13种厌氧生物反应器结构及原理

厌氧微生物处理是目前高浓度有机废水处理工艺中不行或缺的处理工段，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。厌氧反响容积负荷高较好氧反响高出很多，对于处理同等量的COD厌氧反响投资更低。目前常用的厌氧处理工艺有：UASB、EGSB、CSTR、IC、ABRUBFAFAFBRUSSBAAFEB、USR、FPR、两相厌氧反响器等。UASB 名叫上流式厌氧污泥床反响器，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由污泥反响区、气液固三相分别器()和气室三局部组成。在底部反响区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和分散性能的污泥层中污泥进展混合接触，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，渐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较淡薄的污泥和水一起上升进入三相分别器， 气遇到分别器下部的反射板时，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别器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒渐渐增大，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响区内，使反响区内积存大量的污泥，与污泥分别后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。构造形式见图 1。EGSB中文名膨胀颗粒污泥床，是第三代厌氧反响器，于20世纪90年月初由荷兰Wageingen农业大学的Lettinga等人领先开发的。其构造与UASB反响器有相像之处，可以分为进水配水系统、反响区、三相分别区和出水渠系统。与 UASB反响器不同之处是，EGSB反响器设有特地的出水回流系统。EGSB反响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，生产装置反响器的高度可达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，提高了反响器的生化反响速度，从而大大提高了反响器的处理效能。由底部的污泥区和中上部的气、液、固三相分别区组合为一速，反响器内部颗粒污泥处于膨胀状态下厌氧反响器。构造形式2。〔3〕连续搅拌反响器系统，或称全混合厌氧反响器(continuousstirredtankreactor) ，简称CSTR，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。投料方式承受恒温连续投料或半连续投料运行。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。构造形式见图 3。IC塔相像由2UASB反响器串联而成，每层厌氧反响器的顶部各设一个气、固、液三相分别器。其由上下两个反响室组成。废水在反响器中自下而上流淌，污染物被细菌吸附并降解，净化过的水从反响器上部流出。IC塔由下面第一个UASB反响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。上面的其次个 对废水进展后处理〔或称精处理〕，使出水到达预期处理要求。由底部的污泥区和中上部的气、液固三相分别区组合为一体的，通过回流和构造设计使废水在反响区内具有较高的上升流速， 反响器内部颗粒污泥处于膨胀状态下厌氧反响器。构造形式见图4。厌氧折流板反响器(Anaerobicba 用edreactor，ABR)是McCartyBachmann1982理装置。其特点是：反响器内置竖向导流板，将反响器分隔成几系统，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，逐个通过反响室内的污泥床层，进水中的底物与微生物充分接触而得以降解去除。当废水ABR大大提高了反响器的容积利用率，可省去三相分别器。构造形式5。两相厌氧消化系统是2070年月初美国戈什〔Ghosh〕和波兰特〔Pohland〕开发的厌氧生物处理工艺，于1977年在阶段分别在两个串联的反响器中进展，使产酸菌和产甲烷菌各拘束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响器中，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、养分在传统设计应用中所遇到的稳定性和掌握问题迫使争论人员寻找的解决途径。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，产甲烷相主要进展产甲烷阶段。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。一般状况下，产甲烷阶段是整个先满足产甲烷相细菌的生长条件，如维持肯定的温度、增加反响时间，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别在两个串联反响器中，使产酸菌和产甲烷菌各拘束最正确环境条件下生长，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，构造形式见图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(Anaerobic Filter，简称AF)和上流式厌氧污泥床(UpflowAnaerobicSludgeBlanket ，简称UASB)的根底上开发的型复合式厌氧流化床反响器。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响器械，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外表，在循环泵或污水处理过程中产甲烷气时自行混合，使污水成流淌状态。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响，到达厌氧反响分解、吸附污水中有机物的目的。 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反响器下部的污泥床一样，上部为厌氧滤池〔 AF〕相像的填料过滤层，填料层上可附着大量的厌氧微生物，这样子提高了整个反响器的生物量提高反响器的处理力量和抗冲击力量。构造形式见图7。AF是厌氧生物滤池(AnaerobicBiofilter) 的简称。这种工艺是在传统厌氧活性污泥法根底上进展起来的。反响器由五局部组成，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，厌氧污泥的保存在于两种方式完成，一是细菌在固定的填料外表形成生物膜；二是在反响器的空间内形成细菌聚拢体。与传统的厌氧生物处理构筑物及其它型厌氧生物反响器相比，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，耐冲击负荷力量也较高；启动时间短，停顿运行后再启动也较简洁；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，运行治理便利；在处理水量和负荷有较大变化的状况下，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。AF中，水从反响器底部进入，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。废水向上流淌通过反响器的为升流式厌氧滤池，反之为降流式厌氧滤池。构造形式见图8。USSB是上流式分段污泥床(UpflowStagedSludgeBed)反响器的简称，在反响器中，反响区被分割为几个局部，每个部分的产气分别经水封后逸出，整个反响器相当于一连串的UASB反响器组合体。构造形式见图9。升流式固体厌氧反响器(USR),是一种构造简洁、适用于高悬浮固体有机物原料的反响器。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 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。很多大中型沼气工程，均承受该工艺。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响，有机固体被液化发酵和厌氧分解，从而到达厌氧消化目的。构造形式见图10。厌氧附着膜膨胀床(AnaerobicAttachedmicrobialFilmExpandedBed,AAFEB) 反响器是Jewell等人于20世纪70年月中期研制的厌氧消化工艺。在AAFEB反响器中，大局部微生物以附着于载体上的形式存在，通过利用集中模式方式进入生物膜的废水中的养分成份，在厌氧发酵菌和产氢产乙酸菌的联合作用下，产生氢气。AAFEBEGSB构造根本相像，但反响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响器床内填充颗粒活性炭(GranularActivatedCarbon,GAC) 。GAC被普遍认为是反响器中固定化微生物效果较好的载体。在 AAFEB反响器中，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，在生物膜外侧开头掩盖有相互缠绕的丝状杆菌，争论说明，生物膜内存在众多的微小菌落，其中有球菌、杆菌、螺旋菌。颗粒间相互接触，载体膨胀率在10%到20%之间，厌氧微生物附着在载体上，形成具有生物膜构造的活性污泥，且污泥龄较长，使得反响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格外有利。载体流态化是AAFEB工艺以重要特点。当反响器内流体流速到达某一程度，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别，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， 就载体流态化。污泥颗粒的流态化能促使生物膜的更和氢气的释放，使生物膜保持适当的厚度和构造，有利于传质系数的提高，加速生化反响，削减水力停留时间。构造形式见图 11。塞流式反响器也称推流式反响器，是一种长方形的非完全混合式反响器。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。构造形式见图 12。AFBR是一种高效生物膜处理方法，利用特别研制的、具有大比外表积的填料作为载体，厌氧微生物以生物膜形式附着在载体外表，并且在反响器内可形成肯定高度的颗粒污泥床，大大提高有