水處理講義152資料

第十五章厭氧生物處理工藝

第四節(jié)現(xiàn)代高速厭氧生物反應(yīng)器

厭氧消化技術(shù)發(fā)展上的第三個(gè)時(shí)期；1955年，Schroepter提出了厭氧接觸法，主要是在參考好氧活性污泥法的基礎(chǔ)上，在高速消化池之后增設(shè)二沉池和污泥回流系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于有機(jī)廢水的處理；處理能力提高，應(yīng)用于食品包裝廢水的處理；標(biāo)志著厭氧技術(shù)應(yīng)用于有機(jī)廢水處理的開端。

隨后又相繼出現(xiàn)了厭氧生物濾池AF(AnaerobicFilter)、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器UASB(UpflowAnaerobicSludgeBlanket)、厭氧附著膜膨脹床反應(yīng)器AAFEB(AnaerobicAttachedFilmExpandedBed)、厭氧流化床AFB(AnaerobicFluidizedBed)等高效厭氧反應(yīng)器，在這些厭氧反應(yīng)器中，主要具有如下特點(diǎn)：微生物不呈懸浮生長狀態(tài)，而是呈附著生長；有機(jī)容積負(fù)荷大大提高，水力停留時(shí)間顯著縮短；首先應(yīng)用于高濃度有機(jī)工業(yè)廢水的處理，如食品工業(yè)廢水、酒精工業(yè)廢水、發(fā)酵工業(yè)廢水、造紙廢水、制藥工業(yè)廢水、屠宰廢水等；也有應(yīng)用于城市廢水的處理；如果與好氧生物處理工藝進(jìn)行串聯(lián)或組合，還可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫氮和除磷；并對(duì)含有難降解有機(jī)物的工業(yè)廢水具有較好的處理效果。

一、厭氧接觸法（AnaerobicContactProcess）

1、工藝流程與特點(diǎn)

從上述的工藝流程圖中可看出，厭氧接觸法工藝的最大的特點(diǎn)是污泥回流，由于增加了污泥回流，就使得消化池的HRT與SRT得以分離，即整個(gè)系統(tǒng)的污泥齡可以用下式進(jìn)行計(jì)算：

在厭氧生物處理工藝中，由于厭氧細(xì)菌生長緩慢，基本可以作到不從系統(tǒng)中排放剩余污泥，則Qw=0，則有：

對(duì)于普通高速厭氧消化池，由于其Xe=X，所以其c=HRT，因此在中溫條件下，為了滿足產(chǎn)甲烷菌的生長繁殖，SRT要求20~30d，因此高速厭氧消化池的HRT為20~30d。

對(duì)于厭氧接觸法，由于X>>Xe，所以HRT<<SRT；而且X越大，Xe越小，則HRT可以越短。

與普通厭氧消化池相比，厭氧接觸法的特點(diǎn)有：

=1\*GB3

①

污泥濃度高，一般為5~10gVSS/l，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；

=2\*GB3

②

有機(jī)容積負(fù)荷高，中溫時(shí)，COD負(fù)荷1~6kgCOD/m3.d，去除率為70~80%；BOD負(fù)荷0.5~2.5kgBOD/m3.d，去除率80~90%；

=3\*GB3

③

出水水質(zhì)較好；

=4\*GB3

④

增加了沉淀池、污泥回流系統(tǒng)、真空脫氣設(shè)備，流程較復(fù)雜；

=5\*GB3

⑤

適合于處理懸浮物和有機(jī)物濃度均很高的廢水。

在厭氧接觸法工藝中，最大的問題是污泥的沉淀，因?yàn)閰捬跷勰嗌弦话憧偸歉街行〉臍馀?，且由于污泥在二沉池中還具有活性，還會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生沼氣，有可能導(dǎo)致已下沉的污泥上浮。

因此，必須采用有效的改進(jìn)措施，主要有以下兩種，即：①真空脫氣設(shè)備（真空度為500mmH2O）；②增加熱交換器，使污泥驟冷，暫時(shí)抑制厭氧污泥的活性。

2、工藝計(jì)算與設(shè)計(jì)

