污水处理工艺中的厌氧工艺

厌氧处理工艺的选择及介绍

1 厌氧处理工艺的选择

厌氧反应器既有传统的反应器又有现代高效反应器，这些工艺又可分为厌氧悬浮生长和厌氧接触生长工艺。

厌氧工艺经百余年的发展已从最初的第一代的厌氧消化池发展到第二代的厌氧滤器（AF）、厌氧流化床反应器（AFB）、上流式厌氧污泥床（UASB）以及第三代的膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB和IC）这几种反应器形式。

在已开发的厌氧反应器中，第三代的EGSB和IC反应器是一种研究最为深入、技术最为先进的厌氧反应器。它是在第二代UASB反应器的基础上发展起来的高效反应器，尤其适用于中等浓度（COD在10000mg/l以下）的有机废水的处理，并成功地应用于各种废水的处理。相对于其它类型的反应器，EGSB/IC反应器具有一些突出的优点：

?具有较高的有机负荷，水力负荷能满足要求。

?污泥颗粒化后使反应器耐不利条件的冲击能力增强。

?具有较高的上升流速，尤其是颗粒污泥IC反应器，由于颗粒污泥的密度较小，在适度的水力负荷范围内，可以靠反应器内产生的气体来实现污泥与基质的充分混合及接触，大大提高反应器的效率。

?在反应器上部设置了气—固—液三相分离器，对沉降良好的污泥或颗粒污泥可以自行分离沉降并返回反应器主体，不须附设沉淀分离装置、辅助脱气装置及回流污泥设备，简化了工艺，节约了投资和运行费用。

1.2 高强好氧处理工艺的选择

1.2.1复合式生物反应器

为了在原有活性污泥工艺基础上，提高曝气池内生物量，增强废水处理能力，克服活性污泥膨胀，提高运行稳定性，人们发明了在曝气池中投加载体的方法，即在曝气池中投加各种能提供微生物附着生长表面的载体，利用载体容易截留和附着生物量大的特点，使曝气池中同时存在附着相和悬浮相生物，充分发挥两者的优越性，使之扬长避短，相互补充，将这种反应器称为复合生物反应器HBR （Hybrid Biological Reactor)。复合式生物反应系统是将生物膜反应系统和活性污泥系统结合起来。虽然这种方法保留了原有工艺的主体构造，但是由于填料的加入，使污水处理机理和效能都大为改变[7]。在这个系统中，微生物生存的基础环境由原来的气、液两相转变成气、液、固三相，这种转变为微生物创造了更丰富的存在形式，形成一个更为复杂的复合式生态系统。

1.2.2好氧生物流化床

好氧生物流化床反应器是将普通活性污泥法和生物膜法的优点有机地结合，是七十年代开始应用于污水处理的一种高效的生物处理工艺，并引入流化技术处理有机废水的反应装置，因而具有容积负荷高、生物降解速度快、占地面积小、基建投资和运行费用低等优点。生物流化床处理技术是借助流体（液体、气体）使表面生长着微生物的固体颗粒（生物颗粒）呈流态化，同时进行去除和降解有机污染物的生物膜法处理技术。微生物生长在载体表面，载体则在反应器中流动，是悬浮生长型和附着生长型的复合。它可以保持高浓度的微生物量，传质效率高，体积负荷可以比传统活性污泥法高6-10倍。

在已开发的厌氧反应器中，第三代的EGSB和IC反应器是一种研究最为深入、技术最为先进的厌氧反应器。它是在第二代UASB反应器的基础上发展起来的高效反应器，尤其适用于中等浓度（COD在10000mg/l以下）的有机废水的处理，并成功地应用于各种废水的处理。相对于其它类型的反应器，EGSB/IC反应器具有一些突出的优点：

图1是一种三相生物流化床结构示意图，可应用于石化、制药、食品和印染等废水的处理，并且该三相生物流化床对各种有机废水都具有很好的处理效果，其COD去除率都在70%以上，流化床容积负荷也在5.0 Kg [COD]/m3·d以上；此外，实验及实际运行中发现，与其他生物处理工艺相比，三相生物流化床工艺的剩余污泥产生量很少，尤其是对于COD浓度较低的废水，如印染废水，剩余污泥量更少；流化床的流化区内，活性污泥浓度达到10－20 g/L，加上生物载体表面的微生物，流化床具有很高的微生物浓度。

