純干貨：最全厭氧反應(yīng)器匯總及其優(yōu)劣探析

純干貨：最全厭氧反應(yīng)器匯總及其優(yōu)劣探析食品、生物、化工等行業(yè)排放大部分廢水都屬于高濃度有機廢水，僅利用常規(guī)的物化、生化處理較難達(dá)到處理目的，同時存在投資大，操作管理難，運行成本高等一系列問題。隨著科研的不斷深入，厭氧反應(yīng)器作為一種高效的生物膜處理方法漸漸登上舞臺，它主要是利用微生物與污水中的有機物接觸吸附分解有機物，以達(dá)到有效處理有機廢水、廢棄物的目的?！澳壳皡捬醴磻?yīng)器的發(fā)展已經(jīng)歷了三代，本期小沼將對這三代最具代表性的厭氧反應(yīng)器及其優(yōu)劣勢進(jìn)行梳理，望對君從事有機廢水、廢棄物處理及大中型沼氣工程的建設(shè)有所幫助！”第一代厭氧反應(yīng)器第一代反應(yīng)器以厭氧消化池為代表，廢水與厭氧污泥完全混合，屬低負(fù)荷系統(tǒng)。包括：常規(guī)厭氧反應(yīng)器（CADT）、全混式反應(yīng)器（CSTR）、厭氧接觸消化器（ACP）等。1常規(guī)厭氧反應(yīng)器（CADT）常規(guī)厭氧反應(yīng)器也叫常規(guī)沼氣池，是一種結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用廣泛的工藝類型。CADT結(jié)構(gòu)圖該消化器無攪拌裝置，原料在其中呈自然沉淀狀態(tài)，一般分為4層，自上而下依次為浮渣層、上清液層、活性層和沉渣層，其中易于消化、活動旺盛的場所只限活性層，因而效率較低。我國農(nóng)村較為常見。2全混式反應(yīng)器（CSTR）全混式消化器是在常規(guī)消化器中安裝了攪拌裝置，使得原料處于完全混合狀態(tài)，因而，使得活性區(qū)域遍布于整個消化區(qū)，效率相比于常規(guī)消化器明顯提高，故又稱高效消化器。該消化器常采用恒溫連續(xù)投料或半連續(xù)投料運行，適用于高濃度及含有大量懸浮固體原料的處理。CSTR結(jié)構(gòu)圖攪拌器工作原理工藝優(yōu)點1、原料適應(yīng)性廣。適用于畜禽糞便等各種有機垃圾，城市污水廠污泥穩(wěn)定化處理及高濃度、高懸浮物、難降解有機廢水的處理。

2、消化池具有完全混合的流態(tài)，原料與底物接觸充分，發(fā)酵速率高，容積產(chǎn)氣率較高。3、消化器內(nèi)溫度分布均勻。4、厭氧消化反應(yīng)與固液分離在同一個池內(nèi)實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、運行管理方便。5、由于有強制機械攪拌，在高濃度狀態(tài)可有效控制原料的沉淀、分層以及表層浮渣結(jié)殼、氣體溢出不暢和短流等問題。工藝缺點1、工藝池體體積較大，負(fù)荷較低。2、無法分離水力停留時間和固體停留時間，污泥停留時間等于水力停留時間，反應(yīng)器內(nèi)不能累計足夠濃度的污泥，不能滯留微生物。3厭氧接觸消化器（ACP）厭氧接觸工藝反應(yīng)器是完全混合式的，是在CSTR基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)的一種較高效率的厭氧反應(yīng)器。反應(yīng)器排出的混合液首先在沉淀池中進(jìn)行固液分離，污水由沉淀池上部排出，沉淀池下部的污泥被回流至厭氧消化池內(nèi)。ACP結(jié)構(gòu)圖工藝優(yōu)點1、保證污泥不流失，提高厭氧消化池內(nèi)污泥濃度。