消化池容積的計(jì)算：

有機(jī)容積負(fù)荷法：

——有機(jī)容積負(fù)荷，。

3、應(yīng)用實(shí)例

=1\*GB3

①

美國：HRT=12~13h，X=7~12g/l，SRT=3.6~6d，Lv=2.5

=2\*GB3

②

日本：T=52C，CODi=11~12g/l，CODe=2100~2700mg/l，V=3000m3；

=3\*GB3

③

我國：南陽酒精廠

Lv=9~12，=~83%，=87%，HRT=4~4.5d，CODi=50~54g/l，BODi=26~34g/l

二、厭氧生物濾池

1、工藝特征與主要型式

60年代末，美國的Young和McCarty首先開發(fā)出厭氧生物濾池；1972年以后，一批生產(chǎn)規(guī)模的厭氧生物濾池投入運(yùn)行，它們所處理的廢水的COD濃度范圍較寬，約在300~85000mg/l之間，處理效果良好，運(yùn)行管理方便；與好氧生物濾池相似，厭氧生物濾池是裝填有濾料的厭氧生物反應(yīng)器，在濾料的表面形成了以生物膜形態(tài)生長的微生物群體，在濾料的空隙中則截留了大量懸浮生長的厭氧微生物，廢水通過濾料層向上流動(dòng)或向下流動(dòng)時(shí)，廢水中的有機(jī)物被截留、吸附及分解轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳等。

根據(jù)廢水在厭氧生物濾池中的流向的不同，可分為升流式厭氧生物濾池、降流式厭氧生物濾池和升流式混合型厭氧生物濾池等三種形式，即分別如下圖所示：

從工藝運(yùn)行的角度，厭氧生物濾池具有以下特點(diǎn)：

①厭氧生物濾池中的厭氧生物膜的厚度約為1~4mm；

②與好氧生物濾池一樣，其生物固體濃度沿濾料層高度而有變化；

③降流式較升流式厭氧生物濾池中的生物固體濃度的分布更均勻；

④厭氧生物濾池適合于處理多種類型、濃度的有機(jī)廢水，其有機(jī)負(fù)荷為0.2~16kgCOD/m3.d；

⑤當(dāng)進(jìn)水COD濃度過高(>8000或12000mg/l)時(shí)，應(yīng)采用出水回流的措施：減少堿度的要求；降低進(jìn)水COD濃度；增大進(jìn)水流量，改善進(jìn)水分布條件。

與傳統(tǒng)的厭氧生物處理工藝相比，厭氧濾池的突出優(yōu)點(diǎn)是：①生物固體濃度高，有機(jī)負(fù)荷高；②SRT長，可縮短HRT，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；③啟動(dòng)時(shí)間較短，停止運(yùn)行后的再啟動(dòng)也較容易；④無需回流污泥，運(yùn)行管理方便；⑤運(yùn)行穩(wěn)定性較好。而主要缺點(diǎn)是易堵塞，會(huì)給運(yùn)行造成困難。

2、厭氧生物濾池的組成

厭氧生物濾池主要由以下幾個(gè)重要部分組成的，即：濾料、布水系統(tǒng)、沼氣收集系統(tǒng)。分述如下：

1)濾料：

濾料是厭氧生物濾池的主體，其主要作用是提供微生物附著生長的表面及懸浮生長的空間，因此，應(yīng)具備下列條件：①比表面積大，以利于增加厭氧生物濾池中的生物量；②孔隙率高，以截留并保持大量懸浮微生物，同時(shí)也可防止堵塞；③表面粗糙度較大，以利于厭氧細(xì)菌附著生長；④其它方面，如：機(jī)械強(qiáng)度高；化學(xué)和生物學(xué)穩(wěn)定性好；質(zhì)量輕；價(jià)格低廉等。

很多研究者對(duì)多種不同的濾料進(jìn)行過研究，但所得出的結(jié)論也不盡相同，如有人認(rèn)為濾料的孔隙率更重要，即他們認(rèn)為厭氧生物濾池中是懸浮細(xì)菌所起的作用更大；也有人認(rèn)為濾料最重要的特性是：粗糙度、孔隙率以及孔隙大小。

在厭氧濾池中經(jīng)常使用的濾料由多種，可以簡單分為如下幾種：

=1\*GB3

①

實(shí)心塊狀濾料：30~45mm的碎塊；比表面積和孔隙率都較小，分別為40~50m2/m3和50~60%；這樣的厭氧生物濾池中的生物濃度較低，有機(jī)負(fù)荷也低，僅為3~6kgCOD/m3.d；易發(fā)生局部堵塞，產(chǎn)生短流。

=2\*GB3

②

空心塊狀濾料：多用塑料制成，呈圓柱形或球形，內(nèi)部有不同形狀和大小的孔隙；比表面積和孔隙率都較大。

=3\*GB3

③

管流型濾料：包括塑料波紋板和蜂窩填料等；比表面積為100~200m2/m3，孔隙率可達(dá)80~90%；有機(jī)負(fù)荷可達(dá)5~15kgCOD/m3.d。

=4\*GB3

④

交叉流型濾料：

=5\*GB3

⑤

纖維濾料：包括軟性尼龍纖維濾料、半軟性聚乙烯、聚丙烯濾料、彈性聚苯乙烯填料；比表面積和孔隙率都較大；偶有纖維結(jié)團(tuán)現(xiàn)象；價(jià)格較低，應(yīng)用普遍。

