厌氧反应器的发展历程(2015)资料

1、厌氧生物反应器的发展(fzhn)历程 共七十九页主要(zhyo)内容概述(i sh)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共七十九页1. 概述(i sh)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(pngwn)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、。共七十九页2. 第一代反应器厌氧生物处理技术始于1860年法国工程师Mouras采用该法处理经沉淀(chndin)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。 共七十九页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

3、力停留时间(hydraulic retention time, HRT) 无法(wf)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。共七十九页反应器代表(dibio)类型普通厌氧消化(xiohu)池（Conventional Anaerobic Digester Tank）厌氧接触工艺(Anaerobic Contact Process) 共七十九页普通(ptng)厌氧消化池 普通厌氧消化(xiohu)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(xiohu)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

4、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1030,因此处理效率极低。 共七十九页普通(ptng)厌氧消化池示意共七十九页普通(ptng)厌氧消化池示意共七十九页普通(ptng)厌氧消化池工程化应用共七十九页厌氧接触(jich)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(zn sh)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)。 共七

5、十九页厌氧接触工艺(gngy)示意 共七十九页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(boch)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 Filter，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。共七十九页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

6、留时间和水力(shul)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。共七十九页反应器代表(dibio)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（Anaerobic Fluidized Bed，简称AFB）厌氧生物(shngw)转盘（Anaerobic Rotating Biological Contactor Process，简称 ARBCP）上流式厌氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge B

7、ed，简称UASB)。 共七十九页厌氧滤池（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(q ch)并产生沼气。共七十九页AF反应器示意(shy) 共七十九页厌氧滤池（AF） 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(jnxng

8、)定期清洗，增加了处理成本。共七十九页厌氧附着(fzhu)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(w shu)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。共七十九页AAFEB反应器示意(shy) AAFEB是利用废水的内循环(xnhun)来实现反应器内填料的膨胀。共七十九页厌氧流化床（AFB） AFB是依靠在惰性填料或载体（颗粒

9、粒径（ 1mm）微粒(wil)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。 共七十九页AFB反应器示意(shy) 共七十九页AFB反应器示意(shy) 共七十九页厌氧流化床（AFB） AFB的缺陷内部稳定的流化态难以保证(bozhng)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1

10、00：1）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。 共七十九页AFB反应器改进(gijn) AFB的改进思路生物气循环减少回流水用量；磁性载体提高(t go)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。共七十九页AFB反应器改进(gijn)的形式 生物(shngw)气循环减少回流水用量共七十九页AFB反应器改进(gijn)的形式 磁性载体(zit)提高生物挂膜速度和挂膜量共七十九页AFB反应器改进(gijn)的形式 与膜生物(shngw)反应器结合减少污泥流失的机会共七十九页厌氧生物(shngw)转盘(ARBCP) 厌氧生物转盘是1980年由Tait和Fried

11、man首先研制出来。兼有好氧生物转盘和厌氧生物处理的优点(yudin)，适合于处理中等浓度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)共七十九页ARBCP反应器示意(shy) 共七十九页ARBCP反应器工程化应用(yngyng) 共七十九页厌氧生物(shngw)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(zhn d)大，盘片造价高。 共七十九页上流式厌氧污泥(w n)床(UASB) UASB反应器污泥床区主要有沉降性能良好(lingho)的厌氧污泥组成，浓度可达到50100g/L或更高。三相分离器配水

12、系统颗粒污泥共七十九页上流式厌氧污泥(w n)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(fnl)，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、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。 共七十九页UASB反应器和颗粒(kl)污泥示意 污泥(w n)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

13、性。共七十九页UASB反应器配水系统形式(xngsh) 共七十九页UASB反应器配水系统形式(xngsh) 共七十九页UASB反应器分离器系统(xtng)形式 共七十九页UASB反应器分离器系统(xtng)形式 共七十九页UASB反应器工程化应用(yngyng)共七十九页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；具有生物(shngw)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。共七十九页4. 第三代厌氧反应器在第二代反应器的基础(jch)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

14、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。 共七十九页主要(zhyo)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 Circulation Anaerobic Reactor，简称IC)厌氧序批式间歇(jin xi)反应器(Anaerobic Sequencing Batch Reactor，简称 ASBR)厌氧折流板反应器（

15、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 Membrane Biosystem,简称AMBS) 共七十九页膨胀(png zhng)颗粒污泥床 (EGSB)20世纪90年代(nindi)初，荷兰Wageningen农业大学开始了厌氧膨胀颗粒污泥床(EG

