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1、厌氧生物处理安徽工业大学建筑工程学院安徽工业大学建筑工程学院2004.10.272004.10.27第十章 污水的厌氧生物处理 什么叫污水的厌氧生物处理？什么叫污水的厌氧生物处理？厌厌氧氧生生物物处处理理是是利利用用厌厌氧氧微微生生物物的的代代谢谢过过程程，在在无无须须提提供供氧氧气气的的情情况况下下，把把有有机机物物转转化化为为无无机机物物和和少少量量的的细细胞胞物物质质，这这些些无无机机物物主主要要包包括括大大量量的的生生物物气气（沼沼气气）和和水水。沼沼气气的的主主要要成成分分是是约约2/32/3的的甲甲烷烷气气和和约约1/31/3的的二二氧氧化化碳碳以以及及少少量量的的H H2 2、N
2、HNH3 3、H H2 2S S，是一种可回收的能源。是一种可回收的能源。第十章 污水的厌氧生物处理第一节 厌氧生物处理的基本原理 第二节 厌氧工艺的类型和发展 第三节 UASB厌氧反应器 厌氧生物处理的基本原理 厌氧生物处理的早期目的和过程 厌氧生物处理机理 厌氧生物处理的早期目的和过程早期的厌氧处理研究主要针对污泥消化，即将污泥中的固态有机物降解为液态和气态的物质。污泥的消化过程明显分为两个阶段：固态有机物先液化，称液化阶段；接着降解产物气化，称气化阶段；整个过程历时半年以上。厌氧生物处理的早期目的和过程液化阶段液化阶段：最显著的特征是液态污泥的最显著的特征是液态污泥的PHPH值迅速下降，
3、不值迅速下降，不到到10d10d，降到最低值降到最低值(例如在室温下，露在空气例如在室温下，露在空气中的食物几天内就变馊发酸中的食物几天内就变馊发酸)，所以又称，所以又称酸化酸化阶段阶段。污泥中的固态有机物如淀粉、纤维素、。污泥中的固态有机物如淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等，在无氧环境中降解时，转化油脂、蛋白质等，在无氧环境中降解时，转化为有机酸、醇、醛、水分子等液态产物和为有机酸、醇、醛、水分子等液态产物和C0C02 2、H H2 2、NHNH3 3、H H2 2S S等气体分子。由于转化产物中有等气体分子。由于转化产物中有机酸是主体，所以导致机酸是主体，所以导致PHPH值下降。又由于产生值下
4、降。又由于产生的的NHNH3 3溶解于水后产生的溶解于水后产生的NHNH4 4OHOH具有碱性，产生具有碱性，产生中和反应并经过长时间的过程后使中和反应并经过长时间的过程后使PHPH值回升，值回升，并并进入进入气化阶段气化阶段气化阶段气化阶段。厌氧生物处理的早期目的和过程气化阶段气化阶段：有机酸、醇、醛等中间产物在甲烷菌的作用下转化为有机酸、醇、醛等中间产物在甲烷菌的作用下转化为生物气，也可称消化气，主体是生物气，也可称消化气，主体是CHCH4 4，因此气化阶段因此气化阶段常称甲烷化阶段。该阶段除产生常称甲烷化阶段。该阶段除产生CHCH4 4外，还产生外，还产生COCO2 2和和微量微量H H
5、2 2S S。液化液化液化液化阶阶段段段段：兼性厌氧菌作用，大量氢产生，也称氢发酵阶兼性厌氧菌作用，大量氢产生，也称氢发酵阶段，有机酸大量积累，段，有机酸大量积累，pHpH迅速下降，污泥带有粘性，迅速下降，污泥带有粘性，呈灰黄色，并发出恶臭，污泥称为酸性发酵污泥。呈灰黄色，并发出恶臭，污泥称为酸性发酵污泥。气化气化气化气化阶阶段段段段：专性厌氧菌作用，需隔绝光和空气，最佳专性厌氧菌作用，需隔绝光和空气，最佳pHpH值值7.2-7.57.2-7.5，有机酸浓度不超过，有机酸浓度不超过2000mg/L2000mg/L，最佳最佳5050500mg/L 500mg/L 碱度不应超过碱度不应超过5000
