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污水处理三代厌氧生物反应器一、引言随着社会经济的发展和城市化进程的加快，污水处理成为环境保护和可持续发展的重要环节。
厌氧生物反应器作为污水处理的重要技术之一，经历了第一代、第二代和第三代的发展，其中第三代厌氧生物反应器在处理复杂有机废水方面表现出卓越的性能。
本文将详细介绍第三代厌氧生物反应器的技术原理、特点及实际应用案例，为相关领域的研究和应用提供参考。
二、三代厌氧生物反应器的技术发展第一代厌氧生物反应器第一代厌氧生物反应器主要采用传统升流式厌氧消化池，具有结构简单、易维护等优点。
但存在处理效率低、占地面积大等缺点，已逐渐被淘汰。
第二代厌氧生物反应器第二代厌氧生物反应器是在第一代基础上发展而来的高效厌氧反应器，通过改变反应器的结构或运行方式，提高反应器的容积负荷和产气率。
代表技术包括：升流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）和内循环厌氧反应器（IC）等。
第三代厌氧生物反应器第三代厌氧生物反应器是在第二代基础上进一步优化升级的新型反应器，具有更高的处理效率、更低的能耗和更好的抗负荷冲击能力。
代表技术包括：膜分离厌氧反应器（MABR）、升流式固体厌氧反应器（USR）和超级厌氧反应器（SUFR）等。
三、第三代厌氧生物反应器的技术特点1.高处理效率：第三代厌氧生物反应器采用新型的微生物种群结构和运行模式，具有更高的有机物去除率和产气率。
2.适应性强：第三代厌氧生物反应器能够适应不同种类和浓度的有机废水，具有较强的抗负荷冲击能力。
3.能耗低：第三代厌氧生物反应器采用新型的能量回收和利用技术，降低了能耗。
4.自动化程度高：第三代厌氧生物反应器采用先进的自动化控制技术，减少了人工操作和维护工作量。
5.占地面积小：第三代厌氧生物反应器采用紧凑型设计，占地面积小，适合城市污水处理等空间有限的场所。
四、第三代厌氧生物反应器的实际应用案例1.城市污水处理厂：某城市污水处理厂采用第三代厌氧生物反应器技术进行改造，实现了高效去除有机物、降低能耗和减少占地面积的目标。
IC厌氧反应器的应用和发展【摘要】IC厌氧反应器拥有较大的上升流速、高效的泥水混合强度、突出的承载容积负荷能力、稳定的出水等特性，易于培养高活性的厌氧颗粒污泥，目前厌氧内循环反应器（IC）在啤酒、制药、化工等高浓度废水行业已有应用实例，但因反应器结构复杂、泥水混合不理想，易出现短流现象，三相分离器的分离效果不佳，操作要求严格、反应器启动慢等缺陷使该反应器的推广受到限制。
所以对IC厌氧反应器的改良优化和系统内颗粒污泥的探究拥有重要的实际意义。
本文结合某酒厂对IC厌氧反应器的应用进行了研究。
【关键词】IC厌氧反应器；应用；实例分析一、厌氧反应器发展历程最初的厌氧反应器雏形来源于1896年英国出现的首座用于处理生活污水的厌氧消化池，其产生沼气用于照明，并逐步被各个国家所采纳。
他们主要用于污泥和粪肥的消化，以及生活污水的处理，而一般容积负荷仅为4～5kgCOD/（m3?d）。
随后，荷兰大学环境系Lettinga等在1974—1988年开发研制了上流式厌氧污泥床（UpflowAna-erobicSludgeBed，UASB）反应器，通过将厌氧活性污泥中的反应槽和沉淀槽相合并，进而建立一套简化的系统反应器。
相比其他厌氧反应器，其最大的优势就在于运行费用低廉、处理效率高、生物量高、耐冲击负荷、适应较广范围的pH值和温度变化且操作简单等，而被广泛应用。
