最全厭氧反應器匯總及其優(yōu)劣探析

　　食品、生物、化工等行業(yè)排放大部分廢水都屬于高濃度有機廢水，僅利用常規(guī)的物化、生化處理較難達到處理目的，同時存在投資大，操作管理難，運行成本高等一系列問題。隨著科研的不斷深入，厭氧反應器作為一種高效的生物膜處理方法漸漸登上舞臺，它主要是利用微生物與污水中的有機物接觸吸附分解有機物，以達到有效處理有機廢水、廢棄物的目的。

　　“目前厭氧反應器的發(fā)展已經(jīng)歷了三代，本期小沼將對這三代最具代表性的厭氧反應器及其優(yōu)劣勢進行梳理，望對君從事有機廢水、廢棄物處理及大中型沼氣工程的建設有所幫助!”

　　第一代厭氧反應器

　　第一代反應器以厭氧消化池為代表，廢水與厭氧污泥完全混合，屬低負荷系統(tǒng)。包括：常規(guī)厭氧反應器(CADT)、全混式反應器(CSTR)、厭氧接觸消化器(ACP)等。

　　1常規(guī)厭氧反應器(CADT)

　　常規(guī)厭氧反應器也叫常規(guī)沼氣池，是一種結構簡單、應用廣泛的工藝類型。

　　CADT結構圖

　　該消化器無攪拌裝置，原料在其中呈自然沉淀狀態(tài)，一般分為4層，自上而下依次為浮渣層、上清液層、活性層和沉渣層，其中易于消化、活動旺盛的場所只限活性層，因而效率較低。

　　我國農村較為常見。

　　2全混式反應器(CSTR)

　　全混式消化器是在常規(guī)消化器中安裝了攪拌裝置，使得原料處于完全混合狀態(tài)，因而，使得活性區(qū)域遍布于整個消化區(qū)，效率相比于常規(guī)消化器明顯提高，故又稱高效消化器。該消化器常采用恒溫連續(xù)投料或半連續(xù)投料運行，適用于高濃度及含有大量懸浮固體原料的處理。

　　CSTR結構圖

　　攪拌器工作原理

　　3厭氧接觸消化器(ACP)

　　厭氧接觸工藝反應器是完全混合式的，是在CSTR基礎上進行了改進的一種較高效率的厭氧反應器。反應器排出的混合液首先在沉淀池中進行固液分離，污水由沉淀池上部排出，沉淀池下部的污泥被回流至厭氧消化池內。

　　ACP結構圖

　　第二代厭氧反應器

　　第二代反應器可以將固體停留時間和水力停留時間分離，能保持大量的活性污泥和足夠長的污泥齡，并注重培養(yǎng)顆粒污泥，屬高負荷系統(tǒng)。包括：厭氧濾池(AF)、厭氧流化床和膨脹床反應器(AFBR)、升流式厭氧污泥床(UASB)、厭氧折流板反應器(ABR)等。

　　1附著膜型消化器

　　附著膜型消化器的特征是在反應器內安裝有惰性支持物(又稱填料)供微生物附著，并形成生物膜。進料中的液體和固體在穿過填料時，滯留微生物附著在生物膜內，并且在HRT相當短的情況下，可阻止微生物沖出。因其具有短的SRT而影響固體物的轉化，這類反應器只適用于處理低濃度、低SS有機廢水。這種消化器主要有厭氧濾器、流化床和膨脹床兩種。

　　1)厭氧濾器(AF)

　　AF是采用填充材料作為微生物載體的一種高速厭氧反應器，厭氧菌在填充材料上附著生長，形成生物膜。生物膜與填充材料一起形成固定的濾床。厭氧濾床可分為上流式厭氧濾床和下流式厭氧濾床二種。

　　AF結構圖

　　2)厭氧流化床和膨脹床反應器(AFBR)

　　流化床和膨脹床反應器屬于附著生長型生物膜反應器，在其內部填有像砂粒一樣大小的(半徑0.2～0.5mm)惰性顆粒供微生物附著，如焦炭粉、硅藻土、粉炭灰和合成材料等，當有機污水自下而上穿過細小的顆粒層時，污水和所產氣體的升流速度足以使介質顆粒呈膨脹或流動狀態(tài)，每一個顆粒表面都被生物膜所覆蓋，能支持更多的微生物附著，使MRT比HRT更長，因而使消化器具有更高的效率。

　　AFBR結構圖

　　2上流式厭氧污泥床反應器(UASB)

　　UASB是目前發(fā)展最快的消化器之一，其特征是自下而上流動的污水流過膨脹的顆粒狀的污泥床。消化器分為三個區(qū)，即污泥床、污泥層和三相分離器。分離器將氣體分流并阻止固體物漂浮和沖出，使MRT比HRT大大增長，產甲烷效率明顯提高，污泥床區(qū)平均只占消化器體積的30%，但80~90%的有機物在這里降解。

