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国家统一环境污染治理设施运营培训班第六章厌氧生物处理(课堂教学6课时)P255~P284武汉国隆鑫环保科技有限公司香港百信集团武汉正源水务工程公司孙建国主讲注册证书编号2006-JS-WFS-038概述第一节厌氧生物处理工艺的发展概况及特征一、厌氧生物处理工艺的发展简史实际上,厌氧生物过程广泛地存在于自然界中,但人类第一次有意识地利用厌氧生物过程来处理废弃物,则是在1881年由法国所发明的“自动净化器”开始的,随后人类开始较大规模地应用厌氧消化过程来处理城市污水(如化粪池、双层沉淀池等)和剩余污泥(如各种厌氧消化池等)。这些厌氧反应器现在通称为“第一代厌氧生物反应器”,
概述它们的共同特点是:①水力停留时间(HRT)很长,有时在污泥处理时,污泥消化池的HRT会长达90天,即使是目前在很多现代化城市污水处理厂内所采用的污泥消化池的HRT也还长达20~30天;②虽然HRT相当长,但处理效率仍十分低,处理效果还很不好;③具有浓臭的气味,因为在厌氧消化过程中原污泥中含有的有机氮或硫酸盐等会在厌氧条件下分别转化为氨氮或硫化氢,而它们都具有十分特别的臭味。以上这些特点使得人们对于进一步开发和利用厌氧生物过程的兴趣大大降低,而且此时利用活性污泥法或生物膜法处理城市污水已经十分成功。概述但是,当进入上世纪50、60年代,特别是70年代的中后期,随着世界范围的能源危机的加剧,人们对利用厌氧消化过程处理有机废水的研究得以强化,相继出现了一批被称为现代高速厌氧消化反应器的处理工艺,从此厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理,真正成为一种可以与好氧生物处理工艺相提并论的废水生物处理工艺。这些被称为现代高速厌氧消化反应器的厌氧生物处理工艺又被统一称为“第二代厌氧生物反应器”
概述它们的主要特点有:①HRT大大缩短,有机负荷大大提高,处理效率大大提高;②主要包括:厌氧接触法、厌氧滤池(AF)、上流式厌氧污泥床(UASB)反应器、厌氧流化床(AFB)、AAFEB、厌氧生物转盘(ARBC)和挡板式厌氧反应器等;③HRT(停留时间)与SRT(污泥龄)分离,SRT相对很长,HRT则可以较短,反应器内生物量很高。以上这些特点彻底改变了原来人们对厌氧生物过程的认识,因此其实际应用也越来越广泛。概述进入20世纪90年代以后,随着以颗粒污泥为主要特点的UASB反应器的广泛应用,在其基础上又发展起来了同样以颗粒污泥为根本的颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器和厌氧内循环(IC)反应器。其中EGSB反应器利用外加的出水循环可以使反应器内部形成很高的上升流速,提高反应器内的基质与微生物之间的接触和反应,可以在较低温度下处理较低浓度的有机废水,如城市废水等;而IC反应器则主要应用于处理高浓度有机废水,依靠厌氧生物过程本身所产生的大量沼气形成内部混合液的充分循环与混合,可以达到更高的有机负荷。这些反应器又被统一称为“第三代厌氧生物反应器”。
厌氧微生物的净化机理在无分子氧的条件下,通过厌氧微生物(含缺氧微生物)的作用,将废水中的各种复杂有机物转换成甲烷和二氧化碳等物质的过程,叫厌氧消化水解酸化、产氢产乙酸、产甲烷水解酸化:复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物,然后渗入细胞体内,分解产生挥发性有机酸、醇类。此阶段主要产较高级脂肪酸由于简单碳水化合物分解产酸作用要比含氢有机物的分解产氨作用迅速故蛋白质的分解在碳水化合物分解后完成含氨的有机物分解产生的氨,提供合成细胞物质的氨源外在水中部份电离,形成硝酸铵,它具有缓冲消化液PH作用,有时也把继碳水化合物分解后的蛋白质分解产氨过程称为酸性减退期
