环境生物技术课程作业2012 (1)

环境生物技术课程作业指导老师：徐洪斌、买文宁学生姓名：黄丽君学号：201112222515专业：环境工程学院：水利与环境学院日期：2012年6 月25日1.简述UASB反应器结构、优缺点、反应器的启动及改进构想？UASB反应器结构：（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。

（2）污泥悬浮层：污泥悬浮层位于污泥床的上部。

他占据整个UASB反应器容积的70%左右，其中的污泥浓度要低于污泥床。

（3）沉淀区：沉淀区位于UASB 反应器的顶部，其作用是使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)在沉淀区沉淀下来。

（4）三相分离器：三相分离器一般设在沉淀区的下部，但有时也可将其设在反应器的项部。

三相分离器的主要作用是将气体(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)等三相加以分离。

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。

（5）进水配水和排泥装置：进水配水装置一般由布水管和配水口组成，设置在反应器的中下部，对UASB的良好运转是至关重要的,进水系统兼有配水和水力搅拌的功能，保证进水有机物与活性污泥的接触。

排泥装置一般放在反应器的底部，也有放在悬浮污泥层的上部，排出污泥或浮渣。

优点：（1）构造简单巧妙：整个设备是集生物反应与沉淀于一体,反应器内不设机械搅拌,不装填料,构造较为简单,运行管理方便。

（2）污泥停留时间与水力停留时间的分离：由于在反应器内能维持很高的生物量,污泥龄(SRT)很长,废水在反应器内的水力停留时间(HRT)较短,使SRT大于HRT,因而反应器具有很高的容积负荷率和很好的运行稳定性,这是现代(第二代)厌氧反应器优于传统(第一代)厌氧反应器的最大区别。

（3）能耗低、产泥量少：由于UASB 反应器不需要供氧，不需要搅拌，不需要加温，在实现高效能的同时，达到了低能耗，并可提供大量的生物能沼气，因此，UASB反应器是一种产能型的废水处理设备。

由于SRT很长，不仅产生的污泥是稳定的，而且产泥量很少，从而降低了污泥处理费用。

（4）对多种废水有很好的适应性：除了含有有害有毒物质的有机废水外，UASB反应器几乎可适应不同行业排出的各类有机废水。

（5）厌氧颗粒污泥的培养：UASB反应器在处理大多数有机废水时，只要操作方法正确，一般均可在反应器内培养出厌氧颗粒污泥。

缺点：不能去除废水中的氮和磷UASB 反应器与其它厌氧处理设备一样，其不足之处是一般不能去除废水中的氮和磷。

这是因厌氧生化反应的本质决定的。

在处理高、中等浓度废水时，采用厌氧-好氧串联工艺，即用UASB反应器去除废水中大部分含碳有机物作为预处理，而用好氧处理设备去除残余的含碳有机物和氮磷等物质。

UASB反应器的启动：启动是以反应器接种污泥开始,以反应器中得到足够的适应于待处理废水并且能存留在反应器中的生物活性污泥为结束。

根据UASB反应器运行期间污泥形态的变化情况和运行控制条件的差异,启动过程可分为污泥驯化期、逐步提高负荷期和满负荷运行期三个阶段。

UASB的启动关键就是要形成适应待处理废水有机物的颗粒化污泥,并使其具有良好的沉淀功能。

UASB工艺之所以能高效稳定地运行,其原因除了通过对反应器的合理设计外,还主要在于操作过程对物理、化学和生物因子的综合优化。

污泥的颗粒化即为优化的重要结果,它是UASB工艺付之实际应用的关键。

影响UASB启动的操作因素主要包括:接种污泥的性质、数量与活性;废水的性质,包括废水的组成及污染物的浓度;环境条件,包括工艺运行的温度、pH值、营养配比、微量无机元素的种类与数量等;启动运行条件,包括初始负荷、负荷的提高方法、水力停留时间及混合等。

改进构想：反应器的结构对消化过程有很大的影响。

在UASB反应器中，有机质的去除大部分是在污泥床部完成的。

传统的结构由于污泥的上浮流失限制了负荷的提高，因而体积庞大，效率较低。

引起污泥上浮流失的主要原因是产气量，因此采用在反应器悬浮层下部增设排气口的新型结构，可以有效地防止污泥的上浮流失，缩小反应器的体积，使有机质的去除集中在污泥床部完成，因而可大大提高其容积负荷。

小试反应器负荷高达60一70kgCOD/m，·d，水力停留时间低至2小时左右仍能稳定运行。

此结构易于实施，有很大的实用价值。

2.IC反应器的结构、优缺点？IC反应器实际上是由上下两个UASB一体化组合而成，底部为高负荷运行的第一反应室，上部为低负荷运行的第二反应室，第一反应室的集气罩装有气提管，并通至位于IC反应器顶部的气液分离室，气液分离室底部则有一通至IC底部的回流管，总体上，IC反应器由混合（进水布水）、主处理（第一反应室）、精处理（第二反应室）和回流四个部分组成。