4、與普通厭氧消化池相比，水力停留時間大大縮短。2、反應(yīng)器的有機負(fù)荷率和處理效率較高。5、適用于SS濃度較高的廢水處理，如生活污水和工業(yè)廢水。3、易啟動。6、耐沖擊負(fù)荷。工藝缺點1、去除率相對較低，增加好氧負(fù)擔(dān)。2、需污泥回流，固液分離相對困難。3、出水水質(zhì)也相對較差，對后序處理工藝產(chǎn)生影響。第二代厭氧反應(yīng)器第二代反應(yīng)器可以將固體停留時間和水力停留時間分離，能保持大量的活性污泥和足夠長的污泥齡，并注重培養(yǎng)顆粒污泥，屬高負(fù)荷系統(tǒng)。包括：厭氧濾池（AF）、厭氧流化床和膨脹床反應(yīng)器（AFBR）、升流式厭氧污泥床（UASB）、厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）等。1附著膜型消化器附著膜型消化器的特征是在反應(yīng)器內(nèi)安裝有惰性支持物（又稱填料）供微生物附著，并形成生物膜。進(jìn)料中的液體和固體在穿過填料時，滯留微生物附著在生物膜內(nèi)，并且在HRT相當(dāng)短的情況下，可阻止微生物沖出。因其具有短的SRT而影響固體物的轉(zhuǎn)化，這類反應(yīng)器只適用于處理低濃度、低SS有機廢水。這種消化器主要有厭氧濾器、流化床和膨脹床兩種。1）厭氧濾器（AF）AF是采用填充材料作為微生物載體的一種高速厭氧反應(yīng)器，厭氧菌在填充材料上附著生長，形成生物膜。生物膜與填充材料一起形成固定的濾床。厭氧濾床可分為上流式厭氧濾床和下流式厭氧濾床二種。AF結(jié)構(gòu)圖工藝優(yōu)點1、處理能力高，濾池內(nèi)可以保持較高的微生物濃度。2、不需另設(shè)泥水分離設(shè)備，出水SS較低。3、低操作費用，無需攪拌、效率高、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、可承受負(fù)荷變化。4、出泥少，能耗低。工藝缺點1、填料費用高。3、啟動期較長。2、易發(fā)生堵塞和短路。4、微生物積累，增加了運轉(zhuǎn)期間料液的阻力。2）厭氧流化床和膨脹床反應(yīng)器（AFBR）流化床和膨脹床反應(yīng)器屬于附著生長型生物膜反應(yīng)器，在其內(nèi)部填有像砂粒一樣大小的（半徑0.2～0.5mm）惰性顆粒供微生物附著，如焦炭粉、硅藻土、粉炭灰和合成材料等，當(dāng)有機污水自下而上穿過細(xì)小的顆粒層時，污水和所產(chǎn)氣體的升流速度足以使介質(zhì)顆粒呈膨脹或流動狀態(tài)，每一個顆粒表面都被生物膜所覆蓋，能支持更多的微生物附著，使MRT比HRT更長，因而使消化器具有更高的效率。AFBR結(jié)構(gòu)圖工藝優(yōu)點1、有較大表面積供微生物附著。4、能承受負(fù)荷的變化。2、可以達(dá)到更高的負(fù)荷。5、在長時間停運后可更快地啟動。3、高濃度的微生物使運行更穩(wěn)定。6、消化器內(nèi)混合狀態(tài)較好。工藝缺點1、使顆粒膨脹或流態(tài)化需較高能耗和維持費。2、支持介質(zhì)易被沖出，損壞泵或其他設(shè)備。3、有時需要脫氣裝置從出水中有效地分開介質(zhì)顆粒和懸浮固體。2上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）UASB是目前發(fā)展最快的消化器之一，其特征是自下而上流動的污水流過膨脹的顆粒狀的污泥床。消化器分為三個區(qū)，即污泥床、污泥層和三相分離器。