厌氧微生物的净化机理产氢产乙酸:在产氢产乙酸的作用下,水解酸化产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和氢。在降解奇数碳数有机酸时除了产氢和乙酸外还产生二氧化碳产甲烷:
产甲烷细菌将乙酸,乙酸盐,二氧化碳和氢转化为甲烷。一组把氢和二氧化碳转化为甲烷,(约占1/3)一组从乙酸或乙酸盐脱羧产甲烷(约占2/3)厌氧生物处理的主要特征1、主要优点与废水的好氧生物处理工艺相比,废水的厌氧生物处理工艺具有以下主要优点:①能耗大大降低,而且还可以回收生物能(沼气);因为厌氧生物处理工艺无需为微生物提供氧气,所以不需要鼓风曝气,减少了能耗,而且厌氧生物处理工艺在大量降低废水中的有机物的同时,还会产生大量的沼气,其中主要的有效成分是甲烷,是一种可以燃烧的气体,具有很高的利用价值,可以直接用于锅炉燃烧或发电;厌氧微生物的净化机理厌氧生物处理的主要特征②污泥产量很低;这是由于在厌氧生物处理过程中废水中的大部分有机污染物都被用来产生沼气——甲烷和二氧化碳了,用于细胞合成的有机物相对来说要少得多;同时,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0.15~0.34kgVSS/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0.25~0.6kgVSS/kgCOD。厌氧生物处理的主要特征③厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解的一些有机物进行降解或部分降解;因此,对于某些含有难降解有机物的废水,利用厌氧工艺进行处理可以获得更好的处理效果,或者可以利用厌氧工艺作为预处理工艺,可以提高废水的可生化性,提高后续好氧处理工艺的处理效果。厌氧生物处理的主要特征2、主要缺点与废水的好氧生物处理工艺相比,废水厌氧生物处理工艺也存在着以下的明显缺点:①厌氧生物处理过程中所涉及到的生化反应过程较为复杂,因为厌氧消化过程是由多种不同性质、不同功能的厌氧微生物协同工作的一个连续的生化过程,不同种属间细菌的相互配合或平衡较难控制,因此在运行厌氧反应器的过程中需要很高的技术要求;厌氧生物处理的主要特征②厌氧微生物特别是其中的产甲烷细菌对温度、pH等环境因素非常敏感,也使得厌氧反应器的运行和应用受到很多限制和困难;③虽然厌氧生物处理工艺在处理高浓度的工业废水时常常可以达到很高的处理效率,但其出水水质仍通常较差,一般需要利用好氧工艺进行进一步的处理;厌氧生物处理的主要特征
④厌氧生物处理的气味较大;⑤对氨氮的去除效果不好,一般认为在厌氧条件下氨氮不会降低,而且还可能由于原废水中含有的有机氮在厌氧条件下的转化导致氨氮浓度的上升。厌氧生物处理技术控制手段我国高浓度有机工业废水排放量巨大,这些废水浓度高、多含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物;我国当前的水体污染物还主要是有机污染物以及营养元素N、P的污染;目前的形势是:能源昂贵、土地价格剧增、剩余污泥的处理费用也越来越高;厌氧工艺的突出优点是:①能将有机污染物转变成沼气并加以利用;②运行能耗低;③有机负荷高,占地面积少;④污泥产量少,剩余污泥处理费用低;等等;厌氧工艺的综合效益表现在环境、能源、生态三个方面。厌氧消化过程中沼气产量的估算糖类、脂类和蛋白质等有机物经过厌氧消化能转化为甲烷和CO2等气体,这样的混合气体统称为沼气,产生沼气的数量和成分取决于被消化的有机物的化学组成,一般可以进行估算:理论上认为,1gCOD在厌氧条件下完全降解可以生成0.25gCH4,相当于标准状态下的甲烷气体体积为0.35L;沼气中CO2和CH4的百分含量不仅与有机物的化学组成有关,还与其各自的溶解度有关;由于一部分沼气(主要是其中的CO2)会溶解在出水中而被带走,同时,一小部分有机物还会被用于微生物细胞的合成,所以实际的产气量要比理论产气量小。早期的厌氧生物反应器
