厌氧反应器组成及分类

3.厌氧反应器组成及分类：

厌氧过程实质是一系列复杂的生化反应，其中的底物、各类中间产物、最终产物以及各种群的微生物之间相互作用，形成一个复杂的微生态系统，类似于宏观生态中的食物链关系，各类微生物间通过营养底物和代谢产物形成共生关系或共营养关系。因此，反应器作为提供微生物生长繁殖的微型生态系统，各类微生物的平稳生长、物质和能量流动的高效顺畅是保持该系统持续稳定的必要条件。

厌氧反应器由密闭反应器、搅拌系统、加热系统以及固液气三相分离系统组成。

厌氧反应器常见类型：常规消化反应器（沼气池）、连续搅拌式反应器、推流式反应器、序批式反应器以及上流式污泥床反应器。

常见几种类型的消化罐

1).欧美型：

d/H>1,顶部具有浮罩，顶部和底部都有小的坡度，由四周向中心凹陷，形成一个小锥体。

图7.3.1.欧美型消化罐侧面图

2).古典型：

中间是一个d/H=1的圆桶，上下两头均为圆锥体。底部锥体的倾斜度为1.0～1.7，顶部为0.6～1.0。有助于消化污泥处于均匀、完全循环的状态。

图7.3.2.古典型消化罐侧面图

3).蛋型：

消化罐两端的锥体与中部罐体结合时是光滑的，逐步过渡的。底部锥体比较陡峭，反应污泥与罐壁的接触面积比较小。有利于消化污泥完全彻底的循环，不会形成循环死角。

图7.3.3.古典型消化罐侧面图

4).平底型：

介于欧美型和古典型之间。施工费用比古典型低，直径与高度的比值比欧美型合理，在污泥循环设备方面，选择余地小。

图7.3.4.古典型消化罐侧面图

循环系统搅拌设备

1).机械搅拌

①螺旋桨搅拌：在一个竖向导流管中安装螺旋桨。

图7.3.5.螺旋桨式搅拌装置

②水射器搅拌：

水射器搅拌也称喷射泵。一般设置在池中心，用水泵将消化池底部的污泥抽出后压入水射器的喷嘴，当污泥射入水射器的喉咙时，形成很大的负压，将消化池液面的消化液吸入，通过扩散管从池子下部排出形成一个循环搅拌。

图7.3.6.水射搅拌装置

2).沼气搅拌

①气提式搅拌：将沼气压入设在消化池的导管流管中部或底部，使沼气与消化液混合，含气泡的污泥即沿导流管上升，起提升作用，使池内消化液不断循环搅拌。

图7.3.7.气提式搅拌

②竖管式搅拌：在池内均匀布置若干根竖管，经过加压的沼气通过配器总管分配到各根竖管，从下端吹出，起搅拌作用。

图7.3.8.竖管式搅拌装置

3).泵循环物料搅拌

用泵将消化污泥从池底抽出，加压后送至浮渣表层表面或消化池不同部位进行循环搅拌。一般只适用于小型消化池。

图7.3.9.传统发酵装置与现代发酵装置比较

（a）传统消化池（b）现代消化池

厌氧反应器的发展已经历了三个时代:第一代反应器:以厌氧消化池为代表,废水与厌氧污泥完全混合,属低负荷系统。第二代反应器:可以将固体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,并注重培养颗粒污泥,属高负荷系。第三代反应器:在将固体停留时间和水力停留时间相分离的前提下,使固、液两相充分接触,从而既能保持大量污泥又能使废水和活性污泥之间充分混合、接触,以达到真正高效的目的。

1.第一代厌氧反应器

从1881年法国“Cosmos”杂志报道应用厌氧生物技术处理市政污水中的大量易腐败有机物起,厌氧生物处理技术已经有了百余年的历史。1896年英国出现了第一座用于处理生活污水的厌氧消化池,所产生的沼气用于照明。随后的几十年中,厌氧处理技术迅速发展并得到广泛应用。至1914年美国有14座城市建立了厌氧消化池。20世纪40年代澳大利亚出现了连续搅拌的厌氧消化池。这些最初的厌氧反应器采用污泥与废水完全混合的模式,污泥停留时间(SRT)与水力停留时间(HRT)相同,厌氧微生物浓度低,处理效果差。Schroepfer在20世纪50年代开发了厌氧接触反应器,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,使厌氧污泥在反应器中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)以下。第一代厌氧反应器主要用于污泥和粪肥的消化,以及生活污水的处理。