6、mg/L5000mg/L，最佳最佳200020003000mg/L 3000mg/L 污泥呈黑色，稳定不易腐化，无甚恶臭，污泥呈黑色，稳定不易腐化，无甚恶臭，易于脱水，这种污泥成为熟污泥或消化污泥。易于脱水，这种污泥成为熟污泥或消化污泥。厌氧生物处理机理 厌氧生物处理机理有机物的厌氧生物降解过程有机物的厌氧生物降解过程 :厌厌氧氧生生物物处处理理是是一一个个复复杂杂的的过过程程，大大致致可可分分为为3 3个个阶段：阶段：第一阶段：水解发酵阶段；第一阶段：水解发酵阶段；第二阶段：产酸脱氢阶段；第二阶段：产酸脱氢阶段；第第三三阶阶段段：产产甲甲烷烷阶阶段段。有有机机物物厌厌氧氧降降解解过过程程模模
7、式式见见下图：下图：厌氧生物处理机理 厌氧降解模式图厌氧降解模式图 厌氧生物处理机理 1 1）水解发酵阶段）水解发酵阶段 水解发酵阶段是将大分子不溶性复杂有机物在细胞外水解发酵阶段是将大分子不溶性复杂有机物在细胞外酶的作用下，水解成小分子溶解性高级脂肪酸酶的作用下，水解成小分子溶解性高级脂肪酸(醇类；醇类；醛类、酮类等醛类、酮类等)，然后渗入细胞内，参与的微生物主要，然后渗入细胞内，参与的微生物主要是兼性细菌与专性厌氧菌。是兼性细菌与专性厌氧菌。兼性细菌的附带作用：是消耗掉污水带来的溶解氧，兼性细菌的附带作用：是消耗掉污水带来的溶解氧，为专性厌氧细菌的生长创造有利条件。此外还有真菌为专性厌氧细
8、菌的生长创造有利条件。此外还有真菌(毛毛霉霉MucorMucor，根霉根霉RhigopusRhigopus，共头霉共头霉syncephastrum,syncephastrum,曲霉曲霉Aspergillus)Aspergillus)以及原生动物以及原生动物(鞭毛虫，纤毛虫，变鞭毛虫，纤毛虫，变形虫形虫)等。可统称为水解发酵菌。等。可统称为水解发酵菌。厌氧生物处理机理 在该阶段，污水中三种有机物的分解情况如下：在该阶段，污水中三种有机物的分解情况如下：a.a.碳水化合物水解成单糖，是最易分解的有机物，碳水化合物水解成单糖，是最易分解的有机物，b.b.含含氮氮有有机机物物水水解解产产氨氨较较慢慢，
9、故故蛋蛋白白质质及及非非蛋蛋白白质质的的含含氮氮化化合合物物(嘌嘌呤呤、嘧嘧啶啶等等)继继碳碳水水化化合合物物及及脂脂肪肪的的水水解解后后进进行，经水解为脲，胨，肌酸，多肽后形成氨基酸；行，经水解为脲，胨，肌酸，多肽后形成氨基酸；c.c.脂肪的水解产物主要为甘油、醛等。脂肪的水解产物主要为甘油、醛等。上上述述三三种种有有机机物物的的水水解解速速率率常常数数为为：碳碳水水化化合合物物(纤纤维维素素为为0.040.040.130.13，半半纤纤维维素素为为0.54)0.54)，脂脂肪肪为为0.080.081.71.7，蛋蛋白白质为质为0.020.020.030.03。不溶性有机物的水解发酵速度较缓
10、慢。不溶性有机物的水解发酵速度较缓慢。从从从从水水水水解解解解速速速速率率率率常常常常数数数数可可可可看看看看出出出出水水水水解解解解过过过过程程程程的的的的快快快快慢慢慢慢，不不不不难难难难理解不同的水质需有不同的水解停留时间。理解不同的水质需有不同的水解停留时间。理解不同的水质需有不同的水解停留时间。理解不同的水质需有不同的水解停留时间。厌氧生物处理机理 2 2）产酸脱氢阶段）产酸脱氢阶段 产产酸酸脱脱氢氢阶阶段段是是将将第第一一阶阶段段的的产产物物降降解解为为简简单单脂脂肪肪酸酸(乙乙酸酸、丙丙酸酸、丁丁酸酸等等)并并脱脱氢氢。奇奇数数碳碳有有机机物物还还产产生生C0C02 2，如戊酸：
11、如戊酸：CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2COOH+2HCOOH+2H2 20CH0CH3 3CHCH2 2COOH+CHCOOH+CH3 3COOH+2HCOOH+2H2 2 CH CH3 3CHCH2 2COOH+2HCOOH+2H2 20CH0CH3 3COOH+3HCOOH+3H2 2+C0+C02 2 参参与与该该阶阶段段作作用用的的微微生生物物是是兼兼性性或或专专性性厌厌氧氧菌菌(产产氢氢产产乙乙酸酸菌菌以以及及硝硝酸酸盐盐还还原原菌菌NRBNRB、硫硫酸酸盐盐还还原原菌菌SRBSRB等等)。故故第第二二阶阶段段的的主主要要产产物物是是简简单单脂脂肪肪酸酸，C