这是厌氧消化应用于废水处理的初级阶段,是从1881年法国设计的自动净化器开始到本世纪的20年代;主要代表有:①1881年法国的自动净化器:②1891年英国装有填料的升流式反应器:③1895年,英国设计的化粪池④1905年,德国(又称隐化池、双层沉淀池);等等。早期的厌氧生物反应器
这些早期的厌氧生物反应器的共同特点是:①处理废水的同时,也处理从废水中沉淀下来的污泥;②前几种构筑物由于废水与污泥不分隔而影响出水水质;③双层沉淀池则有了很大改进,有上层沉淀池和下层消化池;④停留时间很长,出水水质也较差;⑤后两种反应器曾在英、美、德、法等国得到广泛推广,在我国目前仍有应用。
厌氧消化池随着活性污泥法、生物滤池等好氧生物处理工艺的开发和推广应用,厌氧生物处理被认为是效率低、HRT长、受温度等环境条件的影响大,因此处于一种被遗弃的状态;但好氧生物处理工艺的广泛应用,产生的剩余污泥也越来越多,其稳定化处理的主要手段是厌氧消化,这是第二阶段的主要特征;1927年,首次在消化池中加上了加热装置,使产气速率显著提高;随后,又增加了机械搅拌器,反应速率进一步提高;50年代初又开发了利用沼气循环的搅拌装置;带加热和搅拌装置的消化池被称为高速消化池,至今仍是城市污水处理厂中污泥处理的主要技术。
厌氧消化池消化池的类型与构造厌氧消化池主要应用于处理城市污水厂的污泥,也可应用于处理固体含量很高的有机废水;它的主要作用是:①将污泥中的一部分有机物转化为沼气;②将污泥中的一部分有机物转化成为稳定性良好的腐殖质;③提高污泥的脱水性能;④使得污泥的体积减少1/2以上;⑤使污泥中的致病微生物得到一定程度的灭活,有利于污泥的进一步处理和利用。
厌氧消化池消化池的分类:消化池可以按其形状分为:圆柱形、椭圆形(卵形)和龟甲形等几种形式;也可以按其池顶结构形式的不同将其分为:固定盖式和浮动盖式的消化池还可以按其运行方式的不同分为:传统消化池和高速消化池。
厌氧消化池
传统消化池:传统消化池又称为低速消化池,在池内没有设置加热和搅拌装置,所以有分层现象,一般分为浮渣层、上清液层、活性层、熟污泥层等,其中只有在活性层中才有有效的厌氧反应过程在进行,因此在传统消化池中只有部分容积有效;传统消化池的最大特点就是消化反应速率很低,HRT很长,一般为30~90天。
厌氧消化池
高速消化池
与传统消化池不同的是,在高速消化池中设有加热或搅拌装置,因此缩短了有机物稳定所需的时间,也提高了沼气产量,在中温(30~35C)条件下,其HRT可以为15天左右,运行效果稳定;但搅拌使高速消化池内的污泥得不到浓缩,上清液与熟污泥不易分离。
厌氧消化池
两级串联消化池两级串联,第一级采用高速消化池,第二级则采用不设搅拌和加热的传统消化池,主要起沉淀浓缩和贮存熟污泥的作用,并分离和排出上清液;二者的HRT的比值可采用1:1~1:4,一般为1:2。
厌氧消化池消化池的构造消化池一般由池顶、池底和池体三部分组成消化池的池顶有两种形式,即固定盖和浮动盖,池顶一般还兼做集气罩,可以收集消化过程中所产生的沼气;消化池的池底一般为倒圆锥形,有利于排放熟污泥。
厌氧消化池消化池内的搅拌:在高速消化池内均设有搅拌装置,可以分为机械搅拌和沼气搅拌两种形式。其中的机械搅拌又分为:①泵搅拌:从池底抽出消化污泥,用泵加压后送至浮渣层表面或其它部位,进行循环搅拌,一般与进料和池外加热合并一起进行;②螺旋浆搅拌:在一个竖向导流管中安装螺旋桨;③水射器搅拌:利用污泥泵从消化池中抽取污泥后通过水射器喷射进入消化池,可以起到循环搅拌的作用。4.沼气搅拌又可以分为:①气提式搅拌;②竖管式搅拌;③气体扩散式搅拌。
