3.2.3 现代高速厌氧反应器 ——厌氧消化技术发展上的第三个时期； ——1955年，Schroepter提出了厌氧接触法 参考活性污泥法，增设二沉池和污泥回流系统； 处理能力提高，应用于食品包装废水的处理； 标志着厌氧技术应用于有机废水处理的开端。 ——随后出现了AF(Anaerobic Filter)、UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)、AAFEB(Anaerobic Attached Film Expanded Bed)、AFB(Anaerobic Fluidized Bed)等 微生物不呈悬浮生长状态，而是呈附着生长； 有机容积负荷大大提高，水力停留时间显著缩短； 首先应用于高浓度有机工业废水的处理，如食品工业废水、酒精工业废水、发酵工业废水、造纸废水、制药工业废水、屠宰废水等； 城市废水的处理； 与好氧工艺的串联和组合，可以脱氮和除磷； 含难降解有机物的工业废水的处理。 厌氧接触法（Anaerobic Contact Process） 工艺流程与特点 图 ——污泥回流是其最大的特点； ——污泥回流使得HRT与SRT分离：  由于厌氧细菌生长缓慢，可以作到不从系统中排放剩余污泥，则Qw = 0，则有：  对于普通高速厌氧消化池，其Xe = X， 所以其(c = HRT，因此在中温条件下，为了满足产甲烷菌的生长繁殖，SRT要求20~30d，因此高速厌氧消化池的HRT为20~30d。 对于厌氧接触法，由于X >>Xe，所以HRT<<SRT； X越大，Xe越小，则HRT可以越短。 与普通厌氧消化池相比，厌氧接触法的特点有： ①污泥浓度高，一般为5~10 gVSS/l，抗冲击负荷能力强； ②有机容积负荷高，中温时，COD负荷1~6 kgCOD/m3.d，去除率为70~80%； BOD负荷0.5~2.5 kgBOD/m3.d，去除率80~90%； ③出水水质较好； ④增加了沉淀池、污泥回流系统、真空脱气设备，流程较复杂； ⑤适合于处理悬浮物和有机物浓度均很高的废水。 最大的问题是污泥的沉淀： 污泥上附着有小气泡； 污泥在二沉池中还有活性，还会产生气体，导致已下沉的污泥上浮。 改进措施： 真空脱气设备（真空度为500mmH2O）； 增加热交换器，使污泥骤冷，暂时抑制厌氧污泥的活性。 2、厌氧接触法的工艺设计 ——消化池容积的计算： 有机容积负荷法： ——有机容积负荷，。 3、厌氧接触法的应用实例 ①美国：HRT=12~13 h，X=7~12 g/l，SRT=3.6~6 d，Lv=2.5 ②日本：T=52(C，CODi=11~12g/l，CODe=2100~2700mg/l，V=3000m3； ③我国：南阳酒精厂 Lv=9~12，=~83%，=87%，HRT=4~4.5 d，CODi=50~54 g/l，BODi=26~34 g/l 二、厌氧生物滤池 1、厌氧生物滤池的工艺特征 ——60年代末，美国的Young和McCarty首先研制出厌氧生物滤池； ——1972年以来，一批生产性的厌氧生物滤池投入运行，处理废水的COD浓度在300~85000mg/l的范围内，处理效果良好，运行管理方便； ——与好氧生物滤池相似，厌氧生物滤池式装填有滤料的厌氧生物反应器，在滤料的表面形成了以生物膜形态生长的微生物群体，在滤料的空隙中则截留了大量的悬浮生长的微生物，废水通过滤料层(上向流或下向流)时，有机物被截留、吸附及分解。 2、厌氧生物滤池的构造特征 ——可分为升流式厌氧生物滤池、降流式厌氧生物滤池和升流式混合型厌氧生物滤池： 图 ——厌氧生物滤池的重要组成：滤料、布水系统、沼气收集系统 (1)、滤料： ——滤料是厌氧生物滤池的主体，其主要作用是提供微生物附着生长的表面及悬浮生长的空间，因此，应具备下列条件： 比表面积大，以利于增加厌氧生物滤池中的生物量；孔隙率高，以截留并保持大量的悬浮的微生物，同时也可防止堵塞；表面粗糙度较大，以利于厌氧细菌附着生长；其它：机械强度高；化学和生物学稳定性好；质轻；价廉易得；等 注意：被研究过的滤料种类很多，所得出的结论也不尽相同： ——有人认为孔隙率更重要(悬浮细菌所起的作用更大)；也有人认为滤料最重要的特性是：粗糙度、孔隙率以及孔隙大小。 