各种污水处理设备原理介绍

水解酸化罐

水解（酸化）处理方法是一种介于好氧和厌氧处理法之间的方法，和其它工艺组合可以降低处理成本提高处理效率。水解酸化工艺根据产甲烷菌与水解产酸菌生长速度不同，将厌氧处理控制在反应时间较短的厌氧处理第一和第二阶段，即在大量水解细菌、酸化菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质的过程，从而改善废水的可生化性，为后续处理奠定良好基础。

水解是指有机物进入微生物细胞前、在胞外进行的生物化学反应。微生物通过释放胞外自由酶或连接在细胞外壁上的固定酶来完成生物催化反应。

水解酸化池

酸化是一类典型的发酵过程，微生物的代谢产物主要是各种有机酸。

从机理上讲，水解和酸化是厌氧消化过程的两个阶段，但不同的工艺水解酸化的处理目的不同。水解酸化-好氧生物处理工艺中的水解目的主要是将原有废水中的非溶解性有机物转变为溶解性有机物，特别是工业废水，主要将其中难生物降解的有机物转变为易生物降解的有机物，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧处理。考虑到后续好氧处理的能耗问题，水解主要用于低浓度难降解废水的预处理。混合厌氧消化工艺中的水解酸化的目的是为混合厌氧消化过程的甲烷发酵提供底物。而两相厌氧消化工艺中的产酸相是将混合厌氧消化中的产酸相和产甲烷相分开，以创造各自的最佳环境。

SPIC厌氧反应器

1) SPIC厌氧反应器污泥生长速度快

SPIC厌氧反应器在处理高浓度废水的同时，能产生大量多余的厌氧颗粒污泥，为企业创造经济效益。

SPIC厌氧反应器的重要技术优势之一就是污泥生长速度快。国内的相同产品运行不好的根本原因是厌氧污泥生长速度慢或不生长，颗粒污泥的生长直接决定了

厌氧反应器运行的好坏及CODcr的去除率。

SPIC厌氧反应器不跑泥是其另一技术优势（这取决于SPIC厌氧反应器内部结

构的合理性以及调试技术）。传统的UASB等厌氧反应器大部分存在严重的跑

泥现象，不但不能产生过量的厌氧颗粒污泥，而且随着厌氧反应器的运行，起初加入的厌氧菌种会减少，需要定期购买厌氧颗粒污泥进行补充，为企业增加了经济负担。

2）该厌氧反应器进水pH适应范围广，节省加碱量，为企业降低运行费用

若采用普通的厌氧反应器，需加碱将进水pH值调节至6.5-7.5之间，SPIC厌氧反应器具有强大的内部循环系统，对pH起到缓冲作用，使反应器内的pH保持稳定，进水不用调节pH即可满足要求，因此相对于其他传统IC及UASB、EGSB厌氧反应器而言，可减少进水的投碱量，从而节约药剂用量，降低运行费用。

3）布水均匀，无堵塞

进水布水器的搅拌作用是厌氧反应器中一个巨大的能量来源，但是当布水器的搅拌作用产生的上升流速达不到一定速度时，反应器内产生的沼气容易在颗粒污泥层中累积，产气量不均匀，造成内循环不稳定，形成一定的恶性循环。

我公司厌氧反应器布水系统经过严格的设计计算，并结合同类废水实际处理经验，将原有点式布水改造成为现有的旋流式布水方式，一方面使得布水更加均匀，另一方面，使得颗粒污泥与废水能更好的混合，使厌氧反应器内保持较高的上升流速，较高的上升流速使得厌氧污泥中产生的沼气能迅速的释放，不在颗粒污泥中停留，相对稳定的运行环境使污泥能快速均匀的生长，保证厌氧反应器的出水效果。

4）耐冲击负荷强

由于SPIC中存在着内循环系统，内循环系统的能力主要由反应器内产生的沼气提供，当COD负荷增加时，沼气的产生量随之增加，由此内循环的气提增大。处理高浓度废水时，内循环的流量可达进水流量的10～20倍。废水中高浓度和有害物质得到充分稀释，大大降低有害程度，从而提高了反应器的耐冲击负荷能力；当COD负荷较低时，沼气产量也低，从而形成较低的内循环流量。因此，内循环实际为反应器起到了自动平衡COD冲击负荷的作用。

