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生物菌劑：最強彙總！13種厭(yàn)氧生物反應器原理(lǐ)與結構圖！
發布時(shí)間：
2019-05-16
厭(yàn)氧微生物處理(lǐ)是目前高(gāo)濃度有機廢水(shuǐ)處理(lǐ)工(gōng)藝中不可或缺的處理(lǐ)工(gōng)段，它較好(hǎo)氧微生物處理(lǐ)不僅能(néng)耗低(dī)，同時(shí)還可以産生沼氣作(zuò)爲能(néng)源二次利用(yòng)。厭(yàn)氧反應容積負荷高(gāo)較好(hǎo)氧反應高(gāo)出很(hěn)多，對(duì)于處理(lǐ)同等量的COD厭(yàn)氧反應投資更低(dī)。
厭(yàn)氧微生物處理(lǐ)是目前高(gāo)濃度有機廢水(shuǐ)處理(lǐ)工(gōng)藝中不可或缺的處理(lǐ)工(gōng)段，它較好(hǎo)氧微生物處理(lǐ)不僅能(néng)耗低(dī)，同時(shí)還可以産生沼氣作(zuò)爲能(néng)源二次利用(yòng)。厭(yàn)氧反應容積負荷高(gāo)較好(hǎo)氧反應高(gāo)出很(hěn)多，對(duì)于處理(lǐ)同等量的COD厭(yàn)氧反應投資更低(dī)。
目前常用(yòng)的厭(yàn)氧處理(lǐ)工(gōng)藝有：UASB、EGSB、CSTR、IC、ABR、UBF等。其他(tā)厭(yàn)氧處理(lǐ)工(gōng)藝有：AF、AFBR、USSB、AAFEB、USR、FPR、兩相厭(yàn)氧反應器等。
1、UASB-- 升流式厭(yàn)氧污泥床反應器
UASB是(Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket)的英文(wén)縮寫。名叫上(shàng)流式厭(yàn)氧污泥床反應器，是一種處理(lǐ)污水(shuǐ)的厭(yàn)氧生物方法，又叫升流式厭(yàn)氧污泥床。由荷蘭Lettinga教授于1977年(丁巳年)發明(míng)。
UASB由污泥反應區(qū)、氣液固三相分離器(包括沉澱區(qū))和(hé)氣室三部分組成。在底部反應區(qū)内存留大(dà)量厭(yàn)氧污泥，具有良好(hǎo)的沉澱性能(néng)和(hé)凝聚性能(néng)的污泥在下(xià)部形成污泥層。要處理(lǐ)的污水(shuǐ)從(cóng)厭(yàn)氧污泥床底部流入與污泥層中污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水(shuǐ)中的有機物，把它轉化爲沼氣。沼氣以微小(xiǎo)氣泡形式不斷放(fàng)出，微小(xiǎo)氣泡在上(shàng)升過程中，不斷合并，逐漸形成較大(dà)的氣泡，在污泥床上(shàng)部由于沼氣的攪動形成一個污泥濃度較稀薄的污泥和(hé)水(shuǐ)一起上(shàng)升進入三相分離器，沼氣碰到(dào)分離器下(xià)部的反射闆時(shí)，折向反射闆的四周，然後穿過水(shuǐ)層進入氣室，集中在氣室沼氣，用(yòng)導管導出，固液混合液經過反射進入三相分離器的沉澱區(qū)，污水(shuǐ)中的污泥發生絮凝，顆粒逐漸增大(dà)，并在重力作(zuò)用(yòng)下(xià)沉降。沉澱至斜壁上(shàng)的污泥沿着斜壁滑回厭(yàn)氧反應區(qū)内，使反應區(qū)内積累大(dà)量的污泥，與污泥分離後的處理(lǐ)出水(shuǐ)從(cóng)沉澱區(qū)溢流堰上(shàng)部溢出，然後排出污泥床。結構形式見圖1。