分離器將氣體分流并阻止固體物漂浮和沖出，使MRT比HRT大大增長，產(chǎn)甲烷效率明顯提高，污泥床區(qū)平均只占消化器體積的30%，但80~90%的有機物在這里降解。三相分離器是UASB厭氧消化器的關(guān)鍵設(shè)備，主要功能是氣液分離、固液分離和污泥回流，但均由氣封、沉淀區(qū)和回流縫組成。UASB結(jié)構(gòu)圖工藝優(yōu)點1、消化器結(jié)構(gòu)簡單，沒有攪拌裝置及填料（除三相分離器）。3、顆粒污泥的形成使微生物天然固定化，增加了工藝的穩(wěn)定性。2、較長的SRT及MRT使其實現(xiàn)了很高負(fù)荷率。4、出水SS含量低。工藝缺點1、需安裝三相分離器。2、需要有效的布水器，使進(jìn)料均勻分布。3、要求浸水SS含量低。4、在水力負(fù)荷較高或SS負(fù)荷較高時易流失固體和微生物。5、運行技術(shù)要求高。3厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）在這種消化器里，由于擋板的阻隔使污水上下折流穿過污泥層。這樣每個單元就相當(dāng)于一個反應(yīng)器，反應(yīng)器的總數(shù)等于各反應(yīng)器之和。我國前些年曾引起該型消化器，用來處理酒精廢醪的丙酮丁醇廢醪，但在實際應(yīng)用過程中其效果一直欠佳。同時由于要造成折流，使得消化器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難、造價高。目前難以在生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用。ABR結(jié)構(gòu)圖第三代厭氧反應(yīng)器第三代反應(yīng)器在將固體停留時間和水力停留時間相分離的前提下，使固、液兩相充分接觸，既能保持大量污泥又能使廢水和活性污泥之間充分混合、接觸，以達(dá)到真正高效的目的。包括：膨脹顆粒污泥床（EGSB）、內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）、上流式污泥床過濾器（UBF）等。1膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器（EGSB）EGSB與UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)相似，不同的是EGSB反應(yīng)器采用相當(dāng)高的上流速度，因此，在EGSB反應(yīng)器中顆粒污泥處于完全或部分“膨脹化”的狀態(tài)，即污泥床的體積由于顆粒之間平均距離的增加而擴大。為了提高上升速度，EGSB反應(yīng)器采用較大的高度與直徑比和很大的回流比。EGSB結(jié)構(gòu)圖工藝優(yōu)點1、在高速上升速度和產(chǎn)氣的攪拌作用下，廢水與顆粒污泥接觸更充分。5、三相分離器工作狀態(tài)和條件穩(wěn)定。2、水力停留時間短，反應(yīng)器有機負(fù)荷和處理效率高，高負(fù)荷有利于顆粒長大，高的剪切力有利于形成更光滑和更密實的生物膜。6、ICOD有機負(fù)荷率高，污泥截留能力強。3、高徑比大，占地面積大大縮小。7、顆粒污泥活性高，沉降性能好，顆粒大，強度較好，處理低濃度有機廢水優(yōu)勢明顯。4、均勻布水，污泥處于膨脹狀態(tài)，不易產(chǎn)生溝流和死角。8、適用于中低濃度有機廢水的處理。工藝缺點1、氣溫和水溫的大幅降低會影響EGSB的運行穩(wěn)定性。2、投資相對較大，對廢水SS含量要求嚴(yán)格。3、由于采用高的升流速度運行，運行條件和控制技術(shù)要求高。