厭氧處理器的發展及新技術的特點、原理、啟動要素
厭(yan)(yan)氧(yang)生物處理(li)，又被(bei)稱為厭(yan)(yan)氧(yang)消(xiao)化(hua)、厭(yan)(yan)氧(yang)發(fa)酵，是指在厭(yan)(yan)氧(yang)條件(jian)下由(you)厭(yan)(yan)氧(yang)或(huo)兼性微(wei)生物的(de)共同作用(yong)，使有(you)機(ji)物分解并(bing)產(chan)生甲(jia)烷和二氧(yang)化(hua)碳的(de)過(guo)程(cheng)。最初的(de)厭(yan)(yan)氧(yang)處理(li)工(gong)藝僅被(bei)應(ying)(ying)(ying)用(yong)于(yu)生活污(wu)水(shui)的(de)處理(li)，之(zhi)后又被(bei)應(ying)(ying)(ying)用(yong)于(yu)污(wu)泥消(xiao)化(hua)分解，進(jin)而應(ying)(ying)(ying)用(yong)于(yu)工(gong)業(ye)廢水(shui)的(de)處理(li)，并(bing)且發(fa)展(zhan)了很多效果良好的(de)厭(yan)(yan)氧(yang)生物處理(li)工(gong)藝。傳統厭(yan)(yan)氧(yang)生物處理(li)技術具(ju)有(you)水(shui)力停留時間(jian)長、有(you)機(ji)負荷低、池容大等的(de)缺點，制約了厭(yan)(yan)氧(yang)生物處理(li)技術的(de)推廣和應(ying)(ying)(ying)用(yong)。
隨(sui)著(zhu)對(dui)全球能(neng)源短缺和溫(wen)室(shi)效應(ying)等(deng)(deng)(deng)問題的(de)(de)關注，可再(zai)生(sheng)能(neng)源的(de)(de)重要(yao)性日益(yi)顯現，而厭氧生(sheng)物處理(li)技(ji)(ji)(ji)術可將污(wu)廢(fei)水(shui)(shui)轉化(hua)(hua)為乙(yi)酸、甲烷、氫(qing)氣等(deng)(deng)(deng)可再(zai)生(sheng)能(neng)源，既能(neng)實現資源化(hua)(hua)、能(neng)源化(hua)(hua)利用，又能(neng)減(jian)輕環境污(wu)染。因(yin)此(ci)，對(dui)于厭氧處理(li)技(ji)(ji)(ji)術、厭氧反(fan)應(ying)器(qi)的(de)(de)開發(fa)研(yan)究也(ye)變得越來越多。隨(sui)著(zhu)對(dui)厭氧消化(hua)(hua)機(ji)理(li)研(yan)究的(de)(de)不斷深人和各種高效厭氧反(fan)應(ying)器(qi)的(de)(de)飛(fei)速發(fa)展，污(wu)廢(fei)水(shui)(shui)的(de)(de)生(sheng)物處理(li)技(ji)(ji)(ji)術已經(jing)成(cheng)為資源和環境保護的(de)(de)核心技(ji)(ji)(ji)術之一。同時，污(wu)水(shui)(shui)厭氧生(sheng)物處理(li)技(ji)(ji)(ji)術以其成(cheng)本低廉、穩(wen)定高效等(deng)(deng)(deng)特點，在高濃度有機(ji)廢(fei)水(shui)(shui)、難降解有機(ji)度水(shui)(shui)的(de)(de)處理(li)領域中得到了廣(guang)泛的(de)(de)應(ying)用。
厭氧生物處理工藝的發展
第一代厭氧反應器
早在19世紀，人(ren)(ren)們(men)就利(li)用(yong)(yong)(yong)厭氧(yang)(yang)(yang)(yang)工(gong)(gong)藝處理(li)(li)廢(fei)水(shui)(shui)廢(fei)物。1881年(nian)，法國(guo)工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)師Louis Mouras發明了(le)用(yong)(yong)(yong)以(yi)處理(li)(li)污水(shui)(shui)污泥(ni)(ni)的(de)(de)“自動凈(jing)化(hua)器”，從而開始了(le)人(ren)(ren)類利(li)用(yong)(yong)(yong)慶(qing)氧(yang)(yang)(yang)(yang)生物過(guo)程(cheng)(cheng)處理(li)(li)廢(fei)水(shui)(shui)廢(fei)物的(de)(de)歷程(cheng)(cheng)。1896年(nian)英國(guo)出現(xian)了(le)第一(yi)座(zuo)用(yong)(yong)(yong)于處理(li)(li)生活污水(shui)(shui)的(de)(de)厭氧(yang)(yang)(yang)(yang)消(xiao)(xiao)化(hua)池(chi)(chi)(chi)，產生的(de)(de)沼氣用(yong)(yong)(yong)于照明。1904 年(nian)德(de)國(guo)的(de)(de)工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)師Imhoff將其(qi)發展(zhan)成(cheng)(cheng)為(wei)Imhoff雙層沉淀池(chi)(chi)(chi)(即腐化(hua)池(chi)(chi)(chi))，這一(yi)工(gong)(gong)藝至(zhi)今仍然在有效(xiao)(xiao)(xiao)地利(li)用(yong)(yong)(yong)。1912 年(nian)英國(guo)的(de)(de)伯明翰市建(jian)立(li)了(le)第一(yi)個用(yong)(yong)(yong)土堤圍成(cheng)(cheng)的(de)(de)露天(tian)敞開式消(xiao)(xiao)化(hua)池(chi)(chi)(chi)。至(zhi)1914年(nian)，美(mei)國(guo)有14座(zuo)城市建(jian)立(li)了(le)厭氧(yang)(yang)(yang)(yang)消(xiao)(xiao)化(hua)池(chi)(chi)(chi)。1925 年(nian)至(zhi)1926年(nian)，美(mei)國(guo)、德(de)國(guo)相繼建(jian)成(cheng)(cheng)了(le)較為(wei)標準的(de)(de)消(xiao)(xiao)化(hua)池(chi)(chi)(chi)。二(er)戰結束后(hou)，厭氧(yang)(yang)(yang)(yang)處理(li)(li)技(ji)術的(de)(de)發展(zhan)又(you)掀起了(le)一(yi)個高潮，高效(xiao)(xiao)(xiao)的(de)(de)、可加溫和攪拌(ban)(ban)的(de)(de)消(xiao)(xiao)化(hua)池(chi)(chi)(chi)得到(dao)了(le)發展(zhan)，厭氧(yang)(yang)(yang)(yang)污泥(ni)(ni)與(yu)廢(fei)水(shui)(shui)的(de)(de)加溫、攪拌(ban)(ban)提高了(le)處理(li)(li)效(xiao)(xiao)(xiao)率。但從本質上，反(fan)(fan)應器中的(de)(de)微(wei)生物(即厭氧(yang)(yang)(yang)(yang)污泥(ni)(ni))與(yu)廢(fei)水(shui)(shui)或廢(fei)料是完全混合在一(yi)起的(de)(de)，污泥(ni)(ni)在反(fan)(fan)應器里的(de)(de)停(ting)留(liu)時(shi)間(SRT) 與(yu)廢(fei)水(shui)(shui)的(de)(de)停(ting)留(liu)時(shi)間(HRT)是相同的(de)(de)，因此污泥(ni)(ni)在反(fan)(fan)應器里濃(nong)度低(di)，廢(fei)水(shui)(shui)在反(fan)(fan)應器里要停(ting)留(liu)幾天(tian)到(dao)幾十天(tian)之久，處理(li)(li)效(xiao)(xiao)(xiao)果差。此時(shi)的(de)(de)厭氧(yang)(yang)(yang)(yang)處理(li)(li)技(ji)術主(zhu)要用(yong)(yong)(yong)于污泥(ni)(ni)與(yu)糞肥的(de)(de)消(xiao)(xiao)化(hua)，它尚(shang)不(bu)能經濟地用(yong)(yong)(yong)于工(gong)(gong)業廢(fei)水(shui)(shui)的(de)(de)處理(li)(li)。直至(zhi)1955年(nian)，Soefer開發了(le)用(yong)(yong)(yong)以(yi)處理(li)(li)食品包(bao)裝廢(fei)水(shui)(shui)的(de)(de)厭氧(yang)(yang)(yang)(yang)接觸反(fan)(fan)應器(AC法)， 取得了(le)良好的(de)(de)效(xiao)(xiao)(xiao)果。
如圖1所(suo)示，這種反(fan)應(ying)器(qi)是在出(chu)水沉淀池(chi)中(zhong)增(zeng)(zeng)設了污(wu)泥(ni)回流裝置，增(zeng)(zeng)大了厭氧(yang)(yang)(yang)反(fan)應(ying)器(qi)中(zhong)的污(wu)泥(ni)濃度，處(chu)理負荷和效率顯著提高。上述反(fan)應(ying)器(qi)被稱(cheng)為第一代(dai)(dai)(dai)厭氧(yang)(yang)(yang)反(fan)應(ying)器(qi)，由于厭氧(yang)(yang)(yang)微生物生長緩慢(man)，世代(dai)(dai)(dai)時(shi)間(jian)長，而厭氧(yang)(yang)(yang)消化(hua)池(chi)無法將水力停留時(shi)間(jian)和污(wu)泥(ni)停留時(shi)間(jian)分離， 由此造(zao)成水力停留時(shi)間(jian)必(bi)須(xu)較長。一般(ban)來講(jiang)，第一代(dai)(dai)(dai)厭氧(yang)(yang)(yang)反(fan)應(ying)器(qi)處(chu)理廢水的停留時(shi)間(jian)至少需要20~30d。
第二代厭氧反應器
隨(sui)著(zhu)生(sheng)(sheng)物發(fa)酵工(gong)程中固定化技術的發(fa)展，人們認識到提高(gao)反(fan)應(ying)器中污泥濃度的重要性，于是(shi)，基于微(wei)生(sheng)(sheng)物固定化原(yuan)理的高(gao)效厭(yan)(yan)氧(yang)生(sheng)(sheng)物反(fan)應(ying)器得以(yi)發(fa)展。第二(er)代高(gao)效厭(yan)(yan)氧(yang)生(sheng)(sheng)物反(fan)應(ying)器必須(xu)滿足以(yi)下(xia)兩個條(tiao)件(jian):
1)系統(tong)內能夠保持大(da)量(liang)的活性(xing)厭(yan)氧污泥；
2) 反應器進水應與污泥(ni)保持(chi)良好的接觸。
依(yi)據這一(yi)原則，20世紀60年(nian)代末，第一(yi)個基于(yu)(yu)微(wei)生(sheng)物(wu)固(gu)定(ding)化原理(li)的(de)高速厭(yan)(yan)氧(yang)(yang)反應器——厭(yan)(yan)氧(yang)(yang)濾池誕(dan)生(sheng)。它的(de)成功(gong)之處(chu)在(zai)(zai)于(yu)(yu)，在(zai)(zai)反應器中(zhong)加人固(gu)體(ti)填料(如沙礫等)，微(wei)生(sheng)物(wu)由(you)于(yu)(yu)附著(zhu)生(sheng)長(chang)在(zai)(zai)填料的(de)表面，免(mian)于(yu)(yu)水力沖刷而得(de)(de)到保留，巧(qiao)妙地將平均水力停(ting)(ting)留時(shi)間(jian)與生(sheng)物(wu)固(gu)體(ti)停(ting)(ting)留時(shi)間(jian)相分離，其固(gu)體(ti)停(ting)(ting)留時(shi)間(jian)可(ke)以(yi)長(chang)達(da)上百天(tian)，這就使得(de)(de)厭(yan)(yan)氧(yang)(yang)處(chu)理(li)高濃度(du)污水的(de)停(ting)(ting)留時(shi)間(jian)從(cong)過去(qu)的(de)幾天(tian)或幾十天(tian)縮短到幾小時(shi)或幾天(tian)。在(zai)(zai)相同的(de)溫度(du)下，厭(yan)(yan)氧(yang)(yang)濾池的(de)負荷高出厭(yan)(yan)氧(yang)(yang)接觸工藝2～3倍，同時(shi)有(you)很(hen)高的(de)COD去(qu)除率(lv)，而且反應器內(nei)易(yi)于(yu)(yu)培養出適應有(you)毒物(wu)質的(de)厭(yan)(yan)氧(yang)(yang)污泥(ni)。
1974 年，荷(he)蘭研(yan)(yan)究(jiu)和(he)(he)開(kai)發(fa)(fa)了(le)UASB反(fan)(fan)應(ying)器技術，其最(zui)大特點是反(fan)(fan)應(ying)器內(nei)顆粒(li)污泥(ni)保(bao)證了(le)高濃度的(de)(de)厭(yan)(yan)(yan)氧(yang)(yang)(yang)污泥(ni)，標志著厭(yan)(yan)(yan)氧(yang)(yang)(yang)反(fan)(fan)應(ying)器的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)進入了(le)新(xin)的(de)(de)時代。隨(sui)后，研(yan)(yan)究(jiu)者們基于一些厭(yan)(yan)(yan)氧(yang)(yang)(yang)處(chu)理經驗(yan)和(he)(he)厭(yan)(yan)(yan)氧(yang)(yang)(yang)處(chu)理所涉及的(de)(de)微生(sheng)物學(xue)、生(sheng)物化(hua)學(xue)和(he)(he)生(sheng)化(hua)工程的(de)(de)最(zui)新(xin)研(yan)(yan)究(jiu)成果，開(kai)發(fa)(fa)出(chu)的(de)(de)一批厭(yan)(yan)(yan)氧(yang)(yang)(yang)反(fan)(fan)應(ying)器被稱(cheng)為第二代廢水厭(yan)(yan)(yan)氧(yang)(yang)(yang)處(chu)理反(fan)(fan)應(ying)器，其中比較(jiao)典型的(de)(de)有:升流式固體厭(yan)(yan)(yan)氧(yang)(yang)(yang)反(fan)(fan)應(ying)器(USR)、升流式厭(yan)(yan)(yan)氧(yang)(yang)(yang)污泥(ni)床反(fan)(fan)應(ying)器(UASB)、 厭(yan)(yan)(yan)氧(yang)(yang)(yang)濾池(chi)(AF)、厭(yan)(yan)(yan)氧(yang)(yang)(yang)流化(hua)床(AFB)等。
第二代(dai)厭(yan)氧(yang)反應器解決了(le)厭(yan)氧(yang)微生(sheng)物(wu)生(sheng)長緩慢、生(sheng)物(wu)量易隨液體流出等無益于(yu)反應器高效運轉的關鍵問(wen)題(ti)，這(zhe)些反應器的突出優點有: 1)具(ju)有較高有機(ji)負荷(he)和水力負荷(he)，反應器容積比傳統裝置(zhi)減少90%以(yi)上;
2)在低溫、沖擊負荷、存在抑制物等不(bu)利條(tiao)件下仍可(ke)保(bao)持良好的(de)穩定性;
3) 反(fan)應器結構(gou)簡(jian)單，占(zhan)地面積小，適(shi)合各種規(gui)模(mo)，并(bing)可作(zuo)為運行單元被結合在整(zheng)體(ti)的處理技術(shu)中，操作(zuo)簡(jian)便，人工(gong)管理費用(yong)得到降低。
然而第二代厭(yan)氧反應器的缺(que)陷仍然非常明顯:對(dui)于(yu)進水(shui)無法采用(yong)(yong)高的水(shui)力和(he)有機負(fu)荷(he)，反應器的應用(yong)(yong)負(fu)荷(he)和(he)產氣(qi)率(lv)受到(dao)限制。
第三代厭氧反應器