而仅仅依靠外循环或者是根本就不具备循环系统的EGSB和UASB反应器对废水的负荷变化适应性非常的差，容易造成污泥的解体，造成跑泥现象，而大部分的生产废水均具有生产瞬时性的特点，废水在较短的时间内，水质变化非常大，如果没有良好的循环系统，会导致厌氧反应器运行很差，严重影响出水水质。5）毒性抑制耐受力

一般厌氧反应器内的菌种采用的是污泥菌种内部构成单一，菌种数量及菌群菌种较少，结构非常的简单，因此废水较低的毒性即可抑制细菌的生长甚至将菌种致死。而SPIC中的颗粒污泥菌种则不同，是由数以千万计，乃至上亿的不同的菌群构成的复杂的生态系统，因而可以适应不同的水质状况及含有毒性物质的废水。6）系统收益

SPIC反应器的表面积较小，而且具备完整的沼气回收系统，将沼气回收利用不但防止了空气污染，而且具备一定得经济效益；不仅如此，SPIC反应器颗粒污泥生长速度快，目前国内颗粒污泥菌种更是供不应求，有颗粒污泥及沼气两部分收益，污水处理站不但能实现零费用运行，还可以有一定的经济收益。而一般的厌氧反应系统(UASB和EGSB)均存在严重的跑泥现象，在运行过程中不但没有剩余污泥排出，还经常需要补充一定的菌种，运行费用高；

7）三相分离器具有很强的耐腐蚀性

我公司设计的三相分离器设计合理，使用强耐腐蚀材料，具有耐腐蚀性强，结构强度高等优点，厌氧反应器在运行过程，会产生大量的脂肪酸和沼气，脂肪酸的产生会对设备造成较为严重的腐蚀性，而沼气产生过程中会对反应器内部形成较强的气流压力，对三相分离器形成一定的冲击力，我公司使用的三相分离器具有很强的耐腐蚀性并且结构强度高，厌氧反应过程中产生的酸和气体不会对其造成副作用。

8）调试时间短

SPIC初次启动调试时间约为10～15天，二次启动时间约为7～10天，而UASB 和EGSB的初次调试时间分别为60～180天和50天，二次启动时间分别为30～60天和30天，较长的调试时间使得在生产周期内大部分的时间废水不能达标排放严重污染周边环境。

SPIC厌氧反应器设备、管道安装完成，具备调试条件后，15天可使SPIC厌氧

反应器出水达到设计负荷，出水水质达到设计水质要求，CODcr去除率达到90%以上。

9）菌种更成熟稳定

厌氧工艺的稳定性和高效性很大程度上取决于生成具有优良沉降性能和高甲烷

活性的污泥，尤其是颗粒状污泥，我公司SPIC厌氧反应器内产生的颗粒污泥生长速度快，污泥粒度分布均匀，活性更高，而且颗粒污泥的适应温度在30~37℃，适应范围更广，抗冲击能力更强。

SPIC厌氧反应器采用两层三相分离器，泥、水、气能更好的分离，将颗粒污泥截留在反应器内，防止厌氧处理系统跑泥现象的产生，保证较长的固体停留时间，使反应器在较高的生物浓度状态下高效运行。

而国内的传统的厌氧反应器内的菌种污泥多以松散的絮凝状体存在，适应性较差，污泥容易解体，容易出现污泥上浮流失，使传统厌氧反应器不能在较高的负荷下稳定运行。

10）运行状况更好，出水水质更稳定

一般的厌氧反应器内的流态相当复杂，反应区内的流态与产气量和反应区高度相关，一般来说，反应区下部污泥层内，由于产气的结果，部分断面通过的气量较多，形成一股上升的气流，带动部分混合液（指污泥与水）作向上运动。与此同时，这股气、水流周围的介质则向下运动，造成逆向混合，这种流态造成水的短流。在远离这股上升气、水流的地方容易形成死角。系统内的这种死角及短流状态使得废水不能得到充分彻底的处理，出水水质不稳定。

芬顿反应器

Fenton（中文译为芬顿）是为数不多的以人名命名的无机化学反应之一。1893年,化学家Fenton HJ 发现，过氧化氢(H2O2) 与二价铁离子的混合溶液具有强氧化性，可以将当时很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态，氧化效果十分显著。但此后半个多世纪中，这种氧化性试剂却因为氧化性极强没有被太多重视。但进入20 世纪70 年代，芬顿试剂在环境化学中找到了它的位