12、0C02 2，碳碳酸酸根根HCOHCO3 3-，铵盐铵盐NHNH4 4+和和HSHS-，H H+等。此阶段速率较快。等。此阶段速率较快。厌氧生物处理机理 3 3）产甲烷阶段）产甲烷阶段 产甲烷阶段是将第二阶段的产物还原成产甲烷阶段是将第二阶段的产物还原成CH4,CH4,参与作用的参与作用的微生物是绝对厌氧菌微生物是绝对厌氧菌(甲烷菌甲烷菌)。碳水化合物分解的主要反应式：碳水化合物分解的主要反应式：(C(C6 6H H10100 05 5)x x+xH+xH2 20 x(C0 x(C6 6H H12120 06 6)5(C5(C6 6H H12120 06 6)6CH6CH3 3CHOHCOOH
13、 CHOHCOOH+4CH4CH3 3CHCH2 2COOH COOH+3CH3CH3 3COOH COOH+CH+CH3 3CHCH2 20H+4C00H+4C02 2+2H+2H2 2+H+H2 20 0 简化反应式为简化反应式为 C C6 6H H12120 06 6一一3CH3CH3 3COOHCOOH CHCH3 3C00HCHC00HCH4 4+C0+C02 2 4H4H2 2+C0+C02 2一一CHCH4 4+2H+2H2 20 0厌氧生物处理机理 上上述述3 3个个阶阶段段，以以产产甲甲烷烷阶阶段段的的反反应应速速度度最最慢慢，为为厌厌氧氧消消化化的的限限制制阶阶段段。与与好
14、好氧氧氧氧化化相相比比，厌厌氧氧生生物处理产生的污泥量远少于好氧氧化。物处理产生的污泥量远少于好氧氧化。有有的的研研究究人人员员将将厌厌氧氧过过程程分分为为四四个个阶阶段段:水水解解、酸酸化化、酸酸性性减减退退(由由于于产产生生中中间间产产物物氨氨,中中和和了了酸酸)、产甲烷产甲烷阶段。阶段。参与厌氧反应的细菌，酸化阶段的统称产酸或酸参与厌氧反应的细菌，酸化阶段的统称产酸或酸化细菌，几乎包括所有的兼性细菌；甲烷化阶段化细菌，几乎包括所有的兼性细菌；甲烷化阶段的统称甲烷细菌，已经证实的已有的统称甲烷细菌，已经证实的已有8080多种多种 厌氧生物处理机理 厌氧反应的影响因素：厌氧反应的影响因素：l
15、 l1.1.pHpH值值：应应在在6.86.87.27.2之之间间。污污水水和和泥泥液液中中的的碱碱度度有有缓缓冲冲作作用用，如如果果有有足足够够的的碱碱度度中中和和有有机机酸酸，其其pHpH值值有有可可能能维维持持在在6.86.8之之上上，酸酸化化和和甲甲烷烷化化两两大大类类细细菌菌就就有有可可能能共共存存，从从而而消消除除分分阶阶段段现现象象。此此外外，消消化化池池池池液液的的充分混合对调整充分混合对调整pHpH值也是必要的。值也是必要的。l l2.2.温温度度：应应在在35353838（中中温温）和和52525555（高高温温）各各有有一一个个最最适适温温度度。从从液液温温看看，消消化化
16、可可在在中中温温(35(3538)38)进进行行(称称中中温温消消化化)，也也可可在在高高温温(52(5255)55)进进行行(称称高高温温消消化化)。但但后后者者需需要要的的热热量量比比前前者者要要高很多。高很多。厌氧工艺的类型和发展 厌氧工艺的发展厌氧工艺的发展 早期的厌氧消化工艺可以称为早期的厌氧消化工艺可以称为第一代厌氧消化工艺第一代厌氧消化工艺第一代厌氧消化工艺第一代厌氧消化工艺，以厌氧消化池为代表以厌氧消化池为代表(图图15-1)15-1)，属于低负荷系统，属于低负荷系统 由于厌氧微生物生长缓慢，世代时间长，故保持足够由于厌氧微生物生长缓慢，世代时间长，故保持足够长的停留时间是厌氧