20世紀90年代(dai)初，人們為實現高(gao)(gao)效厭(yan)(yan)氧(yang)反(fan)應(ying)(ying)器(qi)的(de)有(you)效運(yun)行(xing)，結合第(di)二代(dai)反(fan)應(ying)(ying)器(qi)的(de)優缺點(dian)，研發了(le)第(di)三(san)(san)代(dai)厭(yan)(yan)氧(yang)反(fan)應(ying)(ying)器(qi)。第(di)三(san)(san)代(dai)厭(yan)(yan)氧(yang)反(fan)應(ying)(ying)器(qi)具備(bei)占(zhan)地面積(ji)小、動力損耗小等特點(dian)，微生物(wu)均以(yi)顆粒(li)污泥(ni)固定化的(de)方式(shi)存在于反(fan)應(ying)(ying)器(qi)當中，反(fan)應(ying)(ying)器(qi)單位容(rong)積(ji)的(de)生物(wu)量比以(yi)往更(geng)高(gao)(gao)，能承受更(geng)高(gao)(gao)的(de)水力負荷且(qie)具備(bei)較高(gao)(gao)的(de)有(you)機污染物(wu)凈化效果。反(fan)應(ying)(ying)器(qi)內的(de)微生物(wu)在不同區域內生長，可以(yi)與不同區域內的(de)進水充分(fen)接觸，完成了(le)一(yi)定程度上(shang)的(de)生物(wu)相(xiang)分(fen)離。第(di)三(san)(san)代(dai)反(fan)應(ying)(ying)器(qi)的(de)主要代(dai)表有(you):厭(yan)(yan)氧(yang)膨脹顆粒(li)污泥(ni)床(EGSB)、內循環反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(IC)、升(sheng)流式(shi)厭(yan)(yan)氧(yang)污泥(ni)床過濾(lv)器(qi)(UBF)等。
新型厭氧生物處理工藝與反應器
升流式厭氧污泥床反應器(UASB 反應器)
升流式(shi)厭氧(yang)污(wu)(wu)泥床(chuang)(UASB)是第(di)二(er)代(dai)廢水厭氧(yang)生物處(chu)理反(fan)應(ying)器(qi)中(zhong)(zhong)典(dian)型的(de)(de)一種(zhong)。由于在UASB反(fan)應(ying)器(qi)中(zhong)(zhong)能(neng)形成產甲烷(wan)活(huo)性高、沉(chen)降性能(neng)良好(hao)的(de)(de)顆(ke)粒污(wu)(wu)泥，因而UASB反(fan)應(ying)器(qi)具(ju)有(you)很高的(de)(de)有(you)機負荷，近10年(nian)來得到了最(zui)廣泛的(de)(de)應(ying)用，目前約占全世界正在運行的(de)(de)厭氧(yang)反(fan)應(ying)器(qi)中(zhong)(zhong)總數的(de)(de)70%。
1. UASB反應器的工作原理
UASB反應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構如圖2所示，其主體(ti)可分(fen)(fen)為(wei)兩(liang)個區(qu)(qu)(qu)域(yu)，即反應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)區(qu)(qu)(qu)和氣(qi)(qi)、液、固三(san)相分(fen)(fen)離(li)(li)區(qu)(qu)(qu)。在(zai)(zai)反應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)區(qu)(qu)(qu)下部(bu)是大(da)(da)量(liang)具有(you)良好沉(chen)降(jiang)性(xing)能與生(sheng)物活性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)厭氧(yang)顆(ke)粒污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)所形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)床(chuang)，在(zai)(zai)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)床(chuang)上(shang)(shang)部(bu)是濃度較低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)懸浮(fu)(fu)(fu)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)層(ceng)。當反應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)器運(yun)行時，待處理的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)廢水(shui)以(yi)(yi)一定流(liu)速(一般為(wei)0.5～l.5m/h)從污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)床(chuang)底(di)部(bu)進人后與污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)接觸，污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)中包含的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)(da)量(liang)活性(xing)厭氧(yang)菌起著生(sheng)物代(dai)謝的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要作(zuo)用(yong)，經(jing)過(guo)(guo)酸化與甲烷化兩(liang)個過(guo)(guo)程，分(fen)(fen)解(jie)污(wu)(wu)(wu)(wu)水(shui)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)機物，產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)沼氣(qi)(qi)以(yi)(yi)氣(qi)(qi)泡(pao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)式(shi)由污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)床(chuang)區(qu)(qu)(qu)上(shang)(shang)升(sheng)，并帶動(dong)周圍混合(he)(he)液產生(sheng)一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)攪(jiao)拌(ban)作(zuo)用(yong)。經(jing)過(guo)(guo)氣(qi)(qi)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)攪(jiao)拌(ban)，污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)床(chuang)區(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)松(song)散(san)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)被(bei)帶人污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)懸浮(fu)(fu)(fu)層(ceng)區(qu)(qu)(qu)，與懸浮(fu)(fu)(fu)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)碰撞接觸，-部(bu)分(fen)(fen)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)比重加大(da)(da)，沉(chen)人污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)床(chuang)區(qu)(qu)(qu)。懸浮(fu)(fu)(fu)層(ceng)混合(he)(he)液的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)松(song)散(san)， 顆(ke)粒比重小(xiao)，污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)濃度較低。氣(qi)(qi)、水(shui)、泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)混合(he)(he)液上(shang)(shang)升(sheng)至三(san)相分(fen)(fen)離(li)(li)器內，氣(qi)(qi)體(ti)受反射板(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)而進人集(ji)氣(qi)(qi)室(shi)被(bei)分(fen)(fen)離(li)(li)，污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)和水(shui)進人沉(chen)降(jiang)室(shi)，由于氣(qi)(qi)體(ti)已被(bei)分(fen)(fen)離(li)(li)，沉(chen)降(jiang)室(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擾動(dong)很小(xiao)，液體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)動(dong)趨于層(ceng)流(liu)形(xing)態，在(zai)(zai)重力作(zuo)用(yong)下泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)、水(shui)分(fen)(fen)離(li)(li)，污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)沿斜壁返回(hui)反應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)區(qu)(qu)(qu)，上(shang)(shang)清液從沉(chen)淀區(qu)(qu)(qu)上(shang)(shang)部(bu)排走。
2. UASB反應(ying)器的特點
UASB反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)化是該反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)個(ge)主要的(de)(de)(de)(de)特征。顆(ke)(ke)(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)可(ke)以(yi)(yi)定(ding)義(yi)為(wei)具(ju)有(you)(you)自我平(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)(de)微生(sheng)(sheng)態系統(tong)，其特性(xing)特別適宜于(yu)升流(liu)式廢水(shui)處理系統(tong)的(de)(de)(de)(de)微生(sheng)(sheng)物聚(ju)集體(ti)(ti)(ti)。這一(yi)(yi)聚(ju)集體(ti)(ti)(ti)在(zai)(zai)體(ti)(ti)(ti)積上相對較大，與絮狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)短(duan)時間形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)聚(ju)集體(ti)(ti)(ti)不同(tong)，顆(ke)(ke)(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)物理性(xing)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)是相對穩(wen)定(ding)的(de)(de)(de)(de)。UASB工藝的(de)(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)性(xing)和高(gao)(gao)效性(xing)很大程度(du)上取決(jue)于(yu)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)。如(ru)果反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)內(nei)的(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)以(yi)(yi)松(song)散的(de)(de)(de)(de)絮狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)體(ti)(ti)(ti)存(cun)在(zai)(zai)，往往容易出現污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)上浮(fu)流(liu)失， 使反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)不能在(zai)(zai)高(gao)(gao)負荷下(xia)穩(wen)定(ding)運(yun)行(xing)。顆(ke)(ke)(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)具(ju)有(you)(you)極(ji)好的(de)(de)(de)(de)沉降性(xing)能，可(ke)以(yi)(yi)保持UASB反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)內(nei)高(gao)(gao)濃度(du)的(de)(de)(de)(de)厭氧污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)。當產(chan)氣(qi)(qi)量(liang)較高(gao)(gao)，廢水(shui)上升速度(du)增加，絮狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)由(you)于(yu)沉降性(xing)能差(cha)，容易被沖洗出反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)。反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)內(nei)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)和水(shui)流(liu)產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)剪切力也會使得絮狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)進一(yi)(yi)步分散，加劇系統(tong)厭氧污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)流(liu)失。不同(tong)于(yu)絮狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)，顆(ke)(ke)(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)有(you)(you)極(ji)好的(de)(de)(de)(de)沉降性(xing)能，不易受(shou)到氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)和水(shui)流(liu)上升流(liu)速的(de)(de)(de)(de)影響。因此，污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)化可(ke)以(yi)(yi)使UASB反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)有(you)(you)更高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)有(you)(you)機物容積負荷和水(shui)力負荷。
除了污(wu)泥顆(ke)粒化外， UASB反應器還具有以下特點:
1)反(fan)應器內污(wu)(wu)(wu)泥濃(nong)度(du)高(gao)。一般平均污(wu)(wu)(wu)泥濃(nong)度(du)為(wei)30～40g/L, 其中(zhong)底部(bu)污(wu)(wu)(wu)泥床(chuang)污(wu)(wu)(wu)泥濃(nong)度(du)達60～80g/L,懸(xuan)浮(fu)層(ceng)污(wu)(wu)(wu)泥濃(nong)度(du)為(wei)5～7g/L。
2)有機負荷高，水力停留時間短。