2)布水系統(tǒng)：

在厭氧生物濾池中布水系統(tǒng)的作用是將進(jìn)水均勻分配于全池，因此在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)特別注意孔口的大小和流速。與好氧生物濾池不同的是，因?yàn)樾枰占a(chǎn)生的沼氣，厭氧生物濾池多是封閉式的，即其內(nèi)部的水位應(yīng)高于濾料層，將濾料層完全淹沒。其中升流式厭氧生物濾池的布水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在濾池底部，這種形式在實(shí)際應(yīng)用中較為廣泛，一般濾池的直徑為6~26m，高為3~13m；而降流式厭氧生物濾池的水流方向正好與之相反；升流式混合型厭氧生物濾池的特點(diǎn)是減小了濾料層的厚度，留出了一定空間，以便懸浮狀態(tài)的顆粒污泥在其中生長和累積。

3)沼氣收集系統(tǒng)：

厭氧生物濾池的沼氣收集系統(tǒng)基本與厭氧消化池的類似。

3、厭氧生物濾池的工藝計(jì)算與設(shè)計(jì)

厭氧生物濾池的工藝計(jì)算與設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：

=1\*GB3

①

濾料的選擇；

=2\*GB3

②

濾料體積的計(jì)算；

=3\*GB3

③

布水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；

=4\*GB3

④

沼氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。但目前尚無定型的設(shè)計(jì)計(jì)算程序，所以本文中僅主要介紹濾料體積的計(jì)算方法和某些關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的選取。

1)濾料體積的計(jì)算：

濾料體積的計(jì)算方法仍以有機(jī)負(fù)荷法為主，即：

V=Q（Si–Se）/LvCOD

其中LvCOD為有機(jī)容積負(fù)荷，一般為0.5~12kgCOD/m3.d；需要根據(jù)具體的廢水水質(zhì)以及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或直接的小試試驗(yàn)結(jié)果最終決定。

2)常用設(shè)計(jì)參數(shù)：

一般來說，厭氧生物濾池的有機(jī)容積去除負(fù)荷可達(dá)0.5~12kgCOD/m3.d；有機(jī)物去除率可達(dá)60~95%；一般采用的濾料層的高度為2~5m；相鄰進(jìn)水孔口距離——1~2m（不大于2m）；污泥排放口距離——不大于3m。

3)出水水質(zhì)關(guān)于Se：

Se取決于對(duì)處理后出水的水質(zhì)要求；Se還取決于厭氧生物濾池一般能達(dá)到的有機(jī)物去除率；Se還取決于所采用的有機(jī)負(fù)荷的高低。

4)關(guān)于有機(jī)容積負(fù)荷，其影響因素主要有：

廢水水質(zhì)，包括有機(jī)物的種類和濃度；濾料性質(zhì)；溫度；其它，如：pH值、營養(yǎng)物、有毒物質(zhì)濃度等。一般，當(dāng)廢水性質(zhì)較特殊，無可靠資料可借鑒時(shí)，應(yīng)通過小試或中試試驗(yàn)結(jié)果來確定。

4、厭氧生物濾池的應(yīng)用實(shí)例

厭氧生物濾池在美、加已被廣泛應(yīng)用；處理對(duì)象包括多種不同類型的廢水，如生活污水及COD為3000~24000mg/l的各種工業(yè)廢水；處理規(guī)模也大小不等，最大的厭氧生物濾池為12500m3；COD的去除率在61~94%之間；有機(jī)負(fù)荷為0.1~15kgCOD/m3.d。

三、升流式厭氧污泥層(床)(UASB)反應(yīng)器

UASB反應(yīng)器的英文全稱為UpflowAnaerobicSludgeBlanket(Bed)Reactor,中文為上（升）流式厭氧污泥床（層）反應(yīng)器，是由荷蘭Wageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)的GatzeLettinga教授于上世紀(jì)70年代初開發(fā)出來的。

1、UASB反應(yīng)器的基本原理與特征

UASB反應(yīng)器的工作原理可用下圖表示：

從上圖中可以看出，UASB反應(yīng)器具有如下的主要工藝特征：

=1\*GB3

①

在反應(yīng)器的上部設(shè)置了氣、固、液三相分離器；

=2\*GB3

②

在反應(yīng)器底部設(shè)置了均勻布水系統(tǒng)；

=3\*GB3

③

反應(yīng)器內(nèi)的污泥能形成顆粒污泥，所謂的顆粒污泥的特點(diǎn)是：直徑為0.1~0.5cm，濕比重為1.04~1.08；具有良好的沉降性能和很高的產(chǎn)甲烷活性。