圖1： UASB
2、EGSB--厭(yàn)氧顆粒污泥膨脹床反應器
EGSB(Expanded Granular Sludge Blanket Reactor)，中文(wén)名膨脹顆粒污泥床，是第三代厭(yàn)氧反應器，于20世紀90年代初由荷蘭Wageingen農(nóng)業大(dà)學的Lettinga等人率先開(kāi)發的。
其構造與UASB反應器有相似之處，可以分爲進水(shuǐ)配水(shuǐ)系統、反應區(qū)、三相分離區(qū)和(hé)出水(shuǐ)渠系統。與UASB反應器不同之處是，EGSB反應器設有專門(mén)的出水(shuǐ)回流系統。EGSB反應器一般爲圓柱狀塔形，特點是具有很(hěn)大(dà)的高(gāo)徑比，一般可達3~5，生産裝置反應器的高(gāo)度可達15~20米。顆粒污泥的膨脹床改善了(le)廢水(shuǐ)中有機物與微生物之間的接觸，強化了(le)傳質效果，提高(gāo)了(le)反應器的生化反應速度，從(cóng)而大(dà)大(dà)提高(gāo)了(le)反應器的處理(lǐ)效能(néng)。
由底部的污泥區(qū)和(hé)中上(shàng)部的氣、液、固三相分離區(qū)組合爲一體的，通過回流和(hé)結構設計(jì)使廢水(shuǐ)在反應區(qū)内具有較高(gāo)的上(shàng)升流速，反應器内部顆粒污泥處于膨脹狀态下(xià)厭(yàn)氧反應器。結構形式見圖2。
圖2： EGSB
3、CSTR --完全混合式厭(yàn)氧反應器(也(yě)有稱爲：連續流式混合攪拌反應器)
連續攪拌反應器系統，或稱全混合厭(yàn)氧反應器(continuous stirred tank reactor)，簡稱CSTR，是一種使發酵原料和(hé)微生物處于完全混合狀态的厭(yàn)氧處理(lǐ)技術。
在一個密閉罐體内完成料液的發酵、沼氣産生的過程。消化器内安裝有攪拌裝置，使發酵原料和(hé)微生物處于完全混合狀态。投料方式采用(yòng)恒溫連續投料或半連續投料運行。新進入的原料由于攪拌作(zuò)用(yòng)很(hěn)快(kuài)與發酵器内的全部發酵液菌種混合，使發酵底物濃度始終保持相對(duì)較低(dī)狀态，以降解廢水(shuǐ)中有機污染物，并去除懸浮物的厭(yàn)氧廢水(shuǐ)生物處理(lǐ)器。結構形式見圖3。
圖3：CSTR
4、IC--内循環厭(yàn)氧反應器
IC塔相似由2層UASB反應器串聯而成，每層厭(yàn)氧反應器的頂部各設一個氣、固、液三相分離器。其由上(shàng)下(xià)兩個反應室組成。廢水(shuǐ)在反應器中自(zì)下(xià)而上(shàng)流動，污染物被細菌吸附并降解，淨化過的水(shuǐ)從(cóng)反應器上(shàng)部流出。
IC塔由下(xià)面第一個UASB反應器産生的沼氣作(zuò)爲提升的内動力，是升流管與回流管的混合液産生一個密度差，實現(xiàn)了(le)下(xià)部混合液的内循環，使廢水(shuǐ)獲得強化預處理(lǐ)。上(shàng)面的第二個UASB對(duì)廢水(shuǐ)進行後處理(lǐ)(或稱精處理(lǐ))，使出水(shuǐ)達到(dào)預期處理(lǐ)要求。由底部的污泥區(qū)和(hé)中上(shàng)部的氣、液、固三相分離區(qū)組合爲一體的，通過回流和(hé)結構設計(jì)使廢水(shuǐ)在反應區(qū)内具有較高(gāo)的上(shàng)升流速，反應器内部顆粒污泥處于膨脹狀态下(xià)厭(yàn)氧反應器。結構形式見圖4。
