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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(jī)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(shí)存在投資大，操作管理難，運(yùn)行成本高等一系列問(wèn)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(tái)，它主要是利用微生物與污水中的有機(jī)物接觸吸附分解有機(jī)物，以達(dá)到有效處理有機(jī)廢水、廢棄物的目的。 第一代厭氧反應(yīng)器 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(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛的工藝類型。 CADT結(jié)構(gòu)圖 該消化器無(wú)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(dòng)旺盛的場(chǎng)所只限活性層，因而效率較低。 我國(guó)農(nóng)村較為常見。 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(gè)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(yùn)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(diǎn) 1、原料適應(yīng)性廣。適用于畜禽糞便等各種有機(jī)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(jī)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(gè)池內(nèi)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低、運(yùn)行管理方便。 5、由于有強(qiáng)制機(jī)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(wèn)題。 工藝缺點(diǎn) 1、工藝池體體積較大，負(fù)荷較低。 2、無(wú)法分離水力停留時(shí)間和固體停留時(shí)間，污泥停留時(shí)間等于水力停留時(shí)間，反應(yīng)器內(nèi)不能累計(jì)足夠濃度的污泥，不能滯留微生物。 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(diǎn) 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(shí)間大大縮短。 2、反應(yīng)器的有機(jī)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(dòng)。 6、耐沖擊負(fù)荷。 工藝缺點(diǎn) 1、去除率相對(duì)較低，增加好氧負(fù)擔(dān)。 2、需污泥回流，固液分離相對(duì)困難。 3、出水水質(zhì)也相對(duì)較差，對(duì)后序處理工藝產(chǎn)生影響。 第二代厭氧反應(yīng)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(guò)填料時(shí)，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(jī)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(zhǎng)，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(diǎn) 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(fèi)用，無(wú)需攪拌、效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、可承受負(fù)荷變化。 4、出泥少，能耗低。 工藝缺點(diǎn) 1、填料費(fèi)用高。 3、啟動(dòng)期較長(zhǎng)。 2、易發(fā)生堵塞和短路。 4、微生物積累，增加了運(yùn)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(zhǎng)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(jī)污水自下而上穿過(guò)細(xì)小的顆粒層時(shí)，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(dòng)狀態(tài)，每一個(gè)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(zhǎng)，因而使消化器具有更高的效率。 AFBR結(jié)構(gòu)圖 工藝優(yōu)點(diǎn) 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(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)后可更快地啟動(dòng)。 3、高濃度的微生物使運(yùn)行更穩(wěn)定。 6、消化器內(nèi)混合狀態(tài)較好。 工藝缺點(diǎn) 1、使顆粒膨脹或流態(tài)化需較高能耗和維持費(fèi)。 2、支持介質(zhì)易被沖出，損壞泵或其他設(shè)備。 3、有時(shí)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。 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(dòng)的污水流過(guò)膨脹的顆粒狀的污泥床。消化器分為三個(gè)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(zhǎng)，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(jī)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(diǎn) 1、消化器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(zhǎng)的SRT及MRT使其實(shí)現(xiàn)了很高負(fù)荷率。 4、出水SS含量低。 工藝缺點(diǎn) 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(shí)易流失固體和微生物。 5、運(yùn)行技術(shù)要求高。 在這種消化器里，由于擋板的阻隔使污水上下折流穿過(guò)污泥層。這樣每個(gè)單元就相當(dāng)于一個(gè)反應(yīng)器，反應(yīng)器的總數(shù)等于各反應(yīng)器之和。我國(guó)前些年曾引起該型消化器，用來(lái)處理酒精廢醪的丙酮丁醇廢醪，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中其效果一直欠佳。同時(shí)由于要造成折流，使得消化器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難、造價(jià)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 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(kuò)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(diǎn) 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(shí)間短，反應(yīng)器有機(jī)負(fù)荷和處理效率高，高負(fù)荷有利于顆粒長(zhǎng)大，高的剪切力有利于形成更光滑和更密實(shí)的生物膜。 6、ICOD有機(jī)負(fù)荷率高，污泥截留能力強(qiáng)。 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(qiáng)度較好，處理低濃度有機(jī)廢水優(yōu)勢(shì)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(jī)廢水的處理。 工藝缺點(diǎn) 1、氣溫和水溫的大幅降低會(huì)影響EGSB的運(yùn)行穩(wěn)定性。 2、投資相對(duì)較大，對(duì)廢水SS含量要求嚴(yán)格。 3、由于采用高的升流速度運(yùn)行，運(yùn)行條件和控制技術(shù)要求高。 