上流式厌氧污泥床反应器(UASB).ppt

上流式厌氧污泥床反应器(UASB),一、UASB反应器概述,UASB是上流式厌氧污泥床反应器(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)的简称。 该工艺具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点，是一项能够将污水中的污染物转化成再生清洁能源沼气的技术。,1971年荷兰瓦格宁根（Wageningen）农业大学拉丁格（Lettinga）教授通过物理结构设计，利用重力场对不同密度物质作用的差异，发明了三相分离器。使活性污泥停留时间与废水停留时间分离，形成了上流式厌氧污泥床（UASB）反应器的雏型。,1974年荷兰CSM公司在其6m3反应器处理甜菜制糖废水时，发现了活性污泥自身固定化机制形成的生物聚体结构，即颗粒污泥（granular sludge）。 颗粒污泥的出现，不仅促进了以UASB为代表的第二代厌氧反应器的应用和发展，而且还为第三代厌氧反应器的诞生奠定了基础。,继荷兰之后，德国、瑞士、瑞典、美国、加拿大、澳大利亚、泰国、芬兰、西班牙以及中国也相继开展了对UASB的深入研究和开发工作，使这种厌氧处理工艺成为一种应用迅速、使用广泛的新型反应器技术，在高浓度有机工业废水处理中发挥它的作用。,国内对UASB反应器的研究是从80年代初开始的。北京市环境保护科学研究所首先开展了探索性的研究工作。此后，国内很多科研单位和大专院校也开展了研究工作先后对UASB的颗粒污泥培养、反应器的启动、颗粒污泥性能的分析、工艺运行条件的控制以及反应器的工艺设计等进行了广泛而深入的研究。,二、UASB反应器的基本构造,总的来讲，UASB反应器的构造型式主要有两种类型。 一种类型是周边出水、顶部出沼气的构造型式； 另一种类型是周边出沼气、顶部出水的构造型式； 当反应器容积较大时，也可以设多个出水口或多个沼气出气口的组合结构形式。,UASB反应器的基本构造主要包括以下几个部分： 污泥床 污泥悬浮层 沉淀区 三相分离器 进水和配水系统,1、污泥床,污泥床位于整个UASB反应器的底部。 污泥床内具有很高的污泥生物量，其污泥浓度(MLSS)一般为4000080000mg/L,污泥床中污泥由高度发展的颗粒污泥组成，其中活性生物量(或细菌)占70%80%以上的，正常运行的UASB中颗粒污泥的粒径一般在0.55mm之间，具有优良的沉降性能， 沉降速度一般为1.21.4cm/s， 典型的污泥容积指数(SVI)为1020ml/g。 颗粒污泥中的生物相组成比较复杂，主要是杆菌、球菌和丝状菌等。,污泥床的容积一般占整个UASB反应器容积的30%左右，但它对UASB反应器的整体处理效率起着极为重要的作用，它对反应器中有机物的降解量一般可占到整个反应器全部降解量的70%90%。 污泥床对有机物如此有效的降解作用，使得在污泥床内产生大量的沼气，微小的沼气气泡经过不断的积累、合并而逐渐形成较大的气泡，并通过其上升的作用而将整个污泥床层得到良好的混合。,2、污泥悬浮层,污泥悬浮层位于污泥床的上部，占据整个UASB反应器容积的70%左右。 其中的污泥浓度要低于污泥床，通常为1500030000mg/L,污泥悬浮层由高度絮凝的污泥组成，一般为非颗粒状污泥，其沉速要明显小于颗粒污泥的沉速，SVI一般在3040ml/g之间，靠来自污泥床中上升的气泡使此层污泥得到良好的混合。 污泥悬浮层中絮凝污泥的浓度呈自下而上逐渐减小的分布状态。