13种厌氧反应器原理与结构

13种厌氧反应器原理与结构厌氧微生物处理是目前高浓度有机废水处理工艺中不可或缺的处理工段，它较好氧微生物处理不仅能耗低，同时还可以产生沼气作为能源二次利用。厌氧反应容积负荷高较好氧反应高出很多，对于处理同等量的COD厌氧反应投资更低。目前常用的厌氧处理工艺有：UASB、EGSB、CSTR、IC、ABR、UBF等。其他厌氧处理工艺有：AF、AFBR、USSB、AAFEB、USR、FPR、两相厌氧反应器等。升流式厌氧污泥床反应器(Up-flowAnaerobicSludgeBed/Blanket，简称UASB)，是一种处理污水的厌氧生物方法，又叫升流式厌氧污泥床。UASB由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区,污水中的污泥发生絮凝,颗粒逐渐增大,并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内,使反应区内积累大量的污泥,与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出,然后排出污泥床。♦三出分播器排泥MAAMAAAMAARA八♦三出分播器排泥MAAMAAAMAARA八1八，:UASB结构形式见图1：一污泥床»出水膨胀颗粒污泥床(ExpandedGranularSludgeBlanketReactor,简称EGSB),是第三代厌氧反应器。其构造与UASB反应器有相似之处，可以分为进水配水系统、反应区、三相分离区和出水渠系统。与UASB反应器不同之处是，EGSB反应器设有专门的出水回流系统。EGSB反应器一般为圆柱状塔形，特点是具有很大的高径比，一般可达3〜5,生产装置反应器的高度可达15〜20米。颗粒污泥的膨胀床改善了废水中有机物与微生物之间的接触,强化了传质效果,提高了反应器的生化反应速度,从而大

大提高了反应器的处理效能。由底部的污泥区和中上部的气、液、固三相分离区组合为一体的，通过回流和结构设计使废水在反应区内具有较高的上升流速，反应器内部颗粒污泥处于膨胀状态下厌氧反应器。结构形式见图2：—三相分离器■+一」进水\混合 4加热池—三相分离器■+一」进水\混合 4加热池气液分离器（可选择）1污泥床，二一三相分离器（可选择）全混合厌氧反应器（continuousstirredtankreactor,简称CSTR）或称连续搅拌反应器系统，是一种使发酵原料和微生物处于完全混合状态的厌氧处理技术。在一个密闭罐体内完成料液的发酵、沼气产生的过程。消化器内安装有搅拌装置，使发酵原料和微生物处于完全混合状态。投料方式采用恒温连续投料或半连续投料运行。新进入的原料由于搅拌作用很快与发酵器内的全部发酵液菌种混合，使发酵底物浓度始终保持相对较低状态，以降解废水中有机污染物，并去除悬浮物的厌氧废水生物处理器。结构形式见图3：发酵期排放"P7].©II排录J-\/放空.原水进水 回流污♦图LCSTR简称IC塔，由相似2层UASB反应器串联而成，每层厌氧反应器的顶部各设一个气、固、液三相分离器。其由上下两个反应室组成。废水在反应器中自下而上流动，污染物被细菌吸附并降解，净化过的水从反应器上部流出。