上述工藝特征使得UASB反應(yīng)器與前面已經(jīng)述及的兩種厭氧工藝——厭氧接觸法以及厭氧生物濾池相比，具有如下的主要特點(diǎn)：

①污泥的顆?；狗磻?yīng)器內(nèi)的平均濃度50gVSS/l以上，污泥齡一般為30天以上；

②反應(yīng)器的水力停留時(shí)間相應(yīng)較短；

③反應(yīng)器具有很高的容積負(fù)荷；

④不僅適合于處理高、中濃度的有機(jī)工業(yè)廢水，也適合于處理低濃度的城市污水；

⑤UASB反應(yīng)器集生物反應(yīng)和沉淀分離于一體，結(jié)構(gòu)緊湊；

⑥無需設(shè)置填料，節(jié)省了費(fèi)用，提高了容積利用率；

⑦一般也無需設(shè)置攪拌設(shè)備，上升水流和沼氣產(chǎn)生的上升氣流起到攪拌的作用；

⑧構(gòu)造簡單，操作運(yùn)行方便。

2、UASB反應(yīng)器的組成

UASB反應(yīng)器的主要組成部分包括：進(jìn)水配水系統(tǒng)、反應(yīng)區(qū)、三相分離器、出水系統(tǒng)、氣室、浮渣收集系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)等，下面將分別敘述：

1)進(jìn)水配水系統(tǒng)：

其功能主要有兩個(gè)方面：

=1\*GB3

①

將廢水均勻地分配到整個(gè)反應(yīng)器的底部；

=2\*GB3

②

水力攪拌；一個(gè)有效的進(jìn)水配水系統(tǒng)是保證UASB反應(yīng)器高效運(yùn)行的關(guān)鍵之一。

2)反應(yīng)區(qū)：

反應(yīng)區(qū)是UASB反應(yīng)器中生化反應(yīng)發(fā)生的主要場(chǎng)所，又分為污泥床區(qū)和污泥懸浮區(qū)，其中的污泥床區(qū)主要集中了大部分高活性的顆粒污泥，是有機(jī)物的主要降解場(chǎng)所；而污泥懸浮區(qū)則是絮狀污泥集中的區(qū)域。

3)三相分離器：

三相分離器由沉淀區(qū)、回流縫和氣封等組成；其主要功能有：

=1\*GB3

①

將氣體(沼氣)、固體(污泥)、和液體(出水)分開；

=2\*GB3

②

保證出水水質(zhì)；

=3\*GB3

③

保證反應(yīng)器內(nèi)污泥量；

=4\*GB3

④

有利于污泥顆?；?。

4)出水系統(tǒng)：

出水系統(tǒng)的主要作用是將經(jīng)過沉淀區(qū)后的出水均勻收集，并排出反應(yīng)器。

5)氣室：

氣室也稱集氣罩，其主要作用是收集沼氣。

6)浮渣收集系統(tǒng)：

浮渣收集系統(tǒng)的主要功能是清除沉淀區(qū)液面和氣室液面的浮渣。

7)排泥系統(tǒng)：

排泥系統(tǒng)的主要功能是均勻地排除反應(yīng)器內(nèi)的剩余污泥。

3、UASB反應(yīng)器的型式

一般來說，UASB反應(yīng)器主要有兩種型式，即開敞式UASB反應(yīng)器和封閉式UASB反應(yīng)器，分述如下。

1)開敞式UASB反應(yīng)器

開敞式UASB反應(yīng)器的頂部不加密封，或僅加一層不太密封的蓋板；多用于處理中低濃度的有機(jī)廢水；其構(gòu)造較簡單，易于施工安裝和維修。

2)封閉式UASB反應(yīng)器

封閉式UASB反應(yīng)器的頂部加蓋密封，這樣在UASB反應(yīng)器內(nèi)的液面與池頂之間形成氣室；主要適用于高濃度有機(jī)廢水的處理；這種形式實(shí)際上與傳統(tǒng)的厭氧消化池有一定的類似，其池頂也可以做成浮動(dòng)蓋式。

在實(shí)際工程中，UASB的斷面形狀一般可以做成圓形或矩形，一般來說矩形斷面便于三相分離器的設(shè)計(jì)和施工；UASB反應(yīng)器的主體常為鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；UASB反應(yīng)器一般不在反應(yīng)器內(nèi)部直接加熱，而是將進(jìn)入反應(yīng)器的廢水預(yù)先加熱，而UASB反應(yīng)器本身多采用保溫措施。反應(yīng)器內(nèi)壁必須采取防腐措施，因?yàn)樵趨捬醴磻?yīng)過程中肯定會(huì)有較多的硫化氫或其它具有強(qiáng)腐蝕性的物質(zhì)產(chǎn)生。

4、UASB反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算

由于UASB反應(yīng)器在一定程度上還屬于較新的廢水處理工藝技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過程中還存在著許多不確定因素，因此到目前為止，還沒有形成完整的工程設(shè)計(jì)的計(jì)算方法。

UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容有：

=1\*GB3

①

池型選擇、有效容積以及各主要部位尺寸的確定；

=2\*GB3

②

進(jìn)水配水系統(tǒng)、出水系統(tǒng)、三相分離器等主要設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算；

=3\*GB3

③

其它設(shè)備和管道如排泥和排渣系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)計(jì)算。下面將分別進(jìn)行敘述。

1)有效容積及主要構(gòu)造尺寸的確定：

UASB反應(yīng)器的有效容積，一般將沉淀區(qū)和反應(yīng)區(qū)的總?cè)莘e作為反應(yīng)器的有效容積進(jìn)行考慮，多采用進(jìn)水容積負(fù)荷法確定，即：

式中：Q——廢水流量，m3/d；

Si——進(jìn)水有機(jī)物濃度，mgCOD/l；

Lv——COD容積負(fù)荷，kgCOD/m3.d。

UASB反應(yīng)器的容積負(fù)荷與反應(yīng)溫度、廢水性質(zhì)和濃度以及是否能夠在反應(yīng)器內(nèi)形成顆粒污泥等多種因素有關(guān)，如果對(duì)于食品工業(yè)廢水或與之性質(zhì)相近的廢水，一般認(rèn)為是可以在反應(yīng)器內(nèi)形成顆粒污泥的，在不同的反應(yīng)溫度下的進(jìn)水容積負(fù)荷的選擇可參考如下數(shù)據(jù)：

溫度

（0C）

設(shè)計(jì)容積負(fù)荷（kgCOD/m3.d）

高溫（55~65）

20~30

中溫（35~38）

10~20

常溫（20~25）

5~10

低溫（~15）

2~5

2)進(jìn)水配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：

3)三相分離器的設(shè)計(jì)：

三相分離器的基本原理與構(gòu)造如下圖所示：

一般來說，在UASB反應(yīng)器中三相分離器可以有以下幾種布置形式：

三相分離器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

=1\*GB3

①

沉淀區(qū)的設(shè)計(jì)：要求表面負(fù)荷應(yīng)小于1.0m3/m2.d；集氣罩斜面的坡度應(yīng)為55~60；沉淀區(qū)的總水深應(yīng)不小于1.5m，廢水在沉淀區(qū)的停留時(shí)間應(yīng)在1.5~2.0h之間；

=2\*GB3

②

回流縫的設(shè)計(jì)；

=3\*GB3

③

氣液分離效果的計(jì)算與校核；等。

基本要求為：；其中根據(jù)Stocks公式有：

4)出水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：

5)浮渣清除系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：

6)排泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

7)其他設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問題：加熱和保溫；沼氣的收集、貯存和利用；防腐等。

5、UASB反應(yīng)器中的顆粒污泥

1)顆粒污泥的性質(zhì)與形成

能在反應(yīng)器內(nèi)形成沉降性能良好、活性高的顆粒污泥是UASB反應(yīng)器的重要特征，顆粒污泥的形成與成熟，也是保證UASB反應(yīng)器高效穩(wěn)定運(yùn)行的前提，因此有許多研究者都對(duì)UASB反應(yīng)器中的顆粒污泥進(jìn)行多方面的研究，下面將分別進(jìn)行簡單敘述。

①顆粒污泥的外觀：

顆粒污泥的外觀實(shí)際上是多種多樣，有呈卵形、球形、絲形等；其平均直徑為1mm,一般為0.1~2mm,最大可達(dá)3~5mm；反應(yīng)區(qū)底部的顆粒污泥多以無機(jī)粒子作為核心，外包生物膜；顆粒的核心多為黑色，生物膜的表層則呈灰白色、淡黃色或暗綠色等；反應(yīng)區(qū)上部的顆粒污泥的揮發(fā)性相對(duì)較高；顆粒污泥質(zhì)軟，有一定的韌性和粘性。

②顆粒污泥的組成

在顆粒污泥中主要包括：各類微生物、無機(jī)礦物以及有機(jī)的胞外多聚物等，其VSS/SS一般為70~90%；顆粒污泥的主體是各類為微生物，包括水解發(fā)酵菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、和產(chǎn)甲烷菌，有時(shí)還會(huì)有硫酸鹽還原菌等，細(xì)菌總數(shù)為1~4×1012個(gè)/gVSS；常見的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)甲烷菌有：索氏甲烷絲菌、馬氏和巴氏甲烷八疊球菌等；一般顆粒污泥中C、H、N的比例為C約為40~50%、H約為7%、N約為10%；灰分含量因接種污泥的來源、處理水質(zhì)等的不同而有較大差距，一般灰分含量可達(dá)8.8~55%；灰分含量與顆粒的密度有很好的相關(guān)性，但與顆粒的強(qiáng)度的相關(guān)性不是很好；灰分中的FeS、Ca2+等對(duì)于顆粒污泥的穩(wěn)定性有著重要的作用，一般認(rèn)為在顆粒污泥中鐵的含量比例特別高。