厌氧消化池消化池内的加热:在高速消化池内一般需要将反应温度控制在中温范围内,即约为35C左右,因此必须考虑对进入消化池的污泥或直接在消化池内部进行加热。消化池内的加热方式主要有:①池内蒸汽直接加热,其优点是设备简单,但容易造成局部污泥过热,会影响厌氧微生物的正常活动,而且蒸气直接通入池内会增加污泥的含水率;②池外加热:将进入消化池的污泥预热后再投配到消化池中,所需预热的污泥量较少,易于控制;预热温度较高,有利于杀灭虫卵;不会对厌氧微生物不利;但设备较复杂。
厌氧消化池消化池的结构尺寸在确定了所需的消化池的有效容积后,就可计算消化池各部的结构尺寸,其一般要求如下:①圆柱形池体的直径一般为6~35m;②柱体高径之比为1:2;③池总高与直径之比为0.8~1.0;④池底坡度一般为0.08;⑤池顶部的集气罩,高度和直径相同,一般为2.0m;⑥池顶至少设两个直径为0.7m的人孔。
厌氧消化池消化池的工艺管道在消化池中还需要设置多种工艺管道,其中主要包括:①污泥管:进泥管、出泥管、循环搅拌管;②上清液排放管;③溢流管;④沼气管;⑤取样管;等。
厌氧消化池沼气的收集与利用污泥和高浓度有机废水进行厌氧消化时均会产生大量沼气;沼气的热值很高(一般为21000~25000kJ/m3,即5000~6000kCal/m3),是一种可利用的生物能源。
厌氧消化池污泥消化过程中沼气产量的估算:沼气成分:一般认为CH4(甲烷)50~70%CO2(二氧化碳)20~30%,
H2(氢)2~5%,
N(氮)2~10%,微量H2S(硫化氢)等;
沼气产率是指每处理单位体积的生污泥所产生的沼气量,即m3沼气/m3生污泥;产气率与污泥的性质、污泥投配率、污泥含水率、发酵温度等有关;当污泥来自城市污水处理厂,生污泥含水率为96%时:中温消化,投配率为6~8%,产气率可达10~12m3沼气/m3生污泥;高温消化,投配率为6~8%,产气率可达22~26m3沼气/m3生污泥;投配率为13~15%,产气率可达13~15m3沼气/m3生污泥
厌氧消化池沼气的收集:在沼气管道沿程上应设置凝结水罐;注意安全;设置阻火器;为防止在冬季结冰引起堵塞,有时在沼气管上还应采取保温措施。沼气的贮存与利用:一般需要采用沼气柜来调节产气量与用气量之间的平衡;调节容积一般为日平均产气量的25~40%,即6~10h的产气量;注意防腐、防火。
厌氧消化池厌氧消化技术发展上的第三个时期;1955年,提出了厌氧接触法,主要是在参考好氧活性污泥法的基础上,在高速消化池之后增设二沉池和污泥回流系统,并将其应用于有机废水的处理;处理能力提高,应用于食品包装废水的处理;标志着厌氧技术应用于有机废水处理的开端。
厌氧生物滤池随后又相继出现了厌氧生物滤池、上流式厌氧污泥床反应器UASB、厌氧附着膜膨胀床反应器AAFEB、厌氧流化床AFB等高效厌氧反应器,在这些厌氧反应器中,主要具有如下特点:微生物不呈悬浮生长状态,而是呈附着生长;有机容积负荷大大提高,水力停留时间显著缩短;首先应用于高浓度有机工业废水的处理,如食品工业废水、酒精工业废水、发酵工业废水、造纸废水、制药工业废水、屠宰废水等;也有应用于城市废水的处理;如果与好氧生物处理工艺进行串联或组合,还可以同时实现脱氮和除磷;并对含有难降解有机物的工业废水具有较好的处理效果。厌氧接触法与普通厌氧消化池相比,厌氧接触法的特点有:①污泥浓度高,一般为5~10gVSS/l,抗冲击负荷能力强;②有机容积负荷高,中温时,COD负荷1~6kgCOD/m3.d,去除率为70~80%;