常用滤料： ①实心块状滤料：30~45mm的碎块；比表面积和孔隙率都较小，分别为40~50m2/m3和50~60%；这样的厌氧生物滤池中的生物浓度较低，有机负荷也低，仅为3~6 kgCOD/m3.d；易发生局部堵塞，产生短流。 ②空心块状滤料：多用塑料制成，呈圆柱形或球形，内部有不同形状和大小的孔隙；比表面积和孔隙率都较大。 ③管流型滤料：包括塑料波纹板和蜂窝填料等；比表面积为100~200 m2/m3，孔隙率可达80~90%；有机负荷可达5~15 kgCOD/m3.d。 ④交叉流型滤料： ⑤纤维滤料：包括软性尼龙纤维滤料、半软性聚乙烯、聚丙烯滤料、弹性聚苯乙烯填料；比表面积和孔隙率都较大；偶有纤维结团现象；价格较低，应用普遍。 (2)、布水系统 ——布水系统的作用是将进水均匀内地分配于全池，注意孔口的大小和流速； ——厌氧生物滤池多为封闭形，水位应高于滤料层； ——升流式厌氧生物滤池的布水系统设于池底，应用较广，直径为6~26m，高为3~13m； ——降流式厌氧生物滤池的水流方向相反； ——升流式混合型厌氧生物滤池的特点是减小了滤料层的厚度，留出了一定空间，以便悬浮状态的颗粒污泥在其中生长和累积。 (3)、沼气收集系统 ： (4)、厌氧生物滤池的运行特征 ： 厌氧生物滤池中生物膜的厚度约为1~4mm；生物固体浓度沿滤料层高度而有变化；降流式较升流式厌氧生物滤池中的生物固体浓度的分布更均匀；厌氧生物滤池适合于处理多种类型、浓度的有机废水，其有机负荷为0.2~16 kgCOD/m3.d；在相同的水质条件及水力停留时间下，升流式的COD去除率较降流式的高；当进水COD浓度过高(>8000或12000mg/l)时，应采用出水回流的措施：①减少碱度的要求；②降低进水COD浓度；③增大进水流量，改善进水分布条件。 ——二级交替式运行的厌氧生物滤池： ——当被处理的废水所含的悬浮固体浓度大于10%的COD浓度时，如采用升流式厌氧生物滤池，则应采取适当的预处理的SS浓度；如采用降流式厌氧生物滤池，则不必采取预处理。 ——厌氧生物滤池的优缺点： 与传统的厌氧生物处理及其它新型厌氧生物反应器相比，厌氧滤池的突出优点是： 生物固体浓度高，有机负荷高；SRT长，可缩短HRT，耐冲击负荷能力强；启动时间较短，停止运行后的再启动也较容易；无需回流污泥，运行管理方便；运行稳定性较好。 主要缺点是易堵塞。 2、厌氧生物滤池的设计计算 ——厌氧生物滤池的设计计算主要包括：①滤料的选择；②滤料体积的计算；③布水系统的设计；④沼气系统的设计等。 ——目前尚无定型的设计计算程序； ——主要介绍滤料体积的计算方法和一些常用参数： ①有机负荷法： V = Q（Si – Se）/LvCOD LvCOD——有机容积负荷，一般为0.5~12kgCOD/m3.d； ②常用设计参数： 有机容积去除负荷——0.5~12 kgCOD/m3.d；有机物去除率——60~95%；滤料层高度——2~5m；相邻进水孔口距离——1~2m（不大于2m）；污泥排放口距离——不大于3m。 ③关于Se： Se取决于对处理后出水的水质要求；Se还取决于厌氧生物滤池一般能达到的有机物去除率；Se还取决于所采用的有机负荷的高低。 ④关于有机容积负荷，其影响因素主要有： 废水水质，包括有机物的种类和浓度；滤料性质；温度；其它，如：pH值、营养物、有毒物质浓度等。 ——一般，当废水性质较特殊，无可靠资料可借鉴时，应通过小试或中试试验结果来确定。 3、厌氧生物滤池的应用实例 AF在美、加已被广泛应用；不同类型的废水，包括生活污水及COD为3000~24000mg/l的各种工业废水；处理规模也大小不等，最大的AF为12500m3；COD的去除率在61~94%之间；有机负荷为0.1~15 kgCOD/m3.d。 