“第一代厌氧生物反应器”的特点是：①水力停留时间（HRT）很长，有时在污泥处理时，污泥消化池的HRT会长达90天，即使是目前在很多现代化城市污水处理厂内所采用的污泥消化池的HRT也还长达20～30天；②虽然HRT相当长，但处理效率仍十分低，处理效果还很不好；③具有浓臭的气味，因为在厌氧消化过程中原污泥中含有的有机氮或硫酸盐等

会在厌氧条件下分别转化为氨氮或硫化氢，而它们都具有十分特别的臭味。以上这些特点使得人们对于进一步开发和利用厌氧生物过程的兴趣大大降低，而且此时利用活性污泥法或生物膜法处理城市污水已经十分成功。

2.第二代厌氧反应器

随着人们对厌氧生物处理技术研究的深入,以提高厌氧微生物浓度和停留时间,强化传质作用,缩短液体停留时间为基础的一系列高速厌氧反应器相继出现.主要有厌氧滤器(简称AF)、厌氧流化床(简称AFB)反应器、上流式厌氧污泥床(简称UASB)反应器等。

这些被称为现代高速厌氧消化反应器的厌氧生物处理工艺又被统一称为“第二代厌氧生物反应器”，它们的主要特点有：①HRT大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率大大提高；

②主要包括：厌氧接触法、厌氧滤池（AF）、上流式厌氧污泥床（UASB）反应器、厌氧流化床（AFB）、AAFEB、厌氧生物转盘（ARBC）和挡板式厌氧反应器等；③HRT与SRT分离，SRT 相对很长，HRT则可以较短，反应器内生物量很高。以上这些特点彻底改变了原来人们对厌氧生物过程的认识，因此其实际应用也越来越广泛。

3.第三代厌氧反应器

虽然第二代厌氧生物反应器在应用中取得了很大的成功,但为了解决UASB在运行中出现的短流、死角和堵塞等一些问题,进一步增强厌氧微生物与废水的混合与接触,提高负荷及处理效率,扩大适用范围,人们在其基础上继续研究和开发了第三代反应器.主要有厌氧颗粒污泥膨胀床(简称EGSB)、厌氧内循环反应器(简称IC)、厌氧折板式反应器(简称ABR)、厌氧序列式反应器(简称ASBR)、厌氧膜生物系统(简称AMBS)等,目前生产实践中应用较少。

进入20世纪90年代以后，随着以颗粒污泥为主要特点的UASB反应器的广泛应用，在其基础上又发展起来了同样以颗粒污泥为根本的颗粒污泥膨胀床（EGSB）反应器和厌氧内循环（IC）反应器。其中EGSB反应器利用外加的出水循环可以使反应器内部形成很高的上升流速，提高反应器内的基质与微生物之间的接触和反应，可以在较低温度下处理较低浓度的有机废水，如城市废水等；而IC反应器则主要应用于处理高浓度有机废水，依靠厌氧生物过程本身所产生的大量沼气形成内部混合液的充分循环与混合，可以达到更高的有机负荷。这些反应器又被统一称为“第三代厌氧生物反应器”。

可以看出,随着厌氧反应器的发展,其处理效率不断提高,适用范围也由原来的污泥、粪肥消化扩展到对各种浓度的生活污水和工业废水的处理。而如何有效保持反应器中性能优良的厌氧活性污泥,使污泥与进水充分接触,最大限度的利用微生物的处理能力,始终是厌氧反应器发展的主导方向。今后厌氧反应器的研究应着眼于以下几个方面：

(1)追求高效率的处理能力：使厌氧微生物与废水最大程度的接触,避免短流和死角现象的出现,从而使反应器获得较高的容积负荷,废水在更短的HRT下得以处理。

(2)扩大适用范围：传统的厌氧生物技术在处理高浓度有机废水方面已取得了很大的成功。经济、有效的处理低浓度生活污水是人们关心的新领域,这也为厌氧反应器的发展开辟了新的空间。