BOD负荷0.5~2.5kgBOD/m3.d,去除率80~90%;③出水水质较好;④增加了沉淀池、污泥回流系统、真空脱气设备,流程较复杂;⑤适合于处理悬浮物和有机物浓度均很高的废水。厌氧接触法在厌氧接触法工艺中,最大的问题是污泥的沉淀,因为厌氧污泥上一般总是附着有小的气泡,且由于污泥在二沉池中还具有活性,还会继续产生沼气,有可能导致已下沉的污泥上浮。因此,必须采用有效的改进措施,主要有以下两种,①真空脱气设备(真空度为500mmH2O);②增加热交换器,使污泥骤冷,暂时抑制厌氧污泥的活性。
厌氧生物滤池工艺特征与主要型式
60年代末,美国首先开发出厌氧生物滤池;1972年以后,一批生产规模的厌氧生物滤池投入运行,它们所处理的废水的COD浓度范围较宽,约在300~85000mg/L之间,处理效果良好,运行管理方便;与好氧生物滤池相似,厌氧生物滤池是装填有滤料的厌氧生物反应器,在滤料的表面形成了以生物膜形态生长的微生物群体,在滤料的空隙中则截留了大量悬浮生长的厌氧微生物,废水通过滤料层向上流动或向下流动时,废水中的有机物被截留、吸附及分解转化为甲烷和二氧化碳等。厌氧生物滤池根据废水在厌氧生物滤池中的流向的不同,可分为:升流式厌氧生物滤池、降流式厌氧生物滤池升流式混合型厌氧生物滤池等三种形式
厌氧生物滤池从工艺运行的角度,厌氧生物滤池具有以下特点:①厌氧生物滤池中的厌氧生物膜的厚度约为1~4mm;②与好氧生物滤池一样,其生物固体浓度沿滤料层高度而有变化;③降流式较升流式厌氧生物滤池中的生物固体浓度的分布更均匀;④厌氧生物滤池适合于处理多种类型、浓度的有机废水,其有机负荷为0.2~16kgCOD/m3.d;⑤当进水COD浓度过高(>8000或12000mg/l)时,应采用出水回流的措施:减少碱度的要求;降低进水COD浓度;增大进水流量,改善进水分布条件。厌氧生物滤池与传统的厌氧生物处理工艺相比,厌氧滤池的突出优点是:①生物固体浓度高,有机负荷高;②SRT长,可缩短HRT,耐冲击负荷能力强;③启动时间较短,停止运行后的再启动也较容易;④无需回流污泥,运行管理方便;⑤运行稳定性较好。而主要缺点是易堵塞,会给运行造成困难。厌氧生物滤池厌氧生物滤池的组成厌氧生物滤池主要由以下几个重要部分组成的,即:滤料、布水系统、沼气收集系统。分述如下:1)滤料:滤料是厌氧生物滤池的主体,其主要作用是提供微生物附着生长的表面及悬浮生长的空间,因此,应具备下列条件:①比表面积大,以利于增加厌氧生物滤池中的生物量;②孔隙率高,以截留并保持大量悬浮微生物,同时也可防止堵塞;③表面粗糙度较大,以利于厌氧细菌附着生长;④其它方面,如:机械强度高;化学和生物学稳定性好;质量轻;价格低廉;等。厌氧生物滤池很多研究者对多种不同的滤料进行过研究,但所得出的结论也不尽相同,如有人认为滤料的孔隙率更重要,即他们认为厌氧生物滤池中是悬浮细菌所起的作用更大;也有人认为滤料最重要的特性是:粗糙度、孔隙率以及孔隙大小。厌氧生物滤池在厌氧滤池中经常使用的滤料由多种,可以简单分为如下几种:①实心块状滤料:30~45mm的碎块;比表面积和孔隙率都较小,分别为40~50m2/m3和50~60%;这样的厌氧生物滤池中的生物浓度较低,有机负荷也低,仅为3~6kgCOD/m3.d易发生局部堵塞,产生短流。②空心块状滤料:多用塑料制成,呈圆柱形或球形,内部有不同形状和大小的孔隙;比表面积和孔隙率都较大。③管流型滤料:包括塑料波纹板和蜂窝填料等;比表面积为100~200m2/m3,孔隙率可达80~90%;有机负荷可达5~15kgCOD/m3.d。④交叉流型滤料:⑤纤维滤料:包括软性尼龙纤维滤料、半软性聚乙烯、聚丙烯滤料、弹性聚苯乙烯填料;比表面积和孔隙率都较大;偶有纤维结团现象;价格较低,应用普遍。厌氧生物滤布水系统:在厌氧生物滤池中布水系统的作用是将进水均匀分配于全池,因此在设计计算时,应特别注意孔口的大小和流速。与好氧生物滤池不同的是,因为需要收集所产生的沼气,厌氧生物滤池多是封闭式的,即其内部的水位应高于滤料层,将滤料层完全淹没。