根据UASB反应器内部结构不同，可以分为常规型和内循环型，后者主要通过增加出水内循环装置，综合内循环区、反应区和气液固三相分离区进而形成调节、厌氧反应和三相分离为一体的厌氧反应系统，从而扩大其COD适应范围、缩短启动周期、减少生物量损耗，进而获得更好地处理效率。
但UASB反应器在运行中容易出现短流、死角和堵塞等一些问题，同时为了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，在其基础上又研究发明了第二、三反应器，包括厌氧颗粒污泥膨胀床（ExpandedGranul-arSludgeBed，EGSB）、厌氧内循环反应器InsideCycling，IC）、厌氧折板式反应器（AnaerobicBaff-ledReactor，ABR）、厌氧序列式反应器（AnaerobicSequencingBatchReactor，ASBR）、厌氧膜生物系统（AnaerobicMembraneBiosystem，AMBS）等。
内循环厌氧反应器(IC)的工作原理是什么?内循环(internal circulation)厌氧反应器，简称IC反应器，是20世纪80年代中期由荷兰帕克(PAQUES)公司开发，也是在UASB反应器基础上发展起来的第三代厌氧反应器。
IC反应器的基本构造如图6-5-35所示。
它可以看作是由两层UASB反应器串联而成，反应器从下而上分为5个区，即混合区、第一厌氧反应室、第二厌氧反应室、沉淀区和气液分离区。
IC反应器是在一个反应器内将废水有机物的降解分解为两个阶段，底部一个阶段(第一厌氧反应室)处于高负荷，上部一个阶段(第二厌氧反应室)处于低负荷。
IC反应器的工作原理是：废水从反应器的底部进入第一厌氧反应室与颗粒污泥均匀混合，大部分有机物在这里被降解而转为沼气。
混合液的上升流和沼气的剧烈扰动，使污泥量膨胀成流化状态，加强了进水与颗粒污泥的充分接触。
所产生的沼气被第一厌氧反应室的集气罩收集。
沼气将沿着提升管上升，在沼气上升的同时，将第一厌氧反应室的混合液提升至IC反应器顶部的气液分离器。
被分离出的沼气从气液分离器顶部的排气管引走，而分离出的泥水混合液沿着回流管返回到第一厌氧反应室的底部，并与底部的颗粒污泥和进水再充分混合，实现了混合液的内部循环。
经过第一厌氧反应器处理过的废水，会自动进入第二厌氧反应器，继续进行生化反应，由于上升流速降低(一般2～6m/h),因此第二厌氧反应室还具有厌氧反应器与沉淀区之间的缓冲段作用，对防止污泥流失及确保沉淀后的出水水质起着重要作用。
由于第二厌氧反应器进一步降解废水中剩余有机物，使废水得到更好净化，提高了出水水质，而产生的沼气通过集气管进入气液分离器。
第二厌氧反应室的混合液在沉淀区进行固液分离，上清液由排水管排出，沉淀的污泥自动返回第二厌氧反应室。
IC反应器具有处理容量高、投资少、占地省、运行稳定等优点。
3.厌氧反应器组成及分类：厌氧过程实质是一系列复杂的生化反应，其中的底物、各类中间产物、最终产物以及各种群的微生物之间相互作用，形成一个复杂的微生态系统，类似于宏观生态中的食物链关系，各类微生物间通过营养底物和代谢产物形成共生关系或共营养关系。
因此，反应器作为提供微生物生长繁殖的微型生态系统，各类微生物的平稳生长、物质和能量流动的高效顺畅是保持该系统持续稳定的必要条件。
厌氧反应器由密闭反应器、搅拌系统、加热系统以及固液气三相分离系统组成。
厌氧反应器常见类型：常规消化反应器（沼气池）、连续搅拌式反应器、推流式反应器、序批式反应器以及上流式污泥床反应器。
常见几种类型的消化罐1).欧美型：d/H>1,顶部具有浮罩，顶部和底部都有小的坡度，由四周向中心凹陷，形成一个小锥体。