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(shí)現(xiàn)發(fā)酵料液的內(nèi)循環(huán)。 IC結(jié)構(gòu)圖 工藝優(yōu)點(diǎn) 1、通過(guò)內(nèi)循環(huán)自動(dòng)稀釋進(jìn)水，保證反應(yīng)室進(jìn)水濃度的穩(wěn)定性。 3、運(yùn)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(shí)間，適用于可生化性較好的廢水處理。 4、上升流速大，SS不會(huì)在反應(yīng)器內(nèi)大量積累，可保持污泥較高活性。 工藝缺點(diǎn) 1、在污水可生化性不是太好的情況下，由于水力停留時(shí)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(duì)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(duì)不穩(wěn)定，有時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)短暫不出水現(xiàn)象，對(duì)后序處理工藝產(chǎn)生影響。 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(shì)是反應(yīng)器上部空間所架設(shè)的填料，不但在其表面生長(zhǎng)微生物，且在其空隙截留懸浮微生物，利用原有的無(wú)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(guò)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 USR是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)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(diǎn) 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(jī)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(zhǎng)的微生物和固體滯留時(shí)間。 5、當(dāng)超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，污泥沉降性能變差，出水COD升高，但一般不會(huì)造成酸化。 3、浮渣層不易堵塞，產(chǎn)氣效率高。 6、RT較長(zhǎng)，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(diǎn) 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(wèn)題。 2、對(duì)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。 塞流式反應(yīng)器也稱推流式反應(yīng)器，是一種長(zhǎng)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(wú)縱向混合，發(fā)酵后的料液借助于新鮮料液的推動(dòng)作用而排走。 PFR結(jié)構(gòu)圖 工藝優(yōu)點(diǎn) 1、不需要攪拌，池形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗低。 2、適用于高SS廢水的處理。 3、運(yùn)行方便，故障少，管理簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好。 工藝缺點(diǎn) 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。 纖維填料固定床生物膜消化器實(shí)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(diǎn) 1、維綸具有較好的耐腐蝕性能，在一般有機(jī)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(qiáng)的消化能力。 工藝缺點(diǎn) 1、若進(jìn)料濃度過(guò)高，會(huì)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(yùn)行。 2、纖維填料若間距設(shè)計(jì)不合理，長(zhǎng)期使用易發(fā)生粘連和堵塞。 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(gè)單元，并通過(guò)厭氧單元內(nèi)的不同攪拌強(qiáng)度及單元之間的料液混合，實(shí)現(xiàn)高效厭氧消化的過(guò)程。 RPR結(jié)構(gòu)圖 名 稱 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn) 適 用 范 圍 CADT 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資小 水力停留時(shí)間長(zhǎng)，管理不便 高濃度、高懸浮物的有機(jī)廢水 CSTR 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資小、運(yùn)行管理簡(jiǎn)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(yùn)行管理簡(jiǎn)單，容積負(fù)荷率較高，耐負(fù)荷能力強(qiáng) 停留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，出水水質(zhì)相對(duì)較差 適用于高濃度、高懸浮物的有機(jī)廢水 AF 處理效率高，耐負(fù)荷能力強(qiáng)，出水水質(zhì)相對(duì)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(jī)廢水 AFBR 內(nèi)部混合狀態(tài)好，耐負(fù)荷能力強(qiáng)，啟動(dòng)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(jī)廢水 UASB 處理效率高，耐負(fù)荷能力強(qiáng)，出水水質(zhì)相對(duì)較好，工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 投資相對(duì)較大，對(duì)廢水SS含量要求嚴(yán)格 適用于SS含量適低的有機(jī)廢水 EGSB 處理效率高，耐負(fù)荷能力強(qiáng)，出水水質(zhì)相對(duì)較好 投資相對(duì)較大，對(duì)廢水SS含量要求嚴(yán)格 適用于SS含量較少和濃度相對(duì)較低的有機(jī)廢水 IC 處理效率高，不易堵塞，投資較省、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，容積負(fù)荷率較高，抗沖擊負(fù)荷效果好 停留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，出水水質(zhì)相對(duì)較差 適用于SS含量適低的有機(jī)廢水 USR 處理效率高，不易堵塞，投資較省、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，容積負(fù)荷率較高 結(jié)構(gòu)限制相對(duì)嚴(yán)格，單體體積較小 適用于高含固量的有機(jī)廢水 PFR 投資較省、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，能耗低 容積負(fù)荷率低，效率較低，反應(yīng)器易堵塞，溫度不穩(wěn)定 適用于SS含量較高的污泥處理 以上就是目前較為常見的厭氧消化反應(yīng)器，每一種反應(yīng)器都有其優(yōu)缺點(diǎn)，但針對(duì)不同反應(yīng)器的缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外都會(huì)有相應(yīng)的解決方案，以實(shí)現(xiàn)厭氧消化的高效化，故以上優(yōu)劣勢(shì)的分析與梳理，僅供大家參考。如您對(duì)本次總結(jié)有所補(bǔ)充或者建議，歡迎在下方留言，大家共同學(xué)習(xí)進(jìn)步！ 版權(quán)聲明：歡迎轉(zhuǎn)載，請(qǐng)務(wù)必注明來(lái)源于@沼氣工程及其測(cè)控技術(shù)，違者必究。 |
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