置，具有去除难降解有机污染物的高能力的芬顿试剂，在印染废水、含油废水、含酚废水、焦化废水、含硝基苯废水、二苯胺废水等废水处理中体现了很广泛的应用。当芬顿发现芬顿试剂时，尚不清楚过氧化氢与二价铁离子反应到底生成了什么氧化剂具有如此强的氧化能力。二十多年后，有人假设可能反应中产生了羟基自由基，否则，氧化性不会有如此强。因此，以后人们采用了一个较广泛引用的化学反应方程式来描述芬顿试剂中发生的化学反应：

Fe2+ + H2O2→Fe3+ + （OH）-+OH·①

从上式可以看出，1mol的H2O2与1mol的Fe2+反应后生成1mol的Fe3+，同时伴随生成1mol的OH-外加1mol的羟基自由基。正是羟基自由基的存在，使得芬顿试剂具有强的氧化能力。据计算在pH = 4 的溶液中，OH·自由基的氧化电势高达2. 73 V。在自然界中，氧化能力在溶液中仅次于氟气。因此，持久性有机物，特别是通常的试剂难以氧化的芳香类化合物及一些杂环类化合物，在芬顿试剂面前全部被无选择氧化降解掉。1975 年,美国著名环境化学家Walling C 系统研究了芬顿试剂中各类自由基的种类及Fe 在Fenton 试剂中扮演的角色，得出如下化学反应方程：

H2O2 + Fe3+ → Fe2+ + O2 + 2H+ ②

O2 + Fe3+→ Fe2+ + O2·③

可以看出,芬顿试剂中除了产生1 摩尔的OH·自由基外,还伴随着生成1 摩尔的过氧自由基O2·，但是过氧自由基的氧化电势只有1.3 V左右，所以，在芬顿试剂中起主要氧化作用的是OH·自由基。

UASB上流式厌氧污泥床

引言/UASB

厌氧生物处理作为利用厌氧性微生物的代谢特性，在毋需提供外源能量的条件下，以被还原有机物作为受氢体，同时产生有能源价值的甲烷气体。厌氧生物处理法不仅适用于高浓度有机废水，进水BOD最高浓度可达数万mg/l，也可适用于低浓度有机废水，如城市污水等。

厌氧生物处理过程能耗低；有机容积负荷高，一般为5－10kgCOD/m3.d，

最高的可达30-50kgCOD/m3.d；剩余污泥量少；厌氧菌对营养需求低、耐毒性强、可降解的有机物分子量高；耐冲击负荷能力强；产出的沼气是一种清洁能源。

在全社会提倡循环经济，关注工业废弃物实施资源化再生利用的今天，厌氧生物处理显然是能够使污水资源化的优选工艺。近年来，污水厌氧处理工艺发展十分迅速，各种新工艺、新方法不断出现，包括有厌氧接触法、升流式厌氧污泥床、档板式厌氧法、厌氧生物滤池、厌氧膨胀床和流化床，以及第三代厌氧工艺EGSB和IC厌氧反应器，发展十分迅速。

而升流式厌氧污泥床UASB( Up-flow Anaerobic Sludge Bed，注：以下简称UASB）工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点，作为能够将污水中的污染物转化成再生清洁能源——沼气的一项技术。对于不同含固量污水的适应性也强，且其结构、运行操作维护管理相对简单，造价也相对较低，技术已经成熟，正日益受到污水处理业界的重视，得到广泛的欢迎和应用。

本文试图就UASB的运行机理和工艺特征以及UASB的设计启动等方面作一简要阐述。

UASB的由来/UASB

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。

UASB工作原理/UASB

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沼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。

基本出要求有：

（1）为污泥絮凝提供有利的物理、化学和力学条件，使厌氧污泥获得并保持良好的沉淀性能；

（2）良好的污泥床常可形成一种相当稳定的生物相，保持特定的微生态环境，能抵抗较强的扰动力，较大的絮体具有良好的沉淀性能，从而提高设备内的污泥浓度；

（3）通过在污泥床设备内设置一个沉淀区，使污泥细颗粒在沉淀区的污泥层内进一步絮凝和沉淀，然后回流入污泥床内。

UASB内的流态和污泥分布/UASB

UASB内的流态相当复杂，反应区内的流态与产气量和反应区高度相关，一般来说，反应区下部污泥层内，由于产气的结果，部分断面通过的气量较多，形成一股上升的气流，带动部分混合液（指污泥与水）作向上运动。与此同时，这股气、水流周围的介质则向下运动，造成逆向混合，这种流态造成水的短流。在远离这股上升气、水流的地方容易形成死角。在这些死角处也具有一定的产气量，形成污泥和水的缓慢而微弱的混合，所以说在污泥层内形成不同程度的混合区，这些混合区的大小与短流程度有关。悬浮层内混合液，由于气体币的运动带动液体以较高速度上升和下降，形成较强的混合。在产气量较少的情况下，有时污泥层与悬浮层有明显的界线，而在产气量较多的情况下，这个界面不明显。有关试验表明，在沉淀区内水流呈推流式，但沉淀区仍然还有死区和混合区。