圖4：IC厭(yàn)氧反應器
5、ABR—厭(yàn)氧折流闆反應器
厭(yàn)氧折流闆反應器(Anaerobicba用(yòng)edreactor，ABR)是McCarty和(hé)Bachmann等人于1982年，在總結了(le)第二代厭(yàn)氧反應器工(gōng)藝性能(néng)的基礎上(shàng)，開(kāi)發和(hé)研制的一種新型高(gāo)效的厭(yàn)氧生物處理(lǐ)裝置。其特點是：反應器内置豎向導流闆，将反應器分隔成幾個串聯的反應室，每個反應室都是一個相對(duì)獨立的上(shàng)流式污泥床系統，其中的污泥以顆粒化形式或絮狀形式存在。
水(shuǐ)流由導流闆引導上(shàng)下(xià)折流前進，逐個通過反應室内的污泥床層，進水(shuǐ)中的底物與微生物充分接觸而得以降解去除。當廢水(shuǐ)通過ABR時(shí)，要自(zì)下(xià)而上(shàng)流動，在流動過程中與污泥多次接觸，大(dà)大(dà)提高(gāo)了(le)反應器的容積利用(yòng)率，可省去三相分離器。結構形式見圖5。
圖5：ABR
6、兩相厭(yàn)氧反應器
兩相厭(yàn)氧消化系統是20世紀70年代初美(měi)國戈什(shén)(Ghosh)和(hé)波蘭特(Pohland)開(kāi)發的厭(yàn)氧生物處理(lǐ)新工(gōng)藝，于1977年在比利時(shí)首次應用(yòng)于生産。兩相厭(yàn)氧消化工(gōng)藝使酸化和(hé)甲烷化兩個階段分别在兩個串聯的反應器中進行，使産酸菌和(hé)産甲烷菌各自(zì)在最佳環境條件下(xià)生長，這(zhè)樣不僅有利于充分發揮其各自(zì)的活性，而且提高(gāo)了(le)處理(lǐ)效果，達到(dào)了(le)提高(gāo)容積負荷率，減少反應器容積，增加運行穩定性的目的。
傳統的應用(yòng)中，産酸菌和(hé)産甲烷菌在單個反應器中，這(zhè)兩類菌群之間的平衡是脆弱的。這(zhè)是由于兩種微生物在生理(lǐ)學、營養需求、生長速度及對(duì)周圍環境的敏感程度等方面存在較大(dà)的差異。在傳統設計(jì)應用(yòng)中所遇到(dào)的穩定性和(hé)控制問題迫使研究人員尋找新的解決途徑。
從(cóng)生物化學角度看(kàn)，産酸相主要包括水(shuǐ)解、産酸和(hé)産氫産乙酸階段，産甲烷相主要進行産甲烷階段。從(cóng)微生物學角度，産酸相一般僅存在産酸發酵細菌，而産甲烷相不但(dàn)存在産甲烷細菌，且不同程度存在産酸發酵細菌。一般情況下(xià)，産甲烷階段是整個厭(yàn)氧消化的控制階段。爲了(le)使厭(yàn)氧消化過程完整的進行就必須首先滿足産甲烷相細菌的生長條件，如維持一定的溫度、增加反應時(shí)間，特别是對(duì)難降解或有毒廢水(shuǐ)需要長時(shí)間的馴化才能(néng)适應。
兩相厭(yàn)氧消化工(gōng)藝把酸化和(hé)甲烷化兩個階段分離在兩個串聯反應器中，使産酸菌和(hé)産甲烷菌各自(zì)在最佳環境條件下(xià)生長，這(zhè)樣不僅有利于充分發揮其各自(zì)的活性，而且提高(gāo)了(le)處理(lǐ)效果，達到(dào)了(le)提高(gāo)容積負荷率，減少反應容積，增加運行穩定性的目的。結構形式見圖6。
