷細(xì)菌，且不同程度存在產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌。一般狀況下，產(chǎn)甲烷階段是整個(gè)先滿足產(chǎn)甲烷相細(xì)菌的生長條件，如維持肯定的溫度、增加反響時(shí)間，特別是對(duì)難降解或有毒廢水需要長時(shí)間的馴化才能適應(yīng)。兩相厭氧消化工藝把酸化和甲烷化兩個(gè)階段分別在兩個(gè)串聯(lián)反響器中，使產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌各拘束最正確環(huán)境條件下生長，這樣不僅有利于充分發(fā)揮其各自的活性，而且提高了處理效果，構(gòu)造形式見圖6。上流式污泥床-過濾器(，簡稱UBF)是加拿大人Guiot在厭氧過濾器(Anaerobic Filter，簡稱AF)和上流式厭氧污泥床(UpflowAnaerobicSludgeBlanket ，簡稱UASB)的根底上開發(fā)的型復(fù)合式厭氧流化床反響器。UBF具有很高的生物固體停留時(shí)間〔SRT〕并能有效降解有毒物質(zhì)，是處理高濃度有機(jī)廢水的一種有效的、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。復(fù)合式厭氧流化床工藝是借鑒流態(tài)化技術(shù)處理生物的一種反響器械，它以砂和設(shè)備內(nèi)的軟性填料為流化載體。污水作為流水介質(zhì)，厭氧微生物以生物膜形式結(jié)在砂和軟性填料外表，在循環(huán)泵或污水處理過程中產(chǎn)甲烷氣時(shí)自行混合，使污水成流淌狀態(tài)。污水以升流式通過床體時(shí)，與床中附著有厭氧生物膜的載體不斷接觸反響，到達(dá)厭氧反響分解、吸附污水中有機(jī)物的目的。 復(fù)合型厭氧流化床的優(yōu)點(diǎn)是效能高、占地少，適用于較高濃度的有機(jī)污水處理工程。其主要構(gòu)造特點(diǎn)是：下部為厭氧污泥床，與UASB反響器下部的污泥床一樣，上部為厭氧濾池〔 AF〕相像的填料過濾層，填料層上可附著大量的厭氧微生物，這樣子提高了整個(gè)反響器的生物量提高反響器的處理力量和抗沖擊力量。構(gòu)造形式見圖7。AF是厭氧生物濾池(AnaerobicBiofilter) 的簡稱。這種工藝是在傳統(tǒng)厭氧活性污泥法根底上進(jìn)展起來的。反響器由五局部組成，即池底進(jìn)水布水系統(tǒng)、池底布水系統(tǒng)與濾料層之間的污泥層、生物填料、池面出水補(bǔ)水系統(tǒng)、以及沼氣收集系統(tǒng)。在AF 中，厭氧污泥的保存在于兩種方式完成，一是細(xì)菌在固定的填料外表形成生物膜；二是在反響器的空間內(nèi)形成細(xì)菌聚攏體。與傳統(tǒng)的厭氧生物處理構(gòu)筑物及其它型厭氧生物反響器相比，厭氧生物濾池的優(yōu)點(diǎn)是：生物固體濃度高，因此可獲得較高的有機(jī)負(fù)荷；微生物固體停留時(shí)間長，可縮短水力停留時(shí)間，耐沖擊負(fù)荷力量也較高；啟動(dòng)時(shí)間短，停頓運(yùn)行后再啟動(dòng)也較簡潔；產(chǎn)生剩余污泥量極少，不需污泥回流，無需剩余污泥處理設(shè)施，投資性高，運(yùn)行治理便利；在處理水量和負(fù)荷有較大變化的狀況下，其運(yùn)行能保持較大的穩(wěn)定性；經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，在處理低濃度污水時(shí)，無需沼氣處理系統(tǒng)。AF中，水從反響器底部進(jìn)入，經(jīng)過池底布水系統(tǒng)均勻布置后，廢水依次通過懸浮的污泥層和生物濾料層，有機(jī)物跟污泥及生物膜上的微生物接觸、固定，然后被消解。水再從池面的出水補(bǔ)水系統(tǒng)均勻排出，進(jìn)入下一級(jí)處理器。厭氧生物濾池按水流的方向可分為升流式厭氧濾池和降流式厭氧濾池。廢水向上流淌通過反響器的為升流式厭氧濾池，反之為降流式厭氧濾池。構(gòu)造形式見圖8。