UASB内污泥浓度与设备的有机负荷率有关。是处理制糖废水试验时，UASB

内污泥分布与负荷的关系。从图中可看出污泥层污泥浓度比悬浮层污泥浓度高，悬浮层的上下部分污泥浓度差较小，说明接近完全混合型流态，反应区内污泥的颁，当有机负荷很高时污泥层和悬浮层分界不明显。试验表明，污水通过底部0．4－0．6m的高度，已有90％的有机物被转化。由此可见厌氧污泥具有极高的活性，改变了长期以来认为厌氧处理过程进行缓慢的概念。在厌氧污泥中，积累有大量高活性的厌氧污泥是这种设备具有巨大处理能力的主要原因，而这又归于污泥具有良好的沉淀性能。

UASB具有高的容积有机负荷率，其主要原因是设备内，特别是污泥层内保有大量的厌氧污泥。工艺的稳定性和高效性很大程度上取决于生成具有优良沉降性能和很高甲烷活性的污泥，尤其是颗粒状污泥。与此相反，如果反应区内的污泥以松散的絮凝状体存在，往往出现污泥上浮流失，使UASB不能在较高的负荷下稳定运行。

根据UASB内污泥形成的形态和达到的COD容积负荷，可以将污泥颗粒化过程大致分为三个运行期：

（1）接种启动期：从接种污泥开始到污泥床内的COD容积负荷达到5kgCOD/m3．d左右，此运行期污泥沉降性能一般；

（2）颗粒污泥形成期：这一运行期的特点是有小颗粒污泥开始出现，当污泥床内的总SS量和总VSS量降至最低时本运行期即告结束，这一运行期污泥沉降性能不太好；

（3）颗粒污泥成熟期：这一运行期的特点是颗粒污泥大量形成，由下至上逐步充满整个UASB。当污泥床容积负荷达到16kgCOD/m3．d以上时，可以认为颗粒污泥已培养成熟。该运行期污泥沉降性很好。

外设沉淀池防止污泥流失/UASB

在UASB内虽有气液固三相分离器，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。

设置外部沉淀池的好处是：

（1）污泥回流可加速污泥的积累，缩短启动周期；

（2）去除悬浮物，改善出水水质；

（3）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；

（4）回流污泥可作进一步分解，可减少剩余污泥量。

UASB的设计/UASB

UASB的工艺设计主要是计算UASB的容积、产气量、剩余污泥量、营养需求的平衡量。

UASB的池形状有圆形、方形、矩形。污泥床高度一般为3－8m，多用钢筋混凝土建造。当污水有机物浓度比较高时，需要的沉淀区与反应区的容积比值小，反应区的面积可采用与沉淀区相同的面积和池形。当污水有机物浓度低时，需要的沉淀面积大，为了保证反应区的一定高度，反应区的面积不能太大时，则可采用反应区的面积小于沉淀区，即污泥床上部面积大于下部的池形。

气液固三相分离器是UASB的重要组成部分，它对污泥床的正常运行和获良好的出水水质起十分重要的作用，因此设计时应给予特别的重视。根据经验，三相分离器应满足以下几点要求：

1、混和液进入沉淀区之关，必须将其中的气泡予以脱出，防止气泡进入沉淀区影响沉淀；

2、沉淀器斜壁角度约可大于45度角；

3、沉淀区的表面水力负荷应在0.7m3/m2.h以下，进入沉淀区前，通过沉淀槽低缝的流速不大于2m/m2.h；

4、处于集气器的液一气界面上的污泥要很好地使之浸没于水中；

5、应防止集气器内产生大量泡沫。

第2、3两个条件可以通过适当选择沉淀器的深度－面积比来加以满足。

对于低浓度污水，主要用限制表面水力负荷来控制；对于中等浓度和高浓度污水，在极高负荷下，单位横截面上释放的气体体积可能成为一个临界指标。但是直到

现在国内外所取得的成果表明，只要负荷率不超过20kgCOD/m3.d，UASB高度尚未见到有大于10m的报道，第三代厌氧反应器除外。

污泥与液体的分离基于污泥絮凝、沉淀和过滤作用。所以在运行操作过程中，应该尽可能创造污泥能够形成絮凝沉降的水力条件，使污泥具有良好的絮凝、沉淀性能，不仅对于分离器的工作是具有重要意义，对于整个有机物去除率更加至关重要。