3)反應器內設三相分離器。被(bei)沉淀區(qu)分離的污(wu)泥能自動回流到反應區(qu)，一般無污(wu)泥回流設備。
4)無混合(he)攪拌設(she)備。反應(ying)器投產運行正常(chang)后(hou)，利用自身產生的(de)氣體和進水來達到攪拌的(de)目的(de)。
5)污泥床內不填載體，節省造價及避免堵塞問題。
6) 反應器中污(wu)泥(ni)泥(ni)齡長(chang)，污(wu)泥(ni)表觀產率低，所排出(chu)的污(wu)泥(ni)數量極少(shao)，從而(er)降低了(le)污(wu)泥(ni)處(chu)理的費用。
3. UASB反(fan)應(ying)器的啟動
1)污泥的馴化
UASB反(fan)應器啟動的(de)(de)(de)難點是獲得大量(liang)沉降性(xing)能良好的(de)(de)(de)厭(yan)氧顆粒污泥(ni)。用最(zui)好的(de)(de)(de)辦法加以馴(xun)化(hua)，一般需要3～6個(ge)月(yue)， 如果靠設備自身(shen)積累，投產期(qi)(qi)(qi)最(zui)長可長達1～2年(nian)。實踐表明(ming)，投加少量(liang)的(de)(de)(de)載體，有(you)利于厭(yan)氧菌(jun)的(de)(de)(de)附(fu)著，促進初(chu)期(qi)(qi)(qi)顆粒污泥(ni)的(de)(de)(de)形成(cheng);比重大的(de)(de)(de)絮(xu)狀污泥(ni)比輕的(de)(de)(de)易于顆粒化(hua)；比甲烷活性(xing)高(gao)的(de)(de)(de)厭(yan)氧污泥(ni)可縮短啟動期(qi)(qi)(qi)。
2)啟動操作要點
①最好一次投加足量的接(jie)種(zhong)污泥；
②啟動(dong)初期從污(wu)(wu)泥(ni)(ni)床(chuang)流(liu)出的污(wu)(wu)泥(ni)(ni)可以不予(yu)回流(liu)，以使特別輕的和細碎污(wu)(wu)泥(ni)(ni)跟懸浮(fu)物(wu)連(lian)續地從污(wu)(wu)泥(ni)(ni)床(chuang)排出體(ti)外，使較重的活性污(wu)(wu)泥(ni)(ni)在床(chuang)內積(ji)累，并促進其增殖逐步達到(dao)顆粒化；
③啟動開始廢(fei)水COD濃度(du)較低時(shi)，未必就(jiu)能(neng)讓污泥顆粒化速度(du)加快；
④最(zui)初污泥(ni)負荷(he)一般在0.1～0.2kg COD/ (kg TSS·d)左右比較(jiao)合適；
⑤污水(shui)中原來存在的(de)和(he)厭氧分(fen)解(jie)出(chu)來的(de)多種揮發酚未能有效分(fen)解(jie)之前，不應隨意提高(gao)有機(ji)容積負(fu)荷，這需要跟蹤觀察(cha)和(he)水(shui)樣化驗；
⑥可降解COD的去(qu)除(chu)率(lv)達(da)到70%～80%左(zuo)右時，可以逐步增加有機容積負荷；
⑦為促進(jin)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)顆(ke)粒(li)(li)化，反(fan)應(ying)器(qi)應(ying)采用較高(gao)的表面水力負(fu)荷，這樣有(you)利(li)于(yu)小顆(ke)粒(li)(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)與(yu)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)絮凝分開，使小顆(ke)粒(li)(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)并未形(xing)成(cheng)大顆(ke)粒(li)(li)。
4.厭(yan)氧顆粒污泥的性質和(he)形成(cheng)機理(li)
1)厭(yan)氧(yang)顆粒(li)污泥性(xing)質
顆粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)因(yin)所處(chu)理廢水的(de)(de)(de)(de)(de)(de)組成(cheng)、操作條(tiao)件和分析方(fang)法等的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)同而有(you)所不(bu)同。顆粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)主要由厭(yan)氧(yang)菌組成(cheng)，如共(gong)生(sheng)單胞菌屬(shu)、甲(jia)(jia)烷八(ba)疊(die)球菌屬(shu)、甲(jia)(jia)烷絲狀(zhuang)菌屬(shu)等，但(dan)同時還(huan)存在一(yi)些好氧(yang)菌和兼性(xing)(xing)(xing)(xing)厭(yan)氧(yang)菌。顆粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)實(shi)際(ji)上是微(wei)生(sheng)物(wu)固定化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)種形(xing)式，但(dan)與(yu)其他類型不(bu)同，其形(xing)成(cheng)與(yu)存在不(bu)依賴于任何惰(duo)性(xing)(xing)(xing)(xing)生(sheng)物(wu)載體(ti)，惰(duo)性(xing)(xing)(xing)(xing)載體(ti)對顆粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)和它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)(xing)(xing)(xing)都不(bu)是必須的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。顆粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)狀(zhuang)有(you)球形(xing)、桿形(xing)、橢球形(xing)，以球形(xing)為(wei)主。顆粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)顏(yan)色(se)為(wei)黑色(se)或灰色(se)，還(huan)有(you)研究者觀察到了白色(se)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)顆粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)。顆粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)有(you)兩個重要特性(xing)(xing)(xing)(xing):良(liang)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)沉降性(xing)(xing)(xing)(xing)能和高(gao)比產甲(jia)(jia)烷活性(xing)(xing)(xing)(xing)。
在(zai)UASB反(fan)應器中(zhong)，顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)泥(ni)的(de)(de)沉(chen)降(jiang)速(su)度(du)為(wei)0. 3～0.8m/h, 而在(zai)清水中(zhong)，顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)泥(ni)自由沉(chen)降(jiang)的(de)(de)速(su)率(lv)可達2m/h。顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)泥(ni)根據其沉(chen)降(jiang)速(su)度(du)可分三類:①沉(chen)降(jiang)性(xing)能差的(de)(de)顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)泥(ni)，其在(zai)UASB反(fan)應器中(zhong)的(de)(de)沉(chen)降(jiang)速(su)度(du)小于20m/h; ②沉(chen)降(jiang)性(xing)能一般的(de)(de)顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)泥(ni)，其在(zai)UASB反(fan)應器中(zhong)的(de)(de)沉(chen)降(jiang)速(su)度(du)為(wei)20～50m/h;③沉(chen)降(jiang)性(xing)能良好(hao)的(de)(de)顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)泥(ni)，其在(zai)UASB反(fan)應器中(zhong)的(de)(de)沉(chen)降(jiang)速(su)度(du)大于50m/h。
2)顆粒污(wu)泥(ni)的形成機(ji)理
關于顆(ke)粒污(wu)泥形(xing)成(cheng)的(de)機(ji)理(li)目前(qian)還處于研究階段，研究者提出了(le)種(zhong)種(zhong)假(jia)說(shuo)，大多數是根據(ju)觀察顆(ke)粒污(wu)泥在形(xing)成(cheng)過程中所出現的(de)現象提出的(de)，以(yi)下為幾種(zhong)有代表性的(de)假(jia)說(shuo):
①晶核(he)假說。該(gai)假說認為顆(ke)粒(li)污泥(ni)的形(xing)成(cheng)(cheng)類似于結晶過(guo)程(cheng)，在(zai)晶核(he)基礎上，顆(ke)粒(li)不斷(duan)發育，直到最后形(xing)成(cheng)(cheng)成(cheng)(cheng)熟的顆(ke)粒(li)污泥(ni)。晶核(he)來源于接種污泥(ni)或在(zai)運行(xing)過(guo)程(cheng)中產生(sheng)的無機鹽，如CaCO3或其他顆(ke)粒(li)物(wu)質。
②不(bu)少研究結果(guo)表明，在多數成熟的(de)顆(ke)粒污(wu)泥中很難找(zhao)到晶核。顆(ke)粒污(wu)泥的(de)形成可不(bu)以晶核為基(ji)礎而(er)(er)成長(chang)，而(er)(er)是完(wan)全靠微(wei)生(sheng)物本身形成的(de)，因(yin)而(er)(er)又產生(sheng)了其他的(de)觀點:
電(dian)中(zhong)和作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。這一假(jia)說(shuo)認為，在厭氧污泥顆粒(li)化(hua)過程(cheng)中(zhong)，Ca2+ 能中(zhong)和細菌細胞表面的(de)負(fu)電(dian)荷(he)，減弱細胞間的(de)電(dian)荷(he)斥(chi)力(li)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，并通過鹽(yan)橋作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)而促進細胞的(de)凝聚(ju)反應；
胞(bao)外(wai)多聚物(wu)架橋作用。這是(shi)目前(qian)比較流行的(de)(de)假(jia)說。這一假(jia)說認為，顆(ke)粒污(wu)泥是(shi)由于微生(sheng)物(wu)(如細菌)分泌的(de)(de)胞(bao)外(wai)多糖使細胞(bao)粘(zhan)結在一起而形成的(de)(de)。
新加坡南洋理工(gong)大(da)學Y.G.Yen等認為(wei)(wei)污泥顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)化(hua)(hua)過程(cheng)(cheng)可分(fen)成(cheng)三個階(jie)(jie)段(duan)(duan)，即積累階(jie)(jie)段(duan)(duan)、顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)化(hua)(hua)階(jie)(jie)段(duan)(duan)和成(cheng)熟(shu)(shu)階(jie)(jie)段(duan)(duan)。大(da)量(liang)初(chu)始顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)污泥在反應(ying)器的(de)(de)底部形成(cheng)并開始逐漸增(zeng)長，這(zhe)種狀態為(wei)(wei)顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)初(chu)始化(hua)(hua)。從反應(ying)器剛開始啟動到(dao)顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)初(chu)始化(hua)(hua)這(zhe)段(duan)(duan)時(shi)間(jian)稱為(wei)(wei)積累階(jie)(jie)段(duan)(duan)。在此階(jie)(jie)段(duan)(duan)中，顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)化(hua)(hua)過程(cheng)(cheng)進(jin)行的(de)(de)很慢(man)。相應(ying)地(di)，當用粒(li)(li)(li)徑表示的(de)(de)顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)比(bi)生長速率(lv)(lv)急劇下降時(shi)(約為(wei)(wei)最大(da)生長速率(lv)(lv)Vφ的(de)(de)20%或更低)，顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)成(cheng)熟(shu)(shu)，這(zhe)種狀態稱為(wei)(wei)顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)成(cheng)熟(shu)(shu)化(hua)(hua)。顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)化(hua)(hua)階(jie)(jie)段(duan)(duan)介于顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)初(chu)始和顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)成(cheng)熟(shu)(shu)之(zhi)間(jian)。在成(cheng)熟(shu)(shu)階(jie)(jie)段(duan)(duan)，盡管顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)的(de)(de)平均大(da)小仍(reng)然變(bian)化(hua)(hua)，但是成(cheng)熟(shu)(shu)顆(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)污泥較(jiao)穩(wen)定，達到(dao)動力學平衡。
周孟津等人把UASB反應器中(zhong)顆粒(li)污泥(ni)(ni)(ni)的(de)形成過(guo)(guo)程分(fen)為(wei)5個時期，即絮凝污泥(ni)(ni)(ni)絲狀菌(jun)增(zeng)(zeng)長期、顆粒(li)污泥(ni)(ni)(ni)亞(ya)單(dan)位生成期、亞(ya)單(dan)位聚(ju)集期、初生顆粒(li)生長期和顆粒(li)污泥(ni)(ni)(ni)生長和成熟期。因此，顆粒(li)污泥(ni)(ni)(ni)的(de)形成過(guo)(guo)程通常(chang)分(fen)為(wei)四步:①細菌(jun)向惰性(xing)(xing)物(wu)(wu)質(zhi)或(huo)其他菌(jun)體表面移動；②通過(guo)(guo)理(li)化作(zuo)用可逆(ni)地(di)吸(xi)附(fu)在一(yi)起(qi)或(huo)惰性(xing)(xing)物(wu)(wu)質(zhi)上；③通過(guo)(guo)微生物(wu)(wu)附(fu)屬(shu)物(wu)(wu)的(de)作(zuo)用將細菌(jun)不可逆(ni)地(di)粘附(fu)一(yi)起(qi)或(huo)惰性(xing)(xing)物(wu)(wu)質(zhi)上；④細菌(jun)的(de)倍增(zeng)(zeng)和顆粒(li)污泥(ni)(ni)(ni)的(de)增(zeng)(zeng)大。
5. UASB反應(ying)器的應(ying)用研究