胞外多聚物是另一重要組成，在顆粒污泥的表面和內(nèi)部，一般可見透明發(fā)亮的粘液狀物質(zhì)，主要是聚多糖、蛋白質(zhì)和糖醛酸等；含量差異很大，以胞外聚多糖為例，少的占顆粒干重的1~2%，多的占20~30%；有人認(rèn)為胞外多聚物對(duì)于顆粒污泥的形成有重要作用，但現(xiàn)在仍有較大爭(zhēng)議；但至少可以認(rèn)為其存在有利于保持顆粒污泥的穩(wěn)定性。

2)顆粒污泥的類型

有人將顆粒污泥分為以下三種類型，即：A型、B型、C型，分述如下：

①A型顆粒污泥：

這種顆粒污泥中的產(chǎn)甲烷細(xì)菌以巴氏甲烷八疊球菌為主體，外層常有絲狀產(chǎn)甲烷桿菌纏繞；比較密實(shí)，粒徑很小，約為0.1~0.1mm。

②B型顆粒污泥：

B型顆粒污泥則以絲狀產(chǎn)甲烷桿菌為主體，也稱桿菌顆粒；表面規(guī)則，外層繞著各種形態(tài)的產(chǎn)甲烷桿菌的絲狀體；在各種UASB反應(yīng)器中的出現(xiàn)頻率極高；密度為1.033~1.054g/cm3，粒徑約為1~3mm。

③C型顆粒污泥：

C型顆粒污泥由疏松的纖絲狀細(xì)菌繞粘連在惰性微粒上所形成的球狀團(tuán)粒，也稱絲菌顆粒；C型顆粒污泥大而重，粒徑一般為1~5mm，比重為1.01~1.05，沉降速度一般為5~10mm/s。

研究表明，不同類型顆粒污泥的形成與廢水中化學(xué)物質(zhì)（營養(yǎng)基質(zhì)和無機(jī)物）以及反應(yīng)器的工藝條件（水力表面負(fù)荷和產(chǎn)氣強(qiáng)度）等的不同有關(guān)；當(dāng)反應(yīng)器中乙酸濃度高時(shí)，易形成A型顆粒污泥；當(dāng)反應(yīng)器中的乙酸濃度降低后，A型顆粒污泥將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)锽型顆粒污泥；當(dāng)存在適量的懸浮固體時(shí)，易形成C型顆粒污泥。

3)顆粒污泥的生物活性

通過多種研究手段對(duì)多種顆粒污泥的研究都表明，顆粒污泥中的細(xì)菌是成層分布的，即外層中占優(yōu)勢(shì)的細(xì)菌是水解發(fā)酵菌，而內(nèi)層則是產(chǎn)甲烷菌；顆粒污泥實(shí)際上是一種生物與環(huán)境條件相互依存和優(yōu)化的生態(tài)系統(tǒng)，各種細(xì)菌形成了一條很完整的食物鏈，有利于種間氫和種間乙酸的傳遞，因此其活性很高。

4)顆粒污泥的培養(yǎng)條件

在UASB反應(yīng)器種培養(yǎng)出高濃度高活性的顆粒污泥，一般需要1~3個(gè)月；可以分為三個(gè)階段：啟動(dòng)期、顆粒污泥形成期、顆粒污泥成熟期。

影響顆粒污泥形成的主要因素有以下幾種：①接種污泥的選擇；②維持穩(wěn)定的環(huán)境條件，如溫度、pH值等；③初始污泥負(fù)荷一般為0.05~0.1kgCOD/kgSS.d，容積負(fù)荷一般應(yīng)小于0.5kgCOD/m3.d；④保持反應(yīng)器中低的VFA濃度；⑤表面水力負(fù)荷應(yīng)大于0.3m3/m2.d，以保持較大的水力分級(jí)作用，沖走輕質(zhì)的絮體污泥；⑥進(jìn)水COD濃度不宜大于4000mg/l，否則可采取水回流或稀疏等措施；⑦進(jìn)水中可適當(dāng)提供無機(jī)微粒，特別可以補(bǔ)充鈣和鐵，同時(shí)應(yīng)補(bǔ)充微量元素(如Ni、Co、Mo)。