特别要注意避免气泡进入沉淀区，要使固——液进入沉淀区之前就与气泡很好分离。在气——液表面上形成浮渣能迫使一些气泡进入沉淀区，所以在设计中必须事先就考虑到：

（1）采用适当的技术措施，尽可能避免浮渣的形成条件，防范浮渣层的形成；

（2）必须要有冲散浮渣的设施或装置，在污泥反应区一旦出现浮渣的情况下，能够及时破坏浮渣层的形成，或能够及时排除浮渣。

如上所述，UASB中污水与污泥的混合是靠上升的水流和发酵过程中产生的气泡来完成的。因此，一般采用多点进水，使进水均匀地分布在床断面上，其中的关键是要均匀——匀速、匀量。

UASB容积的计算一般按有机物容积负荷或水力停留时间进行。设计时可通过试验决定参数或参考同类废水的设计和运行参数。

UASB的启动/UASB

1、污泥的驯化

UASB设备启动的难点是获得大量沉降性能良好的厌氧颗粒污泥。最好的办法加以驯化，一般需要3－6个月，如果靠设备自身积累，投产期最长可长达1－2年。实践表明，投加少量的载体，有利于厌氧菌的附着，促进初期颗粒污泥的形成；比重大的絮状污泥比轻的易于颗粒化；比甲烷活性高的厌氧污泥可缩短启动期。

2、启动操作要点

（1）最好一次投加足够量的接种污泥；

（2）启动初期从污泥床流出的污泥可以不予回流，以使特别轻的和细碎污泥跟

悬浮物连续地从污泥床排出体外，使较重的活性污泥在床内积累，并促进其增殖逐步达到颗粒化；

（3）启动开始废水COD浓度较低时，未必就能让污泥颗粒化速度加快；

（4）最初污泥负荷率一般在0.1－0.2kgCOD/kgTSS.d左右比较合适；

（5）污水中原来存在的和厌氧分解出来的多种挥发酸未能有效分解之前，不应随意提高有机容积负荷，这需要跟踪观察和水样化验；

（6）可降解的COD去除率达到70—80％左右时，可以逐步增加有机容积负荷率；

（7）为促进污泥颗粒化，反应区内的最小空塔速度不可低于1m/d，采用较高的表面水力负荷有利于小颗粒污泥与污泥絮凝分开，使小颗粒污泥凝并为大颗粒。

UASB工艺的优缺点/UASB

UASB的主要优点是：

1、UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为20－40gVSS/1；

2、有机负荷高，水力停留时间短，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3.d左右；

3、无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动；

4、污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题；

5、UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。

主要缺点是：

1、进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在100mg/l以下；

2、污泥床内有短流现象，影响处理能力；

3、对水质和负荷突然变化较敏感，耐冲击力稍差。

结语/UASB

UASB工艺近年来在国内外发展很快，应用面很宽，在各个行业都有应用，生产性规模不等。实践证明，它是污水实现资源化的一种技术成熟可行的污水处理工艺，既解决了环境污染问题，又能取得较好的经济效益，具有广阔的应用前

景。

一体化污水处理设备

针对各种规模较小的分散性污水（小规模生活污水及小规模生产废水），我公司专门研发了一种集成式的高效污水生物处理设备。

设备特点：

1、一体化污水处理设备是一种集成化、自动化的污水处理装置；

2、在设计上结构紧凑、占地面积小、高效节能、自动化控制、能耗低、处理水质好、无人看管、全自动运行、安装调试简单方便、运行稳定高效等显著优点；

3、设备可全埋、半埋或放置地表以上可不按标准形式排列，并根据地形需要设置。设备埋地设置基本不占地表面积，可作绿化地、停车场、道路等；

4、配套设备采用国内知名品牌，产品质量高；

5、材质选择上可选用玻璃钢、碳钢、不锈钢，选材灵活

6、根据客户要求，可实现专业化定制，已经实现标准化生产,20天内基本可以完成安装调试。

适用范围：

该设备适用于教育科研机构、洗车、餐饮服务场所、旅游风景区、车站、码头、船驳、高速公路服务区、水源敏感区域、新农村建设、城镇分散型点污染源等区域的生活污水处理，以及屠宰、电镀、涂料、喷涂等行业。