【文章內(nèi)容簡介】 35?C 時，投配率 p 可取 6~18%；在實際工程中，一般要求消化池 不少于 2 個，以便輪流檢修。 而國外則多按固體負荷率來計算消化池的有效容積，即： vsLGV? 式中： Gs—— 每日需要處理的污泥干固體量， kgVSS/d； Lv—— 單位容積消化池固體負荷率， kgVSS/。 一般認為固體負荷率 Lv值與污泥的含固率、消化池內(nèi)的反應(yīng)溫度等有關(guān)，下表中的數(shù)據(jù)可供參考： 污泥含固率（ %） 固體負荷率（ kgVSS/m） 24?C 29?C 33?C 35?C 4 5 6 7 消化池的結(jié)構(gòu)尺寸 在確定了所需的消化池的有效容積后，就可計算消化池各部的結(jié)構(gòu)尺寸，其一般要求如下： ① 圓柱形池體的直徑一般為 6~35m； ② 柱體高徑之比為 1： 2； ③ 池總高與直徑之比為 ~； ④ 池底坡度一般為 ； ⑤ 池頂部的集氣罩，高度和直徑相同，一般為 ； ⑥ 池頂至少設(shè)兩個直徑為 的人孔。 消化池的工藝管道 在消化池中還需要設(shè)置多種工藝管道，其中主要包括：① 污泥管：進泥管、出泥管、循環(huán)攪拌管；② 上清液排放管；③ 溢流管；④ 沼氣管；⑤ 取樣管；等。 三、沼氣的收集與利用 污泥和高濃度有機廢水進行厭氧消化時均會產(chǎn)生大量沼氣；沼氣的熱值很高（一般為 21000~25000 kJ/m3，即 5000~6000 kCal/m3），是一種可利用的生物能源。 污泥消化過程中沼氣產(chǎn)量的估算 沼氣成分：一般認為 CH4 50~70%， CO2 20~30%， H2 2~5%， N2 ~10%，微量 H2S 等；沼氣產(chǎn)率是指每處理單位體積的生污泥所產(chǎn)生的沼氣量，即 m3 沼氣 /m3 生污泥；產(chǎn)氣率與污泥的性質(zhì)、污泥投配率、污泥含水 13 率、發(fā)酵溫度等有關(guān)；當污泥來自城市污水處理廠，生污泥含水率為 96%時：中溫消化，投配率為 6~8%，產(chǎn)氣率可達 10~12 m3沼氣 /m3生污泥；高溫消化，投配率為 6~8%，產(chǎn)氣率可達 22~26 m3沼氣 /m3生污泥；投配率為 13~15%，產(chǎn)氣率可達 13~15 m3沼氣 /m3生污泥 沼氣的收集 在沼氣管道沿程上應(yīng)設(shè)置凝結(jié)水罐；注意安全；設(shè)置阻火器；為防止在冬季結(jié)冰引起堵塞，有時在沼氣管上還應(yīng)采取保溫措施。 沼氣的貯存與利用 一般需要采用沼氣柜來調(diào)節(jié)產(chǎn)氣量與用氣量之間的平衡；調(diào)節(jié)容積一般為日平均產(chǎn)氣量的 25~40%，即6~10h 的產(chǎn)氣量；注意防腐、防火。 第五 節(jié) 現(xiàn)代高速厭氧生物反應(yīng)器 厭氧消化技術(shù)發(fā)展上的第三個時期； 1955 年， Schroepter 提出了厭氧接觸法，主要是 在 參考好氧活性污泥法的基礎(chǔ)上，在高速消化池之后增設(shè)二沉池和污泥回流系統(tǒng)，并將其應(yīng) 用于有機廢水的處理；處理能力提高，應(yīng)用于食品包裝廢水的處理；標志著厭氧技術(shù)應(yīng)用于有機廢水處理的開端。 