其中升流式厌氧生物滤池的布水系统应设置在滤池底部,这种形式在实际应用中较为广泛,一般滤池的直径为6~26m,高为3~13m;而降流式厌氧生物滤池的水流方向正好与之相反;升流式混合型厌氧生物滤池的特点是减小了滤料层的厚度,留出了一定空间,以便悬浮状态的颗粒污泥在其中生长和累积。厌氧生物滤池3)沼气收集系统:厌氧生物滤池的沼气收集系统基本与厌氧消化池的类似。升流式厌氧污泥层(床)(UASB)UASB反应器中文为上(升)流式厌氧污泥床(层)反应器,是由荷兰农业大学的教授于上世纪70年代初开发出来的。
1、UASB反应器的基本原理与特征
UASB反应器的工作原理可用下图表示:升流式厌氧污泥层(床)(UASB)UASB反应器具有如下的主要工艺特征:①在反应器的上部设置了气、固、液三相分离器;②在反应器底部设置了均匀布水系统;③反应器内的污泥能形成颗粒污泥,所谓的颗粒污泥的特点是:直径为0.1~0.5cm,湿比重为1.04~1.08;具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。升流式厌氧污泥层(床)(UASB)上述工艺特征使得UASB反应器与前面已经述及的两种厌氧工艺——厌氧接触法以及厌氧生物滤池相比,具有如下的主要特点:①污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度50gVSS/l以上,污泥龄一般为30天以上;②反应器的水力停留时间相应较短;③反应器具有很高的容积负荷;④不仅适合于处理高、中浓度的有机工业废水,也适合于处理低浓度的城市污水;⑤UASB反应器集生物反应和沉淀分离于一体,结构紧凑;⑥无需设置填料,节省了费用,提高了容积利用率;⑦一般也无需设置搅拌设备,上升水流和沼气产生的上升气流起到搅拌的作用;⑧构造简单,操作运行方便。升流式厌氧污泥层(床)(UASB)
UASB反应器的主要组成部分包括:进水配水系统、反应区、三相分离器、出水系统、气室、浮渣收集系统、排泥系统等,下面将分别叙述:1)进水配水系统:其功能主要有两个方面:①将废水均匀地分配到整个反应器的底部;②水力搅拌;一个有效的进水配水系统是保证UASB反应器高效运行的关键之一。2)反应区:反应区是UASB反应器中生化反应发生的主要场所,又分为污泥床区和污泥悬浮区,其中的污泥床区主要集中了大部分高活性的颗粒污泥,是有机物的主要降解场所;而污泥悬浮区则是絮状污泥集中的区域。升流式厌氧污泥层(床)(UASB)3)三相分离器:三相分离器由沉淀区、回流缝和气封等组成;其主要功能有:①将气体(沼气)、固体(污泥)、和液体(出水)分开;②保证出水水质;③保证反应器内污泥量;④有利于污泥颗粒化。4)出水系统:出水系统的主要作用是将经过沉淀区后的出水均匀收集,并排出反应器。5)气室:气室也称集气罩,其主要作用是收集沼气。6)浮渣收集系统:浮渣收集系统的主要功能是清除沉淀区液面和气室液面的浮渣。7)排泥系统:排泥系统的主要功能是均匀地排除反应器内的剩余污泥。升流式厌氧污泥层(床)(UASB)UASB反应器的型式一般来说,UASB反应器主要有两种型式,即开敞式UASB反应器和封闭式UASB反应器,分述如下。1)开敞式UASB反应器开敞式UASB反应器的顶部不加密封,或仅加一层不太密封的盖板;多用于处理中低浓度的有机废水;其构造较简单,易于施工安装和维修。升流式厌氧污泥层(床)(UASB)2)封闭式UASB反应器封闭式UASB反应器的顶部加盖密封,这样在UASB反应器内的液面与池顶之间形成气室;主要适用于高浓度有机废水的处理;这种形式实际上与传统的厌氧消化池有一定的类似,其池顶也可以做成浮动盖式。