17、消化工艺成功的关键条件。长的停留时间是厌氧消化工艺成功的关键条件。厌氧工艺的类型和发展 图15-1 污泥传统厌氧消化池示意图 厌氧工艺的类型和发展 随随着着对对厌厌氧氧发发酵酵过过程程认认识识不不断断提提高高，人人们们认认识识到到反反应应器器内内保保持持大大量量的的微微生生物物和和尽尽可可能能长长的的污污泥泥龄龄是是提提高高反反应应效效率率和和反反应应器器成成败败的的关关键键。为为此此一一个个设设计计合合理理的的厌厌氧氧处处理理系系统统可可以以在在停停留留时时间间非非常常短短和和负负荷荷比比好好氧氧处处理理高高的的条条件件下下，获获得得较较高高的的可生物降解有机物的去除效果。可生物降解有机物的
18、去除效果。仿照好氧活性污泥法，开发了厌氧接触工艺仿照好氧活性污泥法，开发了厌氧接触工艺(图图15-2)15-2)；增加微生物与废水的固液分离与回流，；增加微生物与废水的固液分离与回流，从而可提高消化池的污泥龄，与普通消化池相比，从而可提高消化池的污泥龄，与普通消化池相比，它的水力停留时间可大大缩短它的水力停留时间可大大缩短.厌氧工艺的类型和发展图15-2 传统厌氧接触工艺示意图 厌氧工艺的类型和发展高速率厌氧处理系统必须满足的原则:能够保持大量的厌氧活性污泥和足够长的污泥龄；保持废水和污泥之间的充分接触。厌氧工艺的类型和发展为为了了满满足足第第一一条条原原则则，可可以以采采用用固固定定化化(生
19、生物物膜膜)或或培培养养沉沉淀淀性性能能良良好好的的厌厌氧氧污污泥泥(颗颗粒粒污污泥泥)的的方方式式来来保保持持厌厌氧氧污污泥泥。从从而而在在采采用用高高的的有有机机和和水水力力负负荷荷时时不不发发生生严严重重的的厌厌氧氧活活性性污污泥泥流流失失。依依照照第第一一条条原原则则，在在2020世世纪纪7070年年代代末末期期人人们们成成功功地地开开发发了了各各种种新新型型的的厌厌氧氧工工艺艺，例例如如，厌厌氧氧滤滤池池(AF)(AF)、上上流流式式厌厌氧氧污污泥泥床床反反应应器器(UASB)(UASB)、厌厌氧氧接接触膜膨胀床反应器和厌氧流化床触膜膨胀床反应器和厌氧流化床(FB)(FB)等。等。这
20、这些些反反应应器器的的一一个个共共同同的的特特点点是是可可以以将将固固体体停停留留时时间间与与水水力力停停留留时时间间相相分分离离，固固体体停停留留时时间间可可以以长长达达上上百百天天。这这使使得得厌厌氧氧处处理理高高浓浓度度污污水水的的停停留留时时间间从从过过去去的的几几天天或或几几十十天天可可以以缩缩短短到到几几小小时时或或几几天天。这这一一系系列列厌厌氧氧反反应应器器被称为被称为第二代厌氧反应器第二代厌氧反应器第二代厌氧反应器第二代厌氧反应器。厌氧工艺的类型和发展高效厌氧处理系统需要满足的第二个条件是获得进水和保高效厌氧处理系统需要满足的第二个条件是获得进水和保持与污泥之间的良好接触。为
21、了在厌氧反应器内满足这一持与污泥之间的良好接触。为了在厌氧反应器内满足这一条件，应该确保反应器布水的均匀性，这样才可最大程度条件，应该确保反应器布水的均匀性，这样才可最大程度地避免短流。从另一方面讲，厌氧反应器的混合来源于进地避免短流。从另一方面讲，厌氧反应器的混合来源于进水的混合和产气的扰动。但是对于进水在无法采用高的水水的混合和产气的扰动。但是对于进水在无法采用高的水力和有机负荷的情况下，力和有机负荷的情况下，UASBUASB反应器的应用负荷和产气率反应器的应用负荷和产气率受到限制；为获高的搅拌强度，必须采用高的反应器或采受到限制；为获高的搅拌强度，必须采用高的反应器或采用出水回流，获得高