16、SB)反应器的研究共七十九页膨胀(png zhng)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(kl)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。共七十九页EGSB反应器与UASB的区别(qbi) EGSB 反应器是对UASB 反应器的改进, 除反应器主体外, EGSB 反应器主要由配水系统、反应区、三相(sn xin)分离器、沉淀区、出水系统和出水循环系统

17、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。共七十九页EGSB反应器三相(sn xin)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(sn xin)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。共七十九页EGSB反应器工程化应用(yngyng)共七十九页内循环(xnhun)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(o xio)厌氧反应器，并在19

18、86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。共七十九页内循环(xnhun)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(god)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。 共七十九页内循环(xnhun)反应器（IC） 特点具有高容积(rngj)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

19、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。 共七十九页IC反应器存在的主要(zhyo)问题 内循环问题IC反应器结构较复杂，内部管路系统(xtng)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。从污泥回流管和回流缝回流的污泥和上升的泥水混合物发生碰撞，影响了污泥的回流和混合物的上升。共七十九页IC反应器存在的主要(zhyo)问题 三相分离器的结构缺陷造价较高，施工困难，日常维护复杂；在三相分离器

20、处，回流的污泥和上升的水流发生碰撞，严重(ynzhng)影响了出水水质的效果、污泥的回流和气液固的分离。共七十九页IC反应器存在(cnzi)的主要问题 高径比问题IC反应器实际上是由两个UASB反应器上下叠加串联构成，高径比一般为48，甚至有些IC反应器的顶部还须设置避雷设施。由于反应器主体较高，因此会使水泵运行费用增加，而且地基(dj)处理费用高，单位反应器体积造价也高。共七十九页IC反应器工程化应用(yngyng)共七十九页厌氧序批式间歇(jin xi)反应器(ASBR) ASBR是20世纪90年代由美国Iowa州立大学Richard R Dague教授提出并发展的一种新型高效厌氧反应器。

21、ASBR法一个完整的运行操作周期(zhuq)按次序应分为四个阶段：进水期、反应期、沉降期和排水期. ASBR法的主要特征是以序批式间歇的方式运行，通常由一个或几个ASBR反应器组成。运行时，废水分批进入反应器，与其中的厌氧颗粒污泥发生生化反应，直到净化后的上清液排出，完成一个运行周期。共七十九页ASBR示意(shy)共七十九页SMPA理论(lln)和厌氧分段反应器 SMPA理论是什么？SMPA是指Staged Multi-Phase Anaerobic reactor systems ，为分阶段多相厌氧反应器系统(xtng)。因此，它的提出不仅有挑战性，而且为未来厌氧生物处理技术在废水处理领域

22、中的广泛应用提供了进一步的改进方法。这类系统几乎在所有的温度条件（低于100C或大于550C）下都能运行，并能处理多种废水，其中包括由污染很重的化工厂排出的含有很强抑制物质的废水。共七十九页SMPA理论(lln)和厌氧分段反应器 SMPA反应器系统设计的基本思路是：将整个反应器分割成不同的反应单元；在各级分隔的单体中培养出合适的厌氧细菌(xjn)群落，以适应相应的底物组分及环境因子；防止在各个单体中独立发展形成的污泥互相混合；各个单体内的产气互相隔开；工艺流程更接近于推流式，系统因而拥有更高的去除率，出水水质更好。共七十九页SMPA思路(sl)所设计的主要厌氧反应器根据SMPA思路所设计的厌氧

23、反应器主要包括(boku)三大类其一是横向分段，如：厌氧折流板反应器（Anaerobic Baffle Reactor，简称ABR）其二是竖向分段，如：上流式分段污泥床反应器（Upflow Stage Sludge Bed，简称USSB）其三是将两种或三种厌氧反应器组合在一起，如：上流污泥床-过滤器(Upflow Blanket Filter,简称UBF)和厌氧迁移式污泥床反应器（Anaerobic Migrating Blanket Reactor，简称AMBR）等。共七十九页厌氧折流板反应器（ABR） ABR是Bachman和McCarty在20世纪80年代中期开发研究(ynji)的新型、

24、高效污水厌氧生物处理工艺。该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。共七十九页厌氧折流板反应器（ABR） 该反应器内污泥和废水的运行模式是：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，使废水中的底物得以降解(jin ji)。各个反应室中的厌氧微生物菌群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菌群可以分别生长在最适宜的环境条件下，充分发挥各自的活性以提高系统的处理效果和运行的稳定性。 共七十九页厌氧折流板反应器（ABR） 特点工艺构造简单，不需三相

