三相分离器的布置形式 三相分离器的设计方法 ①沉淀区的设计：表面负荷应小于1.0m3/m2.d；集气罩斜面的坡度应为55~60(；沉淀区的总水深应不小于1.5m，并保证废水在沉淀区的停留时间为1.5~2.0h。②回流缝的设计：③气液分离的设计： 出水系统的设计 浮渣清除系统的设计 排泥系统设计 其他设计中应考虑的问题：加热和保温；沼气的收集、贮存和利用；防腐；等 三、UASB反应器的应用实例 颗粒污泥的性质与形成 ——能形成沉降性能良好、活性高的颗粒污泥是UASB反应器的重要特征； ——颗粒污泥的形成与成熟，是保证UASB反应器高效稳定运行的前提。 颗粒污泥的外观： ——多种多样，呈卵形、球形、丝形等；平均直径为1 mm,一般为0.1~2 mm,最大可达3~5 mm；反应区底部的颗粒污泥多以无机粒子作为核心，外包生物膜；颗粒的核心多为黑色，生物膜的表层则呈灰白色、淡黄色或暗绿色等； 反应区上部的颗粒污泥的挥发性相对较高；颗粒污泥质软，有一定的韧性和粘性。 颗粒污泥的组成 ——只要包括：各类微生物、无机矿物以及有机的胞外多聚物等，其VSS/SS一般为70~90%；颗粒污泥的主体是各类为微生物，包括水解发酵菌、产氢产乙酸菌、和产甲烷菌，有时还会有硫酸盐还原菌等，细菌总数为1~4×1012个/gVSS；常见的优势产甲烷菌有：索氏甲烷丝菌、马氏和巴氏甲烷八叠球菌等；一般颗粒污泥中C、H、N的比例为C约为40~50%、H约为7%、N约为10%；灰分含量因接种污泥的来源、处理水质等的不同而有较大差距，一般灰分含量可达8.8~55%；灰分含量与颗粒的密度有很好的相关性，但与颗粒的强度的相关性不是很好；灰分中的FeS、Ca2+等对于颗粒污泥的稳定性有着重要的作用。 ——颗粒污泥中金属元素的含量：①铁的含量比例特别高；②镁的含量比钙高。 ——胞外多聚物是另一重要组成，在颗粒污泥的表面和内部，一般可见透明发亮的粘液状物质，主要是聚多糖、蛋白质和糖醛酸等；含量差异很大，以胞外聚多糖为例，少的占颗粒干重的1~2%，多的占20~30%；有人认为胞外多聚物对于颗粒污泥的形成有重要作用，但现在仍有较大争议；但至少可以认为其存在有利于保持颗粒污泥的稳定性。 颗粒污泥的类型 ——一般认为有三种类型：A型、B型、C型 A型颗粒污泥： 以巴氏甲烷八叠球菌为主体，外层常有丝状产甲烷杆菌缠绕；比较密实，粒径很小，约为0.1~0.1 mm。 B型颗粒污泥： 以丝状产甲烷杆菌为主体，也称杆菌颗粒；表面规则，外层绕着各种形态的产甲烷杆菌的丝状体；在各种UASB反应器中的出现频率极高；密度为1.033~1.054 g/cm3 ，粒径约为1~3 mm。 C型颗粒污泥： 有疏松的纤丝状细菌绕粘连在惰性微粒上所形成的球状团粒，也称丝菌颗粒；C型颗粒污泥大而重，粒径一般为1~5 mm，比重为1.01~1.05，沉降速度一般为5~10 mm/s。 ——不同类型的颗粒污泥的形成与废水中化学物质(营养基质和无机物)以及反应器的工艺条件(水力表面负荷和产气强度)等的不同有关；当反应器中乙酸浓度高时，易形成A型颗粒污泥；当反应器中的乙酸浓度降低后，A型颗粒污泥将逐步转变为B型颗粒污泥；当存在适量的悬浮固体时，易形成C型颗粒污泥。 颗粒污泥的生物活性 ——成层分布，即外层中占优势的细菌是水解发酵菌，而内层则是产甲烷菌；颗粒污泥实际上是一种生物与环境条件相互依存和优化的生态系统，各种细菌形成了一条很完整的食物链，有利于种间氢和种间乙酸的传递，因此其活性很高。 