22、的上升流速。正是对于这一问题的研用出水回流，获得高的上升流速。正是对于这一问题的研究导致了究导致了第三代厌氧反应器第三代厌氧反应器第三代厌氧反应器第三代厌氧反应器的开发和应用。的开发和应用。厌氧反应器的分类(1)(1)第一代第一代第一代第一代厌氧消化工艺厌氧消化工艺 普通厌氧消化池；普通厌氧消化池；厌氧接触工艺。厌氧接触工艺。(2)(2)第二代第二代第二代第二代厌氧消化工艺厌氧消化工艺 上流式厌氧污泥床上流式厌氧污泥床(UASB)(UASB)反应器；反应器；厌氧滤床；厌氧滤床；厌氧流化床反应器；厌氧流化床反应器；厌氧生物转盘；厌氧生物转盘；其它，如厌氧混合反应器和厌氧折流反应器。其它，如厌氧混
23、合反应器和厌氧折流反应器。(3)(3)第三代第三代第三代第三代厌氧反应器和其他改进工艺厌氧反应器和其他改进工艺 厌氧颗粒污泥膨胀床厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)(EGSB)反应器；反应器；厌氧复合床反应器厌氧复合床反应器(AF+UASB)(AF+UASB)；水解工艺和两阶段厌氧消化水解工艺和两阶段厌氧消化(水解水解+EGSB)+EGSB)工艺。工艺。厌氧消化池 化化粪粪池池是是最最普普及及的的厌厌氧氧消消化化池池，用用于于处处理理来来自自厕厕所所的粪便污水。的粪便污水。如教材如教材P196P196所示为化粪池的一种构造形式。所示为化粪池的一种构造形式。厌厌氧氧消消化化池池的的形形式式见见图图1
24、5-115-1，污污水水或或污污泥泥定定期期或或连连续续加加入入消消化化池池，经经消消化化的的污污泥泥和和污污水水分分别别从从消消化化池池底底部和上部排出，所产的沼气从顶部排出。部和上部排出，所产的沼气从顶部排出。通通常常是是间间断断进进料料，也也有有采采用用连连续续进进料料方方式式的的。为为了了使使进进料料和和厌厌氧氧污污泥泥密密切切接接触触而而设设有有搅搅拌拌装装置置，一一般般情情况况下下每每隔隔2-4h2-4h搅搅拌拌一一次次。在在排排放放消消化化液液时时，通通常常停停止止搅搅拌拌，待待沉沉淀淀分分离离后后从从上上部部排排出出上上清清液液。目目前前，消消化化工艺被广泛地应用于城市污水厂的
25、污泥处理上。工艺被广泛地应用于城市污水厂的污泥处理上。厌氧接触反应器 厌厌氧氧接接触触工工艺艺(图图15-2)15-2)的的反反应应器器是是完完全全混混合合的的，排排出出的的混混合合液液首首先先在在沉沉淀淀池池中中进进行行固固液液分分离离，可可以以采采用用沉沉淀淀池池或或气气浮浮处处置置。污污水水由由沉沉淀淀池池上上部部排排出出，沉沉淀淀下下的的污污泥泥回回流流至至消消化化池池；这这样样做做既既保保证证污污泥泥不不会会流流失失，又又可可提提高高消消化化池池内内的的污污泥泥浓浓度度；从从而而在在一一定定程程度度上上提提高高了了设设备备的的有有机机负负荷荷率率和和处处理理效效率率。与与普普通通消消
26、化化池池相相比比，它它的的水水力力停停留留时时间间可可以以大大大大缩缩短短。厌厌氧氧接接触触工工艺艺在在我我国国已已成成功功地地应应用于酒精糟液的处理上。用于酒精糟液的处理上。厌氧滤池 厌厌氧氧滤滤池池(AF)(AF)是是在在CoulterCoulter等等人人(1955)(1955)工工作作的的基基础础上上由由YoungYoung和和McCartyMcCarty于于19691969年年重重新新开开发发的的。厌厌氧氧滤滤池池是是在在反反应应器器内内充充填填有有各各种种类类型型的的固固体体填填料料，如如卵卵石石、炉炉渣渣、瓷瓷环环、塑塑料料等等来来处处理理有有机机废废水水。废废水水向向上上流流动
27、动通通过过反反应应器器的的厌厌氧氧滤滤池池称称为为升升流流式式厌厌氧氧滤滤池池；当当有有机机物物的的浓浓度度和和性性质质适适宜宜时时采采用用的的有有机机负负荷荷CODCOD可可高高达达101020kg/(m3d)20kg/(m3d)。另另外外还还有有下下流流式式厌厌氧氧滤滤池池。污污水水在在流流动动过过程程中中生生长长并并保保持持与与厌厌氧氧细细菌菌的的填填料料相相接接触触；因因为为细细菌菌生生长长在在填填料料上上，不不随随出出水水流流失失。在在短短的的水水力力停停留留时时间间下下可可取取得得长长的的污污泥泥龄龄，平平均均细细胞胞停停留留时时间间可可以以长长达达100100天天以以上上。厌厌氧