图7.3.1.欧美型消化罐侧面图2).古典型：中间是一个d/H=1的圆桶，上下两头均为圆锥体。
底部锥体的倾斜度为1.0～1.7，顶部为0.6～1.0。
有助于消化污泥处于均匀、完全循环的状态。
图7.3.2.古典型消化罐侧面图3).蛋型：消化罐两端的锥体与中部罐体结合时是光滑的，逐步过渡的。
底部锥体比较陡峭，反应污泥与罐壁的接触面积比较小。
有利于消化污泥完全彻底的循环，不会形成循环死角。
图7.3.3.古典型消化罐侧面图4).平底型：介于欧美型和古典型之间。
施工费用比古典型低，直径与高度的比值比欧美型合理，在污泥循环设备方面，选择余地小。
图7.3.4.古典型消化罐侧面图循环系统搅拌设备1).机械搅拌①螺旋桨搅拌：在一个竖向导流管中安装螺旋桨。
图7.3.5.螺旋桨式搅拌装置②水射器搅拌：水射器搅拌也称喷射泵。
一般设置在池中心，用水泵将消化池底部的污泥抽出后压入水射器的喷嘴，当污泥射入水射器的喉咙时，形成很大的负压，将消化池液面的消化液吸入，通过扩散管从池子下部排出形成一个循环搅拌。
图7.3.6.水射搅拌装置2).沼气搅拌①气提式搅拌：将沼气压入设在消化池的导管流管中部或底部，使沼气与消化液混合，含气泡的污泥即沿导流管上升，起提升作用，使池内消化液不断循环搅拌。
厌氧膜生物反应器的发展综述厌氧膜生物反应器是一种新型的生物反应器，它将厌氧发酵和膜分离技术相结合，具有高效能、高稳定性和高适应性的特点。
在过去几十年的发展中，厌氧膜生物反应器已经取得了许多研究成果，广泛应用于废水处理、能源生产和有机废物处理等领域。
本文将综述厌氧膜生物反应器的发展历程、应用领域和未来发展方向。
厌氧膜生物反应器最早是在20世纪80年代提出的，最初的研究集中在废水处理领域。
传统的厌氧发酵技术在处理高浓度有机废水时存在浓缩不足和处理效果不稳定的问题，而厌氧膜生物反应器的出现解决了这些问题。
通过在反应器内部安装微孔膜，可以实现有机物的浓缩和膜分离，提高废水处理效率和稳定性。
随着技术的不断发展和改进，厌氧膜生物反应器在废水处理领域得到了广泛应用。
除了废水处理，厌氧膜生物反应器还被应用于能源生产领域。
在厌氧发酵过程中，有机物可以被转化为甲烷气体，这种甲烷气体可以作为生物能源使用。
厌氧膜生物反应器可以有效地提高甲烷产量，并且可以处理不同种类的有机废物，如农业废物和食品废弃物。
因此，厌氧膜生物反应器在生物能源领域有着广阔的应用前景。
在过去的几十年中，厌氧膜生物反应器的研究得到了快速发展。
研究人员通过优化反应器结构和操作条件，提高了厌氧膜生物反应器的处理效率和稳定性。
同时，还研究了不同类型的膜材料和膜拓扑结构，以提高膜的耐污性和分离效果。
此外，还研究了膜气液接触方式、气液混合方式和厌氧膜生物反应器与其他处理单元的耦合方式等关键技术，以进一步提高厌氧膜生物反应器的性能。
未来，厌氧膜生物反应器的发展方向主要包括以下几个方面。
首先，需要进一步提高反应器的膜通量和分离效果，以应对处理规模的扩大和提高处理效率的要求。
其次，需要开发更加耐污的膜材料，提高反应器的稳定性和长期运行性能。
同时，还需要探索更加高效的生物反应器配置和操作方式，以进一步提高系统性能和降低运行成本。
此外，还可以开展厌氧膜生物反应器与其他生物技术的集成研究，以进一步提高废水处理和能源生产的综合效益。
工艺方法——厌氧生物反应器及其原理工艺简介1、升流式厌氧污泥床反应器（UASB）UASB是（Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket）的英文缩写。
名叫上流式厌氧污泥床反应器，是一种处理污水的厌氧生物方法，又叫升流式厌氧污泥床。