这一层污泥担负着整个UASB反应器有机物降解量的10%30%。,3、沉淀区,沉淀区位于UASB反应器的顶部。,其作用是使得由于水流的夹带作用而随上升水流进入出水区的固体颗粒(主要是污泥悬浮层中的絮凝性污泥)在沉淀区沉降下来，并沿沉淀区底部的斜壁滑下而重新回到反应区内(包括污泥床和污泥悬浮层)，以保证反应器中污泥不致流失而同时保证污泥床中污泥的浓度。 可以通过合理调整沉淀区的水位高度来保证整个反应器的集气室的有效空间高度而防止集气空间的破坏。,4、三相分离器,三相分离器是UASB反应器中最有特点和最重要的装置，一般设置在沉淀区的下部，但也可将其设置在反应器的顶部，具体视所用的反应器的型式而定。,三相分离器由气体收集器和折流挡板组成。有时，也可将沉淀装置看做三相分离器的一个组成。 其主要作用是将气体(反应过程中产生的沼气)、固体(反应器中的污泥)和液体(被处理的废水)等三项加以分离。将沼气引入集气室，将处理出水引入出水区，将固体颗粒导入反应区。相当于传统污水处理工艺中的二次沉淀池，并同时具有污泥回流的功能。,5、进水和配水系统,UASB反应器的进水系统兼有配水和水力搅拌的功能。 目前生产性UASB反应器装置所采用的进水方式: 间隙式进水、 脉冲式进水、 连续均匀进水 连续进水与间隙回流相结合的进水方式,UASB反应器中一般情况下多采用连续进水的运行方式，必要时也可采用脉冲式进水和连续进水与间隙回流相结合的进水方式。采用后两种进水方式的目的是使反应器内的絮凝、颗粒污泥经常性地处于均匀混合和颗粒松散状态，多在反应器的启动初期或反应器中出现沟流时使用。当反应器运行正常后，一般不必进行回流，而进行连续进水。,三、UASB反应器的反应机理,UASB反应器中的厌氧反应过程与其它厌氧生物处理工艺一样，包括了极为复杂的生物反应过程。虽然迄今为止仍未完全了解反应过程中的复杂机理(对于诸如纤维素等非溶解性的复杂有机物而言更是如此)，但目前业已提出了比较全面的厌氧反应过程的有关基本过程。,厌氧反应过程与好氧处理过程不同，它有多种不同的微生物参与了底物的转化过程，经过复杂的反应将底物转化为最终产物。 在反应过程中，经过水解、发酵、产酸和产气步骤，复杂的底物被厌氧微生物转化为多种多样的中间产物，如糖类、有机酸、醇、醛和氢等，并最终转化为沼气。,在厌氧消化过程中参与反应的厌氧微生物主要有以下几种： 水解发酵(酸化)细菌：将复杂的聚合底物水解成各种有机酸、乙醇、糖类、氢和二氧化碳。 乙酸化细菌：将第一步水解发酵的产物(有机酸和糖类等)转化为氢、乙酸和二氧化碳。 产甲烷菌：将简单的底物，如乙酸、甲醇和二氧化碳，与氢转化为甲烷。,非溶解性有机聚合物(蛋白质、脂类和碳水化合物等)的厌氧分解还可以更细致地划分为六个明显的步骤： 聚合物(蛋白质、脂类或碳水化合物)水解； 氨基酸和糖发酵成氢、乙酸盐、短链脂肪酸和乙醇；,长链脂肪酸和乙醇的无氧氧化； 中间产物如挥发酸(乙酸除外)的无氧氧化； 嗜乙酸微生物将乙酸转化为甲烷； 嗜氢微生物将氢转化为甲烷(二氧化碳还原)。,四、UASB反应器的工作原理,需要处理的废水以一定的流速自反应器的底部进入反应器，水流在反应器中呈推流形式上升，废水流速一般为0.51.5m/h，多宜在0.60.9m/h之间。 进水首先流入反应器底部的污泥床，随后流入污泥悬浮层，与反应区中的污泥充分混合接触，污泥中的微生物对厌氧分解水中的有机物，把它转化为沼气。