28、氧滤滤池池的的缺缺点点是是载载体体相相当当昂昂贵贵，据据估估计计载载体体的的价价格格与与构构筑筑物物建建筑筑价价格格相相当当。其其另另一一个个缺缺点点是是如如采采用用的的填填料料不不当当，在在污污水水中中悬悬浮浮物物较较多多的的情情况况下下，容容易发生短路和堵塞，这是易发生短路和堵塞，这是AFAF工艺不能迅速推广的原因。工艺不能迅速推广的原因。厌氧滤池上流式厌氧滤池 下流式厌氧滤池 升流式厌氧污泥床反应器 图图l5-3 l5-3 上流式和下流式厌氧滤池和升流式厌氧污泥床反应器上流式和下流式厌氧滤池和升流式厌氧污泥床反应器 升流式厌氧污泥床反应器 升升流流式式厌厌氧氧污污泥泥床床(UASB)(U
29、ASB)反反应应器器是是由由LettingaLettinga在在2020世世纪纪7070年年代代开开发发的的。待待处处理理的的废废水水被被引引入入UASBUASB反反应应器器的的底底部部，向向上上流流过过由由絮絮状状或或颗颗粒粒状状污污泥泥组组成成的的污污泥泥床床(图图15-3)15-3)。随随着着污污水水与与污污泥泥相相接接触触而而发发生生厌厌氧氧反反应应，产产生生沼沼气气并并引引起起污污泥泥床床扰扰动动。在在污污泥泥床床产产生生的的气气体体中中有有一一部部分分附附着着在在污污泥泥颗颗粒粒上上，自自由由气气泡泡和和附附着着在在污污泥泥颗颗粒粒上上的的气气泡泡上上升升至至反反应应器器的的顶顶部
30、部。污污泥泥颗颗粒粒上上升升撞撞击击到到脱脱气气挡挡板板的的底底部部，这这引引起起气气泡泡释释放放；脱脱气气的的污污泥泥颗颗粒粒沉沉淀淀回回到到污污泥泥层层的的表表面面。自自由由气气体体和和从从污污泥泥颗颗粒粒释释放放的的气气体体被被收收集集在在反反应应器器顶顶部部的的集集气气室室内内。液液体体中中包包含含一一些些剩剩余余的的固固体体物物和和生生物物颗颗粒粒进进入入到到沉沉淀淀室室内内，剩剩余余固固体体和和生生物物颗颗粒粒从从液液体体中中分分离并通过反射板落回到污泥层的上面。离并通过反射板落回到污泥层的上面。流化床和膨胀床系统 流流化化床床系系统统由由JcrisJcris在在19821982年
31、年开开发发，厌厌氧氧流流化化床床是是一一种种具具有有很很大大比比表表面面积积的的惰惰性性载载体体颗颗粒粒的的反反应应器器，厌厌氧氧微微生生物物在在其其上上附附着着生生长长。它它的的一一部部分分出出水水回回流流，使使载载体体颗颗粒粒在在整整个个反反应应器器内内处处于于流流化化状状态态(图图15-4)15-4)。最最初初采采用用的的颗颗粒粒载载体体是是沙沙子子，但但随随后后采采用用低低密密度度载载体体如如无无烟烟煤煤和和塑塑料料物物质质以以减减少少所所需需的的液液体体上上升升流流速速，从从而而减减少少提提升升费费用用。由由于于流流化化床床使使用用了了比比表表面面积积很很大大的的填填料料，使使得得厌
32、厌氧氧微微生生物物浓浓度度增增加加。根根据据流流速速大大小小和和颗颗粒粒膨膨胀胀程程度度可可分分成成膨膨胀胀床床和和流流化化床床，流流化化床床一一般般按按2020一一4040的的膨膨胀胀率率运运行行。膨膨胀胀床床运运行行流流速速应应控控制制在在比比初初始始流流化化速速度度略略高高的的水水平平，相相应应的的膨膨胀胀率率为为5 52020。固固定定膜膜膨膨胀胀床床(AAFEB)(AAFEB)反反应应器器床床仅仅膨膨胀胀10102020(Jewen(Jewen，1982)1982)。由由于于载载体体重重量量较较大大，为为便便于于介介质质颗颗粒粒流流化化和和膨膨胀胀需需要要大大量量的的回回流流，这这增
