【正文】 ② 抗沖擊負(fù)荷的能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定性好； 由于內(nèi)循環(huán)流量可達(dá)進(jìn)水流量的數(shù)倍以上，對進(jìn)水起到了很好的稀釋作用，提高了反應(yīng)器對進(jìn)水中有毒物質(zhì)和高濃度有機(jī)負(fù)荷沖擊 的抵抗能力； 內(nèi)循環(huán)的形成能提高反應(yīng)器內(nèi)的堿度，有助于維持反應(yīng)器內(nèi) pH 值的穩(wěn)定，使內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器具有較強(qiáng)的抵抗進(jìn)水酸堿度沖擊的能力； 28 內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器上下分層的結(jié)構(gòu)稀釋也增強(qiáng)了其抗沖擊負(fù)荷的能力，其中第一反應(yīng)區(qū)主要承擔(dān)了去除進(jìn)水中大部分有機(jī)物的任務(wù)，第二反應(yīng)區(qū)則主要起著強(qiáng)化處理、增強(qiáng)反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定性的作用，因此，通常情況下，內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行非常穩(wěn)定，處理效果也非常好。 綜上所述，內(nèi)循環(huán)（ IC）厭氧反應(yīng)器實(shí)際上是由兩個上下重疊的 UASB 反應(yīng)器串聯(lián)而組成的，由下部的第一個 UASB 反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣作為提升混合液的內(nèi)動力，使部分混合液通過升流管上升至氣液分離器，脫氣后的混合液再通過降流管回流到第一反應(yīng)區(qū)的底部，由此實(shí)現(xiàn)了第一反應(yīng)區(qū)內(nèi)混合液的內(nèi)循環(huán)，使廢水獲得了強(qiáng)化預(yù)處理。在第二反應(yīng)區(qū)內(nèi)，殘留在廢水中的部分基質(zhì)會繼續(xù)與其中的厭氧顆粒污泥反應(yīng)生化反應(yīng)，并被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為沼氣。在氣液分離器中，大部分沼氣從液相中逸出，使混合液的密度增加，因此脫氣后的混合液會從氣液分離器通過降流管回流到第一反應(yīng)區(qū)的底部，再與進(jìn)水和顆粒污泥混合，至此完成了一次完整的內(nèi)循環(huán)。因此，在本小節(jié)中，將對內(nèi)循環(huán)（ IC）厭氧反應(yīng)器的基本構(gòu)造、工作原理、運(yùn)行特性、以及應(yīng)用與研究現(xiàn)狀等進(jìn)行簡單介紹。 ② 荷蘭：淀粉廢水 項(xiàng)目 沉淀池 產(chǎn)酸相 產(chǎn)甲烷相 容積 (m3) 700 1700 5000 HRT (h) 20 溫度 (?C) 33 33 35 pH 項(xiàng)目 沉淀池進(jìn)料 產(chǎn)酸相 產(chǎn)甲烷相 進(jìn)水 出水 進(jìn)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 硫酸鹽 (m mol) ? 硫化物 (m mol) ? ③ 我國首都師范大學(xué)：豆制品廢水 HRT (h) 出 水 pH 有機(jī)負(fù)荷 (kgCOD/) COD 去除率 (%) 產(chǎn)氣率 (m3/) 出水揮發(fā)酸 (mg/l) 沼氣中 CH4(%) 產(chǎn)酸相 ~ 1800 12 產(chǎn)甲烷相 ~ 5 65 26 (UASB) 全系統(tǒng) ~ 65 ④ 其它 國家 廢水性質(zhì) 規(guī)模 進(jìn)水 COD (mg/l) COD 去除率 (%) 有機(jī)負(fù)荷 (kgCOD/) 處理能力 (kgCOD/d) 投入運(yùn)行年份 比利時 酶和酒精 中試 7500~10000 79~84 14 180 1977 德國 甜菜制糖 中試 6000~7000 90~92 20 45 1980 比利時 酵母、酒精 中試 28200~32000 67~72 21 135 1980 德國 檸檬酸 中試 42574 70~80 15~20 120 1981 比利時 亞麻處理 生產(chǎn)性 6500~7000 85~90 9~12 350 1980 德國 淀粉、葡萄糖 生產(chǎn)性 20200 1982 德國 甜菜制 糖 生產(chǎn)性 32020 1982 德國 甜菜制糖 生產(chǎn)性 15000 1982 第六 節(jié) 厭氧生物處理工藝的新進(jìn)展 一、厭氧內(nèi)循環(huán)（ IC）反應(yīng)器 在多年的研究與應(yīng)用中， UASB 反應(yīng)器已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的一種厭氧生物反應(yīng)器。