UASB反應器(qi)自(zi)1977年實現工業化應用以來，已成功(gong)地應用于(yu)處理(li)多種不同成分、不同濃(nong)(nong)度的污(wu)水，如(ru)高濃(nong)(nong)度制糖廢水、土(tu)豆加工廢水、淀粉廢水、啤酒(jiu)廢水、酒(jiu)精廢水、乳品廢水、屠宰(zai)廢水、造(zao)紙廢水，表1所列為國內外部分UASB反應器(qi)的統(tong)計(ji)設計(ji)資料。
厭氧膨脹顆粒床反應器(EGSB)
20世紀(ji)80年代后期(qi)，Lettinga教授(shou)等人(ren)在(zai)利用UASB反(fan)應(ying)器(qi)處理(li)(li)生活污(wu)水時，為(wei)了增加(jia)污(wu)水與污(wu)泥的接觸，更加(jia)有效(xiao)地(di)利用反(fan)應(ying)器(qi)的容積，優(you)化UASB反(fan)應(ying)器(qi)的結構設(she)計和操作參數，使反(fan)應(ying)器(qi)中顆(ke)粒污(wu)泥床(chuang)在(zai)高的液體表(biao)面上升流速下充分(fen)膨(peng)脹，從(cong)而(er)處理(li)(li)效(xiao)果大大提高，由此形成了早(zao)期(qi)的厭氧膨(peng)脹顆(ke)粒床(chuang)(Expanded Granular Sludge Bed, EGSB)反(fan)應(ying)器(qi)。
1. EGSB反應器的工作(zuo)原理
EGSB反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)是(shi)對UASB反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)的(de)(de)改進(jin)，與UASB反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)相比，它(ta)們最大的(de)(de)區別在于(yu)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)內(nei)液體上升流(liu)(liu)(liu)速(su)的(de)(de)不(bu)同。在UASB反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)中，水(shui)(shui)力上升流(liu)(liu)(liu)速(su)Vup一(yi)般小于(yu)1m/h,污泥床(chuang)更(geng)像一(yi)個靜(jing)止(zhi)床(chuang)，而EGSB反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)通過(guo)采用出水(shui)(shui)循環，其流(liu)(liu)(liu)速(su)Vup一(yi)般可(ke)(ke)達到5～10m/h,所以(yi)整個顆粒污泥床(chuang)是(shi)膨(peng)脹的(de)(de)。EGSB反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)這種獨有的(de)(de)特征使它(ta)可(ke)(ke)以(yi)進(jin)一(yi)步(bu)向著空間化方向發展(zhan)，反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)的(de)(de)高(gao)徑比可(ke)(ke)高(gao)達20或更(geng)高(gao)。因此對于(yu)相同容積的(de)(de)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)而言，EGSB反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)的(de)(de)占地面積大為減少。除反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)主體外，EGSB反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)的(de)(de)主要組成部分(fen)有進(jin)水(shui)(shui)分(fen)配(pei)系統、氣、液、固(gu)三相分(fen)離器(qi)以(yi)及出水(shui)(shui)循環部分(fen)，其結構示意(yi)圖如圖3所示。
EGSB反應(ying)(ying)(ying)器(qi)在運行過程中，待處理廢水(shui)與(yu)被(bei)回流的(de)出水(shui)混(hun)合(he)經(jing)反應(ying)(ying)(ying)器(qi)底部的(de)進水(shui)分(fen)(fen)配系統均勻進人反應(ying)(ying)(ying)器(qi)的(de)反應(ying)(ying)(ying)區。反應(ying)(ying)(ying)區內(nei)的(de)泥(ni)(ni)(ni)水(shui)混(hun)合(he)液及厭氧消化產(chan)生的(de)沼(zhao)氣(qi)向上流動，部分(fen)(fen)沉(chen)降性(xing)能較好的(de)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)經(jing)過膨脹床(chuang)區后自然回落到污(wu)泥(ni)(ni)(ni)床(chuang)區，沼(zhao)氣(qi)及其(qi)余(yu)的(de)泥(ni)(ni)(ni)水(shui)混(hun)合(he)液繼(ji)續向上流動，經(jing)三相分(fen)(fen)離器(qi)后，沼(zhao)氣(qi)進入集氣(qi)室，部分(fen)(fen)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)經(jing)沉(chen)淀后返(fan)回反應(ying)(ying)(ying)區，液相夾帶部分(fen)(fen)沉(chen)降性(xing)極(ji)差的(de)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)排出反應(ying)(ying)(ying)器(qi)。
進(jin)水分配(pei)系統的主要(yao)作用(yong)是(shi)將進(jin)水均(jun)勻(yun)地分配(pei)到整個(ge)反(fan)(fan)(fan)應器(qi)的底(di)部(bu)，并產生一個(ge)均(jun)勻(yun)的上升(sheng)流速。與UASB反(fan)(fan)(fan)應器(qi)相比(bi)(bi)，EGSB反(fan)(fan)(fan)應器(qi)由于高徑比(bi)(bi)更(geng)大(da)，其(qi)所需要(yao)的配(pei)水面積會較小，同時(shi)EGSB反(fan)(fan)(fan)應器(qi)采用(yong)了出水循(xun)環，其(qi)配(pei)水孔口的流速會更(geng)大(da)，因(yin)此系統更(geng)容易保證配(pei)水均(jun)勻(yun)。
三(san)(san)相分(fen)離(li)器(qi)(qi)仍然(ran)是(shi)EGSB反(fan)應器(qi)(qi)最關(guan)鍵的(de)構造，其(qi)主要作用(yong)是(shi)將出(chu)水、沼氣、污泥三(san)(san)相進(jin)行(xing)有效分(fen)離(li)，使污泥在(zai)反(fan)應器(qi)(qi)內有效持留。與UASB反(fan)應器(qi)(qi)相比(bi)，EGSB反(fan)應器(qi)(qi)內的(de)液體上升流速要大得多(duo)，因(yin)此必須對(dui)三(san)(san)相分(fen)離(li)器(qi)(qi)進(jin)行(xing)特殊改進(jin)。改進(jin)可以有以下幾(ji)種方法(fa):
①增加一個可以(yi)旋(xuan)轉的葉片，在三相分離器底(di)部產(chan)生(sheng)一股(gu)向下水(shui)流，有利于污(wu)泥(ni)的回流；
②采用(yong)篩鼓或細(xi)格柵，可以截留細(xi)小顆粒污泥；
③在反應(ying)器內設(she)置(zhi)攪拌器，使氣泡與顆(ke)粒污泥(ni)分離；
④在(zai)出(chu)水堰處設(she)置擋板，以截留顆粒污泥。
出水(shui)循(xun)環部(bu)分是(shi)EGSB反(fan)應器(qi)不同于(yu)UASB反(fan)應器(qi)之處(chu)，其主要目(mu)的(de)是(shi)提高反(fan)應器(qi)內的(de)液體上升流速，使顆粒污(wu)(wu)泥(ni)床層充分膨脹，污(wu)(wu)水(shui)與微生(sheng)物(wu)之間充分接觸，加強傳質效果，還可(ke)以(yi)避(bi)免(mian)反(fan)應器(qi)內死角和短流的(de)產生(sheng)。
2. EGSB反應器的特點(dian)
與廢(fei)水的(de)好氧生物法(fa)相(xiang)比，厭(yan)氧法(fa)具有(you)負荷高、產泥少、能耗低、回收(shou)部(bu)分生物能等(deng)優點。EGSB反(fan)應器(qi)與UASB反(fan)應器(qi)相(xiang)比，具有(you)以(yi)下的(de)特(te)點(表2)。
3. EGSB反(fan)應器的(de)啟動
EGSB反應器(qi)的(de)常規啟動：
反應(ying)器(qi)能否快速(su)啟動(dong)直(zhi)接(jie)影(ying)響其(qi)應(ying)用與推廣，因此快速(su)成功地啟動(dong)EGSB反應(ying)器(qi)成為國內(nei)外學(xue)者研究的(de)焦點。
EGSB反應器的(de)啟動一般分(fen)為三個步(bu)驟(zou):
1)啟動初期(qi)，接(jie)種污(wu)泥適(shi)應期(qi)。由于所處環境的(de)改變，接(jie)種污(wu)泥會經(jing)過一段(duan)的(de)適(shi)應期(qi)。此時(shi)的(de)水(shui)力停留(liu)時(shi)間一般為(wei)6～10h;
2)啟動中(zhong)期，提高(gao)水(shui)力負(fu)荷，降低停(ting)留(liu)(liu)時間(jian)。隨著污(wu)泥活性的恢(hui)復， 系統表現為(wei)COD去除(chu)率(lv)逐漸(jian)上升(sheng)，此時可逐漸(jian)提高(gao)水(shui)力負(fu)荷，將其從(cong)初始的2～3m3/ (m3 .d)提高(gao)到4～6m3/ (m2.d)，水(shui)力停(ting)留(liu)(liu)時間(jian)降低至2～4h。通過改變(bian)水(shui)力負(fu)荷，反(fan)應器(qi)內沉(chen)淀性能較差(cha)的細小絮狀污(wu)泥會(hui)隨水(shui)流流出(chu)，由此完成顆粒污(wu)泥的篩選;
3)啟動(dong)穩定(ding)期。維(wei)持(chi)進水COD容積負(fu)荷(he)，反應器出水COD去除率(lv)較高且(qie)穩定(ding)，啟動(dong)過程完(wan)成。
內循環厭氧反應器(IC)
內(nei)循(xun)環(huan)(IC) 厭氧反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)是(shi)(shi)由荷蘭PAQUES公司于20世紀80年代后期，在對升流式(shi)厭氧污泥床(UASB)的(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)用現狀及(ji)其優(you)缺點進行深人分(fen)析的(de)(de)(de)基(ji)礎上(shang)，研究(jiu)開(kai)發(fa)成(cheng)功的(de)(de)(de)第(di)三(san)代高效(xiao)(xiao)厭氧反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)。與前兩代厭氧反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)相比，IC厭氧反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)主要有(you)以下兩個(ge)特點: 一(yi)是(shi)(shi)在反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)塔(ta)體(ti)內(nei)實現了(le)無(wu)需外(wai)(wai)加動力(li)的(de)(de)(de)內(nei)循(xun)環(huan)，從而(er)使污泥和廢水(shui)得(de)以充(chong)分(fen)混合(he)，加強了(le)傳質效(xiao)(xiao)果，提高了(le)生化反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)速率;二是(shi)(shi)三(san)相分(fen)離不在塔(ta)體(ti)內(nei)完成(cheng)，而(er)是(shi)(shi)在塔(ta)體(ti)外(wai)(wai)的(de)(de)(de)分(fen)離包內(nei)實現了(le)三(san)相分(fen)離，從而(er)增加了(le)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)有(you)效(xiao)(xiao)容積(ji)。
隨著對(dui)該(gai)反應(ying)(ying)器(qi)技術(shu)研究的(de)不(bu)斷深人，其(qi)(qi)眾多(duo)優勢被(bei)人們認識(shi)并(bing)接(jie)受，使(shi)其(qi)(qi)廢水(shui)處理(li)(li)工(gong)程中的(de)應(ying)(ying)用(yong)得到(dao)了(le)很(hen)大程度的(de)推(tui)廣和普及。目前，IC厭(yan)(yan)氧(yang)反應(ying)(ying)器(qi)已成(cheng)功應(ying)(ying)用(yong)于(yu)啤(pi)酒生(sheng)產(chan)、食品加工(gong)、造紙等(deng)行業的(de)生(sheng)產(chan)污水(shui)處理(li)(li)中。我國于(yu)1996年引進(jin)該(gai)技術(shu)用(yong)于(yu)啤(pi)酒廢水(shui)的(de)處理(li)(li)，并(bing)對(dui)該(gai)技術(shu)進(jin)行研究。國內自(zi)主生(sheng)產(chan)的(de)IC厭(yan)(yan)氧(yang)反應(ying)(ying)器(qi)用(yong)于(yu)規模較(jiao)大的(de)廢水(shui)處理(li)(li)。由于(yu)其(qi)(qi)容積負荷高、能(neng)耗低、投(tou)資少、占地省、可(ke)再(zai)生(sheng)、運行穩(wen)定等(deng)特(te)點，被(bei)視(shi)為第三代(dai)(dai)厭(yan)(yan)氧(yang)生(sheng)化反應(ying)(ying)器(qi)的(de)代(dai)(dai)表工(gong)藝之(zhi)一(yi)(yi)。進(jin)一(yi)(yi)步研究開發IC厭(yan)(yan)氧(yang)反應(ying)(ying)器(qi)，推(tui)廣其(qi)(qi)應(ying)(ying)用(yong)范圍已成(cheng)為厭(yan)(yan)氧(yang)廢水(shui)處理(li)(li)的(de)熱點之(zhi)一(yi)(yi)。
1. IC厭氧反應器的開發背景