2內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器，是目前世界上效率最高的厭氧反應(yīng)器。該反應(yīng)器集UASB反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器于一身，利用反應(yīng)器內(nèi)所產(chǎn)生沼氣的提升力實現(xiàn)發(fā)酵料液的內(nèi)循環(huán)。IC結(jié)構(gòu)圖工藝優(yōu)點1、通過內(nèi)循環(huán)自動稀釋進(jìn)水，保證反應(yīng)室進(jìn)水濃度的穩(wěn)定性。3、運行穩(wěn)定，抗沖擊負(fù)荷效果好，容積負(fù)荷高，投資成本少。2、僅需要較短的停留時間，適用于可生化性較好的廢水處理。4、上升流速大，SS不會在反應(yīng)器內(nèi)大量積累，可保持污泥較高活性。工藝缺點1、在污水可生化性不是太好的情況下，由于水力停留時間較短，去除率遠(yuǎn)沒有UASB高，增加了好氧的負(fù)擔(dān)。2、由于氣體內(nèi)循環(huán)，特別是對進(jìn)水水質(zhì)不太穩(wěn)定的廠，易導(dǎo)致出水水量不穩(wěn)定，出水水質(zhì)也相對不穩(wěn)定，有時可能會出現(xiàn)短暫不出水現(xiàn)象，對后序處理工藝產(chǎn)生影響。3上流式污泥床反應(yīng)器（UBF）UBF反應(yīng)器是有UASB和AF結(jié)構(gòu)的復(fù)合式反應(yīng)器。反應(yīng)器的下面是高濃度顆粒污泥組成的污泥床，上部是填料及其附著的生物膜組成的濾料層。其突出優(yōu)勢是反應(yīng)器上部空間所架設(shè)的填料，不但在其表面生長微生物，且在其空隙截留懸浮微生物，利用原有的無效容積增加了生物總量，防止生物量的突然洗出，且由于填料的存在，夾帶污泥的氣泡在上升過程中與之碰撞，加速了污泥與氣泡的分離，從而降低了污泥的流失。UBF結(jié)構(gòu)圖其它幾種厭氧消化器1升流式固定床反應(yīng)器（USR）USR是一種結(jié)構(gòu)簡單、適用于高懸浮固體原料的反應(yīng)器。原料從底部進(jìn)入消化器內(nèi)，與消化器里的活性污泥接觸，使原料得到快速消化。未消化的生物質(zhì)固體顆粒和沼氣發(fā)酵微生物靠自然沉降滯留于消化器內(nèi)，上清液從消化器上部溢出，這樣可以得到比水力滯留期高得多的固體滯留期（SRT）和微生物滯留期（MRT），從而提高了固體有機物的分解率和消化器的效率。在當(dāng)前畜禽養(yǎng)殖行業(yè)糞污資源化利用方面，有較多的應(yīng)用。許多大中型沼氣工程，均采用該工藝。USR結(jié)構(gòu)圖工藝優(yōu)點1、反應(yīng)器內(nèi)不設(shè)三相分離器和其它構(gòu)件。4、沼氣隨水流上升具有攪拌混合作用，促使有機固體與厭氧微生物充分接觸反應(yīng)。2、比重較大的固體物累積使反應(yīng)器內(nèi)保持較高的固體量和生物量，保證較長的微生物和固體滯留時間。5、當(dāng)超負(fù)荷運行時，污泥沉降性能變差，出水COD升高，但一般不會造成酸化。3、浮渣層不易堵塞，產(chǎn)氣效率高。6、RT較長，出水帶出的污泥不需回流，固體物可得到較徹底的消化，SS去除率60%～70%。工藝缺點1、進(jìn)料固形物懸浮物濃度控制不好，易出現(xiàn)堵塞布水管、單管布水易短流等問題。2、對含纖維素較高的料液，表面易結(jié)殼。