IC塔由下面第一个UASB反应器产生的沼气作为提升的内动力，是升流管与回流管的混合液产生一个密度差，实现了下部混合液的内循环，使废水获得强化预处理。上面的第二个UASB对废水进行后处理（或称精处理），使出水达到预期处理要求。由底部的污泥区和中上部的气、液、固三相分离区组合为一体的，通过回流和结构设计使废水在反应区内具有较高的上升流速，反应器内部颗粒污泥处于膨胀状态下厌氧反应器。⑹深度净化反应室结构形式见图4：Is出水（刃流化床反应室0i布水器图4;⑹深度净化反应室结构形式见图4：Is出水（刃流化床反应室0i布水器图4;IC厌氧反应器值〕一级三相分离器.①进水厌氧折流板反应器(Anaerobicba用edreactor,ABR)是McCarty和Bachmann等人于1982年，在总结了第二代厌氧反应器工艺性能的基础上，开发和研制的一种新型高效的厌氧生物处理装置。其特点是：反应器内置竖向导流板，将反应器分隔成几个串联的反应室，每个反应室都是一个相对独立的上流式污泥床系统，其中的污泥以颗粒化形式或絮状形式存在。水流由导流板引导上下折流前进，逐个通过反应室内的污泥床层，进水中的底物与微生物充分接触而得以降解去除。当废水通过ABR时，要自下而上流动，在流动过程中与污泥多次接触，大大提高了反应器的容积利用率，可省去三相分离器。结构形式见图5：o取水IA梨气口o取水IA梨气口n进水口囱5;ABR两相厌氧消化工艺使酸化和甲烷化两个阶段分别在两个串联的反应器中进行，使产酸菌和产甲烷菌各自在最佳环境条件下生长，这样不仅有利于充分发挥其各自的活性，而且提高了处理效果，达到了提高容积负荷率，减少反应器容积，增加运行稳定性的目的。传统的应用中，产酸菌和产甲烷菌在单个反应器中，这两类菌群之间的平衡是脆弱的。这是由于两种微生物在生理学、营养需求、生长速度及对周围环境的敏感程度等方面存在较大的差异。在传统设计应用中所遇到的稳定性和控制问题迫使研究人员寻找新的解决途径。从生物化学角度看，产酸相主要包括水解、产酸和产氢产乙酸阶段，产甲烷相主要进行产甲烷阶段。从微生物学角度，产酸相一般仅存在产酸发酵细菌，而产甲烷相不但存在产甲烷细菌，且不同程度存在产酸发酵细菌。一般情况下，产甲烷阶段是整个厌氧消化的控制阶段。为了使厌氧消化过程完整的进行就必须首先满足产甲烷相细菌的生长条件，如维持一定的温度、增加反应时间，特别是对难降解或有毒废水需要长时间的驯化才能适应。两相厌氧消化工艺把酸化和甲烷化两个阶段分离在两个串联反应器中，使产酸菌和产甲烷菌各自在最佳环境条件下生长，这样不仅有利于充分发挥其各自的活性，而且提高了处理效果，达到了提高容积负荷率，减少反应容积，增加运行稳定性的目的。结构形式见图6：上流式污泥床-过滤器（简称UBF）是加拿大人Guiot在厌氧过滤器和上流式厌氧污泥床的基础上开发的新型复合式厌氧流化床反应器。UBF具有很高的生物固体停留时间（SRT）并能有效降解有毒物质，是处理高浓度有机废水的一种有效的、经济的技术。复合式厌氧流化床工艺是借鉴流态化技术处理生物的一种反应器械，它以砂和设备内的软性填料为流化载体。污水作为流水介质，厌氧微生物以生物膜形式结在砂和软性填料表面，在循环泵或污水处理过程中产甲烷气时自行混合，使污水成流动状态。污水以升流式通过床体时，与床中附着有厌氧生物膜的载体不断接触反应，达到厌氧反应分解、吸附污水中有机物的目的。UBF复合型厌氧流化床的优点是效能高、占地少，适用于较高浓度的有机污水处理工程。其主要构造特点是：下部为厌氧污泥床，与UASB反应器下部的污泥床相同，上部为厌氧滤池（AF）相似的填料过滤层，填料层上可附着大量的厌氧微生物，这样子提高了整个反应器的生物量，提高反应器的处理能力和抗冲击能力。结构形式见图7：

防止湾集,iS.bi%41pir* ?■沼幅管1方讲邕濯/Ai-*ervtxc防止湾集,iS.bi%41pir* ?■沼幅管1方讲邕濯/Ai-*ervtxcbi中「工.氏望1出水R«luriieddrE*“必亡wti.*r4utlttFilltrSoftimbran史lrip境料区 filler轼性带状理条埴出wfcttrinil11图7:UBF出水能克福区andlaitrtbtit»4厌氧生物滤池(AnaerobicBiofilter,简称AF)。这种工艺是在传统厌氧活性污泥法基础上发展起来的。反应器由五部分组成，即池底进水布水系统、池底布水系统与滤料层之间的污泥层、生物填料、池面出水补水系统、以及沼气收集系统。在AF中，厌氧污泥的保留在于两种方式完成，一是细菌在固定的填料表面形成生物膜；二是在反应器的空间内形成细菌聚集体。与传统的厌氧生物处理构筑物及其它新型厌氧生物反应器相比，厌氧生物滤池的优点是：生物固体浓度高，因此可获得较高的有机负荷；微生物固体停留时间长，可缩短水力停留时间，耐冲击负荷能力也较高；启动时间短，停止运行后再启动也较容易；产生剩余污泥量极少，不需污泥回流，无需剩余污泥处理设施，投资性高，运行管理方便；在处理水量和负荷有较大变化的情况下，其运行能保持较大的稳定性；经实际应用，在处理低浓度污水时，无需沼气处理系统。在AF中，水从反应器底部进入，经过池底布水系统均匀布置后，废水依次通过悬浮的污泥层和生物滤料层，有机物跟污泥及生物膜上的微生物接触、固定，然后被消解。水再从池面的出水补水系统均匀排出，进入下一级处理器。厌氧生物滤池按水流的方向可分为升流式厌氧滤池和降流式厌氧滤池。废水向上流动通过反应器的为升流式厌氧滤池，反之为降流式厌氧滤池。结构形式见图8：填H图8:AF氏氧生梭।滤池填H图8:AF氏氧生梭।滤池tCHY。,进水填料进水Si开流式，出水上流式分段污泥床反应器（UpflowStagedSludgeBed，简称