在实际工程中,UASB的断面形状一般可以做成圆形或矩形,一般来说矩形断面便于三相分离器的设计和施工;UASB反应器的主体常为钢结构或钢筋混凝土结构;UASB反应器一般不在反应器内部直接加热,而是将进入反应器的废水预先加热,而UASB反应器本身多采用保温措施。反应器内壁必须采取防腐措施,因为在厌氧反应过程中肯定会有较多的硫化氢或其它具有强腐蚀性的物质产生。升流式厌氧污泥层(床)(UASB)UASB反应器中的颗粒污泥1)颗粒污泥的性质与形成能在反应器内形成沉降性能良好、活性高的颗粒污泥是UASB反应器的重要特征,颗粒污泥的形成与成熟,也是保证UASB反应器高效稳定运行的前提,因此有许多研究者都对UASB反应器中的颗粒污泥进行多方面的研究,下面将分别进行简单叙述。升流式厌氧污泥层(床)(UASB)①颗粒污泥的外观:颗粒污泥的外观实际上是多种多样,有呈卵形、球形、丝形等;其平均直径为1mm,一般为0.1~2mm,最大可达3~5mm;反应区底部的颗粒污泥多以无机粒子作为核心,外包生物膜;颗粒的核心多为黑色,生物膜的表层则呈灰白色、淡黄色或暗绿色等;反应区上部的颗粒污泥的挥发性相对较高;颗粒污泥质软,有一定的韧性和粘性。升流式厌氧污泥层(床)(UASB)②颗粒污泥的组成在颗粒污泥中主要包括:各类微生物、无机矿物以及有机的胞外多聚物等,其VSS/SS一般为70~90%颗粒污泥的主体是各类为微生物,包括水解发酵菌、产氢产乙酸菌、和产甲烷菌,有时还会有硫酸盐还原菌等,细菌总数为1~4×1012个/gVSS;常见的优势产甲烷菌有:索氏甲烷丝菌、马氏和巴氏甲烷八叠球菌等;一般颗粒污泥中C、H、N的比例为C约为40~50%、H约为7%、N约为10%;灰分含量因接种污泥的来源、处理水质等的不同而有较大差距,一般灰分含量可达8.8~55%;灰分含量与颗粒的密度有很好的相关性,但与颗粒的强度的相关性不是很好;灰分中的FeS、Ca2+等对于颗粒污泥的稳定性有着重要的作用,一般认为在颗粒污泥中铁的含量比例特别高。升流式厌氧污泥层(床)(UASB)胞外多聚物是另一重要组成,在颗粒污泥的表面和内部,一般可见透明发亮的粘液状物质,主要是聚多糖、蛋白质和糖醛酸等;含量差异很大,以胞外聚多糖为例,少的占颗粒干重的1~2%,多的占20~30%;有人认为胞外多聚物对于颗粒污泥的形成有重要作用,但现在仍有较大争议;但至少可以认为其存在有利于保持颗粒污泥的稳定性。升流式厌氧污泥层(床)(UASB)2)颗粒污泥的类型有人将颗粒污泥分为以下三种类型,即:A型、B型、C型,分述如下:①A型颗粒污泥:这种颗粒污泥中的产甲烷细菌以巴氏甲烷八叠球菌为主体,外层常有丝状产甲烷杆菌缠绕;比较密实,粒径很小,约为0.1~0.1mm。②B型颗粒污泥:B型颗粒污泥则以丝状产甲烷杆菌为主体,也称杆菌颗粒;表面规则,外层绕着各种形态的产甲烷杆菌的丝状体;在各种UASB反应器中的出现频率极高;密度为1.033~1.054g/cm3,粒径约为1~3mm。升流式厌氧污泥层(床)(UASB)③C型颗粒污泥:C型颗粒污泥由疏松的纤丝状细菌绕粘连在惰性微粒上所形成的球状团粒,也称丝菌颗粒;C型颗粒污泥大而重,粒径一般为1~5mm,比重为1.01~1.05,沉降速度一般为5~10mm/s。研究表明,不同类型颗粒污泥的形成与废水中化学物质(营养基质和无机物)以及反应器的工艺条件(水力表面负荷和产气强度)等的不同有关;当反应器中乙酸浓度高时,易形成A型颗粒污泥;当反应器中的乙酸浓度降低后,A型颗粒污泥将逐步转变为B型颗粒污泥;当存在适量的悬浮固体时,易形成C型颗粒污泥。升流式厌氧污泥层(床)(UASB)3)颗粒污泥的生物活性通过多种研究手段对多种颗粒污泥的研究都表明,颗粒污泥中的细菌是成层分布的,即外层中占优势的细菌是水解发酵菌,而
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