厭氧反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)處理(li)(li)效率(lv)主(zhu)要(yao)(yao)取(qu)決于(yu)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)所(suo)能(neng)保有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)濃度(du)及其生(sheng)(sheng)化反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)速率(lv)，而傳(chuan)(chuan)(chuan)質(zhi)條(tiao)件(jian)對生(sheng)(sheng)化反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)速率(lv)起著(zhu)至(zhi)關重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用。依托適宜(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)營養(yang)(yang)、水(shui)(shui)(shui)力(li)(li)條(tiao)件(jian)以(yi)及利(li)用微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)自(zi)固定化作(zuo)用培(pei)養(yang)(yang)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活性和(he)沉降(jiang)性能(neng)俱佳的(de)(de)(de)(de)(de)(de)顆粒污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)，再加上(shang)(shang)特有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)三(san)(san)相分離器(qi)(qi)(qi)(qi)結構，UASB成功地使(shi)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)停(ting)留時間(jian)與水(shui)(shui)(shui)力(li)(li)停(ting)留時間(jian)相分離，解(jie)決了反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)內生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)量(liang)(liang)保持的(de)(de)(de)(de)(de)(de)問題。但UASB的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)(chuan)質(zhi)過(guo)(guo)程并不理(li)(li)想，這(zhe)對進(jin)一步提(ti)高(gao)有機(ji)負(fu)(fu)荷(he)產生(sheng)(sheng)負(fu)(fu)面(mian)影響(xiang)。由(you)于(yu)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)與有機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)(chuan)質(zhi)過(guo)(guo)程主(zhu)要(yao)(yao)依賴于(yu)進(jin)水(shui)(shui)(shui)與產氣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)攪(jiao)動，因(yin)此強化傳(chuan)(chuan)(chuan)質(zhi)過(guo)(guo)程最有效的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法就是提(ti)高(gao)表(biao)面(mian)水(shui)(shui)(shui)力(li)(li)負(fu)(fu)荷(he)和(he)表(biao)面(mian)產氣負(fu)(fu)荷(he)。但高(gao)負(fu)(fu)荷(he)產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)劇烈攪(jiao)拌會使(shi)UASB反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)處于(yu)完全膨(peng)脹的(de)(de)(de)(de)(de)(de)狀態，使(shi)原本(ben)(ben)SRT>HRT的(de)(de)(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)向SRT=HRT的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)向轉(zhuan)變，導致污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)過(guo)(guo)度(du)流(liu)失。為避免出(chu)現過(guo)(guo)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)力(li)(li)負(fu)(fu)荷(he)與產氣負(fu)(fu)荷(he)，UASB反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)常常將進(jin)水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)(shang)升(sheng)流(liu)速控制在1～2m/h以(yi)內。傳(chuan)(chuan)(chuan)質(zhi)與微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)量(liang)(liang)保有之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)矛盾，成為UASB進(jin)一步提(ti)高(gao)有機(ji)負(fu)(fu)荷(he)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)根本(ben)(ben)制約因(yin)素。為解(jie)決這(zhe)一問題，開發(fa)出(chu)了以(yi)出(chu)水(shui)(shui)(shui)回流(liu)來提(ti)高(gao)反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)內水(shui)(shui)(shui)流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)(shang)升(sheng)流(liu)速為主(zhu)要(yao)(yao)特征的(de)(de)(de)(de)(de)(de)第三(san)(san)代厭氧反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)，即IC厭氧反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)。與普通EGSB反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)顯著(zhu)差別(bie)在于(yu)，IC厭氧反(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)巧妙地利(li)用特有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)內循環(huan)系統，利(li)用自(zi)身產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)沼氣膨(peng)脹做功，在無須外加能(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)下實(shi)現了內循環(huan)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)回流(liu)。
2. IC厭氧(yang)反應器的結構(gou)及工作原理(li)
IC厭氧反應(ying)(ying)器由(you)5個基(ji)本(ben)部(bu)分組成:進液混合一布水區，第(di)一反應(ying)(ying)區，內循環(huan)系統(tong)，第(di)二反應(ying)(ying)區，沉淀出(chu)水區，其中(zhong)內循環(huan)系統(tong)是IC厭氧反應(ying)(ying)器的核心構(gou)造，由(you)一級三相分離器、沼氣提(ti)升(sheng)管、氣液分離器、泥水下降管組成。IC厭氧反應(ying)(ying)器的基(ji)本(ben)結構(gou)示意圖(tu)(tu)如(ru)圖(tu)(tu)4所示。
進水(shui)(shui)(shui)由底(di)部(bu)進人第一(yi)(yi)(yi)(yi)反(fan)應(ying)區(qu)(qu)(qu)與顆粒污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)混(hun)(hun)合(he)(he)(he)，大(da)部(bu)分(fen)有機物在(zai)此(ci)被降(jiang)解(jie)，產生(sheng)大(da)量(liang)沼(zhao)氣(qi)(qi)，沼(zhao)氣(qi)(qi)被一(yi)(yi)(yi)(yi)級三相分(fen)離器(qi)收(shou)集。由于(yu)(yu)產氣(qi)(qi)量(liang)大(da)和(he)液(ye)(ye)相上升流速(su)(su)較快，沼(zhao)氣(qi)(qi)、廢水(shui)(shui)(shui)和(he)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)不能很好分(fen)離，形(xing)成了(le)氣(qi)(qi)、固、液(ye)(ye)混(hun)(hun)合(he)(he)(he)流體(ti)。又由于(yu)(yu)氣(qi)(qi)液(ye)(ye)分(fen)離器(qi)中的(de)(de)壓(ya)力小于(yu)(yu)反(fan)應(ying)區(qu)(qu)(qu)壓(ya)力，混(hun)(hun)合(he)(he)(he)液(ye)(ye)體(ti)在(zai)沼(zhao)氣(qi)(qi)的(de)(de)夾(jia)帶作(zuo)用下通過沼(zhao)氣(qi)(qi)提升管進入氣(qi)(qi)液(ye)(ye)分(fen)離器(qi)中，在(zai)此(ci)大(da)部(bu)分(fen)沼(zhao)氣(qi)(qi)脫(tuo)離混(hun)(hun)合(he)(he)(he)液(ye)(ye)外排，混(hun)(hun)合(he)(he)(he)流體(ti)的(de)(de)密度變大(da)，在(zai)重(zhong)力作(zuo)用下通過泥(ni)(ni)水(shui)(shui)(shui)下降(jiang)管回到(dao)(dao)第一(yi)(yi)(yi)(yi)反(fan)應(ying)區(qu)(qu)(qu)的(de)(de)底(di)部(bu)，與第一(yi)(yi)(yi)(yi)反(fan)應(ying)區(qu)(qu)(qu)的(de)(de)廢水(shui)(shui)(shui)、顆粒污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)混(hun)(hun)合(he)(he)(he)，從而實現了(le)流體(ti)在(zai)反(fan)應(ying)器(qi)內部(bu)的(de)(de)循(xun)環。內循(xun)環使得第一(yi)(yi)(yi)(yi)反(fan)應(ying)區(qu)(qu)(qu)的(de)(de)液(ye)(ye)相上升流速(su)(su)大(da)大(da)增加(jia)，可以(yi)達(da)到(dao)(dao)10～20m/h。
第(di)二(er)反(fan)應區的(de)液相上(shang)升(sheng)流速小(xiao)于(yu)第(di)一反(fan)應區，一般僅為2～10m/h。這個區域除了繼續進行生物反(fan)應之外(wai)，由于(yu)上(shang)升(sheng)流速的(de)降低，還充當第(di)一反(fan)應區和沉淀(dian)出水(shui)區之間的(de)緩沖段，對解(jie)決(jue)跑泥、確(que)保(bao)沉淀(dian)后出水(shui)水(shui)質起著重要作用。
3. IC厭氧反應器的(de)特點
基于前面的論述可(ke)以(yi)知(zhi)道，IC厭氧反應器(qi)具有很多優點，其主要的優點如(ru)下:
1)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)可(ke)以大(da)量保(bao)留。①第(di)二反應(ying)區(qu)的(de)(de)液相上升流(liu)速一(yi)(yi)般僅為2～10m/h,遠小于(yu)(yu)第(di)一(yi)(yi)反應(ying)區(qu)，混合液在此區(qu)具(ju)(ju)有相對(dui)長的(de)(de)水(shui)力停留時間;②由(you)于(yu)(yu)大(da)部分COD在第(di)一(yi)(yi)反應(ying)區(qu)已被去除，此區(qu)產氣量很少，不(bu)足(zu)以產生(sheng)很大(da)的(de)(de)水(shui)流(liu)湍動(dong)，混合液接(jie)近于(yu)(yu)推流(liu)狀態;③內(nei)循(xun)環(huan)系統不(bu)通過第(di)二反應(ying)區(qu)，對(dui)此區(qu)流(liu)體的(de)(de)流(liu)速幾乎無影(ying)響。上述三(san)點非常有利于(yu)(yu)顆(ke)粒污(wu)(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)沉(chen)(chen)降和保(bao)留，即(ji)使在數倍于(yu)(yu)UASB的(de)(de)進水(shui)負(fu)荷條件下(xia)也(ye)是如此，不(bu)存(cun)(cun)在高(gao)COD負(fu)荷下(xia)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)被沖出系統的(de)(de)問題。由(you)于(yu)(yu)內(nei)循(xun)環(huan)系統的(de)(de)存(cun)(cun)在，使得(de)反應(ying)器具(ju)(ju)有SRT>HRT的(de)(de)特征(zheng)，實(shi)現了(le)“高(gao)負(fu)荷與污(wu)(wu)泥(ni)(ni)流(liu)失相分離”的(de)(de)第(di)三(san)代厭氧反應(ying)器的(de)(de)設計(ji)思想，既(ji)保(bao)持(chi)了(le)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)高(gao)濃(nong)度，又強化(hua)了(le)傳質過程。同時，由(you)于(yu)(yu)第(di)二反應(ying)區(qu)的(de)(de)存(cun)(cun)在，使得(de)第(di)一(yi)(yi)反應(ying)區(qu)與沉(chen)(chen)淀出水(shui)區(qu)之間有了(le)緩沖段(duan)，也(ye)同樣防止了(le)高(gao)峰負(fu)荷時污(wu)(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)流(liu)失。
2) 具(ju)有(you)很高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)容(rong)積負荷(he)(he)。IC厭氧(yang)反(fan)應(ying)器(qi)通過采(cai)用(yong)內循環技(ji)術，提高(gao)(gao)(gao)了(le)第一反(fan)應(ying)區的(de)(de)液相上升(sheng)流(liu)速，使(shi)得混合(he)液處于推流(liu)狀態，強化了(le)廢(fei)水(shui)中有(you)機物(wu)(wu)和顆粒污(wu)(wu)泥(ni)的(de)(de)傳(chuan)(chuan)質(zhi)，提高(gao)(gao)(gao)了(le)生物(wu)(wu)處理能力，從而大幅度提高(gao)(gao)(gao)了(le)反(fan)應(ying)器(qi)的(de)(de)容(rong)積負荷(he)(he)。容(rong)積負荷(he)(he)的(de)(de)提高(gao)(gao)(gao)會導致反(fan)應(ying)器(qi)沼氣量的(de)(de)提升(sheng)，進一步增(zeng)強了(le)沼氣升(sheng)流(liu)對污(wu)(wu)泥(ni)床的(de)(de)湍動(dong)和傳(chuan)(chuan)質(zhi)效果。通常，IC厭氧(yang)反(fan)應(ying)器(qi)的(de)(de)進水(shui)負荷(he)(he)可(ke)以高(gao)(gao)(gao)出UASB反(fan)應(ying)器(qi)的(de)(de)三倍之多。在采(cai)用(yong)IC厭氧(yang)反(fan)應(ying)器(qi)處理土(tu)豆加(jia)工廢(fei)水(shui)時，當進水(shui)COD為(wei)10000～15000mg/L時， 進水(shui)容(rong)積負荷(he)(he)可(ke)達35～50kg COD/ (m3·d)，當處理啤酒廢(fei)水(shui)時，進水(shui)COD為(wei)2000～3000mg/L,容(rong)積負荷(he)(he)可(ke)高(gao)(gao)(gao)達40kgCOD/ (m3 ·d)，COD去除率在75%～80%。
3) 沼(zhao)氣(qi)提(ti)(ti)(ti)(ti)升實(shi)現內(nei)循環，不(bu)必(bi)(bi)外加動(dong)力(li)。IC厭氧(yang)反(fan)(fan)應(ying)器實(shi)際上是一種特殊(shu)的氣(qi)提(ti)(ti)(ti)(ti)式反(fan)(fan)應(ying)器，其工作原理與空(kong)氣(qi)提(ti)(ti)(ti)(ti)升液體(ti)循環反(fan)(fan)應(ying)器(氣(qi)體(ti)式反(fan)(fan)應(ying)器)十分相(xiang)似，區別僅在(zai)于(yu)IC厭氧(yang)反(fan)(fan)應(ying)器中(zhong)的提(ti)(ti)(ti)(ti)升動(dong)力(li)源(yuan)自(zi)反(fan)(fan)應(ying)器中(zhong)的自(zi)產沼(zhao)氣(qi)，而(er)氣(qi)提(ti)(ti)(ti)(ti)式反(fan)(fan)應(ying)器中(zhong)的提(ti)(ti)(ti)(ti)升動(dong)力(li)源(yuan)自(zi)反(fan)(fan)應(ying)器外動(dong)力(li)提(ti)(ti)(ti)(ti)供的空(kong)氣(qi)。因此，與氣(qi)提(ti)(ti)(ti)(ti)式反(fan)(fan)應(ying)器相(xiang)比(bi)，IC厭氧(yang)反(fan)(fan)應(ying)器不(bu)必(bi)(bi)通過外力(li)實(shi)現強(qiang)制(zhi)循環， 從而(er)可(ke)節省能耗。