隨后又相繼出現(xiàn)了厭氧生物濾池 AF(Anaerobic Filter)、 上流式厭氧污泥床反應(yīng)器 UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)、 厭氧附著膜膨脹床反應(yīng)器 AAFEB(Anaerobic Attached Film Expanded Bed)、厭氧流化床 AFB(Anaerobic Fluidized Bed)等高效厭氧反應(yīng)器，在這些厭氧反應(yīng)器中，主要具有如下特點：微生物不呈 懸浮生長狀態(tài)，而是呈附著生長；有機容積負荷大大提高，水力停留時間顯著縮短；首先應(yīng)用于高濃度有機工業(yè)廢水的處理，如食品工業(yè)廢水、酒精工業(yè)廢水、發(fā)酵工業(yè)廢水、造紙廢水、制藥工業(yè)廢水、屠宰廢水等；也有應(yīng)用于城市廢水的處理；如果與好氧生物處理工藝進行串聯(lián)或組合，還可以同時實現(xiàn)脫氮和除磷；并對含有難降解有機物的工業(yè)廢水具有較好的處理效果。 一、厭氧接觸法 工藝流程與特點 從上述的工藝流程圖中可看出，厭氧接觸法工藝（ Anaerobic Contact Process）的最大的特點是污泥回流 ，由于增加了污泥回流，就使得消化池的 HRT 與 SRT 得以分離，即整個系統(tǒng)的污泥齡可以用下式進 14 行計算： Wwewc XQXVX ??? )(? 在厭氧生物處理工藝中，由于厭氧細菌生長緩慢，基本可以作到不從系統(tǒng)中排放剩余污泥，則 Qw = 0，則有： eec XXHRTQXVX ???? 對于普通高速厭氧消化池，由于其 Xe = X，所以其 ?c = HRT，因此在中溫條件下，為了滿足產(chǎn)甲烷菌的生長繁殖， SRT 要求 20~30d，因此高速厭氧消化池的 HRT 為 20~30d。 對于厭氧接觸法，由于 X Xe，所以 HRTSRT；而且 X 越大， Xe越小，則 HRT可以越短。 與普通厭氧消化池相比，厭氧接觸法的特點有： ① 污泥濃度高，一般為 5~10 gVSS/l，抗沖擊負荷能力強； ② 有機容積負荷高，中溫時， COD 負荷 1~6 kgCOD/，去除率為 70~80%； BOD 負荷 ~ kgBOD/，去除率 80~90%； ③ 出水水質(zhì)較好； ④ 增加了沉淀池、污泥回流系統(tǒng)、真空脫氣設(shè)備，流程較復(fù)雜； ⑤ 適合于處理懸浮物和有機物濃度均很高的廢水。 在厭氧接觸法工藝中，最大的問題是污泥的沉淀，因為厭氧污泥上一般總是附著有小的氣泡，且由于污泥在二沉池中還具有活性，還會繼續(xù)產(chǎn)生沼氣，有可能導(dǎo)致已下沉的污泥上浮。 因此，必須采用有效的改進措施，主要有以下兩種，即：① 真空脫氣設(shè)備（真空度為 500mmH2O）；② 增加熱交換器，使污泥驟冷，暫時抑制厭氧污泥的活性。 工藝計算與設(shè)計 消化池容積的 計算： 有機容積負荷法：vCODiL SQV ?? vCODL —— 有機容積負荷， dmkgCOD ?3/ 。 應(yīng)用實例 ① 美國： HRT=12~13 h， X=7~12 g/l， SRT=~6 d， Lv= dmkgBOD ?35 / ② 日本： T=52?C， CODi=11~12g/l， CODe=2100~2700mg/l， V=3000m3； 15 ③ 我國：南陽酒精廠 Lv=9~12 dmkgCOD ?3/ ， CODE =~83%， BODE =87%， HRT=4~ d， CODi=50~54 g/l， BODi=26~34 g/l 二、厭氧生物濾池 工藝特征與主要型式 60 年代末，美國的 Young 和 McCarty 首先開發(fā)出厭氧生物濾池； 1972 年以后，一批生產(chǎn)規(guī)模的厭氧生物濾池投入運行，它們所處理的廢水的 