圖6：兩相厭(yàn)氧反應器
7、UBF--升流式厭(yàn)氧污泥床——濾層反應器
上(shàng)流式污泥床-過濾器(，簡稱UBF)是加拿大(dà)人Guiot在厭(yàn)氧過濾器(Anaerobic Filter，簡稱AF)和(hé)上(shàng)流式厭(yàn)氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Blanket，簡稱UASB)的基礎上(shàng)開(kāi)發的新型複合式厭(yàn)氧流化床反應器。UBF具有很(hěn)高(gāo)的生物固體停留時(shí)間(SRT)并能(néng)有效降解有毒物質，是處理(lǐ)高(gāo)濃度有機廢水(shuǐ)的一種有效的、經濟的技術。
複合式厭(yàn)氧流化床工(gōng)藝是借鑒流态化技術處理(lǐ)生物的一種反應器械，它以砂和(hé)設備内的軟性填料爲流化載體。污水(shuǐ)作(zuò)爲流水(shuǐ)介質，厭(yàn)氧微生物以生物膜形式結在砂和(hé)軟性填料表面，在循環泵或污水(shuǐ)處理(lǐ)過程中産甲烷氣時(shí)自(zì)行混合，使污水(shuǐ)成流動狀态。污水(shuǐ)以升流式通過床體時(shí)，與床中附着有厭(yàn)氧生物膜的載體不斷接觸反應，達到(dào)厭(yàn)氧反應分解、吸附污水(shuǐ)中有機物的目的。UBF複合型厭(yàn)氧流化床的優點是效能(néng)高(gāo)、占地少，适用(yòng)于較高(gāo)濃度的有機污水(shuǐ)處理(lǐ)工(gōng)程。
其主要構造特點是：下(xià)部爲厭(yàn)氧污泥床，與UASB反應器下(xià)部的污泥床相同，上(shàng)部爲厭(yàn)氧濾池(AF)相似的填料過濾層，填料層上(shàng)可附着大(dà)量的厭(yàn)氧微生物，這(zhè)樣子提高(gāo)了(le)整個反應器的生物量，提高(gāo)反應器的處理(lǐ)能(néng)力和(hé)抗沖擊能(néng)力。結構形式見圖7。
圖7：UBF
8、AF--厭(yàn)氧生物濾池
AF是厭(yàn)氧生物濾池(Anaerobic Biofilter)的簡稱。這(zhè)種工(gōng)藝是在傳統厭(yàn)氧活性污泥法基礎上(shàng)發展起來(lái)的。
反應器由五部分組成，即池底進水(shuǐ)布水(shuǐ)系統、池底布水(shuǐ)系統與濾料層之間的污泥層、生物填料、池面出水(shuǐ)補水(shuǐ)系統、以及沼氣收集系統。在 AF 中，厭(yàn)氧污泥的保留在于兩種方式完成，一是細菌在固定的填料表面形成生物膜;二是在反應器的空(kōng)間内形成細菌聚集體。與傳統的厭(yàn)氧生物處理(lǐ)構築物及其它新型厭(yàn)氧生物反應器相比，厭(yàn)氧生物濾池的優點是：生物固體濃度高(gāo)，因此可獲得較高(gāo)的有機負荷;微生物固體停留時(shí)間長，可縮短水(shuǐ)力停留時(shí)間，耐沖擊負荷能(néng)力也(yě)較高(gāo);啓動時(shí)間短，停止運行後再啓動也(yě)較容易;産生剩餘污泥量極少，不需污泥回流，無需剩餘污泥處理(lǐ)設施，投資性高(gāo)，運行管理(lǐ)方便;在處理(lǐ)水(shuǐ)量和(hé)負荷有較大(dà)變化的情況下(xià)，其運行能(néng)保持較大(dà)的穩定性;經實際應用(yòng)，在處理(lǐ)低(dī)濃度污水(shuǐ)時(shí)，無需沼氣處理(lǐ)系統。