4)抗(kang)沖擊(ji)負荷能(neng)(neng)力強，運行穩定。內循環的(de)形成(cheng)使(shi)得IC厭氧反(fan)應器第一(yi)反(fan)應區的(de)實際水(shui)(shui)(shui)量(liang)遠(yuan)大(da)于進(jin)(jin)口水(shui)(shui)(shui)量(liang)，例如(ru)在處理與啤酒廢(fei)水(shui)(shui)(shui)濃度相當的(de)廢(fei)水(shui)(shui)(shui)時(shi)，循環流(liu)量(liang)可(ke)達進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)流(liu)量(liang)的(de)2～3倍(bei);處理土豆(dou)加工廢(fei)水(shui)(shui)(shui)時(shi)，循環流(liu)量(liang)可(ke)達10～20倍(bei)。循環水(shui)(shui)(shui)稀釋了(le)進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)，提高了(le)反(fan)應器的(de)抗(kang)沖擊(ji)能(neng)(neng)力和酸堿調節能(neng)(neng)力。即(ji)使(shi)入水(shui)(shui)(shui)中含有(you)一(yi)定濃度的(de)有(you)毒有(you)害物(wu)質，由(you)于內循環水(shui)(shui)(shui)的(de)稀釋作用，其對反(fan)應器內的(de)活(huo)性污泥生化(hua)反(fan)應所構(gou)成(cheng)的(de)威脅也將大(da)大(da)減弱。由(you)于內循環水(shui)(shui)(shui)對進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)所起(qi)到的(de)pH調節的(de)能(neng)(neng)力，從而大(da)大(da)節約了(le)反(fan)應器運行過程中中和劑(ji)酸堿的(de)用量(liang)。
5) 出(chu)水穩(wen)定性(xing)好(hao)，系(xi)統啟(qi)(qi)動(dong)快(kuai)。IC厭氧(yang)(yang)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)相當(dang)于兩個(ge)UASB反(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)的串(chuan)聯系(xi)統，一(yi)般情況下，兩級處理(li)系(xi)統的出(chu)水水質、穩(wen)定性(xing)高于一(yi)級處理(li)系(xi)統。IC厭氧(yang)(yang)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)內污泥活性(xing)高，生物增殖快(kuai)，為反(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)快(kuai)速啟(qi)(qi)動(dong)提供有利條件。IC厭氧(yang)(yang)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)啟(qi)(qi)動(dong)周期一(yi)般為1～2個(ge)月，而普(pu)通UASB啟(qi)(qi)動(dong)周期長達(da)4～6個(ge)月。
6)基建投資(zi)省，占(zhan)地面(mian)積(ji)小(xiao)(xiao)。在(zai)處理(li)相同的(de)廢(fei)水時，IC厭氧(yang)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)的(de)容積(ji)負荷(he)是(shi)普通UASB反(fan)(fan)應(ying)器(qi)的(de)4倍左右，故其(qi)所需(xu)的(de)反(fan)(fan)應(ying)體積(ji)僅為UASB反(fan)(fan)應(ying)器(qi)的(de)1/4～1/3，節省了基建投資(zi)，加上IC厭氧(yang)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)不僅體積(ji)小(xiao)(xiao)而且有很大的(de)高徑(jing)比(bi)(一般(ban)高度可達16～25m，高徑(jing)比(bi)為4～8)，所以占(zhan)地面(mian)積(ji)特別省，非常適(shi)用(yong)于占(zhan)地面(mian)積(ji)緊張的(de)企(qi)業(ye)。
厭氧序批式反應器(ASBR)
厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)(yang)序批式反應器(qi)(Anaerobic Sequecing Batch Reactor, ASBR) 是20世紀90年代美國(guo)愛荷華州(zhou)立大學Dague教授等(deng)人將好氧(yang)(yang)(yang)(yang)生物處理(li)中(zhong)的(de)SBR法用于(yu)(yu)厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)(yang)處理(li)中(zhong)，從(cong)而開發出(chu)的(de)一(yi)種(zhong)新型高效(xiao)(xiao)厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)(yang)反應器(qi)。這種(zhong)工(gong)藝能克服污(wu)泥(ni)流失(shi)的(de)問(wen)題，且在(zai)反應器(qi)內能培養出(chu)沉(chen)降好、活性高顆粒(li)污(wu)泥(ni)，具有(you)較(jiao)高的(de)污(wu)泥(ni)停(ting)留時間(jian)，低的(de)水力停(ting)留時間(jian)。雖然ASBR運行(xing)上(shang)類似(si)于(yu)(yu)厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)(yang)接觸(chu)，但ASBR的(de)固液(ye)分離在(zai)反應器(qi)內部(bu)進行(xing)，不(bu)(bu)需設澄(cheng)清池，不(bu)(bu)需真空脫氣設備(bei)。另外，ASBR中(zhong)不(bu)(bu)需UASB中(zhong)復雜的(de)三相分器(qi)，與其他高效(xiao)(xiao)厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)(yang)反應器(qi)如AF、UASB等(deng)相比，ASBR具有(you)工(gong)藝簡單、運行(xing)方式靈(ling)活、生化(hua)反應推動力大、耐沖擊負荷強等(deng)優點(dian)。近些年，ASBR受到世界(jie)范圍內的(de)廣(guang)泛關(guan)注，已成為厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)(yang)生物處理(li)領域的(de)研究熱點(dian)之一(yi)。
1. ASBR的運行模式(shi)
典(dian)型(xing)的ASBR運行周期包括四個(ge)階(jie)(jie)段，即進水(shui)(shui)、反應、沉(chen)淀、出(chu)水(shui)(shui)，可以(yi)再加一個(ge)閑(xian)置階(jie)(jie)段，閑(xian)置是指(zhi)出(chu)水(shui)(shui)階(jie)(jie)段與下一個(ge)周期的進水(shui)(shui)階(jie)(jie)段之間的時(shi)間間隔，這(zhe)可以(yi)增加進水(shui)(shui)的靈(ling)活(huo)性，其運行模式如圖5所示。在(zai)多(duo)池(chi)并聯的運行系統中(zhong)，各(ge)個(ge)反應器(qi)可以(yi)按序列進水(shui)(shui)，但是每個(ge)反應器(qi)必須在(zai)出(chu)水(shui)(shui)階(jie)(jie)段完成后，才能(neng)開始下一輪的進水(shui)(shui)。
1)進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)期。廢水(shui)(shui)(shui)(shui)進(jin)(jin)人(ren)(ren)反(fan)應器，反(fan)應器內(nei)基質濃度驟然(ran)增高。由莫諾(nuo)特 (Monod)動力學方(fang)程可(ke)知，在此條件(jian)下，微生物獲得了進(jin)(jin)行(xing)代謝活動的巨大推動力，基質轉化速率高。進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)(shui)量由預(yu)期的水(shui)(shui)(shui)(shui)力停留時間、有(you)機(ji)負荷、期待的污泥沉降性能(neng)來確定。ASBR反(fan)應器的進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)方(fang)式有(you)兩(liang)種:連續(xu)進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)和集中進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)。連續(xu)進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)就是(shi)進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)的同時開始攪(jiao)拌，反(fan)應器始終處于反(fan)應狀態，即進(jin)(jin)人(ren)(ren)反(fan)應期;集中進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)則(ze)是(shi)將廢水(shui)(shui)(shui)(shui)進(jin)(jin)人(ren)(ren)到預(yu)定水(shui)(shui)(shui)(shui)位以后再開始攪(jiao)拌從(cong)而進(jin)(jin)人(ren)(ren)反(fan)應期。
2)反(fan)應期。該階段(duan)是有機物轉化為生物氣的(de)(de)關鍵(jian)步(bu)驟，反(fan)應所(suo)需時(shi)間取決于幾個因素(su)，:包括(kuo)廢水成分(fen)和濃(nong)度(du)、要(yao)求達(da)到的(de)(de)水質、活性污泥(ni)濃(nong)度(du)、攪拌(ban)效(xiao)果以及(ji)溫度(du)。其(qi)中(zhong)，攪拌(ban)對于均化環境條(tiao)件(溫度(du)、pH值(zhi)、基質濃(nong)度(du)等)是很重要(yao)的(de)(de)。但是根據(ju)其(qi)他相關研究發現，過(guo)強的(de)(de)攪拌(ban)會剪碎污泥(ni)絮體，從而(er)導致(zhi)較差的(de)(de)沉淀效(xiao)果。
3)沉(chen)(chen)(chen)降(jiang)期。停止攪拌混勻，讓生物(wu)團在(zai)靜(jing)止的條件下(xia)沉(chen)(chen)(chen)降(jiang)，使固液(ye)(ye)分離，形(xing)成(cheng)低(di)懸(xuan)浮(fu)固體的。上清(qing)液(ye)(ye)。反應器(qi)此(ci)時變成(cheng)澄(cheng)清(qing)器(qi)，沉(chen)(chen)(chen)降(jiang)時間(jian)(jian)(jian)可根(gen)據(ju)生物(wu)團的沉(chen)(chen)(chen)降(jiang)特(te)性確定，典型時間(jian)(jian)(jian)在(zai)10～30min間(jian)(jian)(jian)變化，沉(chen)(chen)(chen)降(jiang)時間(jian)(jian)(jian)不能過長(chang)，否則(ze)因生物(wu)氣繼續(xu)產出會造成(cheng)沉(chen)(chen)(chen)降(jiang)顆粒重(zhong)新(xin)懸(xuan)浮(fu)。混合液(ye)(ye)懸(xuan)浮(fu)固體濃度(du) (MLSS)、進料量與生物(wu)量之比(F/M)是(shi)影響生物(wu)團沉(chen)(chen)(chen)降(jiang)速率(lv)及排出液(ye)(ye)清(qing)澈程(cheng)度(du)的重(zhong)要因素。
4)出(chu)水(shui)(shui)(shui)期。出(chu)水(shui)(shui)(shui)階段(duan)是在有效的泥(ni)水(shui)(shui)(shui)分離(li)之后進行的。出(chu)水(shui)(shui)(shui)階段(duan)所需要(yao)的時間是由進水(shui)(shui)(shui)量與(yu)出(chu)水(shui)(shui)(shui)流(liu)速(su)來控制的。出(chu)水(shui)(shui)(shui)階段(duan)結(jie)束，則(ze)下(xia)一個周期的進水(shui)(shui)(shui)階段(duan)立即開始(shi)。
2. ASBR反應器(qi)的運行特征(zheng)
厭(yan)氧(yang)(yang)微生(sheng)物的代謝緩(huan)慢，生(sheng)長速(su)率低(di)，如果出水(shui)微生(sheng)物流(liu)失量過(guo)大的話(hua)會導(dao)致傳統(tong)厭(yan)氧(yang)(yang)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)的失敗(bai)，但(dan)是這也使厭(yan)氧(yang)(yang)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)的污(wu)(wu)泥產(chan)率低(di)，減少了(le)污(wu)(wu)泥的處理(li)費用。在低(di)濃(nong)度(du)基質條件(jian)下(xia)，微生(sheng)物對基質的利用率低(di)，導(dao)致厭(yan)氧(yang)(yang)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)不(bu)適合處理(li)低(di)濃(nong)度(du)(COD <1000mg/L)廢水(shui)。同時，傳統(tong)厭(yan)氧(yang)(yang)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)需(xu)要(yao)在較高溫度(du)下(xia)運行，對外加熱源的要(yao)求增(zeng)加了(le)傳統(tong)厭(yan)氧(yang)(yang)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)的投(tou)資。ASBR系統(tong)污(wu)(wu)泥沉降(jiang)性能良好，出水(shui)中沉降(jiang)性能較差污(wu)(wu)泥的流(liu)失有(you)利于ASBR反應(ying)(ying)器(qi)(qi)中污(wu)(wu)泥的顆粒(li)化(hua)(hua)，微生(sheng)物持留量高，可以在低(di)溫條件(jian)下(xia)處理(li)低(di)濃(nong)度(du)廢水(shui)，有(you)效地(di)克服了(le)傳統(tong)厭(yan)氧(yang)(yang)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)的缺點。相對于傳統(tong)厭(yan)氧(yang)(yang)反應(ying)(ying)器(qi)(qi)，ASBR反應(ying)(ying)器(qi)(qi)具有(you)生(sheng)物污(wu)(wu)泥顆粒(li)化(hua)(hua)、耐沖擊負荷、適應(ying)(ying)性廣和(he)受溫度(du)影響小等主要(yao)運行特征。
