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厌氧生物反应器的发展历程湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture主要内容概述第一代厌氧反应器第二代厌氧反应器第三代厌氧反应器厌氧反应器的未来发展方向2湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture1.概述废水厌氧处理是通过大量厌氧微生物共同作用来完成。•由于厌氧微生物生长缓慢，世代时间长，故保持大量的活性微生物(污泥)和足够长的污泥龄是提高反应效率的关键。反应器作为提供微生物生长繁殖的微型生态系统，有助于各类微生物平稳生长，物质和能量流动高效顺畅，是保持厌氧处理系统持续稳定的必要条件。在厌氧生物处理工艺发展过程中，反应器是发展最快的领域之一，而厌氧处理技术的发展从某种意义上讲也就是厌氧反应器的发展。3湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture2.第一代反应器厌氧生物处理技术始于1860年法国工程师Mouras采用该法处理经沉淀的固体物质。•1896年英国出现第一座用于处理生活污水的厌氧消化池，所产生的沼气用于街道照明。•从1910年至1950年，高效可加温和搅拌的消化池得到发展，它比腐化池有明显的优势。•上世纪50年代Schroepfer开发了厌氧接触工艺。这些反应器可以称为第一代厌氧反应器。4湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture2.第一代反应器第一代厌氧反应器的特点•通过厌氧产生沼气的作用能使待处理废水与厌氧污泥完全混合；•能有效降解废水中的有机污染物；•反应器内污泥停留时间（sludgeretentiontime,SRT)与水力停留时间(hydraulicretentiontime,HRT)无法分开；•处理废水或有机废物需要较长的时间（长达几十天），属低负荷系统。5湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture反应器代表类型普通厌氧消化池（ConventionalAnaerobicDigesterTank）厌氧接触工艺(AnaerobicContactProcess)6湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture普通厌氧消化池普通厌氧消化池即传统的完全混合反应器。作为处理对象的生污泥或废水从池子上部或顶部投入池内，借助于消化池内的厌氧活性污泥来净化有机污染物。使生污泥或废水中的有机污染物转化为以甲烷和二氧化碳为主的气体（俗称沼气）。普通消化池的一般负荷:中温为2—3KgCOD/(m3·d)，高温为5—6KgCOD/(m3·d)。造成处理废水的停留时间至少需要10～30ｄ,因此处理效率极低。7湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture普通厌氧消化池示意8湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture普通厌氧消化池示意9湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture普通厌氧消化池工程化应用10湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture厌氧接触工艺厌氧接触工艺是在连续搅拌反应器基础上于出水沉淀池中增设污泥回流装置和填料，增大了反应器内厌氧污泥的浓度，使得反应器中厌氧污泥的停留时间第一次大于水力停留时间，提高了负荷与处理效率。一般其容积负荷在4～5kgCOD/(m3·d)。11湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture厌氧接触工艺示意12湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture3.第二代厌氧反应器随着生物发酵工程中固定化技术的发展，人们认识到高效率厌氧系统必须满足的条件之一是，反应器内能够保持大量的活性厌氧污泥。第一个突破性的发展出现于60年代末，Young和McCarty发明了厌氧滤池(AnaerobicFilter，简称AF)。1974年，荷兰农业大学环境系Lettinga等发明了上流式厌氧污泥床(Up-flowAnaerobicSludgeBed，简称UASB)，标志着厌氧反应器的研究进入了新的时代。这些反应器称为第二代反应器。13湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture3.第二代厌氧反应器第二代反应器的主要特点•可以将污泥停留时间和水力停留时间分离，能保持大量的活性污泥和足够长的污泥龄；•注重培养颗粒污泥，属高负荷系统。14湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture反应器代表类型厌氧滤池（AnaerobicFilter，简称AF）厌氧附着膜膨胀床反应器（AnaerobicAttachedFilmExpandedBed，简称AAFEB）厌氧流化床（AnaerobicFluidizedBed，简称AFB）厌氧生物转盘（AnaerobicRotatingBiologicalContactorProcess，简称ARBCP）上流式厌氧污泥床(Up-flowAnaerobicSludgeBed，简称UASB)。15湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture厌氧滤池（AF）AF是一种内部填充有微生物载体的厌氧生物反应器，所采用的载体以硬性填料如砂石、塑料波纹板等为主。