由荷兰Lettinga教授于1977年发明。
UASB由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。
在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。
要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。
沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。
沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。
2、厌氧颗粒污泥膨胀床反应器（EGSB）EGSB（Expanded Granular Sludge Blanket Reactor），中文名膨胀颗粒污泥床，是第三代厌氧反应器，于20世纪90年代初由荷兰Wageingen农业大学的Lettinga等人率先开发的。
其构造与UASB反应器有相似之处，可以分为进水配水系统、反应区、三相分离区和出水渠系统。
与UASB反应器不同之处是，EGSB 反应器设有专门的出水回流系统。
EGSB反应器一般为圆柱状塔形，特点是具有很大的高径比，一般可达3-5，生产装置反应器的高度可达15-20米。
颗粒污泥的膨胀床改善了废水中有机物与微生物之间的接触，强化了传质效果，提高了反应器的生化反应速度，从而大大提高了反应器的处理效能。
华北水利水电学院环境与市政工程学院何卫卫
随着我国经济发展和城镇建设步伐的加快，城市人口迅速增长，生产、生活用水量急剧增加。
根据清华大学紫光投资公司统计资料显示，２００１～２００７年我国的污、废水排水增长率０．８％，预计２００７～２０１０年污、废水排放年增长率为０．１％，这样到２０１０年我国的年污水排放量为７６３亿吨［１］。
城市污、废水排放量的大幅度增加势必将对水体环境质量造成严重的威胁。
因此，基于环境友好等优点，研制、应用高效并具有多种附加功能的厌氧污水处理工艺已成为亟待解决的问题，在污水处理的同时，实现污水的无害化、资源化处理。
一、厌氧反应器的发展历程
厌氧生物处理技术是对普遍存在于自然界的微生物过程的人为控制与强化，是处理有机污染和废水的有效手段，但由于人们对参与这一过程的微生物的研究和认识不足，致使该技术在过去的１００多年里发展缓慢。
厌氧微生物能够在不需要提供外源能量和氧气的情况下，以被还原有机物作为受氢体，通过自身代谢过程将废水中的有机物转化为无机物ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＨ４和少量细胞产物。
限制厌氧技术发展的原因主要有三个：第一，厌氧生物处理技术是一种多菌群、多层次的厌氧发酵过程，种群多，关系复杂；第二，有些种群之间呈互营共生性，分离鉴定的难度大；第三，厌氧条件下培养分离和鉴定细菌技术复杂［２］。
随着科学技术发展和分离鉴定技术水平的提高，原来限制该技术发展的瓶颈已被打破，该技术的优越性更加突现出来。
厌氧生物处理技术的反应器主体经历了三个时代。
１．第一代反应器。
Ｓｃｈｒｏｅｐｆｅｒ在２０世纪５０年代开发了厌氧接触反应器，这种反应器是在沉淀池中增设了
ＥＣＯ－ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ生态环境
在强度实验压力下保持１５分钟，压降为０．０３Ｍｐａ，不超过０．０５Ｍｐａ。
投产一次成功。
四、质量要求及评定
１．由于高密度聚乙烯管（ＨＤＰＥ）应用技术尚未完全成熟，有关质量评定指标尚未确定。