颗粒污泥的培养条件 ——在UASB反应器种培养出高浓度高活性的颗粒污泥，一般需要1~3个月；可以分为三个阶段：启动期、颗粒污泥形成期、颗粒污泥成熟期； ——接种污泥的选择；维持稳定的环境条件，如温度、pH值等；初始污泥负荷一般为0.05~0.1 kgCOD/kgSS.d，容积负荷一般应小于0.5 kgCOD/m3.d；保持反应器中低的VFA浓度；表面水力负荷应大于0.3 m3/m2.d，以保持较大的水力分级作用，冲走轻质的絮体污泥；进水COD浓度不宜大于4000 mg/l，否则可采取水回流或稀疏等措施；进水中可适当提供无机微粒，特别可以补充钙和铁，同时应补充微量元素(如Ni、Co、Mo) 三、其它厌氧生物处理工艺 （一）厌氧膨胀床和厌氧流化床 Anaerobic (Attached Film) Expanded Bed & Anaerobic Fluidized Bed Reactors 基本情况： 工艺流程： 载体：固体颗粒，常用的有：石英砂、无烟煤、活性炭、陶粒和沸石等，粒径一般为0.2~1mm；常采用出水回流的方法使载体颗粒膨胀或流化；一般将床体内载体略有松动，载体间空隙增加但仍保持互相接触的反应器称为膨胀床；将上升流速增大到使载体可在床体内自由运动而互不接触的反应器称为流化床。 主要特点： 细颗粒的载体为微生物的附着生长提供了较大的比表面积，使床内的微生物浓度很高（一般可达30gVSS/l）；具有较高的有机容积负荷（10~40kgCOD/m3.d），水力停留时间较短；具有较好的耐冲击负荷的能力，运行较稳定；载体处于膨胀或流化状态，可防止载体堵塞；床内生物固体停留时间较长，运行稳定，剩余污泥量较少；既可应用于高浓度有机废水的处理，也应用于低浓度城市废水的处理。 主要缺点：载体的流化耗能较大；系统的设计运行要求高。 ——关于生物浓度： 厌氧膨胀床或流化床中的微生物浓度与载体粒径和密度、上升流速、生物膜厚度和孔隙率等有关； 已知上升流速、生物膜厚度、不同载体粒径时的微生物浓度： 对于不同生物膜厚度，有一个污泥量最大的载体粒径； 载体的物理性质对流化床的特性也有影响：如：颗粒粒径过大时，颗粒自由沉降速度大，为保证一定的接触时间必须增加流化床的高度；水流剪切力大，生物膜易于脱落；比表面积较小，容积负荷低；但过小时，则操作运行较困难。 应用实例 城市废水：Jewell等人，美国， ——进水COD平均为186mg/l，SS平均为88mg/l；厌氧消化池污泥作为接种污泥，反应温度为20(C；启动期为50天，之后连续运行100天，COD负荷为0.65~35kgCOD/m3.d；当水力停留时间在1h以上时，出水SS在10mg/l以下，COD为40~45mg/l；出水水质、COD去除率与HRT之间的关系，见下图： 工业废水 序号 1 2 3 4 5  公司名称 Ecolotrol Dorr-Oliver Gist-Brocades Gist-Brocades Enso-Gutyeit  流化床所在地 Birmingham(美国) Muscatine(美国) Delft(荷兰) Drouvy(法国) Kaukapaa-Will(芬兰)  投产时间  1984.4 1984.8 1985.10 1984  废水种类 清凉饮料 大豆加工 酵母发酵 酵母发酵 KP纸浆漂白  废水量(m3/d) 380 770 4320 1200   COD浓度(mg/l) 6900 12000 3200 3600 700  pH值  6.7~7.1 6.8 7.4 6~3  厌氧消化相数 单相 两相 两相 两相 单相  流化床容积(m3) 120 360 380 125   有效容积  300 225 80   流化床高度(m)  12.5 21 17   流化部分   13 12   流化床直径(m)  6.1 4.7 3.0   系列数  2 2 2   水力停留时间(h) 