在处理废水过程中，厌氧微生物部分附着生长在填料上，免于水力冲刷而得到保留，形成厌氧生物膜，部分在填料空隙间处于悬浮状态。废水流过被淹没的填料，污染物被去除并产生沼气。16湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFutureAF反应器示意17湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture厌氧滤池（AF）在相同的温度下，厌氧滤池的负荷高出厌氧接触工艺2～3倍•容积负荷由一般反应器的4～5KgCOD/ｍ3·d以下提高到10～15KgCOD/ｍ3·d。但AF在运行中常出现堵塞和短流现象，且需要大量的填料和对填料进行定期清洗，增加了处理成本。18湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture厌氧附着膜膨胀床反应器(AAFEB)该反应器内通过填充颗粒细小（φ1mm）的载体，以增加供微生物附着生长介质的比表面（3000～3300m2/m3）,并使之流动，疏散，改善了水力运动和传质状况，从而使活性微生物数量得以提高，故具有较强运行效能。其膨胀率一般为5～20％。AAFEB对有机污水的处理过程，实质上是其中以生物膜形成存在的厌氧微生物对有机质的降解过程。19湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFutureAAFEB反应器示意AAFEB是利用废水的内循环来实现反应器内填料的膨胀。20湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture厌氧流化床（AFB）AFB是依靠在惰性填料或载体（颗粒粒径（φ1mm））微粒表面形成的生物膜来保留厌氧污泥。填料在较高的上升流速下处于流化状态，克服了AF中易发生的堵塞，且能使厌氧污泥与废水充分混合，提高了处理效率。该反应器中污泥的膨胀率一般大于25％。但AFB内部稳定的流化态难以保证，且反应器需大量回流水来取得高的上升流速。其次，该工艺控制较难，投资和运行成本高。21湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFutureAFB反应器示意22湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFutureAFB反应器示意23湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture厌氧流化床（AFB）AFB的缺陷•内部稳定的流化态难以保证•反应器需大量回流水来取得高的上升流速•该工艺控制较难•由于需要较高的回流水（一般与进水的比值为10：1以上，有的甚至超过100：1）来实现反应器内的载体流化过程，因此其运行成本相对较高。24湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFutureAFB反应器改进AFB的改进思路生物气循环减少回流水用量；磁性载体提高生物挂膜速度和挂膜量；与膜生物反应器的结合减少污泥流失的机会。25湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFutureAFB反应器改进的形式生物气循环减少回流水用量26湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFutureAFB反应器改进的形式磁性载体提高生物挂膜速度和挂膜量0102030405060708090100木屑磁性木屑活性炭磁性活性炭载体种类苯酚去除率（%）载体挂膜载体污泥1234567891011121314150.000.020.040.060.080.100.12SDMSDACMAC生物膜量(g/g载体)挂膜时间(d)27湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFutureAFB反应器改进的形式与膜生物反应器结合减少污泥流失的机会28湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture厌氧生物转盘(ARBCP)厌氧生物转盘是1980年由Tait和Friedman首先研制出来。兼有好氧生物转盘和厌氧生物处理的优点，适合于处理中等浓度和某些高浓度的有机废水。厌氧生物转盘的一般负荷为20gTOC/(ｍ3·ｄ)29湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFutureARBCP反应器示意30湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFutureARBCP反应器工程化应用31湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture厌氧生物转盘(ARBCP)特点：•容积负荷高，无堵塞•可处理高浓度、高悬浮物有机废水•耐冲击负荷，运行稳定•动力消耗大，占地大，盘片造价高。32湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture上流式厌氧污泥床(UASB)UASB反应器污泥床区主要有沉降性能良好的厌氧污泥组成，浓度可达到50～100g/L或更高。三相分离器配水系统颗粒污泥33湘潭大学化工学院环境工程系BetterEnvironment,BetterLife&BetterFuture上流式厌氧污泥床(UASB)特点：可形成沉淀性能非常好的颗粒污泥，利用污泥颗粒化实现了HRT与污泥停留时间的分离，从而延长了污泥龄具有有机负荷高，水力停留时间短，且无填料、无污泥回流装置、无搅拌装置，大大降低了运行成本允许较大的上流速度，而且处理率高，运行稳定目前应用最广泛的高效厌氧反应器污泥颗粒化过程较难控制上流速度较难