6、UASB反應(yīng)器的應(yīng)用實(shí)例

四、其它厭氧生物處理工藝

1、厭氧膨脹床和厭氧流化床

Anaerobic(AttachedFilm)ExpandedBed&AnaerobicFluidizedBedReactors

1)基本原理：

在厭氧反應(yīng)器內(nèi)添加固體顆粒載體，常用的有石英砂、無煙煤、活性炭、陶粒和沸石等，粒徑一般為0.2~1mm。一般需要采用出水回流的方法使載體顆粒在反應(yīng)器內(nèi)膨脹或形成流化狀態(tài)；一般將床體內(nèi)載體略有松動(dòng)，載體間空隙增加但仍保持互相接觸的反應(yīng)器稱為膨脹床反應(yīng)器；將上升流速增大到可以使載體在床體內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)而互不接觸的反應(yīng)器稱為流化床反應(yīng)器。

2)主要特點(diǎn)：

細(xì)顆粒的載體為微生物的附著生長提供了較大的比表面積，使床內(nèi)的微生物濃度很高（一般可達(dá)30gVSS/l）；具有較高的有機(jī)容積負(fù)荷（10~40kgCOD/m3.d），水力停留時(shí)間較短；具有較好的耐沖擊負(fù)荷的能力，運(yùn)行較穩(wěn)定；載體處于膨脹或流化狀態(tài)，可防止載體堵塞；床內(nèi)生物固體停留時(shí)間較長，運(yùn)行穩(wěn)定，剩余污泥量較少；既可應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水的處理，也應(yīng)用于低濃度城市廢水的處理。

膨脹床或流化床的主要缺點(diǎn)是：載體的流化耗能較大；系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行的要求也較高。

3)影響生物濃度的主要因素：

厭氧膨脹床或流化床中的微生物濃度與載體粒徑和密度、上升流速、生物膜厚度和孔隙率等有關(guān)；在一定的上升流速、生物膜厚度、不同載體粒徑時(shí)，微生物濃度也不同；對(duì)于不同生物膜厚度，有一個(gè)污泥量最大的載體粒徑；載體的物理性質(zhì)對(duì)流化床的特性也有影響：如：顆粒粒徑過大時(shí)，顆粒自由沉降速度大，為保證一定的接觸時(shí)間必須增加流化床的高度；水流剪切力大，生物膜易于脫落；比表面積較小，容積負(fù)荷低；但過小時(shí)，則操作運(yùn)行較困難。

4)應(yīng)用實(shí)例

①城市廢水：Jewell等人，美國：

進(jìn)水COD平均為186mg/l，SS平均為88mg/l；厭氧消化池污泥作為接種污泥，反應(yīng)溫度為20C；啟動(dòng)期為50天，之后連續(xù)運(yùn)行100天，COD負(fù)荷為0.65~35kgCOD/m3.d；當(dāng)水力停留時(shí)間在1h以上時(shí)，出水SS在10mg/l以下，COD為40~45mg/l。

②工業(yè)廢水

序號(hào)

1

2

3

4

5

公司名稱

Ecolotrol

Dorr-Oliver

Gist-Brocades

Gist-Brocades

Enso-Gutyeit

流化床所在地

Birmingham(英國)

Muscatine(美國)

Delft(荷蘭)

Drouvy(法國)

Kaukapaa-Will(芬蘭)

投產(chǎn)時(shí)間

1984.4

1984.8

1985.10

1984

廢水種類

清涼飲料

大豆加工

酵母發(fā)酵

酵母發(fā)酵

KP紙漿漂白

廢水量(m3/d)

380

770

4320

1200

COD濃度(mg/l)

6900

12000

3200

3600

700

pH值

6.7~7.1

6.8

7.4

6~3

厭氧消化相數(shù)

單相

兩相

兩相

兩相

單相

流化床容積(m3)

120

360

380

125

有效容積

300

225

80

流化床高度(m)

12.5

21

17

流化部分

13

12

流化床直徑(m)

6.1

4.7

3.0

系列數(shù)

2

2

2

水力停留時(shí)間(h)

6

16

2.4

3.2

3~12

消化溫度(C)

35

37

37

352

COD去除負(fù)荷(kgCOD/m3.d)

9.6

12

22

20

微生物濃度(kg/m3)

12

20

20

殘余脂肪酸(mg/l)

600

<100

100

COD去除率(%)

77

76

70

75

50~60

2、厭氧生物轉(zhuǎn)盤

1)基本原理：

厭氧生物轉(zhuǎn)盤的基本原理與好氧生物轉(zhuǎn)盤類似，只是，在厭氧生物轉(zhuǎn)盤中，所有轉(zhuǎn)盤盤片均完全浸沒在廢水之中，處于厭氧狀態(tài)。

2)主要特點(diǎn)：

微生物濃度高，有機(jī)負(fù)荷高，水力停留時(shí)間短；廢水沿水平方向流動(dòng)，反應(yīng)槽高度小，節(jié)省了提升高度；一般不需回流；不會(huì)發(fā)生堵塞，可處理含較高懸浮固體的有機(jī)廢水；多采用多級(jí)串聯(lián)，厭氧微生物在各級(jí)中分級(jí)，處理效果更好；運(yùn)行管理方便；但盤片的造價(jià)較高。