6 16 2.4 3.2 3~12  消化温度((C)  35 37 37 35(2  COD去除负荷(kgCOD/m3.d) 9.6 12 22 20   微生物浓度(kg/m3)  12 20 20   残余脂肪酸(mg/l)  600 <100 100   COD去除率(%) 77 76 70 75 50~60   (二)厌氧生物转盘 1、构造及工艺流程： 2、主要特点： 微生物浓度高，有机负荷高，水力停留时间短；废水沿水平方向流动，反应槽高度小，节省了提升高度；一般不需回流；不会发生堵塞，可处理含较高悬浮固体的有机废水；多采用多级串联，厌氧微生物在各级中分级，处理效果更好；运行管理方便；但盘片的造价较高。 3、应用情况： ——多处于小试阶段；国外：牛奶废水、奶牛粪、生活污水等，进水TOC为110~6000mg/l，TOC去除率可达60~80%，有机负荷为20gTOC/m3.d；国内：玉米淀粉废水和酵母废水，COD去除率为70~90%，负荷为30~70 gCOD/m3.d (三)厌氧挡板反应器 1、工艺流程： ——垂直挡板将反应器分隔为数个上向流和下向流室；当废水浓度过高时，可将处理后的出水回流。 2、主要特点： 与厌氧生物转盘相比，可省去转动装置；与UASB相比，可不设三相分离器而截流污泥；反应器启动运行时间较短，远行较稳定；不需设置混合搅拌装置；不存在污泥堵塞问题。 3、应用情况： ——多处于小试阶段； ——McCarty的研究结果： 数据组 1 2 3 4  进水COD浓度(mg/l) 7.3 7.6 8.1 8.3  水力负荷(m3/m3.d) 0.5 1.1 1.1 1.3  回流比 0.0 0.4 2.3 2.0  有机物负荷(kgCOD/m3.d) 3.5 8.3 9.0 10.6  COD去除率(%) 90 82 78 91  产气率(m3/m3.d) 2.3 4.5 4.3 6.9  甲烷含量(%) 70 56 56 53  出水挥发酸浓度(g/l) 0.34 0.8 0.7 0.4  ——美国夏威荑大学应用平流式挡板厌氧反应器处理养猪场废水，见下图： ——30(C时，进水COD为1190~4580mg/l，容积负荷为2.5~8.5，HRT为0.25~5d，COD去除率可达80%。 （四）两相厌氧消化工艺 1、工艺流程与特点： ——是70年代随着厌氧微生物学的研究不断深入应运而生的；着重于工艺流程的变革，而不是着重于反应器构造变革；在单相反应器中，存在着脂肪酸的产生与被利用之间的平衡，维持两类微生物之间的协调与平衡十分不易；两相厌氧消化工艺就是为了克服单相厌氧消化工艺的上述缺点而提出的；两个反应器中分别培养发酵细菌和产甲烷菌，并控制不同的运行参数，使其分别满足两类不同细菌的最适生长条件；反应器可以采用前述任一种反应器，二者可以相同也可以不同。 两相工艺最本质的特征是实现相的分离，方法主要有：①化学法：投加抑制剂或调整氧化还原电位，抑制产甲烷菌在产酸相中的生长；②物理法：采用选择性的半透明膜使进入两个反应器的基质有显著的差别，以实现相的分离；③动力学控制法：利用产酸菌和产甲烷菌在生长速率上的差异，控制两个反应器的水力停留时间，使产甲烷菌无法在产酸相中生长； ——实际上，很难做到相的完全分离。 主要优点： 有机负荷比单相工艺明显提高；产甲烷相中的产甲烷菌活性得到提高，产气量增加；运行更加稳定，承受冲击负荷的能力较强；当废水中含有SO42-等抑制物质时，其对产甲烷菌的影响由于相的分离而减弱；对于复杂有机物（如纤维素等），可以提高其水解反应速率，因而提高了其厌氧消化的效果。 