1)活性(xing)污泥顆(ke)粒化。ASBR反應器排(pai)水時將沉(chen)(chen)淀性(xing)能(neng)較(jiao)差的(de)絮體洗出反應器，留下較(jiao)重的(de)、沉(chen)(chen)淀性(xing)能(neng)較(jiao)好的(de)生物(wu)絮凝體，進一步互相(xiang)吸附成為活性(xing)高、沉(chen)(chen)降性(xing)能(neng)好的(de)活性(xing)污泥顆(ke)粒。
2)耐(nai)(nai)沖擊(ji)負荷，適應性廣。ASBR反應器(qi)是間歇運行(xing)的非穩(wen)態厭氧生物處理工藝，時間上(shang)(shang)為推流式(shi)反應器(qi)，空間上(shang)(shang)為完(wan)全混合式(shi)反應器(qi)，耐(nai)(nai)沖擊(ji)負荷。
3)受溫度(du)影響小(xiao)。ASBR反(fan)應(ying)器的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)作溫度(du)區(qu)間為(wei)5～65℃。溫度(du)較低時，生(sheng)(sheng)物的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)命活動節奏(zou)變慢(man)，對(dui)基(ji)質的(de)(de)(de)(de)(de)去除(chu)率降(jiang)低，但是ASBR反(fan)應(ying)器出(chu)水(shui)中的(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)生(sheng)(sheng)物流失量(liang)少使(shi)反(fan)應(ying)器內可保(bao)持較高的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)物量(liang)，同時微(wei)生(sheng)(sheng)物的(de)(de)(de)(de)(de)衰(shuai)減(jian)也下降(jiang)，最終提高反(fan)應(ying)器內污泥的(de)(de)(de)(de)(de)濃度(du)，可以抵消(xiao)前者對(dui)處理效果的(de)(de)(de)(de)(de)影響。
厭氧遷移式污泥床反應器(AMBR)
厭(yan)氧遷移式(shi)污泥床反(fan)應(ying)器(qi)(Anaerobic Migrating Blanket Reactor, AMBR)是一種(zhong)新型高效處(chu)理(li)(li)工藝(yi)，可(ke)以用(yong)來(lai)處(chu)理(li)(li)工業廢水(shui)和(he)城市污水(shui)，它融合(he)了UASB與ASBR的(de)優(you)點，屬于(yu)多格(ge)室串聯反(fan)應(ying)器(qi)，在流態上(shang)整體呈(cheng)現(xian)推(tui)流式(shi)，局部則又(you)呈(cheng)現(xian)完全(quan)(quan)混(hun)合(he)式(shi)，其對有(you)(you)機(ji)物的(de)降解速(su)率和(he)處(chu)理(li)(li)效果高于(yu)單個完全(quan)(quan)混(hun)合(he)反(fan)應(ying)器(qi)，而且(qie)在一定的(de)處(chu)理(li)(li)能(neng)力(li)下所(suo)需(xu)的(de)反(fan)應(ying)器(qi)容積也比單個完全(quan)(quan)混(hun)合(he)反(fan)應(ying)器(qi)要小(xiao)得(de)多，并且(qie)無(wu)需(xu)三相分離器(qi)和(he)配水(shui)系統，運(yun)行方式(shi)靈活(huo)、結構簡單、運(yun)行穩定，有(you)(you)較強的(de)耐(nai)沖擊能(neng)力(li)，易于(yu)實現(xian)自動控(kong)制。
1. AMBR工(gong)藝(yi)的基(ji)本構造(zao)
如(ru)(ru)圖6、圖7所示，AMBR工(gong)藝由(you)三個(ge)隔室(shi)組成，中間隔室(shi)用于在改(gai)變進(jin)水流向前短時進(jin)水防止短流，作為運行(xing)過渡區;兩(liang)側隔室(shi)均設有進(jin)水口(kou)(kou)和出水口(kou)(kou)(如(ru)(ru)果(guo)左面(mian)隔室(shi)作為進(jin)水口(kou)(kou)，那么右面(mian)隔室(shi)則作為出水口(kou)(kou))，按設定的時間開啟不(bu)同(tong)的進(jin)水口(kou)(kou)。整個(ge)反應器(qi)的運行(xing)由(you)PLC編程(cheng)控(kong)制(zhi)。
AMBR反(fan)應器有(you)(you)(you)兩種(zhong)(zhong)不同的(de)(de)構造型式。一種(zhong)(zhong)是在反(fan)應器中間(jian)(jian)格(ge)室底(di)部有(you)(you)(you)一圓形開(kai)孔(圓孔尺寸可(ke)(ke)以調(diao)整(zheng))，底(di)部的(de)(de)小(xiao)孔可(ke)(ke)以使(shi)底(di)物與污(wu)(wu)泥(ni)(ni)充分接觸，保證(zheng)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)遷移(yi)，同時可(ke)(ke)防止發生短(duan)路循(xun)(xun)環(huan)。當COD負荷增(zeng)加時，產氣量(liang)也會(hui)增(zeng)加，從而導致(zhi)進水(shui)室的(de)(de)擾(rao)動增(zeng)大(da)，污(wu)(wu)泥(ni)(ni)遷移(yi)速率(lv)增(zeng)大(da)，此時增(zeng)加孔的(de)(de)尺寸可(ke)(ke)以顯著地減(jian)小(xiao)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)遷移(yi)速率(lv)。這(zhe)種(zhong)(zhong)型式的(de)(de)反(fan)應器水(shui)力停留時間(jian)(jian)通常較(jiao)長(chang)。另外一種(zhong)(zhong)是在相(xiang)鄰格(ge)室中間(jian)(jian)設置(zhi)一系列垂(chui)直安裝的(de)(de)導流(liu)板(ban)(ban)(導流(liu)板(ban)(ban)間(jian)(jian)距可(ke)(ke)調(diao))，以減(jian)少(shao)底(di)物的(de)(de)短(duan)路循(xun)(xun)環(huan)。導流(liu)板(ban)(ban)與反(fan)應器壁要(yao)有(you)(you)(you)足夠的(de)(de)距離以防止大(da)的(de)(de)顆粒污(wu)(wu)泥(ni)(ni)通過時發生阻塞。該(gai)種(zhong)(zhong)型式的(de)(de)反(fan)應器適用于HRT較(jiao)低(di)(di)的(de)(de)情(qing)況，此外在相(xiang)同的(de)(de)條(tiao)件下(xia)，使(shi)用具有(you)(you)(you)導流(liu)板(ban)(ban)的(de)(de)反(fan)應器發生短(duan)路循(xun)(xun)環(huan)的(de)(de)機會(hui)將(jiang)會(hui)大(da)大(da)降低(di)(di)。
2. AMBR工(gong)藝的基本原(yuan)理
AMBR反(fan)(fan)應(ying)器(qi)是多(duo)室串聯運行(xing)，至少有(you)三(san)個(ge)(ge)(ge)格室，反(fan)(fan)應(ying)器(qi)兩側各有(you)進(jin)、出(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)口。運行(xing)時進(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)從反(fan)(fan)應(ying)器(qi)的(de)(de)(de)(de)一-端(duan)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)平(ping)流(liu)人，另一端(duan)流(liu)出(chu)，從整個(ge)(ge)(ge)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)內(nei)(nei)的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)流(liu)狀態來看屬于推流(liu)式，但每(mei)個(ge)(ge)(ge)隔室內(nei)(nei)由(you)于機械混(hun)合(he)(he)(he)、產氣(qi)的(de)(de)(de)(de)攪拌(ban)作用(yong)表現為(wei)(wei)(wei)完(wan)全(quan)混(hun)合(he)(he)(he)的(de)(de)(de)(de)狀態。這種整體上為(wei)(wei)(wei)推流(liu)式， 局部區域(yu)內(nei)(nei)為(wei)(wei)(wei)完(wan)全(quan)混(hun)合(he)(he)(he)式的(de)(de)(de)(de)多(duo)個(ge)(ge)(ge)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)串聯工藝(yi)對有(you)機物的(de)(de)(de)(de)降解速率和(he)處理效(xiao)果無疑高于單個(ge)(ge)(ge)完(wan)全(quan)混(hun)合(he)(he)(he)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)，而且在(zai)一定的(de)(de)(de)(de)處理能力下所需的(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)容(rong)積(ji)也比單個(ge)(ge)(ge)完(wan)全(quan)混(hun)合(he)(he)(he)低得多(duo)。因而出(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)室中(zhong)的(de)(de)(de)(de)有(you)機底物濃度(du)最低，生物體對底物的(de)(de)(de)(de)利(li)用(yong)效(xiao)率也最低，產氣(qi)量小，出(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)室可作為(wei)(wei)(wei)內(nei)(nei)部澄清池，起到泥水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)分離的(de)(de)(de)(de)作用(yong)，減少出(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)生物量，防(fang)止(zhi)生物體隨出(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)流(liu)失(shi)。為(wei)(wei)(wei)了(le)防(fang)止(zhi)微生物在(zai)出(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)室累(lei)積(ji)， 需定期反(fan)(fan)向運行(xing)，使出(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)室變為(wei)(wei)(wei)進(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)室，進(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)室變為(wei)(wei)(wei)出(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)室。為(wei)(wei)(wei)達到連(lian)續進(jin)出(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)，反(fan)(fan)向運行(xing)前(qian)有(you)從中(zhong)間(jian)單元室進(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)過渡階段。為(wei)(wei)(wei)促進(jin)污泥與(yu)污水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)充(chong)分接觸，三(san)個(ge)(ge)(ge)格室中(zhong)均(jun)設置污泥攪拌(ban)設施間(jian)歇攪拌(ban)，系統出(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)口前(qian)設置擋板以防(fang)止(zhi)污泥的(de)(de)(de)(de)流(liu)失(shi)。
3.AMBR反(fan)應器的(de)特點
AMBR反應器運行方式(shi)靈活、結構簡單，不(bu)需要氣固分(fen)離系統(tong)和配水(shui)系統(tong)。裝置采用隔室(shi)結構，廢(fei)水(shui)以推流式(shi)運行，出水(shui)室(shi)中(zhong)H2分(fen)壓(ya)和H2S水(shui)平低，有(you)(you)利于(yu)甲(jia)烷化反應。廢(fei)水(shui)水(shui)平流動，出水(shui)室(shi)中(zhong)的有(you)(you)機(ji)底物(wu)濃度最低，生物(wu)體對底物(wu)的利用效率也最低，產氣量小，出水(shui)室(shi)可作為內(nei)部澄(cheng)清池。反應器內(nei)水(shui)流方向(xiang)周(zhou)期性改變(bian)，有(you)(you)利于(yu)污泥(ni)的遷移，防(fang)止污泥(ni)在(zai)最后(hou)隔室(shi)積累(lei)，還可防(fang)止揮發性脂肪酸( Volatile Fatty Acid, VFA)在(zai)進水(shui)室(shi)中(zhong)積累(lei)。另外可為產甲(jia)烷創造有(you)(you)利條件，反應過程不(bu)需投加緩沖液(ye)或出水(shui)循環。系統(tong)工藝不(bu)需要預酸化，不(bu)會出現污泥(ni)膨脹和污泥(ni)上(shang)浮現象，且工藝耐沖擊負荷能力強，對有(you)(you)機(ji)物(wu)的去(qu)除效果好。
厭氧膜生物反應器(AnMBR)
厭氧膜(mo)生(sheng)物(wu)(wu)反應器(qi)可(ke)以簡單定義(yi)為膜(mo)分(fen)離技(ji)(ji)術和厭氧生(sheng)物(wu)(wu)處(chu)(chu)理(li)(li)單元相(xiang)結(jie)合的(de)(de)(de)(de)廢水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)技(ji)(ji)術。它的(de)(de)(de)(de)提出(chu)始于(yu)(yu)(yu)20世(shi)紀70年代，至(zhi)此，這一技(ji)(ji)術的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)和開發相(xiang)繼展開。20世(shi)紀80年代，美國、日(ri)(ri)本(ben)和南非相(xiang)繼開發了(le)AnMBR技(ji)(ji)術并用(yong)于(yu)(yu)(yu)工業和生(sheng)活污水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)。由于(yu)(yu)(yu)當(dang)時膜(mo)生(sheng)產技(ji)(ji)術不(bu)夠發達(da)，膜(mo)價格(ge)昂貴且膜(mo)的(de)(de)(de)(de)使用(yong)壽命短，膜(mo)通量小等原(yuan)因(yin)，這些技(ji)(ji)術還(huan)是(shi)主(zhu)要(yao)局(ju)限(xian)于(yu)(yu)(yu)實驗(yan)室和中(zhong)試規模的(de)(de)(de)(de)廢水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)應用(yong)。20世(shi)紀90年代后(hou)，隨著研究(jiu)(jiu)日(ri)(ri)益增多，針(zhen)對AnMBR的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)就主(zhu)要(yao)集中(zhong)在(zai)膜(mo)材(cai)質(zhi)與(yu)膜(mo)組件(jian)形式的(de)(de)(de)(de)開發與(yu)優化、膜(mo)污染(ran)表征與(yu)控制、反應器(qi)的(de)(de)(de)(de)配置與(yu)構造以及(ji)在(zai)各種(zhong)廢水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)應用(yong)等方面(mian)。