COD 濃度范圍較寬，約在 300~85000mg/l 之間，處理效果良好，運行管理方便；與好氧生物濾池相似，厭氧生物濾池是裝填有濾料的厭氧生物反應(yīng)器，在濾料的表面形成了以生物膜形態(tài)生長的微生物群體，在濾料的空隙中則截留了大量懸浮生長的厭氧微生物，廢水通過濾料層向上流動或向下流動時，廢水中的有機物被截留、吸附及分解轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳等。 根據(jù)廢水在厭氧生物濾池中的流向的不同，可分為升流式厭氧生物濾池、降流式厭氧生物濾池和升流式混合型厭氧生物濾池等三種形式，即分別如下圖所示： 從工藝運行的角 度，厭氧生物濾池具有以下特點： ① 厭氧生物濾池中的厭氧生物膜的厚度約為 1~4mm； ② 與好氧生物濾池一樣，其生物固體濃度沿濾料層高度而有變化； ③ 降流式較升流式厭氧生物濾池中的生物固體濃度的分布更均勻； ④ 厭氧生物濾池適合于處理多種類型、濃度的有機廢水，其有機負荷為 ~16 kgCOD/； ⑤ 當進水 COD 濃度過高 (8000或 12020mg/l)時，應(yīng)采用出水回流的措施：減少堿度的要求；降低進水 COD 濃度；增大進水流量，改善進水分布條件。 與傳統(tǒng)的厭氧生物處理工藝相比，厭氧濾池的突出 優(yōu)點是：① 生物固體濃度高，有機負荷高；② SRT長，可縮短 HRT，耐沖擊負荷能力強；③ 啟動時間較短，停止運行后的再啟動也較容易；④ 無需回流污泥，運行管理方便；⑤ 運行穩(wěn)定性較好。而主要缺點是易堵塞，會給運行造成困難。 厭氧生物濾池的組成 厭氧生物濾池主要由以下幾個重要部分組成的，即：濾料、布水系統(tǒng)、沼氣收集系統(tǒng)。分述如下： 1) 濾料： 濾料是厭氧生物濾池的主體，其主要作用是提供微生物附著生長的表面及懸浮生長的空間，因此，應(yīng)具備下列條件：① 比表面積大，以利于增加厭氧生物濾池中的生物量；② 孔 隙率高，以截留并保持大量 16 懸浮微生物，同時也可防止堵塞；③ 表面粗糙度較大，以利于厭氧細菌附著生長；④ 其它方面，如：機械強度高；化學和生物學穩(wěn)定性好；質(zhì)量輕；價格低廉；等。 很多研究者對多種不同的濾料進行過研究，但所得出的結(jié)論也不盡相同，如有人認為濾料的孔隙率更重要，即他們認為厭氧生物濾池中是懸浮細菌所起的作用更大；也有人認為濾料最重要的特性是：粗糙度、孔隙率以及孔隙大小。 在厭氧濾池中經(jīng)常使用的濾料由多種，可以簡單分為如下幾種： ① 實心塊狀濾料： 30~45mm 的碎塊；比表面 積和孔隙率都較小，分別為 40~50m2/m3和 50~60%；這樣的厭氧生物濾池中的生物濃度較低，有機負荷也低，僅為 3~6 kgCOD/；易發(fā)生局部堵塞，產(chǎn)生短流。 ② 空心塊狀濾料：多用塑料制成，呈圓柱形或球形，內(nèi)部有不同形狀和大小的孔隙；比表面積和孔隙率都較大。 ③ 管流型濾料：包括塑料波紋板和蜂窩填料等；比表面積為 100~200 m2/m3，孔隙率可達 80~90%；有機負荷可達 5~15 kgCOD/。 ④ 交叉流型濾料： ⑤ 纖維濾料：包括軟性尼龍纖維濾料、半軟性聚乙烯、聚丙烯濾料、彈性聚苯乙烯填料；比表面積和孔隙率都較大；偶有纖維結(jié)團現(xiàn)象；價格較低，應(yīng)用普遍。 2) 布水系統(tǒng)： 在厭氧生物濾池中布水系統(tǒng)的作用是將進水均勻分配于全池，因此在設(shè)計計算時，應(yīng)特別注意孔口的大小和流速。