USSB是上流式分段污泥床(UpflowStagedSludgeBed)反響器的簡稱，在反響器中，反響區(qū)被分割為幾個(gè)局部，每個(gè)部分的產(chǎn)氣分別經(jīng)水封后逸出，整個(gè)反響器相當(dāng)于一連串的UASB反響器組合體。構(gòu)造形式見圖9。升流式固體厭氧反響器(USR),是一種構(gòu)造簡潔、適用于高懸浮固體有機(jī)物原料的反響器。原料從底部進(jìn)入消化器內(nèi)，與消化器里的活性污泥接觸，使靠自然沉降滯留于消化器內(nèi)，上清液從消化器上部溢出，這樣可以得到比水力滯留期高得多的固體滯留期 和微生物滯留期(MRT)，從而提高了固體有機(jī)物的分解率和消化器的效率。在當(dāng)前畜禽養(yǎng)殖行業(yè)糞污資源化利用方面，有較多的應(yīng)用。很多大中型沼氣工程，均承受該工藝。USR主要處理高有機(jī)固體〔有機(jī)固體物質(zhì)＞5%〕廢液，廢液由底部配水系統(tǒng)進(jìn)入，在其上升過程中，通過高濃度厭氧微生物的固體床，使廢液中的有機(jī)固體與厭氧微生物充分接觸反響，有機(jī)固體被液化發(fā)酵和厭氧分解，從而到達(dá)厭氧消化目的。構(gòu)造形式見圖10。厭氧附著膜膨脹床(AnaerobicAttachedmicrobialFilmExpandedBed,AAFEB) 反響器是Jewell等人于20世紀(jì)70年月中期研制的厭氧消化工藝。在AAFEB反響器中，大局部微生物以附著于載體上的形式存在，通過利用集中模式方式進(jìn)入生物膜的廢水中的養(yǎng)分成份，在厭氧發(fā)酵菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的聯(lián)合作用下，產(chǎn)生氫氣。AAFEBEGSB構(gòu)造根本相像，但反響器內(nèi)填充有大量的固體顆粒介質(zhì)〔粒徑小于0.5-1mm〕。AAFEB具有在低HRT條件下能夠保持較高生物量及高傳質(zhì)效率且運(yùn)行穩(wěn)定。一般的厭氧附著膜膨脹床反響器床內(nèi)填充顆?；钚蕴?GranularActivatedCarbon,GAC) 。GAC被普遍認(rèn)為是反響器中固定化微生物效果較好的載體。在 AAFEB反響器中，污泥接種后，由于細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)和廢水的渦流，生物膜被附著在載體上，在生物膜外側(cè)開頭掩蓋有相互纏繞的絲狀桿菌，爭論說明，生物膜內(nèi)存在眾多的微小菌落，其中有球菌、桿菌、螺旋菌。顆粒間相互接觸，載體膨脹率在10%到20%之間，厭氧微生物附著在載體上，形成具有生物膜構(gòu)造的活性污泥，且污泥齡較長，使得反響器能夠高效穩(wěn)定地運(yùn)行。AAFEB 對(duì)于含抑制生物降解有機(jī)物的廢水具有較高的生物去除效率，泥中微生物菌株的馴化對(duì)難生物降解有機(jī)物的降解格外有利。載體流態(tài)化是AAFEB工藝以重要特點(diǎn)。當(dāng)反響器內(nèi)流體流速到達(dá)某一程度，水頭壓力降超過載體的重量，使固體顆粒間的空隙率大到可以使載體彼此分別，通過上升水流的流體浮力和氫氣溢出時(shí)產(chǎn)生的摩擦力的聯(lián)合作用下使得載體呈懸浮狀態(tài)， 就載體流態(tài)化。污泥顆粒的流態(tài)化能促使生物膜的更和氫氣的釋放，使生物膜保持適當(dāng)?shù)暮穸群蜆?gòu)造，有利于傳質(zhì)系數(shù)的提高，加速生化反響，削減水力停留時(shí)間。構(gòu)造形式見圖 11。塞流式反響器也稱推流式反響器，是一種長方形的非完全混合式反響器。高濃度懸浮固體發(fā)酵原料從一端進(jìn)入，從另一端排出。不需設(shè)置推流器，適用于高 SS廢水的處理，尤其適用于牛糞的厭氧消化。構(gòu)造形式見圖 12。AFBR是一種高效生物膜處理方法，利用特別研制的、具有大比外表積的填料作為載體，厭氧微生物以生物膜形式附著在載體外表，并且在反響器內(nèi)可形成肯定高度的顆粒污泥床，大大提高有