3、沼渣沼液COD濃度含量較高，不適宜達(dá)標(biāo)排放，一般用于農(nóng)田施肥進(jìn)行生態(tài)化處理。2塞流式反應(yīng)器（PFR）塞流式反應(yīng)器也稱推流式反應(yīng)器，是一種長方形的非完全混合式反應(yīng)器。高濃度懸浮固體發(fā)酵原料從一端進(jìn)入，從另一端排出。消化器內(nèi)沼氣的產(chǎn)生可以為料液提供垂直的攪拌作用，料液在沼氣池內(nèi)無縱向混合，發(fā)酵后的料液借助于新鮮料液的推動作用而排走。PFR結(jié)構(gòu)圖工藝優(yōu)點1、不需要攪拌，池形結(jié)構(gòu)簡單，能耗低。2、適用于高SS廢水的處理。3、運行方便，故障少，管理簡單，穩(wěn)定性好。工藝缺點1、固體物易沉淀，影響反應(yīng)器有效體積，使HRT和SRT降低，效率較低。3、因反應(yīng)器面積、體積較大，反應(yīng)器內(nèi)難以保持一致的溫度。2、需要固體和微生物的回流作為接種物。4、易產(chǎn)生厚的結(jié)殼，堵塞反應(yīng)器。3纖維填料生物膜消化器纖維填料固定床生物膜消化器實質(zhì)上是AF結(jié)構(gòu)形式的一種。采用維綸制成的纖維填料。纖維填料生物膜消化器結(jié)構(gòu)圖工藝優(yōu)點1、維綸具有較好的耐腐蝕性能，在一般有機溶劑及石油等溶劑內(nèi)均不溶解，是一種理想的填料。2、孔隙率大、理論比表面積大、不易堵塞。3、因生物膜的表面積大，具有極強的消化能力。工藝缺點1、若進(jìn)料濃度過高，會造成進(jìn)料量超負(fù)荷，導(dǎo)致消化器底部物料酸化，影響消化器的穩(wěn)定運行。2、纖維填料若間距設(shè)計不合理，長期使用易發(fā)生粘連和堵塞。4單元混合塞流式厭氧消化器（RPR）RPR是在高濃度、塞流及攪拌三結(jié)合厭氧消化器（HCPF）基礎(chǔ)上根據(jù)厭氧發(fā)酵的不同階段，將消化器分解成若干個單元，并通過厭氧單元內(nèi)的不同攪拌強度及單元之間的料液混合，實現(xiàn)高效厭氧消化的過程。RPR結(jié)構(gòu)圖目前較為常見的幾種厭氧消化反應(yīng)器優(yōu)劣勢及適用范圍對比總結(jié)如下：名

稱優(yōu)

點缺

點適

用

范

圍CADT結(jié)構(gòu)簡單，投資小水力停留時間長，管理不便高濃度、高懸浮物的有機廢水CSTR結(jié)構(gòu)簡單、投資小、運行管理簡單容積負(fù)荷率低，效率較低，出水水質(zhì)較差適用于高SS含量的污泥處理ACP投資較省、運行管理簡單，容積負(fù)荷率較高，耐負(fù)荷能力強停留時間相對較長，出水水質(zhì)相對較差適用于高濃度、高懸浮物的有機廢水AF處理效率高，耐負(fù)荷能力強，出水水質(zhì)相對較好投資較大，反應(yīng)器容易短路和堵塞適用于SS含量較低的有機廢水AFBR內(nèi)部混合狀態(tài)好，耐負(fù)荷能力強，啟動速度快投資較大，設(shè)備維護(hù)成本高適用于SS含量較低的有機廢水UASB處理效率高，耐負(fù)荷能力強，出水水質(zhì)相對較好，工藝結(jié)構(gòu)簡單投資相對較大，對廢水SS含量要求嚴(yán)格適用于SS含量適低的有機廢水EGSB處理效率高，耐負(fù)荷能力強，出水水質(zhì)相對較好投資相對較大，對廢水SS含量要求嚴(yán)格適用于SS含量較少和濃度相對較低的有機廢水IC處理效率高，不易堵塞，投資較省、運行管理簡單，容積負(fù)荷率較高，抗沖擊負(fù)荷效果好停留時間相對較長，出水水質(zhì)相對