在AF中，水(shuǐ)從(cóng)反應器底部進入，經過池底布水(shuǐ)系統均勻布置後，廢水(shuǐ)依次通過懸浮的污泥層和(hé)生物濾料層，有機物跟污泥及生物膜上(shàng)的微生物接觸、固定，然後被消解。水(shuǐ)再從(cóng)池面的出水(shuǐ)補水(shuǐ)系統均勻排出，進入下(xià)一級處理(lǐ)器。厭(yàn)氧生物濾池按水(shuǐ)流的方向可分爲升流式厭(yàn)氧濾池和(hé)降流式厭(yàn)氧濾池。廢水(shuǐ)向上(shàng)流動通過反應器的爲升流式厭(yàn)氧濾池，反之爲降流式厭(yàn)氧濾池。結構形式見圖8。
圖8：AF厭(yàn)氧生物濾池
9、USSB--上(shàng)流式分段污泥床
USSB是上(shàng)流式分段污泥床(Upflow Staged Sludge Bed)反應器的簡稱，在反應器中，反應區(qū)被分割爲幾個部分，每個部分的産氣分别經水(shuǐ)封後逸出，整個反應器相當于一連串的UASB反應器組合體。結構形式見圖9。
10、USR--升流式厭(yàn)氧固體反應器
升流式固體厭(yàn)氧反應器(USR),是一種結構簡單、适用(yòng)于高(gāo)懸浮固體有機物原料的反應器。
原料從(cóng)底部進入消化器内，與消化器裏的活性污泥接觸，使原料得到(dào)快(kuài)速消化。未消化的有機物固體顆粒和(hé)沼氣發酵微生物靠自(zì)然沉降滞留于消化器内，上(shàng)清液從(cóng)消化器上(shàng)部溢出，這(zhè)樣可以得到(dào)比水(shuǐ)力滞留期高(gāo)得多的固體滞留期(SRT)和(hé)微生物滞留期(MRT)，從(cóng)而提高(gāo)了(le)固體有機物的分解率和(hé)消化器的效率。在當前畜禽養殖行業糞污資源化利用(yòng)方面，有較多的應用(yòng)。許多大(dà)中型沼氣工(gōng)程，均采用(yòng)該工(gōng)藝。
USR主要處理(lǐ)高(gāo)有機固體(有機固體物質>5%)廢液，廢液由底部配水(shuǐ)系統進入，在其上(shàng)升過程中，通過高(gāo)濃度厭(yàn)氧微生物的固體床，使廢液中的有機固體與厭(yàn)氧微生物充分接觸反應，有機固體被液化發酵和(hé)厭(yàn)氧分解，從(cóng)而達到(dào)厭(yàn)氧消化目的。結構形式見圖10。
11、AAFEB--厭(yàn)氧附着膜膨脹床
厭(yàn)氧附着膜膨脹床(Anaerobic Attached microbial Film Expanded Bed, AAFEB)反應器是Jewell等人于20世紀70年代中期研制的厭(yàn)氧消化工(gōng)藝。在AAFEB反應器中，大(dà)部分微生物以附着于載體上(shàng)的形式存在，通過利用(yòng)擴散模式方式進入生物膜的廢水(shuǐ)中的營養成份，在厭(yàn)氧發酵菌和(hé)産氫産乙酸菌的聯合作(zuò)用(yòng)下(xià)，産生氫氣。
AAFEB與EGSB結構基本相似，但(dàn)反應器内填充有大(dà)量的固體顆粒介質(粒徑小(xiǎo)于0.5-1mm)。