33、增加加了了运运行行过过程程的的能能耗耗；并并且且其其三三相相分分离离特特别别是是固固液液分分离离比比较较困困难难，要要求求较较高高的的运运行行和和设设计计水水平平，所以实际应用较少。所以实际应用较少。流化床和膨胀床系统图15-4 厌氧流化床反应器 厌氧生物转盘反应器 厌厌氧氧生生物物转转盘盘是是与与好好氧氧生生物物转转盘盘相相类类似似的的装装置置。在在这这种种反反应应器器中中，微微生生物物附附着着在在惰惰性性(塑塑料料)介介质质上上，介介质质可可部部分分地地或或全全部部浸浸没没在在废废水水中中(图图15-5a)15-5a)。介介质质在在废废水水中中转转动动时时，可可适适当当限限制制生生物物膜膜
34、的的厚厚度度。剩剩余余污污泥泥和和处处理理后后的的水水从从反反应应器排除。器排除。厌氧生物转盘反应器 ab 图15-5 厌氧生物转盘和厌氧折流反应器 厌氧折流反应器 折折流流反反应应器器结结构构如如图图15-5b15-5b所所示示。由由于于折折板板的的阻阻隔隔使使污污水水上上下下折折流流穿穿过过污污泥泥层层，造造成成了了反反应应器器推推流流的的性性质质，并并且且每每一一单单元元相相当当于于一一个个单单独独的的反反应应器器，各各单单元元中中微微生生物物种种群群分分布不同，可以取得好的处理效果。布不同，可以取得好的处理效果。厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器 荷兰荷兰WageningenWage
35、ningen农业大学进行了关于农业大学进行了关于厌氧颗粒污泥膨厌氧颗粒污泥膨胀床胀床(EGSB)(EGSB)反应器的研究。反应器的研究。EGSBEGSB反应器实际上是反应器实际上是(改进改进的的)UASB)UASB反应器，其运行在高的上升流速下使颗粒污泥反应器，其运行在高的上升流速下使颗粒污泥处于悬浮状态，从而保持了进水与污泥颗粒的充分接处于悬浮状态，从而保持了进水与污泥颗粒的充分接触。触。EGSBEGSB反应器的特点是颗粒污泥床通过采用高的上反应器的特点是颗粒污泥床通过采用高的上升流速升流速(与小于与小于1 12m/h2m/h的的UASBUASB反应器相比反应器相比)即即6 612m/h12
36、m/h，运行在膨胀状态。运行在膨胀状态。EGSBEGSB特别适于低温和低浓度污水。特别适于低温和低浓度污水。当沼气产率低、混合强度低时，在此条件下较高的进当沼气产率低、混合强度低时，在此条件下较高的进水动能和颗粒污泥床的膨胀高度将获得比水动能和颗粒污泥床的膨胀高度将获得比“通常的通常的”UASBUASB反应器好的运行结果。反应器好的运行结果。EGSBEGSB反应器由于采用高的反应器由于采用高的上升流速因而不适于颗粒有机物的去除。进水悬浮固上升流速因而不适于颗粒有机物的去除。进水悬浮固体体“流过流过”颗粒污泥床并随出水离开反应器，胶体物颗粒污泥床并随出水离开反应器，胶体物质被污泥絮体吸附而部分去
37、除。质被污泥絮体吸附而部分去除。厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器 厌氧内循环反应器厌氧内循环反应器(IC):(IC):IC IC工艺是基于工艺是基于UASBUASB反应器反应器颗粒化颗粒化和和三相分离器三相分离器的概念的概念而改进的新型反应器，属于而改进的新型反应器，属于EGSBEGSB的一种。厌氧内循环的一种。厌氧内循环反应器反应器(IC)(IC)可以看成是由两个可以看成是由两个UASBUASB反应器的单元相互反应器的单元相互重叠而成。它的特点是在一个高的反应器内将沼气的重叠而成。它的特点是在一个高的反应器内将沼气的分离分两个阶段。底部一个处于极端的高负荷，上部分离分两个阶段。底部一个处