　　三相分離器是UASB厭氧消化器的關鍵設備，主要功能是氣液分離、固液分離和污泥回流，但均由氣封、沉淀區(qū)和回流縫組成。

　　UASB結構圖

　　3厭氧折流板反應器(ABR)

　　在這種消化器里，由于擋板的阻隔使污水上下折流穿過污泥層。這樣每個單元就相當于一個反應器，反應器的總數(shù)等于各反應器之和。我國前些年曾引起該型消化器，用來處理酒精廢醪的丙酮丁醇廢醪，但在實際應用過程中其效果一直欠佳。同時由于要造成折流，使得消化器結構復雜、施工難、造價高。目前難以在生產中獲得廣泛應用。

　　ABR結構圖

　　第三代厭氧反應器

　　第三代反應器在將固體停留時間和水力停留時間相分離的前提下，使固、液兩相充分接觸，既能保持大量污泥又能使廢水和活性污泥之間充分混合、接觸，以達到真正高效的目的。包括：膨脹顆粒污泥床(EGSB)、內循環(huán)厭氧反應器(IC)、上流式污泥床過濾器(UBF)等。

　　1膨脹顆粒污泥床反應器(EGSB)

　　EGSB與UASB反應器的結構相似，不同的是EGSB反應器采用相當高的上流速度，因此，在EGSB反應器中顆粒污泥處于完全或部分“膨脹化”的狀態(tài)，即污泥床的體積由于顆粒之間平均距離的增加而擴大。為了提高上升速度，EGSB反應器采用較大的高度與直徑比和很大的回流比。

　　EGSB結構圖

　　2內循環(huán)厭氧反應器(IC)

　　內循環(huán)厭氧反應器，是目前世界上效率最高的厭氧反應器。該反應器集UASB反應器和流化床反應器于一身，利用反應器內所產生沼氣的提升力實現(xiàn)發(fā)酵料液的內循環(huán)。

　　IC結構圖

　　3上流式污泥床反應器(UBF)

　　UBF反應器是有UASB和AF結構的復合式反應器。反應器的下面是高濃度顆粒污泥組成的污泥床，上部是填料及其附著的生物膜組成的濾料層。其突出優(yōu)勢是反應器上部空間所架設的填料，不但在其表面生長微生物，且在其空隙截留懸浮微生物，利用原有的無效容積增加了生物總量，防止生物量的突然洗出，且由于填料的存在，夾帶污泥的氣泡在上升過程中與之碰撞，加速了污泥與氣泡的分離，從而降低了污泥的流失。

　　UBF結構圖

　　其它幾種厭氧消化器

　　1升流式固定床反應器(USR)

　　USR是一種結構簡單、適用于高懸浮固體原料的反應器。原料從底部進入消化器內，與消化器里的活性污泥接觸，使原料得到快速消化。未消化的生物質固體顆粒和沼氣發(fā)酵微生物靠自然沉降滯留于消化器內，上清液從消化器上部溢出，這樣可以得到比水力滯留期高得多的固體滯留期(SRT)和微生物滯留期(MRT)，從而提高了固體有機物的分解率和消化器的效率。在當前畜禽養(yǎng)殖行業(yè)糞污資源化利用方面，有較多的應用。許多大中型沼氣工程，均采用該工藝。

　　USR結構圖

　　2塞流式反應器(PFR)

　　塞流式反應器也稱推流式反應器，是一種長方形的非完全混合式反應器。高濃度懸浮固體發(fā)酵原料從一端進入，從另一端排出。消化器內沼氣的產生可以為料液提供垂直的攪拌作用，料液在沼氣池內無縱向混合，發(fā)酵后的料液借助于新鮮料液的推動作用而排走。

　　PFR結構圖

　　3纖維填料生物膜消化器

　　纖維填料固定床生物膜消化器實質上是 AF 結構形式的一種。采用維綸制成的纖維填料。

　　纖維填料生物膜消化器結構圖

　　4單元混合塞流式厭氧消化器(RPR)

　　RPR是在高濃度、塞流及攪拌三結合厭氧消化器(HCPF)基礎上根據(jù)厭氧發(fā)酵的不同階段，將消化器分解成若干個單元，并通過厭氧單元內的不同攪拌強度及單元之間的料液混合，實現(xiàn)高效厭氧消化的過程。

　　RPR結構圖

　　目前較為常見的幾種厭氧消化反應器優(yōu)劣勢及適用范圍對比總結如下：

　　以上就是目前較為常見的厭氧消化反應器，每一種反應器都有其優(yōu)缺點，但針對不同反應器的缺點，國內外都會有相應的解決方案，以實現(xiàn)厭氧消化的高效化，故以上優(yōu)劣勢的分析與梳理，僅供大家參考