三、升流式厌氧污泥层(床)(UASB)反应器 ——Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Bed) Reactor, 简称UASB 反应器； ——是荷兰Wageningen农业大学的Gatze Lettinga教授于70年代初开发出来的； ——UASB反应器的工作原理示意图如下： 图 UASB反应器的工艺特征： ①在反应器的上部设置了气、固、液三相分离器；②在反应器底部设置了均匀布水系统；③反应器内的污泥能形成颗粒污泥：——直径为0.1~0.5cm，湿比重为1.04~1.08；——具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。 上述工艺特征使得UASB反应器： ——污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度50gVSS/l以上，污泥龄一般为30天以上；反应器的水力停留时间相应较短；反应器具有很高的容积负荷；不仅适合于处理高、中浓度的有机工业废水，也适合于处理低浓度的城市污水；UASB反应器集生物反应和沉淀分离于一体，结构紧凑；无需设置填料，节省了费用，提高了容积利用率；一般也无需设置搅拌设备，上升水流和沼气产生的上升气流起到搅拌的作用；构造简单(?)，操作运行方便(?)。 UASB反应器的构造 进水配水系统： ——功能：①将废水均匀地分配到整个反应器的底部；②水力搅拌；——是反应器高效运行的关键之一。 (2)反应区： ——又分为污泥床区和污泥悬浮区；——污泥床区主要集中了大部分高活性的颗粒污泥，是有机物的主要降解场所；——污泥悬浮区则是絮状污泥集中的区域。 (3)三相分离器： ——由沉淀区、回流缝和气封组成；——功能：①将气体(沼气)、固体(污泥)、和液体(出水)分开；②保证出水水质；③保证反应器内污泥量；④有利于污泥颗粒化。 (4)出水系统： ——作用是把沉淀区的处理后的废水均匀地加以收集，并排出反应器； (5)气室： ——也称集气罩，主要作用是收集沼气； (6)浮渣收集系统： ——功能是清除沉淀区液面和气室液面的浮渣； (7)排泥系统： ——功能是均匀地排除反应器内的剩余污泥。 一般来说，UASB反应器的型式有两种： 图 开敞式UASB反应器 ——顶部不加密封，或仅加一层不密封的盖板； ——多用于处理中低浓度的有机废水； ——构造较简单，易于施工安装和维修。 图 封闭式UASB反应器 ——顶部加盖密封; ——在液面与池顶之间形成了气室； ——适用于处理高浓度的有机废水； ——其池顶可以做成浮盖式。 UASB的断面形状一般为圆形或矩形，矩形断面便于三相分离器的设计和施工； 反应器常为钢结构或钢筋混凝土结构； 反应器一般不加热；多采用保温措施；必须采取防腐措施。 二、UASB反应器的设计 ——尚无完整的工程设计计算方法； ——主要内容有：①池型选择，有效容积的确定以及主要部位的尺寸；②设计进水配水系统、出水系统、和三相分离器等； ③其它：排泥和排渣系统等。 UASB反应器容积及主要构造尺寸的确定： ——UASB反应器的有效容积(包括沉淀区和反应区)\ ——多采用进水容积负荷法确定，即：  式中：Q——废水流量，m3/d；Si——进水有机物浓度，mgCOD/l；Lv ——COD容积负荷，kgCOD/m3.d ——容积负荷与反应温度、废水性质和浓度以及是否形成颗粒污泥有关； ——对于食品工业废水或与之性质相近的废水，一般可以形成颗粒污泥，在不同的反应温度下的进水容积负荷如下： 温度 （0C） 设计容积负荷（kgCOD/m3.d）  高温 20~30  中温 10~20  常温 5~10  低温 2~5  进水配水系统的设计： 三相分离器的设计 三相分离器的基本构造