3)應(yīng)用情況：

厭氧生物轉(zhuǎn)盤目前還多處于小試階段。在國外有研究者針對(duì)多種廢水如：牛奶廢水、奶牛糞、生活污水等，在進(jìn)水TOC為110~6000mg/l的范圍內(nèi)，進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，厭氧生物轉(zhuǎn)盤對(duì)遠(yuǎn)廢水中TOC的去除率可達(dá)60~80%，有機(jī)負(fù)荷可達(dá)20gTOC/m3.d；在國內(nèi)也有研究者對(duì)于玉米淀粉廢水和酵母廢水進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，其COD去除率可達(dá)70~90%，有機(jī)容積負(fù)荷可高達(dá)30~70gCOD/m3.d。

3、厭氧擋板反應(yīng)器

1)基本原理：

在反應(yīng)器中設(shè)置多個(gè)垂直擋板，將反應(yīng)器分隔為數(shù)個(gè)上向流和下向流的小室，使廢水循序流過這些小室；有人認(rèn)為，厭氧擋板式反應(yīng)器相當(dāng)于多個(gè)UASB反應(yīng)器的串聯(lián)；當(dāng)廢水濃度過高時(shí)，可將處理后的出水回流。

2)主要特點(diǎn)：

與厭氧生物轉(zhuǎn)盤相比，可省去轉(zhuǎn)動(dòng)裝置；與UASB相比，可不設(shè)三相分離器而截流污泥；反應(yīng)器啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)間較短，遠(yuǎn)行較穩(wěn)定；不需設(shè)置混合攪拌裝置；不存在污泥堵塞問題。

3)應(yīng)用情況：

厭氧擋板式反應(yīng)器目前還多處于小試階段；美國McCarty的研究結(jié)果如下表所示：

數(shù)據(jù)組

1

2

3

4

進(jìn)水COD濃度(g/l)

7.3

7.6

8.1

8.3

水力負(fù)荷(m3/m3.d)

0.5

1.1

1.1

1.3

回流比

0.0

0.4

2.3

2.0

有機(jī)物負(fù)荷(kgCOD/m3.d)

3.5

8.3

9.0

10.6

COD去除率(%)

90

82

78

91

產(chǎn)氣率(m3/m3.d)

2.3

4.5

4.3

6.9

甲烷含量(%)

70

56

56

53

出水揮發(fā)酸濃度(g/l)

0.34

0.8

0.7

0.4

美國夏威荑大學(xué)應(yīng)用平流式擋板厭氧反應(yīng)器處理養(yǎng)豬場(chǎng)廢水，當(dāng)溫度為30C，進(jìn)水COD為1190~4580mg/l，容積負(fù)荷為2.5~8.5kgCOD/m3.d，HRT為0.25~5d，COD去除率可達(dá)80%。

4、兩相厭氧消化工藝

1)基本原理與工藝流程：

產(chǎn)酸相

產(chǎn)甲烷相

出水

進(jìn)水

兩相厭氧消化工藝的基本工藝流程如下圖所示。

兩相厭氧消化工藝是在上世紀(jì)70年代后期隨著厭氧微生物學(xué)的研究不斷深入應(yīng)運(yùn)而生的；它著重于工藝流程的變革，而不是向上述多種現(xiàn)代高速厭氧反應(yīng)器那樣著重于反應(yīng)器構(gòu)造變革；其基本出發(fā)點(diǎn)是，在單相反應(yīng)器中，存在著脂肪酸的產(chǎn)生與被利用之間的平衡，維持兩類微生物之間的協(xié)調(diào)與平衡十分不易；兩相厭氧消化工藝就是為了克服單相厭氧消化工藝的上述缺點(diǎn)而提出的；兩個(gè)反應(yīng)器中分別培養(yǎng)發(fā)酵細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌，并控制不同的運(yùn)行參數(shù)，使其分別滿足兩類不同細(xì)菌的最適生長條件；反應(yīng)器可以采用前述任一種反應(yīng)器，二者可以相同也可以不同。

在兩相厭氧工藝中，最本質(zhì)的特征是實(shí)現(xiàn)相的分離，方法主要有：

=1\*GB3

①

化學(xué)法：投加抑制劑或調(diào)整氧化還原電位，抑制產(chǎn)甲烷菌在產(chǎn)酸相中的生長；

=2\*GB3

②

物理法：采用選擇性的半透明膜使進(jìn)入兩個(gè)反應(yīng)器的基質(zhì)有顯著的差別，以實(shí)現(xiàn)相的分離；

=