AAFEB具有在低(dī)HRT條件下(xià)能(néng)夠保持較高(gāo)生物量及高(gāo)傳質效率且運行穩定。一般的厭(yàn)氧附着膜膨脹床反應器床内填充顆粒活性炭(Granular Activated Carbon, GAC)。GAC被普遍認爲是反應器中固定化微生物效果較好(hǎo)的載體。在AAFEB反應器中，污泥接種後，由于細菌的運動和(hé)廢水(shuǐ)的渦流，生物膜被附着在載體上(shàng)，在生物膜外(wài)側開(kāi)始覆蓋有相互纏繞的絲狀杆菌，研究表明(míng)，生物膜内存在衆多的微小(xiǎo)菌落，其中有球菌、杆菌、螺旋菌。顆粒間互相接觸，載體膨脹率在10%到(dào)20%之間，厭(yàn)氧微生物附着在載體上(shàng)，形成具有生物膜結構的活性污泥，且污泥齡較長，使得反應器能(néng)夠高(gāo)效穩定地運行。AAFEB對(duì)于含抑制生物降解有機物的廢水(shuǐ)具有較高(gāo)的生物去除效率，泥中微生物菌株的馴化對(duì)難生物降解有機物的降解十分有利。
載體流态化是AAFEB工(gōng)藝以重要特點。當反應器内流體流速達到(dào)某一程度，水(shuǐ)頭壓力降超過載體的重量，使固體顆粒間的空(kōng)隙率大(dà)到(dào)可以使載體彼此分離，通過上(shàng)升水(shuǐ)流的流體浮力和(hé)氫氣溢出時(shí)産生的摩擦力的聯合作(zuò)用(yòng)下(xià)使得載體呈懸浮狀态，這(zhè)就載體流态化。污泥顆粒的流态化能(néng)促使生物膜的更新和(hé)氫氣的釋放(fàng)，使生物膜保持适當的厚度和(hé)結構，有利于傳質系數的提高(gāo)，加速生化反應，減少水(shuǐ)力停留時(shí)間。結構形式見圖11。
圖11：厭(yàn)氧附着膜膨脹床
12、FPR—塞流式反應器
塞流式反應器也(yě)稱推流式反應器，是一種長方形的非完全混合式反應器。高(gāo)濃度懸浮固體發酵原料從(cóng)一端進入，從(cóng)另一端排出。不需設置推流器，适用(yòng)于高(gāo)SS廢水(shuǐ)的處理(lǐ)，尤其适用(yòng)于牛糞的厭(yàn)氧消化。結構形式見圖12。
圖12：塞流式反應器
13、AFBR—厭(yàn)氧流化床和(hé)膨脹床反應器
AFBR是一種高(gāo)效生物膜處理(lǐ)方法，利用(yòng)特别研制的、具有大(dà)比表面積的填料作(zuò)爲載體，厭(yàn)氧微生物以生物膜形式附着在載體表面，并且在反應器内可形成一定高(gāo)度的顆粒污泥床，大(dà)大(dà)提高(gāo)有機物的降解效率。
AFBR反應器采用(yòng)微粒狀(如沙粒)作(zuò)爲微生物固定化的材料，厭(yàn)氧微生物附着在其上(shàng)形成生物膜。填料在較高(gāo)的上(shàng)升流速下(xià)處于流化狀态, 克服了(le)厭(yàn)氧濾池(AF)中易發生的堵塞, 且能(néng)使厭(yàn)氧污泥與廢水(shuǐ)充分混合, 提高(gāo)了(le)處理(lǐ)效率。
廢水(shuǐ)用(yòng)泵連續成脈沖由配水(shuǐ)系統均勻進入反應區(qū)，與載體上(shàng)的厭(yàn)氧生物膜充分接觸反應，同時(shí)增加反應程度、接觸時(shí)間，填料達到(dào)流化狀态，使有機物被厭(yàn)氧微生物分解産生沼氣。固、液、氣三相形成混合液在上(shàng)部分離。從(cóng)而達到(dào)廢水(shuǐ)處理(lǐ)目的。結構形式見圖13 。
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