38、于极端的高负荷，上部一个处于低负荷。一个处于低负荷。厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器 厌氧升流式流化床工艺厌氧升流式流化床工艺(UFB BIOBED):(UFB BIOBED):厌氧升流式流化床工艺是由厌氧升流式流化床工艺是由Bio-thaneBio-thane系统国际公司所开发系统国际公司所开发的一种新型反应器。其起源于的一种新型反应器。其起源于BiothaneBiothane公司的厌氧流化床，公司的厌氧流化床，在其设计的生产性流化床装置上，由于强烈的水力和气体在其设计的生产性流化床装置上，由于强烈的水力和气体剪切作用，形成载体的生物膜脱落十分厉害，无法保持生剪切作用，形成载体的生物膜脱
39、落十分厉害，无法保持生物膜的生长。相反地，在运行过程中形成了厌氧颗粒污泥，物膜的生长。相反地，在运行过程中形成了厌氧颗粒污泥，因此在实际运行中将厌氧流化床转变为因此在实际运行中将厌氧流化床转变为EGSBEGSB运行形式；运行形式；UFBUFB是其商品名称，在文献上有时该公司也称其为是其商品名称，在文献上有时该公司也称其为EGSBEGSB反应器；反应器；这从另一方面给出了厌氧流化床不成功的例子，因此它是这从另一方面给出了厌氧流化床不成功的例子，因此它是EGSBEGSB反应器的一种。它可以在极高的水、气上升流速反应器的一种。它可以在极高的水、气上升流速(两者两者都可达到都可达到5 57m/h)7m
40、/h)下产生和保持颗粒污泥，所以不需采用下产生和保持颗粒污泥，所以不需采用载体物质。由于高的液体和气体的上升流速造成了进水和载体物质。由于高的液体和气体的上升流速造成了进水和污泥之间的良好混合状态，因此系统可以采用污泥之间的良好混合状态，因此系统可以采用CODl5CODl530kg/(m3d)30kg/(m3d)的高负荷。的高负荷。厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器 图l5-6 厌氧内循环(IC)反应器示意图 图l5-7 Biobed厌氧反应器示意图 复合床反应器(UASB+AF)许多研究者为了充分发挥升流式厌氧污泥床与厌氧滤池的许多研究者为了充分发挥升流式厌氧污泥床与厌氧滤池的优点，采用了
41、将两种工艺相结合的反应器结构，被称为复优点，采用了将两种工艺相结合的反应器结构，被称为复合床反应器合床反应器(UASB+AF)(UASB+AF)，也称为也称为UBFUBF反应器。复合床反应器反应器。复合床反应器的结构见图的结构见图15-815-8，一般是将厌氧滤池置于污泥床反应器的，一般是将厌氧滤池置于污泥床反应器的上部。一般认为这种结构可发挥上部。一般认为这种结构可发挥AFAF和和UASBUASB反应器的优点，反应器的优点，改善运行效果。改善运行效果。当当处处理理含含颗颗粒粒性性有有机机物物组组分分的的污污水水(如如生生活活污污水水)时时，采采用用两两级级厌厌氧氧工工艺艺可可能能更更有有优优
42、势势：第第一一级级是是絮絮状状污污泥泥的的水水解解反反应应器器并并运运行行在在相相对对低低的的上上升升流流速速下下。颗颗粒粒有有机机物物在在第第一一级级被被截截留留，并并部部分分转转变变为为溶溶解解性性化化合合物物，重重新新进进入入到到液液相相而在随后的第二个反应器内消化。而在随后的第二个反应器内消化。复合床反应器(UASB+AF)图l5-8 厌氧复合床(AF+UASB)反应器图示 水解酸化 水解酸化反应器即水解池，可以在短的停留时间水解酸化反应器即水解池，可以在短的停留时间(HRT=2.5h)(HRT=2.5h)和相对高的水力负荷下获得高的悬浮物去和相对高的水力负荷下获得高的悬浮物去除率除率(SS(SS去除率平均为去除率平均为8585),),并可以改善和提高原污水并可以改善和提高原污水的可生化性和溶解性，以利于好氧后处理工艺。其的可生化性和溶解性，以利于好氧后处理工艺。其CODCOD去除率相对去除率相对UASBUASB较低，仅有较低，仅有4040一一5050