目前應(yīng)用的最多的相分離的方法，是最后一種，即動力學(xué)控制法。 3) 應(yīng)用情況： 厭氧擋板式反應(yīng)器目前還多 處于小試階段；美國 McCarty 的研究結(jié)果如下表所示： 數(shù)據(jù)組 1 2 3 4 進(jìn)水 COD 濃度 (g/l) 水力負(fù)荷 (m3/) 回流比 有機(jī)物負(fù)荷(kgCOD/) COD 去除率 (%) 90 82 78 91 產(chǎn)氣率 (m3/) 甲烷含量 (%) 70 56 56 53 出水揮發(fā)酸濃度 (g/l) 美國夏威荑大學(xué)應(yīng)用平流式擋板厭氧反應(yīng)器處理養(yǎng)豬場廢水，當(dāng)溫度為 30?C，進(jìn)水 COD 為 1190 ~ 4580 mg/l，容積負(fù)荷為 ~， HRT 為 ~5d， COD 去除率可達(dá) 80%。 3) 應(yīng)用情況： 厭氧生物轉(zhuǎn)盤目前還多處于小試階段。 3) 影響生物濃度的主要因素： 厭氧膨脹床或流化床中的微生物濃度與載體粒徑和密度、上升流速、生物膜厚度和孔隙率等有關(guān)；在一定的上升流速、生物膜厚度、不同載體粒徑時，微生物濃度也不同；對于不同生物膜厚度，有一個污泥量最大的載體粒徑；載體的物理性質(zhì)對流化床的特性也有影響：如：顆粒粒徑過大時，顆粒自由沉降速度大 ，為保證一定的接觸時間必須增加流化床的高度；水流剪切力大，生物膜易于脫落；比表面積較小，容積負(fù)荷低；但過小時，則操作運(yùn)行較困難。 Anaerobic Fluidized Bed Reactors 1) 基本原理： 在厭氧反應(yīng)器內(nèi)添加固體顆粒載體，常用的有石英砂、無煙煤、活性炭、陶粒和沸石等，粒徑一般為~1mm。 3) 顆粒污泥的生物活性 通過多種研究手段對多種顆粒污泥的研究都表明，顆粒污泥中的細(xì)菌是成層分布的，即外層中占優(yōu)勢的細(xì)菌是水解發(fā)酵菌，而內(nèi)層則是產(chǎn)甲烷菌；顆粒污泥實(shí)際上是一種生物與環(huán)境條件相互依存和優(yōu)化的生態(tài)系統(tǒng)，各種細(xì)菌形成了一條很完整的食物鏈，有利于種間氫和種間乙酸的傳遞，因此其活性很高。 2) 顆粒污泥的類型 有人將顆粒污泥分為以下三種類型，即： A 型、 B 型、 C 型，分述如下： ① A 型顆粒污泥： 這種顆粒污泥中的產(chǎn)甲烷細(xì)菌以巴氏甲烷八疊球菌為主體，外層常有絲狀產(chǎn)甲烷桿菌纏繞；比較密實(shí)，粒徑很小，約為 ~ mm。 基本要求為：ABBCABADvvab ??；其中根據(jù) Stocks 公式有： 2)(18 dggv lb ???? ???? 4) 出水系統(tǒng)的設(shè)計： 5) 浮渣清除系統(tǒng)的設(shè)計： 6) 排泥系統(tǒng)設(shè)計： 7) 其他設(shè)計中應(yīng)考慮的問題：加熱和保溫；沼氣的收集、貯存和利用；防腐；等 UASB 反應(yīng)器中的顆粒污泥 1) 顆粒污泥的性質(zhì)與形成 能在反應(yīng)器內(nèi)形成沉降性能良好、活性高的顆粒污泥是 UASB 反應(yīng)器的重要特征，顆粒污泥的形成與成熟，也是保證 UASB 反應(yīng)器高效穩(wěn)定運(yùn)行的前提，因此有許多研究者都對 UASB 反應(yīng)器中的顆粒污泥進(jìn)行多方面的研究，下面將分別進(jìn)行簡單敘述。 UASB 反應(yīng)器設(shè)計計算的主要內(nèi)容有： ① 池型選擇、有效容積以及各主要部位尺寸的確定； ② 進(jìn)水配水系統(tǒng)、出水系統(tǒng)、三相分離器等主 要設(shè)備的設(shè)計計算； ③ 其它設(shè)備和管道如排泥和排渣系統(tǒng)等的設(shè)計計算。 2) 封閉式 UASB 反應(yīng)器 封閉式 UASB 反應(yīng)器的頂部加蓋密封，這樣在 UASB 反應(yīng)器內(nèi)的液面與池頂之間形成氣室；主要適用于高濃度有機(jī)廢水的處理；這種形式實(shí) 19 際上與傳統(tǒng)的厭氧消化池有一定的類似，其池頂也可以做成浮動蓋式。 6) 浮渣收集系統(tǒng)： 浮渣收集系統(tǒng)的主要功能是清除沉淀區(qū)液面和氣室液面的浮渣。 2) 反應(yīng)區(qū)： 反應(yīng)區(qū)是 UASB 反應(yīng)器中生化反應(yīng)發(fā)生的主要場所，又分為污泥床區(qū)和污泥懸浮區(qū)，其中的污泥床區(qū)主要集中了大部分高活性的顆粒污泥，是有機(jī)物的主要降解場所；而污泥懸浮區(qū)則是絮狀污泥集中的區(qū)域。 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(xué)的 Gatze Lettinga 教授于上世紀(jì) 70年代初開發(fā)出來的。 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(dá)到的有機(jī)物去除率； Se 還取決 17 于所采用的有機(jī)負(fù)荷的高低。 