,厌氧分解过程中产生的沼气在上升过程中将污泥颗粒托起，由于大量气泡的产生，即使在较低的有机和水力负荷条件下也能看到污泥床明显的膨胀。 沼气以微小气泡的形式不断放出，微小气泡在上升过程中相互结合而逐渐形成较大的气泡，将污泥颗粒向反应器的上部携带，最后由于气泡的破裂，绝大部分污泥颗粒又返回到污泥区，对污泥起到搅拌的作用。,随着反应器产气量的不断增加，由气泡上升所产生的搅拌作用变得日趋激烈，从而降低了污泥中夹带气泡的阻力，气体便从污泥床内突发性地逸出，引起污泥床表面呈沸腾和流化状态。反应器中沉淀性较差的絮体状污泥则在气体的搅拌作用下，在反应器上部形成污泥悬浮层。沉淀性能良好的颗粒状污泥则处于反应器的下部形成高浓度的污泥床。,随着水流的上升流动，气、水、泥三相混合液上升至三相分离器中。 沼气碰到分离器下部的反射板后折向集气室，被有效地分离收集，并通过沼气管道排出。 污泥和水进入反应器上部的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，在重力的作用下沉降，发生泥水分离。回落至斜壁上的污泥沿斜壁滑回反应器的反应区。处理过的水从沉淀区溢流堰溢出，排出反应器。,由于三相分离器的作用，使得反应器混合液中的污泥有一个良好的沉淀、分离和再絮凝的环境，有利于提高污泥的沉降性能。在一定的水力负荷条件下，绝大部分污泥能在反应器中保持很长的停留时间，使反应器中具有足够的污泥量。,五、UASB反应器的特点,UASB反应器的优点： 反应器内污泥浓度高。 一般平均污泥浓度为3040g/L，污泥床为4080g/L，污泥悬浮层为1530g/L。 反应器中的污泥颗粒化。 颗粒污泥具有生物固体沉降性能好、生物浓度高、固液分离好的特点，使反应器对不利条件的抗性增强，是UASB反应器的一个重要特征。,反应器的有机负荷高。 COD容积负荷在小试验和中型试验中可高达2040kg COD/(m3d)，在大型生产装置中可达到 68kg COD/(m3d)。 工艺简单，投资和运行费用低。 反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，因而无污泥回流设备。,反应器无混合搅拌设备。 投产运行后，利用进水和本身产生的沼气进行搅动，实现基质与污泥的充分接触。 反应器中不使用填料。 提高了容积利用率，节省造价及避免堵塞问题。而填料在其它构型中为生物有效停留提供稳定环境，是必须的。,UASB反应器的局限： 大型装置内易发生短流现象，影响处理能力，对配水系统的性能要求较高。 反应器进水SS不宜超过200mg/L，以避免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞。,反应器在没有颗粒污泥接种的情况下，启动时间长。 反应器对进水水质和负荷的突然变化比较敏感，耐冲击力较差。 反应器中所要求的水温较高，最好在35左右。,六、UASB反应器的控制要点,在UASB反应器的运行中，其控制要点及常见问题主要有以下四个方面： 反应器的启动和颗粒污泥培养 反应器污泥流失及解决方法 反应器中的酸碱平衡及pH值的控制 反应器中硫酸盐、硫化氢的控制技术,1、反应器的启动和颗粒污泥培养,对于一个新建的UASB反应器来说，启动过程主要是用未经驯化的絮状污泥对其进行接种，并经过一定时间的启动调试运行，使反应器达到设计负荷并实现有机物的去除效果，通常这一过程会伴随着污泥颗粒化的实现，因此也称为污泥的颗粒化。 由于厌氧微生物，特别是甲烷菌增殖很慢，厌氧反应器的启动需要很长时间。