25、分离器；在没有回流和搅拌(jiobn)的条件下，混合效果良好，死区百分率低；ABR反应器，水力流态局部为完全混合式(CSTR)，整体为推流(PF)流动的一种复杂水力流态反应器。 共七十九页ABR示意(shy)共七十九页上流式分段(fn dun)污泥床反应器（USSB） USSB反应器是由荷兰学者J. B. Van Lier设计出来的，在1994年才在相关的文献上看到其处理(chl)废水的报道。它是在UASB反应器内竖向增加了多层斜板代替UASB装置中的三相分离器。斜板把整个反应器分割成多个反应区间，每个区间的产气分别经水封后逸出，整个反应器相当于一连串的UASB反应器的组合。共七十九页上流式分

26、段(fn dun)污泥床反应器（USSB） 特点整个反应器相当于一连串UASB反应器的组合；具有抗冲击负荷能力强等优点(yudin)；有效地提高固体与液体的分离效果，提升液体上流速度，使污泥沉降条件改善；可以减少中间产物的浓度，出水的VFA浓度也能保持较低水平； 产乙酸菌生长较快，若不定期排泥，则会影响产甲烷菌的活性。 共七十九页USSB反应器示意图共七十九页上流(shngli)污泥床-过滤器(UBF)UBF反应器是由1984年加拿大的Guiot在AF和UASB的基础上开发出来的。特点水流(shuli)与产气上升方向一致，堵塞机会小，有利于进水同微生物充分接触，也有利于形成颗粒污泥反应器上部的

27、填料层既增加了生物总量，又可防止生物量的突然洗出，还可加速污泥与气泡的分离，降低污泥流失；反应器积累微生物能力大为增强，有机负荷更高；启动速度快，处理率高，运行稳定；高径比较高，一般为6。填料价格昂贵。 共七十九页UBF反应器示意(shy) 共七十九页厌氧迁移(qiny)式污泥床反应器（AMBR） 美国爱荷华州大学Dague和Angenent教授于1995年在研究UASB和ASBR两种反应器的基础上开发了一种新型厌氧工艺厌氧迁移式污泥床反应器。AMBR的结构形式多样，AMBR的结构类似与ABR。AMBR工艺也类似ABR工艺，在每个隔室里增加了机械搅拌，通过周期性改变(gibin)进出水的方向来

28、保持大量的污泥，使每个上流式污泥床保持一致。 共七十九页AMBR示意(shy) 共七十九页厌氧膜生物(shngw)系统(AMBS) 厌氧膜生物系统的研究大都是把膜技术作为生物系统出水过滤的末端处理单元。通过在厌氧反应器末端添加过滤膜，可以有效地防止(fngzh)厌氧污泥的流失，同时对改善出水水质和确保反应器内污泥浓度有积极的作用。共七十九页AMBS反应器示意(shy)共七十九页5. 厌氧反应器的未来发展(fzhn)方向 追求高效率的处理能力扩大适用范围提高出水水质 缩短启动时间(shjin)耐冲击负荷共七十九页谢 谢 ！共七十九页主要参考(cnko)书籍及文献贺延龄主编，废水厌氧生物处理技术(

29、jsh)， 北京化工出版社，2004Wang Jianlong, Huang Yongheng, Zhao Xuan. Performance and characteristics of an anaerobic baffled reactor. Bioresource Technology, 2004,93(2): 205-208Lettinga G., Field J., van Lier J., Zeeman G., Huishoff Pol L.W. Advanced anaerobic wastewater treatment in the near future. Water S

30、cience and Technology, 1997,35(10): 5-12Angenent Largus T, Sung Shihwu. Development of anaerobic migrating blanket reactor (AMBR), a novel anaerobic treatment system. Water Research, 2001,35(7): 1739-1747 共七十九页主要(zhyo)参考书籍及文献van Lier J, Rebac S, Lettinga G. High-rate anaerobic wastewater treatment u

31、nder psychrophilic and thermophilic conditions. Water Science and Technology, 1997,35(10): 199-206 Chan Yi Jing, Chong Mei Fong, Law Chung Lim, Hassell D.G. A review on anaerobicaerobic treatment of industrial and municipal wastewater. Chemical Engineering Journal, 2009,155(12): 1-18 zlem Seluk Kuu, Delia Teresa Sponza. Application of BoxWilson experimental design method for 2,4-dinitrotoluene treatment in a sequential anaerobic migrating blanket reactor (AMBR)/aerobic completel