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。 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(jìn)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。 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(shí)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(jī)負(fù)荷也低，僅為 3~6 kgCOD/；易發(fā)生局部堵塞，產(chǎn)生短流。而主要缺點(diǎn)是易堵塞，會給運(yùn)行造成困難。 工藝計算與設(shè)計 消化池容積的 計算： 有機(jī)容積負(fù)荷法：vCODiL SQV ?? vCODL —— 有機(jī)容積負(fù)荷， dmkgCOD ?3/ 。 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。 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。 一般認(rèn)為固體負(fù)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(fù)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。 消化池的池體設(shè)計 目前，國內(nèi)一般按污泥投配率來計算所需的消化池容積，即： pVV 39。而沼氣攪拌又可以分為：① 氣提式攪拌； ② 豎管式攪拌； ③ 氣體擴(kuò)散式攪拌。 3) 兩級 串聯(lián) 消化池 兩級串聯(lián)，第一級采用高速消化池，第二級則采用不設(shè)攪拌和加熱的傳統(tǒng)消化池，主要起沉淀濃縮和貯存熟污泥的作用，并分離和排出上清液；二者的 HRT 的比值可采用 1 : 1~1 : 4，一般為 1 : 2。 一、消化池的類型與構(gòu)造 厭 氧消化池主要應(yīng)用于處理城市污水廠的污泥，也可應(yīng)用于處理固體含量很高的有機(jī)廢水；它的主要作用是： ① 將污泥中的一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣； ② 將污泥中的一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化成為穩(wěn)定性良好的腐殖質(zhì)； ③ 提高污泥的脫水性能； ④ 使得污泥的體積減少 1/2 以上； ⑤ 使污泥中的致病微生物得到一定程度的滅活，有利于污泥的進(jìn)一步處理和利用。 四、厭氧消化過程中沼氣產(chǎn)量的估算 糖類、脂類和蛋白質(zhì)等有機(jī)物經(jīng)過厭氧消化能轉(zhuǎn)化為甲烷和 CO2 等氣體，這樣的混合氣體統(tǒng)稱為沼氣（ Biogas）；產(chǎn)生沼氣的數(shù)量和成分取決于被消化的有機(jī)物的化學(xué)組成，一般可以用下式進(jìn)行估算： 422 48248224 CHbanCObanOHbanOHC ban ?????? ????????? ????????? ??? 理論上認(rèn)為， 1gCOD 在厭氧條件下完全降解可以生成 gCH4，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的甲烷氣體體積為；沼氣中 CO2和 CH4的百分含量不僅與有機(jī)物的化學(xué)組成有關(guān)，還與其各自的溶解度有關(guān)；由于一部 9 分沼氣（主要是其中的 CO2）會溶解在出水中而被帶走，同時，一小部分有機(jī)物還會被用于微生物細(xì)胞的合成，所以實(shí)際的產(chǎn)氣量要比理論產(chǎn)氣量小。 8 二、厭氧生物處理的主要特征 主要優(yōu)點(diǎn) 與廢水的好氧生物處理工藝相比，廢水的厭氧生物處理工藝具有以下主要優(yōu)點(diǎn)： ① 能耗大大降低，而且還可以回收生物能（沼氣）；因?yàn)閰捬跎锾幚砉に嚐o需為微生物提供氧氣，所以不需要鼓風(fēng)曝氣，減少了能耗，而且厭氧生物處理工藝在大量降低廢水中的有機(jī)物的同時，還會產(chǎn)生大 量的沼氣，其中主要的有效成分是甲烷，是一種可以燃燒的氣體，具有很高的利用價值，可以直接用于鍋爐燃燒或發(fā)電； ② 污泥產(chǎn)量很低；這是由于在厭氧生物處理過程中廢水中的大部分有機(jī)污染物都被用來產(chǎn)生沼氣 —— 甲烷和二氧化碳了，用于細(xì)胞合成的有機(jī)物相對來說要少得多；同時，厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，產(chǎn)酸菌的產(chǎn)率 Y 為 ~，產(chǎn)甲烷菌的產(chǎn)率 Y 為 ，而好氧微生物的產(chǎn)率約為 ~。以上這些特點(diǎn)徹底改變了原來人們對厭氧生物