2、应用情况 比利时肯特大学的Anodex工艺 （2）荷兰：淀粉废水 项目 沉淀池 产酸相 产甲烷相  容积 (m3) 700 1700 5000  HRT (h) 3.25 9.5 20  温度 ((C) 33 33 35  pH 6.2 6.2 7.5   项目 沉淀池进料 产酸相 产甲烷相    进水 出水 进水 出水  COD (mg/l) 17,500~18,000 17,800 16,400 11,700 3,000  TKN (m mol) 75 77 74 52 46  氨氮 (m mol) 3 29 47 33 42  硫酸盐 (m mol) 3．3 3．0 1．3 0．7 ( 0．1  硫化物 (m mol) ( 0．1 0．1 1．9 1．3 1．4   （3）我国首都师范大学：豆制品废水 反应器名称 HRT (h) 出水 pH 有机负荷 (kgCOD/m3.d) COD去除率 (%) 产气率 (m3/m3.d) 出水挥发酸 (mg/l) 沼气中 CH4(%)  产酸相 1.8 4.7~5.5 84.4 6.4  1800 12  产甲烷相 (UASB) 13.8 7.0~7.2 12.0 92.3 5.9 5 65  全系统 15.6 7.0~7.2 10.5 93.2 5.2  65   （4）其它 国家 废水性质 规模 进水COD (mg/l) COD 去除率 (%) UASB反应器 的有机负荷 (kgCOD/m3.d) 处理能力 (kgCOD/d) 投入运行年份  比利时 酶和酒精 中试 7500~10000 79~84 14 180 1977  德国 甜菜制糖 中试 6000~7000 90~92 20 45 1980  比利时 酵母、酒精 中试 28200~32000 67~72 21 135 1980  德国 柠檬酸 中试 42574 70~80 15~20 120 1981  比利时 亚麻处理 生产规模 6500~7000 85~90 9~12 350 1980  德国 淀粉、葡萄糖 生产规模    20000 1982  德国 甜菜制糖 生产规模    32000 1982  德国 甜菜制糖 生产规模    15000 1982   3．2．4 IC反应器与EGSB反应器 一、IC反应器 二、EGSB反应器  3．2．5 厌氧生物处理工艺的运行管理 一、厌氧生物处理装置的启动 1、污泥消化池的投产启动 清水试验，检查漏水和气密性； 投加接种污泥，一般要求用滤网过滤（2(2mm或5(5mm）； 开始少量投加浓缩后的生污泥； 测定产气量、沼气成分、VFA、pH等； 正常消化后，逐渐增加投泥量，一般需要50~60天； 2、UASB反应器的投产启动 直接启动：用颗粒污泥接种； 间接启动：用絮状污泥启动，首先需要培养颗粒污泥：①投加接种污泥：厌氧消化污泥，或剩余活性污泥等；接种量一般为10~20kgVSS/m3；②启动初期的污泥负荷应低于0.1~0.2kgCOD/kgSS.d，容积负荷应小于0.5kgCOD/m3.d；③保证一定的水力上升流速，一般要求大于1m3/m2.d，当其大于0.25 m3/m2.h时，就会产生水力分级作用；④进水浓度过高时，可 回流或稀释等措施；⑤一般要求溶解性COD的去除率大于80%左右时，应及时提高负荷；⑥出水VFA浓度一般应控制在1000mg/l以下。 二、运行管理指标 ——反应废水厌氧生物处理效果的运行管理指标主要有：处理程度、有机负荷、水力停留时间、剩余污泥产量、产气量等。 三、水质管理指标 ——又称为监测项目，即通过水质监测，对厌氧反应器进行管理，使其达到运行要求； ——主要有：进水量、进出水水质（COD、BOD、SS、pH、VFA等）、污泥浓度、温度、产气量、气体成分等。