與好氧生物濾池不同的是，因為需要收集所產(chǎn)生的沼氣，厭氧生物濾池多是封閉式的，即其內(nèi)部的水位應(yīng)高于濾料層，將濾料層完全淹沒。其中升流式厭氧生物濾池的布水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在濾池底部，這種形式在實際應(yīng)用中較 為廣泛，一般濾池的直徑為 6~26m，高為 3~13m；而降流式厭氧生物濾池的水流方向正好與之相反；升流式混合型厭氧生物濾池的特點是減小了濾料層的厚度，留出了一定空間，以便懸浮狀態(tài)的顆粒污泥在其中生長和累積。 3) 沼氣收集系統(tǒng)： 厭氧生物濾池的沼氣收集系統(tǒng)基本與厭氧消化池的類似。 厭氧生物濾池的工藝計算與設(shè)計 厭氧生物濾池的工藝計算與設(shè)計的主要內(nèi)容包括： ① 濾料的選擇； ② 濾料體積的計算； ③ 布水系統(tǒng)的設(shè)計； ④ 沼氣系統(tǒng)的設(shè)計等。但目前尚無定型的設(shè)計計算程序，所以本文中僅主要介紹濾料體積的計算方法和某些關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)的選取。 1) 濾料體積的計算： 濾料體積的計算方法仍以有機負荷法為主，即： V = Q（ Si – Se） /LvCOD 其中 LvCOD為有機容積負荷，一般為 ~12kgCOD/；需要根據(jù)具體的廢水水質(zhì)以及經(jīng)驗數(shù)據(jù)或直接的小試試驗結(jié)果最終決定。 2) 常用設(shè)計參數(shù)： 一般來說，厭氧生物濾池的有機容積去除負荷可達 ~12 kgCOD/；有機物去除率可達 60~95%；一般采用的濾料層的高度為 2~5m；相鄰進水孔口距離 —— 1~2m（不大于 2m）；污泥排放口距離 —— 不大于3m。 3) 出水水質(zhì)關(guān)于 Se： Se 取決于對處理后出水的水質(zhì)要求； Se 還取決于厭氧生物濾池一般能達到的有機物去除率； Se 還取決 17 于所采用的有機負荷的高低。 4) 關(guān)于有機容積負荷，其影響因素主要有： 廢水水質(zhì)，包括有機物的種類和濃度；濾料性質(zhì)；溫度；其它，如： pH 值、營養(yǎng)物、有毒物質(zhì)濃度等。一般，當廢水性質(zhì)較特殊，無可靠資料可借鑒時，應(yīng)通過小試或中試試驗結(jié)果來確定。 厭氧生物濾池的應(yīng)用實例 厭氧生物濾池在美、加已被廣泛應(yīng)用；處理對象包括多種不同類型的廢水，如生活污水及 COD 為3000~24000mg/l 的各種工業(yè)廢水；處理規(guī)模也大小不等，最大的厭氧生物濾池為 12500m3； COD 的去除率在 61~94%之間；有機負荷為 ~15 kgCOD/。 三、升流式厭氧污泥層 (床 )(UASB)反應(yīng)器 UASB 反應(yīng)器的英文全稱為 Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Bed) Reactor, 中文為上（升）流式厭氧污泥床（層）反應(yīng)器，是由荷 蘭 Wageningen 農(nóng)業(yè)大學的 Gatze Lettinga 教授于上世紀 70年代初開發(fā)出來的。 UASB 反應(yīng)器的基本原理與特征 UASB 反應(yīng)器的工作原理可用下圖表示： 從上圖中可以看出， UASB 反應(yīng)器具有如下的主要工藝特征： ① 在反應(yīng)器的上部設(shè)置了氣、固、液三相分離器；