但是，一旦启动完成，在停止运行后的再次启动可以迅速完成。,当没有现成的厌氧污泥或颗粒污泥时，采用最多的是城市污水处理厂的消化污泥。除消化污泥之外，可用作接种的物料很多，例如牛粪和各类粪肥、下水道污泥等。一些污水沟的污泥和沉淀物或富微生物的河泥也可以被用于接种，甚至好氧活性污泥也可以做为接种污泥。污泥的接种浓度以68kgVSS/m3 (按反应器总有效容积计算)为宜，至少不少于5kgVSS/m3，接种污泥的填充量应不超过反应器容积的60%。,当接种污泥不是颗粒污泥时，为了培养颗粒污泥或沉降性能好的活性污泥，都存在着一个将絮状污泥和分散的细小污泥从反应器内“洗出”的过程，这是UASB反应器实现颗粒化的先决条件之一。 这一过程是一个微生物逐步筛选和进化的过程，控制的关键因素之一是反应器内的水力停留时间或上升流速。经验表明，升流速度在0.41.0m/s之间较合适，如果有必要可以采用出水回流方式以适当提高反应器内的升流速度。 一般来说，在颗粒污泥培养期内随水被冲出反应器的污泥是没有必要回流到反应器中去的。,从负荷角度考虑UASB的初次启动和颗粒化过程，可分为三个阶段： 启动的初始阶段，这一阶段是低负荷阶段(2kgCOD/(m3d) 当反应器负荷上升至25kgCOD/(m3d)的启动阶段。在这阶段污泥的洗出量增大，其中大多为细小的絮状污泥。实际上这一阶段在对较重的污泥颗粒和分散的、絮状的污泥进行选择，使这一阶段的末期留下的污泥中开始产生颗粒状污泥。,这一阶段是反应器负荷超过5kgCOD/(m3d) 在此时，絮状污泥变得迅速减少，而颗粒污泥加速形成直到反应器内不再有絮状污泥存在。 5kgCOD/(m3d)左右是反应器中以颗粒污泥或絮状污泥为主的一个重要分界。当反应器负荷大于5kgCOD/(m3d)，由于颗粒污泥的不断形成，反应器的大部分被颗粒污泥充满时，其最大负荷可以超过20kgCOD/(m3d)。,在UASB反应器启动过程中会出现两种污泥流失： 一种是污泥本身性质不好，在低负荷运行时也会发生流失，这主要是由于污泥本身性质所引起的流失； 另一种则是在水力负荷、容积负荷太高的情况下而引起的污泥流失，这种污泥流失称之为膨胀跑泥。,沉淀性能较差的污泥流失与膨胀跑泥在污泥的性质上存在着差别。经测定后可以发现，污泥流失的VSS/SS值要比留在反应器中污泥的VSS/SS值略大，即其无机成分的含量要小一些，容易从反应器中流失，沉降性能差。而膨胀跑泥的VSS/SS值与留在反应器内污泥的VSS/SS值基本相同，在一定程度上说明膨胀跑泥的性质与同期留在反应器内污泥的性质是相同的，这些污泥是由于水力负荷或污泥负荷过高而被冲出反应器的。,区分两种跑泥方式后，可以更好的探讨解决此问题的方式。 对于因沉淀性能较差的污泥流失，因为其性能差，是应该让它们流失或主动排放的，而不应该回流。这些污泥即使回流到反应器中，也会再次上浮，结果仍然会流失。而且这些污泥还会与颗粒污泥竞争基质，不利于颗粒化的进程。,而对于膨胀跑泥，因为其性质基本上与反应器内的污泥完全一样，放弃这些污泥是很可惜的。厌氧微生物特别是产甲烷菌生长非常缓慢，单纯依靠自身生长重新获得这些污泥需要一定的时间。同时污泥的颗粒化归根到底还是要使得某些细菌在细小的、絮状污泥中的某些“核心”上附着生长并逐渐形成初始的颗粒污泥，因此若放弃这些污泥，也就放弃了一次污泥颗粒化的机会，因此，对于膨胀跑泥应该加以回流或加以避免。,2、反应器污泥流失及解决方法,UASB反应器启动阶段结束后，在运行过程中仍然会发生污泥流失。 