1. AnMBR反應(ying)器的(de)結構配置
厭(yan)(yan)(yan)氧膜(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)反(fan)(fan)應器以(yi)膜(mo)(mo)(mo)過濾代替傳統活(huo)性污(wu)(wu)(wu)泥(ni)法中(zhong)的(de)(de)(de)沉(chen)淀(dian)池，由于膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)過濾作用，不僅(jin)能夠將所(suo)有(you)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)固體截留(liu)在生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)反(fan)(fan)應器中(zhong)，而且(qie)將大分子污(wu)(wu)(wu)染物(wu)(wu)(wu)也截留(liu)在反(fan)(fan)應器中(zhong)，實(shi)現水(shui)力停留(liu)時間與污(wu)(wu)(wu)泥(ni)齡的(de)(de)(de)徹底分離，消除(chu)傳統厭(yan)(yan)(yan)氧活(huo)性污(wu)(wu)(wu)泥(ni)工藝中(zhong)的(de)(de)(de)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)膨脹問(wen)題，因此厭(yan)(yan)(yan)氧膜(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)反(fan)(fan)應器體現出(chu)了明(ming)顯的(de)(de)(de)技術優(you)勢。同時由于厭(yan)(yan)(yan)氧膜(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)反(fan)(fan)應器對(dui)污(wu)(wu)(wu)染物(wu)(wu)(wu)去(qu)除(chu)效(xiao)率高(gao)，膜(mo)(mo)(mo)對(dui)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)有(you)較(jiao)強截留(liu)能力，所(suo)以(yi)，該(gai)反(fan)(fan)應器對(dui)難降解和(he)有(you)毒有(you)害化合(he)物(wu)(wu)(wu)有(you)較(jiao)好(hao)處理(li)效(xiao)果。采(cai)用膜(mo)(mo)(mo)系(xi)統易(yi)具有(you)良好(hao)的(de)(de)(de)水(shui)力狀態，膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)耐(nai)久性、抗(kang)堵性較(jiao)好(hao)，膜(mo)(mo)(mo)自身易(yi)于優(you)化。另外，還具有(you)出(chu)水(shui)水(shui)質(zhi)穩(wen)定，系(xi)統設(she)計和(he)操作簡單(dan)，基建費用低，便于管理(li)和(he)自動控(kong)制，升級改造潛力大等(deng)優(you)點。厭(yan)(yan)(yan)氧膜(mo)(mo)(mo)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)反(fan)(fan)應器系(xi)統工藝如圖8所(suo)示(shi)。
AnMBR常(chang)用的厭(yan)氧(yang)系統(tong)主要有:升(sheng)流(liu)式(shi)厭(yan)氧(yang)污泥(ni)床(chuang)反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(UASB)、厭(yan)氧(yang)顆粒膨(peng)脹污泥(ni)床(chuang)(EGSB)、厭(yan)氧(yang)流(liu)動床(chuang)(FB)、厭(yan)氧(yang)生物濾池(chi)(AF)、折(zhe)流(liu)式(shi)厭(yan)氧(yang)反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(ABR)等。
AnMBR的(de)膜組件主要是(shi)超(chao)濾和(he)(he)微(wei)濾膜，在膜組件的(de)配置(zhi)上主要有兩種形式，即外置(zhi)式和(he)(he)內置(zhi)式，如圖(tu)9所示。主要分為外置(zhi)式[圖(tu)9(a)]和(he)(he)內置(zhi)式[圖(tu)9 (b)、圖(tu)9 (c) ] 兩種。
2. AnMBR反應(ying)器的工藝設計原理(li)
AnMBR的(de)(de)啟動包含(han)三個(ge)過(guo)(guo)程:馴(xun)化階(jie)段、啟動階(jie)段和(he)穩定(ding)運行(xing)階(jie)段。結合上(shang)面(mian)的(de)(de)任意一個(ge)反應器(qi)，反應器(qi)的(de)(de)大小尺寸要根據實際情況(kuang)而定(ding)，產(chan)生的(de)(de)沼(zhao)氣通(tong)過(guo)(guo)集(ji)氣罩收集(ji)并通(tong)過(guo)(guo)泵進(jin)行(xing)曝(pu)氣，選擇(ze)合適的(de)(de)膜組件(jian)放置在(zai)上(shang)部(bu)的(de)(de)膜分離區，通(tong)過(guo)(guo)泵的(de)(de)抽吸作用出水(shui)，壓(ya)力(li)計(ji)顯(xian)示膜的(de)(de)跨膜壓(ya)力(li)(TMP)。. 上(shang)部(bu)設有回流(liu)(liu)泵，將AnMBR上(shang)部(bu)的(de)(de)，上(shang)清液回流(liu)(liu)至底部(bu)，保證污水(shui)和(he)污泥混合均勻(yun)。通(tong)過(guo)(guo)向進(jin)水(shui)中投加(jia)NaHCO3以保證反應器(qi)的(de)(de)pH在(zai)6.8～7.4，pH自動控制(zhi)(zhi)系統(tong)控制(zhi)(zhi)pH。通(tong)過(guo)(guo)流(liu)(liu)量計(ji)控制(zhi)(zhi)水(shui)力(li)負荷，溫度(du)由溫度(du)控制(zhi)(zhi)計(ji)控制(zhi)(zhi)，選擇(ze)錯流(liu)(liu)式來代替死端過(guo)(guo)濾。
馴化階段的(de)進水負荷不能太高，因為剛剛接種(zhong)的(de)產甲烷(wan)(wan)菌活性(xing)往往比較(jiao)低，在工程(cheng)實踐中常(chang)常(chang)要(yao)引入(ru)產甲烷(wan)(wan)活性(xing)用來表征接種(zhong)泥中的(de)甲烷(wan)(wan)菌的(de)含量(liang)，定義為:
啟動階段(duan)是反應器從一個進水負(fu)荷(he)較(jiao)低(di)的(de)狀(zhuang)態發展(zhan)到進水負(fu)荷(he)較(jiao)高的(de)穩定(ding)狀(zhuang)態。在啟動階段(duan)進水負(fu)荷(he)應該緩慢的(de)增(zeng)加，且每天增(zeng)加的(de)幅度要(yao)根據(ju)氣體的(de)總(zong)產量來確定(ding)。
3. AnMBR反應主要運行參數
AnMBR反應(ying)主(zhu)(zhu)(zhu)要運行參(can)數(shu)主(zhu)(zhu)(zhu)要是(shi)指生(sheng)物反應(ying)器(qi)的(de)主(zhu)(zhu)(zhu)要參(can)數(shu)和膜系統主(zhu)(zhu)(zhu)要參(can)數(shu)，其中生(sheng)物反應(ying)器(qi)的(de)操作參(can)數(shu)對膜的(de)結垢(gou)和整體效能(neng)的(de)發(fa)揮影(ying)響(xiang)都很大(da)，同時還與(yu)AnMBR的(de)性能(neng)如膜通量、COD去(qu)除率、出水水質等有(you)很大(da)的(de)關系。
1)有(you)機負荷(he)的(de)選擇
AnMBR的(de)(de)(de)(de)優(you)勢之一就是適宜(yi)處理高濃度有機(ji)(ji)廢水(shui)。如(ru)果系統運行穩定(ding)，則揮發(fa)性脂肪酸也(ye)會保持(chi)在一定(ding)范圍，一般把揮發(fa)性脂肪酸作(zuo)為有機(ji)(ji)負(fu)荷(he)的(de)(de)(de)(de)指示物，不同的(de)(de)(de)(de)有機(ji)(ji)廢水(shui)，有機(ji)(ji)負(fu)荷(he)相(xiang)差(cha)很大。從AnMBR處理各種(zhong)廢水(shui)的(de)(de)(de)(de)效果，可(ke)以看(kan)出AnMBR優(you)良的(de)(de)(de)(de)性能(neng)，COD的(de)(de)(de)(de)去除率一般均超過90%，而有機(ji)(ji)負(fu)荷(he)可(ke)以超過40kg/ (m3 .d)，甚至近70kg/ (m3 .d)。
2)溫(wen)度的控制
要達到(dao)較(jiao)(jiao)好(hao)(hao)的處(chu)理(li)效果，AnMBR的操作溫(wen)(wen)度(du)(du)通常需(xu)較(jiao)(jiao)高(gao)。溫(wen)(wen)度(du)(du)較(jiao)(jiao)高(gao)時，可以降低(di)溶(rong)解性微生物(wu)代(dai)謝產物(wu)(SMP) 濃度(du)(du)(粘(zhan)度(du)(du)也降低(di))，使膜通量(liang)也提高(gao)。在一(yi)定的溫(wen)(wen)度(du)(du)范圍與壓力(li)條件下，溫(wen)(wen)度(du)(du)每升高(gao)l℃,膜通量(liang)增加1%～2%。然而有研(yan)究發(fa)現，在常溫(wen)(wen)或低(di)溫(wen)(wen)條件下，AnMBR也能夠取得(de)較(jiao)(jiao)好(hao)(hao)的處(chu)理(li)效果和較(jiao)(jiao)大(da)的膜通量(liang)。
3)膜通量(liang)、壓力(li)和(he)膜面(mian)流速(su)
由(you)于(yu)AnMBR本身的(de)(de)(de)特點，目(mu)前(qian)都采用分置(zhi)式(shi)AnMBR和(he)(he)錯流(liu)過(guo)濾(lv)的(de)(de)(de)方(fang)式(shi)，壓(ya)力(li)和(he)(he)膜(mo)(mo)面(mian)流(liu)速(su)是很(hen)重(zhong)要(yao)(yao)的(de)(de)(de)參數，因此對(dui)這(zhe)兩個(ge)參數進行了(le)很(hen)多(duo)研(yan)究。BeaubienA等人(ren)考察AnMBR的(de)(de)(de)最佳操作(zuo)條件時發現(xian)，壓(ya)力(li)與通(tong)(tong)量(liang)之間(jian)的(de)(de)(de)關系明顯出(chu)現(xian)兩個(ge)截(jie)然不同的(de)(de)(de)區(qu)域，即高(gao)壓(ya)區(qu)和(he)(he)低樂(le)區(qu)。在(zai)低壓(ya)區(qu)，透過(guo)流(liu)速(su)主要(yao)(yao)與膜(mo)(mo)間(jian)壓(ya)力(li)有關;在(zai)高(gao)壓(ya)區(qu)，水力(li)條件則(ze)成為控(kong)制因素(su)。在(zai)低壓(ya)力(li)區(qu)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)滲透性和(he)(he)高(gao)壓(ya)區(qu)的(de)(de)(de)臨(lin)界(jie)通(tong)(tong)量(liang)的(de)(de)(de)影(ying)響因素(su)主要(yao)(yao)是微生物的(de)(de)(de)濃(nong)度。在(zai)比較高(gao)的(de)(de)(de)錯流(liu)流(liu)速(su)下(xia)(大于(yu)3m/s),并沒(mei)有觀(guan)察到膜(mo)(mo)通(tong)(tong)量(liang)的(de)(de)(de)下(xia)降(jiang)。臨(lin)界(jie)通(tong)(tong)量(liang)的(de)(de)(de)確(que)定對(dui)于(yu)控(kong)制膜(mo)(mo)結(jie)垢相當重(zhong)要(yao)(yao)，操作(zuo)壓(ya)力(li)高(gao)于(yu)臨(lin)界(jie)通(tong)(tong)量(liang)時結(jie)垢嚴重(zhong)。在(zai)膜(mo)(mo)過(guo)濾(lv)器中設置(zhi)折流(liu)板，可以(yi)減輕結(jie)垢，大幅(fu)提高(gao)膜(mo)(mo)通(tong)(tong)量(liang)。
4.AnMBR反應(ying)器的特點(dian)
在保留厭氧生物(wu)處理技術(shu)投資省(sheng)、能(neng)耗低、可回收(shou)利用沼氣能(neng)源、負(fu)荷(he)高、產泥少、耐沖擊負(fu)荷(he)等諸(zhu)多(duo)優點的基礎上，由于引入膜組件，還帶來了一系列優點:
1)實現(xian)了SRT和(he)HRT的(de)有效分離，因(yin)而AnMBR可(ke)以(yi)有更高的(de)有機(ji)負(fu)(fu)(fu)荷(he)和(he)容積(ji)負(fu)(fu)(fu)荷(he)。有研究(jiu)發現(xian)，當引人膜組件后，氧反應器的(de)有機(ji)負(fu)(fu)(fu)荷(he)率(OLR)從4kgCOD/ (m3·d)提高到12kg COD/ (m3·d)，而處理(li)效果(guo)不受影響。
2)膜的截(jie)留作(zuo)用使得(de)濁度、細菌和病(bing)毒等物質(zhi)得(de)到大幅(fu)度去除(chu)，提(ti)高了出水水質(zhi)。
3)膜(mo)分離(li)作(zuo)用(yong)還(huan)體現在(zai)對(dui)厭氧反(fan)應器的構(gou)造和處理效(xiao)果有特殊的強化(hua)作(zuo)用(yong)。
4)對(dui)于兩相厭(yan)氧MBR,膜(mo)分離作用可以使產酸(suan)反(fan)應器中的(de)產酸(suan)細(xi)菌(jun)濃度增加，提高(gao)水(shui)解發(fa)酵的(de)能力并(bing)使系(xi)統保持較(jiao)高(gao)的(de)酸(suan)化率(lv)。
5)顯著改(gai)善(shan)反應(ying)器固液分離(li)效果，在處(chu)理生物(wu)難降解的有機物(wu)和高濃(nong)度(du)有機廢水有很好的應(ying)用前景。
當然(ran)AnMBR系統的(de)要想能夠有更大(da)發(fa)展前景還需要解決以下問題:
1)膜(mo)污染(ran)問題
膜(mo)污(wu)染問題很大程(cheng)度上決(jue)定了(le)AnMBR系統的經濟(ji)性(xing)和(he)實用(yong)性(xing)。AnMBR中污(wu)泥特性(xing)與好(hao)氧情(qing)況(kuang)有(you)較大改(gai)變，膜(mo)污(wu)染情(qing)況(kuang)往(wang)往(wang)更復雜。膜(mo)污(wu)染的影響因素很多(duo)，污(wu)泥組成(cheng)、操作條件、膜(mo)組件的材料(liao)和(he)構造都對膜(mo)污(wu)染有(you)重(zhong)要影響，因而(er)研(yan)究(jiu)它們之間(jian)的關系對于膜(mo)污(wu)染控制(zhi)有(you)重(zhong)要意義(yi)，目前(qian)這(zhe)方(fang)面的研(yan)究(jiu)還不多(duo)。
2)能耗的問題
由于目前的AnMBR大多數使用(yong)的是外(wai)(wai)置式(shi)的，之所以采(cai)用(yong)外(wai)(wai)置式(shi)是因(yin)為(wei)反應器中缺少有效的水力(li)條件(jian)(水力(li)紊(wen)動)，所以需要通過水泵來進(jin)行液體循(xun)環(huan)以改善污染狀況。這(zhe)就造成了(le)耗能相(xiang)對較高。
3)經驗(yan)參數缺乏
由于AnMBR的(de)(de)研究不多，尤(you)其是在國內，對各種不同(tong)行業的(de)(de)廢水(shui)處理的(de)(de)經驗參(can)數缺乏(fa)，例如停(ting)留時(shi)間、有機(ji)負荷等，這就要(yao)求大量的(de)(de)實驗支持。
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