根据现场施工状况，采用焊口外观检查和水压实验进行质量的评定。
２．水压试验：设计压力下，稳压１小时，不渗不漏；然后，在强度实验压力１５分钟，压降不超过０．０５ＭＰａ为合格。
３．焊接口外观示符合焊接成功示样。
五、性能特点
高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）管具有以下优点：
１．优良的耐腐蚀性。
该管道不需要防腐，能够抵抗抗各种酸、碱、盐的腐蚀，化学稳定性好。
２．使用寿命长。
地埋管道在－２０℃－＋４０℃范围内可安全使用５０年以上；可靠性高，维修少或不需要维修。
３．适用范围广。
该管道洁净卫生、不滋生微生物；无毒、无味，可用于饮用水、建筑给水、生活污水、化工、医药、造纸、天然气、液化石油气、人工煤气输送等诸多领域。
其工作压力可达到１．０ＭＰａ。
４．抗静电。
外层防紫外线、防老化。
５．耐低温性能好。
低温脆化温度可达－７０℃。
６．保温性能好。
其导热系数为０．３５ｗ／ｍ・ｋ，仅为镀锌钢管的１／５０。
７．相当高的强度和柔韧性。
其抗冲击强度是ＵＰＶＣ管的５倍。
同时，管材可盘卷，系统完整性好。
８．自重轻。
重量仅为镀锌钢管的１／８，搬运、安装容易。
９．接头少，减少渗透机率：直管长度一般为９、１２米；Φ６３ｍｍ以下管材可盘卷，长度为５０、１００、１５０米。
１０．水利特性优越：在通常供水流速范围内，与相同管径的金属管道相比，高密度聚乙烯管的输水压力损失小，流速提高３０％左右（ＰＥ管绝对粗糙度为０．０１ｍｍ；钢管的绝对粗糙度为０．２ｍｍ。
在运行２０年后，金属管道的绝对粗糙度将增大５～１０倍，而聚乙烯管将不随时间变化），可输送更多的流量，节省动力消耗。
同时，由于管内壁平滑，不会聚集水垢。
１１．联结方式多样：可选择的有：电熔对接、热熔对接和法兰连接。
厌氧反应器的发展历程６４
河南科技２００７．８上
污泥回流装置，增大了厌氧反应器中的污泥浓度，进一步提高了处理效率与负荷。
这些反应器可称为最初的厌氧反应器，主要应用于污泥和粪肥的消化以及生活污水的处理。
厌氧微生物生长缓慢，世代时间长，足够长的停留时间是厌氧工艺成功的关键条件。
很显然厌氧消化池无法分离水流停留时间和污泥停留时间，这也是污泥消化池必须保持足够长的停留时间的原因之一。
一般消化工艺在中温（３０～３５℃）停留时间为２０～３０ｄ［３］。
２．第二代反应器。
２０世纪６０年代末，Ｙｏｕｎｇ和Ｍｃ－Ｃａｒｔｙ发明了基于微生物固定化原理的高速厌氧反应器——
—厌氧滤池。
这种技术的成功之处在于反应器中加入了固体填料，微生物由于附着生长在填料表面，免于水力冲刷而得到保留，巧妙地将生物固体平均停留时间和水力停留时间相分离，从而提高了厌氧微生物浓度，强化了传质作用，极大地提高了污泥负荷。
１９７１年荷兰Ｗａｇｎｉｎｇｅｎ大学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）反应器的雏形。
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。
颗粒污泥的出现，直接促进了以ＵＡＳＢ为代表的第二代厌氧反应器的应用和发展。
ＵＡＳＢ的最大特点是反应器内颗粒污泥浓度保证了高浓度的厌氧污泥，从此厌氧技术在主要发达国家得到了广泛的应用，直到今天世界上仍主要采用以ＵＡＳＢ为代表的第二代厌氧技术。
１９８０年，Ｓｗｉｔｚｅｎｂａｕｍ和Ｊｅｗｅｌｌ推出了厌氧固定膜膨胀床反应器，此外还有厌氧生物转盘和厌氧垂直折流式反应器等陆续问世。