虽然三相分离器在混合液进入沉淀区前已把气体分离，但由于沉淀区内的污泥仍具有较高的产甲烷活性，继续在沉淀区内产气；或者由于冲击负荷及水质突然变化，可能使反应区内污泥膨胀，结果沉淀区固液分离不佳，发生污泥流失而影响了水质和污泥床中污泥浓度。,为了减少出水所带的悬浮物进入水体，外部另设一沉淀池，沉淀下来的污泥回流到污泥床内。 外部设置沉淀池的好处是： 污泥回流可加速污泥积累，缩短启动周期； 去除悬浮物，改善出水水质； 当偶尔发生大量漂泥时，提高了可见性，能够及时回收污泥保持工艺的稳定性； 回流污泥可进一步分解，减少剩余污泥量。,3、反应器中的酸碱平衡及pH值控制,pH值是影响厌氧消化过程的重要因素，许多研究结果和实际运行经验表明，厌氧消化需要一个相对稳定的pH值范围，对于以产甲烷为主要目的的厌氧过程来说，为6.57.5.如果生长环境的pH过高(8.0)或过低(6.0)，产甲烷菌的生长代谢和繁殖就会受到抑制，并进而对整个厌氧消化过程产生严重的不利影响。,(1)反应器的适宜pH值,因为在厌氧体系中，其它非产甲烷菌如发酵细菌等对pH值的变化不如产甲烷菌敏感，在pH值发生较大变化时，这些细菌受到的影响较小，它们能继续将进水中的有机物转化为脂肪酸等，导致反应器内有机酸的积累、酸碱平衡失调，使产甲烷菌的活性受到更大的抑制，最终导致反应器运行失败。因此，在厌氧生物处理过程中，应特别注意反应期内pH值的控制，一般应维持在产甲烷菌的最适范围内，即6.57.5。,厌氧消化体系中的pH值是体系中CO2、H2S在气、液两相间的溶解平衡、液相内的酸碱平衡及固、液相间离子溶解平衡等综合作用的结果，而这些又与反应器内发生的生化反应直接有关。因此，分析和研究厌氧消化过程中酸碱平衡的实质和pH值的控制技术，对于选择和设计废水生物处理工艺、调试和运行厌氧生物处理装置等都有重要的指导意义。,(2)消化过程中的生化反应及对酸碱平衡的影响,厌氧体系中的酸碱平衡 根据对厌氧消化体系中成分的分析，可知影响酸碱平衡的主要成分有脂肪酸、氨氮、H2S、CO2等，这些物质在厌氧体系中存在着溶解平衡、电离平衡等反应平衡。,脂肪酸的电离平衡 在厌氧体系中，脂肪酸主要包括乙酸、丙酸、丁酸等，三者的电离常数相差不大，当都采用摩尔浓度表示时，其对体系的酸碱平衡的影响也相差不大，将厌氧体系中所有脂肪酸都换算成等摩尔的乙酸，统一用乙酸的电离平衡来计算，如下式：,氨氮的电离平衡 在厌氧体系中氨氮的电离平衡可表示如下：,CO2的溶解及H2CO3的电离平衡 CO2在气、液相间的溶解平衡可表示为： 根据气体溶解平衡的亨利定律，有： 式中：HCO2亨利常数(mol/Latm) PCO2CO2的平衡分压(atm),CO2的溶解及H2CO3的电离平衡 CO2在水中还会发生强烈的水合反应，其平衡反应式为：,CO2的溶解及H2CO3的电离平衡 反应生成的H2CO3又会发生电离平衡，反应式为：,CO2的溶解及H2CO3的电离平衡 因为在进行化学分析时区别CO2(液)与H2CO3较困难，根据复合酸度常数的概念，令：,CO2的溶解及H2CO3的电离平衡 根据复合碳酸的电离平衡，有：,H2S的电离平衡 与CO2一样，首先存在着气、液相间的溶解平衡： 根据亨利定律有：,H2S的电离平衡,厌氧体系中的致碱物质 通过以上分析可知，厌氧体系中与酸碱平衡有关的共轭酸碱对主要有： 等。随着厌氧体系pH值的不同，这些共轭酸碱对在各种形态之间的分布也会发生变化。,为了保证厌氧反应器中的pH值稳定在适宜的范围内，就必须采取一定的措施对反应器的运行状况进行调节和控制。