USSB)。在反应器中，反应区被分割为几个部分，每个部分的产气分别经水封后逸出，整个反应器相当于一连串的UASB反应器组合体。结构形式见图9：图9；USSB升流式固体厌氧反应器(简称USR),是一种结构简单、适用于高悬浮固体有机物原料的反应器。原料从底部进入消化器内，与消化器里的活性污泥接触，使原料得到快速消化。未消化的有机物固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降滞留于消化器内，上清液从消化器上部溢出，这样可以得到比水力滞留期高得多的固体滞留期(SRT)和微生物滞留期(MRT)，从而提高了固体有机物的分解率和消化器的效率。在当前畜禽养殖行业粪污资源化利用方面，有较多的应用。许多大中型沼气工程，均采用该工艺。USR主要处理高有机固体(有机固体物质＞5%)废液，废液由底部配水系统进入，在其上升过程中，通过高浓度厌氧微生物的固体床，使废液中的有机固体与厌氧微生物充分接触反应，有机固体被液化发酵和厌氧分解，从而达到厌氧消化目的。结构形式见图10：配水系统图10：USR沼气出水渠〜配水系统图10：USR沼气出水渠〜进水一囿体床排泥厌氧附着膜膨胀床反应器(AnaerobicAttachedmicrobialFilmExpandedBed,AAFEB),是厌氧消化工艺。在AAFEB反应器中，大部分微生物以附着于载体上的形式存在，通过利用扩散模式方式进入生结构形式见图11：结构形式见图11：物膜的废水中的营养成份，在厌氧发酵菌和产氢产乙酸菌的联合作用下，产生氢气。AAFEB与EGSB结构基本相似，但反应器内填充有大量的固体颗粒介质(粒径小于0.5-1mm)。AAFEB具有在低HRT条件下能够保持较高生物量及高传质效率且运行稳定。一般的厌氧附着膜膨胀床反应器床内填充颗粒活性炭(GranularActivatedCarbon,GAC)。GAC被普遍认为是反应器中固定化微生物效果较好的载体。在AAFEB反应器中，污泥接种后，由于细菌的运动和废水的涡流，生物膜被附着在载体上，在生物膜外侧开始覆盖有相互缠绕的丝状杆菌，研究表明，生物膜内存在众多的微小菌落，其中有球菌、杆菌、螺旋菌。颗粒间互相接触，载体膨胀率在10%到20%之间，厌氧微生物附着在载体上，形成具有生物膜结构的活性污泥，且污泥龄较长，使得反应器能够高效稳定地运行。AAFEB对于含抑制生物降解有机物的废水具有较高的生物去除效率，泥中微生物菌株的驯化对难生物降解有机物的降解十分有利。载体流态化是AAFEB工艺以重要特点。当反应器内流体流速达到某一程度，水头压力降超过载体的重量，使固体颗粒间的空隙率大到可以使载体彼此分离，通过上升水流的流体浮力和氢气溢出时产生的摩擦力的联合作用下使得载体呈悬浮状态，这就载体流态化。污泥颗粒的流态化能促使生物膜的更新和氢气的释放，使生物膜保持适当的厚度和结构，有利于传质系数的提高，加速生化反应，减少水力停留时间。结构形式见图结构形式见图#：工活出肚气件出口图：LL:厌氧附着膜澎眠床Hi工活出肚气件出口图：LL:厌氧附着膜澎眠床Hi酉郃ORP二来1 ■Kt|■一也评塞流式反应器也称推流式反应器（简称FPR）,是一种长方形的非完全混合式反应器。高浓度悬浮固体发酵原料从一端进入，从另一端排出。不需设置推流器，适用于高SS废水的处理，尤其适用于牛粪的厌氧消化。图12：蹇流式反应器濯温葭图12：蹇流式反应器濯温葭喊逋电机排泣厌氧流化床和膨胀床反应器（简称AFBR）,是一种高效生物膜处理方法，利用特别研制的、具有大比表面积的