为了进一步提高厌氧反应器的处理效果，１９８４年由加拿大学者Ｇｕｉｏｔ等人提出了上流式厌氧污泥床和上流式厌氧滤池结合型的新工艺，即上流式厌氧污泥床过滤器工艺。
后人将上述几种反应器统称为第二代厌氧反应器。
Ｈａｌｌ总结了高速厌氧工艺的典型性能，可生物降解有机物的去除率相对比较高，ＢＯＤ去除率达到８０～９０％，生物产气量大约是０．５ｍ３／ｋｇ・ＣＯＤ，相当于甲烷的产气量是０．３５ｍ３甲烷／ｋｇ・ＣＯＤ，污泥产生量低，一般为０．０５～０．１０ｍ３ｋｇＶＳＳ／ｋｇ・ＣＯＤ［４］。
３．第三代厌氧反应器。
ＵＡＳＢ反应器虽然利用了颗粒污泥实现了水力停留时间（ＨＲＴ）与污泥停留时间（ＳＲＴ）的分离，延长了污泥龄，保持了较高的污泥浓度，但在如何保持泥水的良好接触，强化传质过程，进一步加快生化反应速率方面却存在不足，例如反应器容易出现短流，当进水中悬浮物浓度较高时，会引起堵塞等。
第三代反应器则利用自身的特点较好的弥补了以上问题，减少了由于高的水力负荷产生的污泥流失问题。
厌氧颗粒污泥膨胀床（ＥＧＳＢ）反应器是Ｗａｇｅｎｉｎ－ｇｅｎ农业大学在２０世纪８０年代后期开始研究的新型厌氧反应器。
该反应器与ＵＡＳＢ反应器结构相似，但具有较大的高径比，并采用较高的处理水回流率，使反应器内保持较高的水流上升速度（３～１０ｍ／ｈ）［５］，颗粒污泥在反应器内处于悬浮状态，避免了在低温和低基质浓度的情况下由于产气量相对较少造成的局部短流和酸化现象。
污泥与进水之间的接触更为充分，从而可以获得较好的处理效率。
荷兰ＰＡＱＵＥＳ公司在１９８５年初建造了世界上第一个ＩＣ中试反应器［６］。
该反应器由２个厌氧反应区叠加而成，每个厌氧反应区的顶部都安装了气、液、固三相分离器，在结构上如同２个ＵＡＳＢ反应器的上下重叠串联。
底部的厌氧区为高负荷区，废水过配水系统进入这一区后与颗粒污泥充分混合，大部分的有机物经微生物作用转化为沼气，产生的沼气在集气室被收集后通过提升管上升，混合液在气提作用下同时上升。
在反应器顶部，沼气被排出，混合液顺回流管返回底部厌氧区，实现了出水的内循环，反应器上部的厌氧区为低负荷区，废水在这里得到进一步的处理。
ＩＣ反应器出水水质较为稳定，处理效果也较好。
由于开发者对该项技术的保密，有关ＩＣ反应器的研究报道相对较少，但可以预见，作为新型高速厌氧反应器，其在城市污水处理领域同样会有很大的发展。
二、结语
高效率厌氧处理系统必须满足的条件之一是：能够保持大量的活性厌氧污泥。
第二个条件，是使得进水和保持的污泥之间的良好接触。
今后厌氧反应器的发展方向应该围绕这两个基本条件，开发启动周期短、使用范围广，耐冲击负荷能力强，出水水质进一步提高的高效厌氧反应器。
参考文献：
［１］［６］裘湛，张之源．高速厌氧反应器处理城市污水的现状与发展［Ｊ］．合肥工业大学学报，２００２，２５（１）．
［２］北京水环境技术与设备研究中心等．三废水处理工程技术手册（废水卷）［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０００．
［３］张希衡等．废水厌氧生物处理工程［Ｍ］．北京：中国环境科学出版社，１９９６．
［４］张锡辉，刘勇弟．废水生物处理［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００３．
［５］王凯军．厌氧工艺的发展和新型厌氧反应器［Ｊ］．环境科学．１９９８，１９（１）．
ＥＣＯ－ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ
生态环境
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