新型高效厌氧生物反应器类型和应用_王凯军

中国沼气C从阴召蜘娜么幻5,23(增刊)167新型高效厌氧生物反应器类型和应用王凯军(北京市环境保护科学研究院,北京1X(XXO中图分类号:义16.4文献标识码:A文章编号:1X(X)一1肠(么力5)印一0167一061概述近年来高效反应器技术得到不断发展,出现了多种新型生物反应器。iNcolella等人根据厌氧和好氧反应器的进展提出颗粒型生物膜反应器的概念,强调载体颗粒(或污泥颗粒)和悬浮(或流化)的特点,认为主要的反应器有UASB、流化床、颗粒污泥膨胀床(EGSB)、气提反应器(BSA,iBiofhn龙正丘susepnsion)和内循环(IC)等反应器。iNcolela等人认为颗粒生物膜和颗粒污泥的物理和结构特性,水力特性、传质和反应特性均类似。因此可认为颗粒型生物膜和颗粒污泥属于同一个种类。按照生物膜的分类将主要的厌氧颗粒污泥反应器(UASB、EGBS和IC反应器)均可纳人生物膜反应器的类型。事实上传统意义生物膜反应器仅有流化床和气提反应器两类。笔者等人(1998,203)在对升流式厌氧污泥床(USAB)反应器特性系统进行分析的基础上,将具有三相分离器结构的一类反应器称为广义的相分离反应器(简称相分离反应器),提出了广义升流式污泥床反应器的概念,而且这三个概念不仅可以应用到厌氧反应领域,指导厌氧反应器的开发,同时也可以扩展到好氧、缺氧领域。从上述讨论可知,广义升流式污泥床反应器包含了升流式反应器、相分离和颗粒污泥等三个生物反应器的新概念。这种分类可以包括UASB反应器、流化床、EGSB、微氧升流式反应器(如MUSB反应器)、三相内循环流化床(气提反应器)等一大类反应器的型式和好氧颗粒污泥新的生物反应现象。2广义升流式反应器(l)升流式反应器的型式升流式反应器的共同特点是污水通过水的上升、外部水力循环或内部气流产生上向流,形成载体的膨胀、悬浮或流化等不同状态。在UASB、BF和EGSB反应器内,颗粒在向上液体流速作用下始终保持悬浮状态。在气提反应器内,由于曝气(或产气)造成反应器内部升流区与降流区之间出现一定的密度差,使液体(包括载体)在升流区与降流区间循环流动,从而保持颗粒的悬浮状态,研究表明升流式反应器的结构形式所造成的水力条件是颗粒污泥形成的驱动力,无论是根据选择压理论,还是其他颗粒污泥形成理论,水和气体的上升流速是颗粒污泥形成、更新和再生的主要原因。(2)颗粒污泥现象无论是厌氧还是好氧升流式污泥床已被证实均可形成固定化的颗粒污泥,事实上,微生物的自固定化是一带有普遍意义的现象,在厌氧UASB反应器、脱氮工艺、好氧BSR工艺、流化床反应器和缺氧(利用硫细菌)的工艺中,都曾有微生物自固定化形成高微生物群体的颗粒污泥的报道(图1)。在工程上颗粒污泥的形成与反应器的构造型式和负荷等因素密切相关,微生物的固定化是提高微生物浓度和反应效率的重要方式之一,在工程上微生物的自固定化—污泥颗粒化的应用要比人工固定化更为有效。高密度颗粒污泥的形成,能导致工程上的高效率;能促进难生物降解的有机物的进一步生物降解。(3)广义的三相分离器不论是好氧或厌氧升流式反应器,水、污泥和气三相分离是借助反应器内的相分离器完成。大多数载体进行循环流化,少数载体随气泡上升至相分离器,气体在此得到释放,释放的气体根据需要决定是否回收利168王凯军:新型高效厌氧生物反应器类型和应用图1颗粒污泥和生物膜颗粒a.有载体生物膜颖粒(平均直径1.7二,短线1二);b.好氧颗粒污泥(平均直径1.2mln,短线.04二);c.厌氧颗粒污泥用。分离后的固体颗粒通过沉淀方式进人到降流区,继续参与循环流动。广义的升流式相分离反应器的实质是通过上向流这一行之有效的反应器的型式和三相分离器达到提高反应器中生物浓度目的。这一类反应器可以保持较高的生物量浓度(高达30g’L一’)和较大的比表面积(高达3仪刃扩·m一3),从而保证降解过程不会受到生物膜与液体间的传质速率所限制。3新型高效生物反应器UASB是在70年代末发展起来用于处理高、中浓度废水的高效厌氧处理工艺,是一种没有载体的厌氧升流式反应器。进水中的悬浮固体在UASB反应器中不断累积,减小了反应器容积和污泥停留时间;另外,进水无法采用高的水力和有机负荷(如:低温、低负荷时),污泥床内混合强度太低,以致无法抵消短流效应。以上情况给UASB反应器的运行带来了很大的间题,使UASB反应器的应用受到限制。对上述向题的研究导致了新型厌氧反应器的开发和应用。笔者根据反应器理论的发展提出了第三代厌氧反应器的概念,认为第三代厌氧反应器包括以下反应器的类型:1.颗粒污泥膨胀床(ECSB);2.厌氧内循环(Ic)反应器;3.厌氧升流式流化床(Bio卜妇EcSB);4.厌氧流化床;5.厌氧气提反应器等(图2)。(l)颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器