在实际运行中，主要通过以下几种方法来调节和控制厌氧反应器内的pH值： 投加致碱或致酸物质 出水回流 出水吹脱CO2后回流,(3)pH值的控制技术,投加致碱或致酸物质 在进水中或直接在反应器中加入致碱或致酸物质，是最直接的调控厌氧反应器内pH值的方法。实际运行中所使用的致碱物质主要有Na2CO3、NaHCO3、NaOH和Ca(OH) 2等。用这种方法要消耗化学药品，从而增加了运行费用。而且，现场操作人员应在废水中加入多少致碱物质不好掌握。 一般情况下，在废水pH8.0时，则应加酸调节,出水回流 一般情况下，厌氧反应器的出水碱度会高于进水碱度，所以可采用出水回流的方法来控制反应器内pH值，同时出水回流还可起到稀释作用。有研究表明，采用该法来控制反应期内pH值，回流比一般应控制在520之间。,出水吹脱CO2后回流 出水中的CO2是主要的致酸物质，把出水中的CO2经吹脱去除后再回流，是一种更好的调控厌氧反应器中pH值的方法。 但在采用该法时，由于一般均采用空气进行吹脱，所以回流中会含有一定的溶解氧。溶解氧的带入会对反应器的运行产生一定的不利影响。,4、反应器中硫酸盐、硫化氢的控制技术,(1)硫酸盐还原作用,当有机废水中还含有硫酸盐时，在进行厌氧生物处理时，随着有机物的降解，往往还会伴随着硫酸盐还原作用的发生。 硫酸盐还原作用是指在某类微生物的作用下，硫酸盐作为最终电子受体，参加有机物的分解代谢而被还原的反应。,(2)硫酸盐还原菌 硫酸盐还原菌通常是指一类通过异化还原作用进行硫酸盐还原的细菌。 硫酸盐还原菌形态、营养多样化，利用硫酸盐作为有机物分解过程的最终电子受体。 硫酸盐还原菌都是严格厌氧菌，生长速率相对较缓慢，但具有较强的生存能力，而且分布广泛，只要条件许可就会马上活跃起来。,影响硫酸盐还原菌生长的主要因素 温度 与产甲烷菌类似，硫酸盐还原菌也在两个温度段表现出较强活性。其多数是中温型，最佳生长温度为3037，少数是高温型，最佳生长温度为4070。 pH值 其生长的最适pH值为7.17.6，但大多数均可在4.59.5的范围内生长。,氧化还原电位 硫酸盐还原菌是严格的厌氧细菌，其生长环境的氧化还原电位在-100mV以下，而产甲烷菌所要求的氧化还原电位为-300mV以下。 营养要求 硫酸盐还原菌是异养菌，其生长除了需要有机物外，还需要有硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等含有氧化态硫的化合物作为电子受体。,生长刺激物 其生长一般都需要维生素等生长刺激物。 生长抑制剂 许多物质对硫酸盐还原菌具有抑制作用，如一定浓度的Na2AsO4、K2CrO4、PbCl2、Na2MoO4等，而这些物质对产甲烷菌则有不同程度的激活作用。 另外，超声波、紫外线等在一定条件下对硫酸盐还原菌也能起抑制或灭活作用。,(3)硫酸盐还原作用对厌氧消化的影响,硫是微生物生长所必需的营养元素之一，少量的硫酸盐(或其它含硫化合物)会有益于厌氧消化过程，甚至在某些情况下还需要补充一定量的含硫物质作为微生物生长的硫源。 当厌氧系统中含有适量的硫酸盐时，硫酸盐还原菌能够有效地利用氢来还原硫酸盐，从而加快产氢产乙酸反应的速度，提高种间氢的转移速度，有助于厌氧消化过程的进行。,但是当废水中含有高浓度的硫酸盐时，则会对厌氧消化产生不利影响。 基质竞争性抑制作用 硫酸盐还原菌生长的pH值、温度、氧化还原电位等环境条件及其可利用基质的范围都比产甲烷菌要广，所以其更容易生长。 