从厌氧反应器的发展谈UASB反应器的改良_管锡珺

从厌氧反应器的发展谈UASB反应器的改良管锡1,2,郑西来1(1.中国海洋大学,山东青岛266003;2.青岛建筑工程学院,山东青岛266033)摘要:对厌氧反应器的发展沿革、技术现状和研究进展进行了较为全面的总结。介绍了第1代、第2代和第3代厌氧反应器的特点及应用状况。分析了厌氧反应器的发展趋势,对比了EGSB、IC反应器与UASB反应器的结构特征,提出并验证了改良UASB反应器。结果显示,改良UASB反应器有利于提高负荷和设备开发。关键词:厌氧;反应器;废水处理;上升流速;颗粒污泥中图法分类号:X703文献标识码:A文章编号:1672-1574(2004)02-261-08厌氧微生物能够在无需提供氧气的情况下,通过自身代谢过程将废水中的有机物转化为无机物(CH4,CO2,H2O)和少量细胞产物。据报道,厌氧处理1000kgCOD转化成的甲烷相当于产生了12×106kJ热能[1]。可见厌氧生物技术是1种把废水处理和能源回收相结合的技术,符合节能环保的原则和发展趋势。1从3代厌氧反应器的发展趋势探讨UASB反应器的缺陷1.1第1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1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。一般其容积负荷在4～5kgCOD/(m3·d)以下[2]。第1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。1.2第2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(High-rateAnaerobicReactor)相继出现。主要有厌氧滤器(AnaerobicFilter,简称AF)、厌氧流化床(AnaerobicFluidizedBed,简称AFB)反应器、上流式厌氧污泥床(Up-flowAnaerobicSludgeBed,简称UASB)反应器等。本文着重介绍代表性的UASB反应器。荷兰农业大学环境系Lettinga等人在20世纪70年代开发了上流式厌氧污泥床反应器。第34卷第2期2004年3月中国海洋大学学报JOURNALOFOCEANUNIVERSITYOFCHINA34(2):261～268Mar.,2004基金项目:国家自然科学基金项目(40272108)资助收稿日期:2003-05-13;修订日期:2003-11-20作者简介:管锡(1964-),男,教授,博士生。E-mail:Guanxj@qdiae.edu.cnDOI:10.16441/j.cnki.hdxb.2004.02.015其中的生物固体颗粒化技术开辟了全新的生物固定化途径,在厌氧生物处理技术发展史上具有划时代意义。UASB反应器是目前应用最为广泛的高速厌氧反应器。据报道,全球至少有400多家生产规模的UASB反应器已投入运行。到1999年国内外所建立的厌氧工艺中UASB反应器约占全部项目的59%。UASB反应器是第2代反应器的代表[3],其处理负荷见表2。1.3第3代厌氧反应器虽然第2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反应器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3代反应器。主要有厌氧颗粒污泥膨胀床(ExpandedGranularSludgeBed,简称EGSB)[4-5]、厌氧内循环反应器(InsideCycling,简称IC)[6-7]、厌氧折板式反应器(AnaerobicBaffledReactor,简称ABR)[8]、厌氧序列式反应器(AnaerobicSequencingBatchReactor,简称ASBR)[9]、厌氧膜生物系统(AnaerobicMembraneBiosystem,简称AMBS)[10-11]等,因为运行控制困难或构造太复杂,目前生产实践中第3代厌氧反应器应用较少。这一代的代表为EGSB和IC反应器,容积负荷超过10kgCOD/(m3·d)。1.4UASB反应器的改良空间厌氧反应器的发展已经历了3个时代:第1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2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