1.2.3 HCR反应器

HCR工艺(High Performance Compact Reactor)是德国克劳斯塔尔(Clausthal)工业大学物相传递研究所于80年代发明的，是第三代生物反应器。由于该反应器采用高速射流曝气，具有深井曝气和流化床的特点。HCR通过提高传质速率，以高充氧能力和高污泥活性来满足短时间内快速降解有机物的要求，从而实现高效的目的；其氧的转移率高，反应器的容积负荷大，水力停留时间短，是一种高效好氧生物处理方法。该工艺的主要特点是的高径比较大，由于HCR为完全混合型反应器，加上高浓度污泥的协同作用，使进水量和浓度的大幅度波动得以充分缓和，毒害性物质也得到稀释，从而有效提高了HCR系统的抗冲击负荷能力。HCR系统的反应效率较常规活性污泥法大大提高，接近到纯氧曝气的水平，根据挪威“克瓦纳”公司提供的数据，HCR的容积负荷可达50-70 kg[COD]/m3·d,是常规活性污泥法的10-30倍，反应时间为1-2小时，是常规活性污泥法1/2-1/4,污泥负荷可达5-10 kg[COD]/kg[MLSS]，是常规活性污泥法的2-3倍，因此HCR 系统的反应体积仅为常规活性污泥法的1/50-1/30。一般HCR工艺所产生的剩余污泥量为0.15-0.2 kg[SS]/ kg[BOD]，比其他好氧方法平均减少40%左右，从而大大减少了污泥处理量。

目前，HCR工艺已在德国、挪威、法国和加拿大等国家应用于造纸废水、酵母生产废水、屠宰废水、化工废水的处理，并取得了较好的效果。拉维克市雀斯科夫锐兹公司(Treschow-Fritze, Larvik)的半化学纸浆废液，COD浓度高达20000 mg/L，采用HCR工艺处理，容积负荷为80 kg[COD]/(m3·d),COD去除率达到70%，废水中含有过氧漂白污水，但它对于水处理效果没有任何不良影响，其剩余污泥产率约为0.2 kg[SS]/kg[COD]。

1.2.4 深井曝气法

深井曝气首先由英国帝国化学工业有限公司于1968年发明。他们在进行利用好氧菌生产单细胞蛋白的研究中，设计出了充氧能力很高的深井培养槽，并把这项技术应用于废水处理中。其后，日本、美国、加拿大、法国等相继进行了研究，并相继建成了一批生产处理装置。目前，此工艺已用于处理化工废水、制药废水、食品加工废水、造纸废水和混合废水等。深井被分隔为上升管和下降管两部分，污水和活性污泥沿下降管下降，再沿上升管上升，并形成循环。深井曝气运行有水泵循环和气体循环两种方式。水泵循环为自吸进气方式，有设备少，运行控制稳定，处理后的微气泡易脱除等优点，气体循环法应用于大井时较水泵循环方式节省能耗，在国外普遍采用气体循环方式。在国内气体循环法尚不完善。但中国

沈阳等地己建成了气体循环深井曝气装置。深井曝气法存在的主要缺点是处理过程容易遭受变化，比普通活性污泥法要求更高、更熟练的技术人员对它进行运行管理，否则很难正常的运行。目前，深井曝气技术在净化理论、应用范围、运行方式等方面都得到了很大的发展。深井曝气具有效率高、投资及运行维护费用低及占地面积小等优点，较适合我国使用。它的耐低温特点，特别适合我国北方地区使用。

由上述可知，深井曝气法和HCR曝气法通过改变曝气方式，提高氧的利用效率，从而提高好氧生物反应器中微生物的活性；生物流化床是将化工过程的流态化技术应用于污水处理，综合了活性污泥法和生物膜法两者的优点并加以发展，提高了传质效率和生物粒子沉降性能，从而提高好氧生物反应器中微生物的浓度；复合生物反应器则是在原有活性污泥法工艺基础上，在曝气池中投加各种能提供微生物附着生长表面的载体，利用载体容易截留和附着生物量大的特点，使曝气池中同时存在附着相和悬浮相生物，充分发挥两者的优越性，从而提高曝气池内微生物量，增强废水处理能力。