硫酸盐还原菌和产甲烷菌都能利用乙酸和氢等作为生长基质，在反应器内必然会发生基质竞争，并由此产生对甲烷菌的抑制作用，影响厌氧消化的进行。,硫化氢对产甲烷菌的毒害作用 硫化物是硫酸盐还原作用的最终产物，不仅会增加沼气中H2S的含量，增加出水的COD值，更重要的是还会对厌氧细菌(特别是产甲烷菌)产生抑制作用，而对整个厌氧消化过程产生不利影响，严重时可能导致整个厌氧反应器无法正常运行。,(4)硫酸盐及硫化氢的控制技术,可分为物理化学法和生物法两大类 物理化学法 包括气体吹脱、化学沉淀和抑制等。 采用吹脱法处理实际上是把液相中的硫化氢转移到气相中去，并没有消除硫化氢对环境的污染。 化学沉淀法和抑制法需要外加沉淀剂和抑制剂，能耗、化学药品及后处理费用较高。,气体吹脱法 由于pH值较低时，溶液中溶解性的硫化物大部分以H2S的形式存在。利用这一性质，在单项厌氧处理系统中安装循环气体吹脱装置，将硫化物吹脱，减轻对产甲烷过程的抑制作用，改善反应器的运行性能。,化学沉淀法 投加金属盐与溶解性硫化物反应生成金属硫化物沉淀，从而降低反应器中的硫化物浓度。用来沉淀硫离子最常见的金属盐是铁盐。但此法缺点也很明显，加入金属盐使运行费用增加，沉淀物在反应器中的沉积使污泥的VSS/TSS值降低，污泥产量增加。,化学抑制法 钼酸盐对硫酸盐还原菌具有较强的抑制作用，对产甲烷菌反而有激活作用，但对其机理尚不十分清楚。 虽然钼酸盐对硫酸盐还原菌有很好的专一性抑制作用，但是这种方法也有其弊端。一方面对废水中的硫酸盐未加以控制，排入水体后仍会引起一系列的环境问题；另一方面，钼酸盐价格昂贵，运行费用高。,生物法 厌氧消化过程可概括地分为产酸和产甲烷两个阶段，由此发展起来的两相厌氧工艺是根据参与产酸和产甲烷发酵的微生物类群不同，设立两个独立的反应器，通过控制运行条件，保证两大类群细菌在各自的反应器中获得最佳的生长条件，使整个系统达到较高的处理能力和运行稳定性。 在此工艺的启发下，研究者试图将硫酸盐还原作用控制在产酸阶段完成，然后设法将产酸反应器出水中的硫化物去除，最后令其进入产甲烷反应器进行反应。,将硫酸盐还原作用控制在产酸阶段完成具有如下优点： 发酵性细菌比产甲烷菌能忍耐较高的硫化物浓度，所以产酸作用可以与硫酸盐还原作用同时进行，不会影响产酸过程； 产酸相反应器处于弱酸状态，生成的硫化物主要以H2S形式存在，有利于硫化物的进一步去除；,硫酸盐还原菌本身就是一种产酸菌，它可以利用普通产酸菌的某些中间产物(如乳酸、丙酮酸、丙酸等)，将其进一步降解为乙酸，故将硫酸盐还原作用与产酸作用控制在一个反应器中进行，在一定程度上有利于提高产酸相的酸化率，使产酸类型向乙酸发展，有利于后续的产甲烷反应，提高产气率；,硫酸盐还原作用与产甲烷作用分别在两个反应器内进行，避免了硫酸盐还原菌和产甲烷菌之间的基质竞争； 硫化物设法去除后，可不与产甲烷菌直接接触，不会对产甲烷菌产生毒害作用； 大部分的硫酸盐已在产酸相中被去除，形成的沼气中H2S含量较少，回收利用方便。,七、不同UASB系统的对比分析,从世界上采用UASB反应器处理啤酒废水业绩的统计数据来看： 采用颗粒污泥，处理负荷可以达到1015kgCOD/(m3d)以上； 采用絮状污泥，处理负荷在5kgCOD/(m3d)，但是COD去除率可以达到90%95%。 这说明同样是厌氧技术，但选取的设计参数可以有很大不同。,EGSB反应器 实际上是改进的UASB反应器，运行中维持高的上升流速(612m/h)，使颗粒污泥处于悬浮状态，保证进水与污泥颗粒的充分接触。 EGSB概念特别适于低温和浓度相对低的啤酒废水。在低温条件下采用低负荷时，沼气产率低、混合强度低。EGSB反应器依靠进水动能和污泥床膨胀高度保证了进水与污泥的充分接触，可获得比传统UASB反应器好的运行结果。,三种UASB系统设计负荷和预计去除率,Q=10000m3/d，COD=2500mg/L，BOD5=1400mg/L，碱度=450mg/L,三种UASB系统预处理的比较,三种UASB系统后处理的比较,三种UASB系统直接运行费用的比较,经对比可发现，三种UASB系统各有优点，在设计中应该根据所处理废水的水量、水质，所要达到的处理标准，以及建设运行的预算进行合理选择。,八、UASB反应器的监控,系统需要的检控与系统所采用的负荷和设计上的安全系数有关。 有时为了减少反应器体积，负荷定得很高；或工艺在短时间的超负荷可能变得不平衡，在这些情况下，监控变的非常关键。 低负荷系统所需的监控要少得多，对于一个中等负荷的工艺每周监测一次就足够了。,监控甲烷产生量、pH范围和挥发性脂肪酸(VFA)，可揭示系统运转的状态。 前两者可以反映生物的状况，但是不能鉴别功能不佳的原因，也不能预测系统的状况。类似的，VFA浓度可以被监测，但仅仅提供了工艺开始偏离正常的信号。,监控可以减少运行费用。 例如，通过在低pH值运行反应器(注意进水pH与反应器pH无关)来减少碱度的需要，可以大量节省补充碱度所需的费用。,九、UASB反应器在啤酒工业废水 处理中的应用,概述 啤酒废水 厌氧好氧联合处理技术 不同处理系统的技术经济分析,1、概述,目前，国内外啤酒废水处理技术已有了迅速的发展，有采用接触氧化法、气动式生物转盘、生物滤池、深井曝气、两级活性污泥法、厌氧消化等工艺。,在国外，传统活性污泥法、升流式流化床等工艺已广泛地应用于啤酒废水处理。特别是啤酒废水的UASB法处理技术，可以大幅度地降低处理设施的建设费用和运行费用，具有很大的经济性。,朝日啤酒公司已建成的东京、大阪等六处处理设施的运行效果证明，同传统活性污泥相比，厌氧好氧工艺可以使处理能力增加12倍；回收的沼气经锅炉燃烧后，所产蒸气供维持啤酒发酵温度利用，可降低能源消耗。,2、啤酒废水,(1)啤酒废水的主要来源 麦芽生产过程的洗麦水、浸麦水、发芽降温喷雾水、麦糟水、凝固物洗涤水； 糖化过程的糖化废水、过滤洗涤水； 发酵过程的发酵罐洗涤水、过滤洗涤水； 灌装过程洗瓶废水、灭菌废水、破瓶啤酒、冷却水和成品车间洗涤水； 生活污水主要来自办公楼、食堂、宿舍和浴室。,(2)啤酒生产废水特点 啤酒厂生产啤酒过程用水量很大，特别是酿造、灌装工艺过程，由于大量使用新鲜水，相应产生大量废水。 由于啤酒的生产工序较多，不同啤酒厂生产过程中吨酒耗水量和水质相差较大。,啤酒工业废水按其有机物含量可以分为以下几类 冷却水：冷冻机、麦汁和发酵冷却水等，这类废水基本上未受污染。 清洗废水：大麦浸渍废水、发芽降温喷雾水、清洗生产装置废水、漂洗酵母水、洗瓶机初期洗涤水、酒罐消毒废液、巴斯德灭菌喷淋水和地面冲洗水等，这类废水受到不同程度的有机污染。,冲渣废水：麦糟液、冷热凝固物、酒花糟、剩余酵母、酒泥、滤酒渣和残碱性洗涤液等，这类废水中含有大量的悬浮性固体有机物。 灌装废水：在灌装时，机器的跑冒滴漏及冒酒使废水中掺入大量残酒。另外使用热水喷淋，啤酒升温引起瓶内压力上升，“炸瓶”时有发生，大量啤酒混入喷淋水，为循环使用喷淋水、防止生物污染而加入防腐剂，因此更换下来的喷淋水含防腐剂成分。,洗瓶废水：瓶子清洗水中含有参与碱性洗涤剂和纸