1.2.3 HCR反应器

HCR工艺(High Performance Compact Reactor)是德国克劳斯塔尔(Clausthal)工业大学物相传递研究所于80年代发明的，是第三代生物反应器。由于该反应器采用高速射流曝气，具有深井曝气和流化床的特点。HCR通过提高传质速率，以高充氧能力和高污泥活性来满足短时间内快速降解有机物的要求，从而实现高效的目的；其氧的转移率高，反应器的容积负荷大，水力停留时间短，是一种高效好氧生物处理方法。该工艺的主要特点是的高径比较大，由于HCR为完全混合型反应器，加上高浓度污泥的协同作用，使进水量和浓度的大幅度波动得以充分缓和，毒害性物质也得到稀释，从而有效提高了HCR系统的抗冲击负荷能力。HCR系统的反应效率较常规活性污泥法大大提高，接近到纯氧曝气的水平，根据挪威“克瓦纳”公司提供的数据，HCR的容积负荷可达50-70 kg[COD]/m3·d,是常规活性污泥法的10-30倍，反应时间为1-2小时，是常规活性污泥法1/2-1/4,污泥负荷可达5-10 kg[COD]/kg[MLSS]，是常规活性污泥法的2-3倍，因此HCR 系统的反应体积仅为常规活性污泥法的1/50-1/30。一般HCR工艺所产生的剩余污泥量为0.15-0.2 kg[SS]/ kg[BOD]，比其他好氧方法平均减少40%左右，从而大大减少了污泥处理量。

1.2.5 射流曝气器法

射流曝气是利用射流曝气器将气流或气液混合液导入曝气池，以增加液体中氧含量的系统。它具有下列优点。

?(1)有较高的氧吸收率和充氧能力，混合搅拌作用强；

?(2)污泥活性好，基质降解常数较高，提高了污泥的沉淀性能；

?(3)构造简单、运转灵活、便于调节、维修管理方便。

射流曝气器既不是一种气泡扩散装置，也不是一种机械曝气设备，而是介于这二者之间的一种设备，利用气泡扩散和水力剪切这两个作用达到曝气和混合的目的。在射流曝气器混合部内，由于射流的紊动及能量交换作用，形成剧烈的混掺现象，不仅在瞬间完成了氧气从气相向液相中的转移，而且射流曝气工作水流为进水和回流污泥的混合液，因此在射流器混合部内迅速地进行着泥(微生物)、水（有机物）、气(溶解氧)三者间的传质与生化反应，这是一个在特定条件下发生的快速生物反应与传质的综合过程，是与其它任何活性污泥法不同的。根据供气方式的不同，射流曝气可分为两大类。

?(1)强制供气：即用鼓风机向射流器供给空气，其特点是：空气由鼓风机供给，空气量的控制比较方便，可以根据需要把射流器安装在曝气池的底部、顶部等不同的位置，射流器数量多，一般淹没在水中，安装与维修不方便。

?(2)自吸(负压)供气：由射流器喷嘴喷出的高速射流，使吸气室形成负压，将空气吸人，这种射流器通常称为自吸式射流器，其特点是不需要鼓风设备。根据结构分类: (1)单级：又分为单喷嘴和多喷嘴两种形式。

?(2)多级：一般是两级。第一级吸气后，液气混合流在第二级再吸气，这样充分利用射流能量。

1.2.6 环流式好氧反应器

环流式好氧反应器是利用反应器的结构，使气体在反应器中循环流动，增加反应器中水流和气泡的停留时间，提高气体的传递效率，以增加液体中氧含量的系统。供气方式含有两大类。

?(1)传统膜式曝气：即用鼓风机向曝气器供给空气。

?(2)转刷曝气器：转刷在曝气的同时，推动水体流动，形成环流。

例1：化学酒精高浓度有机废水，UASB反应器，COD浓度：30000mg/L，去除率90%。

例2：退浆淀粉高浓度有机废水，IC反应器，COD浓度：8000mg/L，去除率80-90%。例3：酒厂高浓度有机废水，EGSB反应器，COD浓度：7000mg/L，去除率90%。例4：高效颗粒化菌种，适应COD浓度范围：2000~50000mg/L废水

例5：垃圾渗滤液废水，环流式好氧反应器，COD浓度：5000mg/L，去除率80%。例6：化工高浓度有机废水，喷射式好氧反应器，COD浓度：6000mg/L，去除率80%。