优点：IC 反应器的构造及其工作原理决定了其在控制厌氧处理影响因素方面比其它反应器更具有优势。

（1）容积负荷高：IC反应器内污泥浓度高，微生物量大，且存在内循环，传质效果好，进水有机负荷可超过普通厌氧反应器的3倍以上。

（2）节省投资和占地面积：IC 反应器容积负荷率高出普通UASB 反应器3倍左右，其体积相当于普通反应器的1/4—1/3 左右，大大降低了反应器的基建投资；而且IC反应器高径比很大（一般为4—8），所以占地面积少。

（3）抗冲击负荷能力强：处理低浓度废水（COD=2000—3000mg/L）时，反应器内循环流量可达进水量的2—3 倍；处理高浓度废水（COD=10000—15000mg/L）时，内循环流量可达进水量的10—20倍。

大量的循环水和进水充分混合，使原水中的有害物质得到充分稀释，大大降低了毒物对厌氧消化过程的影响。

（4）抗低温能力强：温度对厌氧消化的影响主要是对消化速率的影响。

IC反应器由于含有大量的微生物，温度对厌氧消化的影响变得不再显著和严重。

通常IC反应器厌氧消化可在常温条件（20—25 ℃）下进行，这样减少了消化保温的困难，节省了能量。

（5）具有缓冲pH值的能力：内循环流量相当于第1 厌氧区的出水回流，可利用COD转化的碱度，对pH值起缓冲作用，使反应器内pH值保持最佳状态，同时还可减少进水的投碱量。

（6）内部自动循环，不必外加动力：普通厌氧反应器的回流是通过外部加压实现的，而IC 反应器以自身产生的沼气作为提升的动力来实现混合液内循环，不必设泵强制循环，节省了动力消耗。

缺点：（1）在污水可生化性不是太好的情况下，由于水力停留时间比较短去除率低而增加了好氧的负担。

（2）IC由于气体内循环，特别是对进水水质不太稳定的厂，导致IC 出水水量极不稳定，出水水质也相对不稳定，有时可能还会出现短暂不出水现象，对后序处理工艺是有影响的。

3.详述好氧污泥颗粒化？目前流行的颗粒污泥形成机理主要有以下几种。

（1）“晶核假说”原理Lettinga等早期曾提出了有关厌氧颗粒污泥形成机理“晶核假说”原理。

该原理认为颗粒污泥的形成类似于结晶过程。

在晶核的基础上，颗粒污泥不断发育，最终形成了成熟的颗粒污泥。

晶核一般来源于接种污泥或反应器运行过程中产生的无机盐沉淀或惰性有机物质。

Van der Hoek更是认为投加钙离子会加速形成颗粒污泥的原因是因为钙离子为颗粒污泥提供了晶核。

对于好氧颗粒污泥，很多研究也证实了“晶核假说”原理。

Heijnen等人向气提式内循环反应器（BAS）中投加一定量的惰性载体（直径0.1mm，球状），形成了具有去除COD和氨氮的能力好氧生物膜颗粒污泥。

吴晓磊等人向曝气池中投加化学活性载体（石灰、FeCl3）和多孔悬浮载体（聚氨脂泡沫），发现当向反应器中投加100mg/L石灰或15mg/L FeCl3后反应器中出现了约占反应器污泥总体积10%，粒径为0.3～1.0mm的好氧颗粒污泥。

管运涛等向反应器中投加了人工诱导剂Ca(OH)2，浓度为500mg/L，也形成了少量的好氧颗粒污泥。

卢然超等利用厌氧颗粒污泥作为接种污泥成功的培养出具有脱氮除磷能力的颗粒污泥，但是在利用普通好氧絮状污泥作为接种污泥时却没有培养成功。

上述的各种方法均是向反应器中投加一定的惰性载体、无机离子或是利用厌氧接种污泥来给好氧颗粒污泥提供晶核，以提高微生物自身聚集成颗粒状态的能力，从而加速好氧颗粒污泥的形成过程。

（2）胞外多聚物（Extra celleular Polymer，简称ECP）假说胞外多聚物假说是目前比较流行的假说。

近期研究表明，胞外多聚物中的成份和比例与污泥沉降性能有极为密切的关系。

Ross等提出细胞通过胞外多聚物的架桥作用而连接在一起，从而形成了颗粒污泥。

Schmidt等在总结以往大量研究成果的基础上提出了一个基于胞外多聚物假说并综合其它各种假说的模型。

ECP主要是胞外多糖、胞外多肽等物质。

在改变细菌表面物理化学作用、促进细胞相互聚集生长、维持颗粒体的外形结构等方面起着重要的作用。

（3）自凝聚（auto-immobilization或self-immobilization）原理自凝聚现象是生物处理系统中的微生物在适当的环境条件下，相互聚合形成一种密度较大，体积较大，活性和传质条件都较好的微生物同生体颗粒的现象。

一般认为只要满足必要的条件，这种现象就会自然的发生。

目前，绝大多数的好氧颗粒污泥都是在人工创造这种适当环境下培养出来的。

卢然超[6]在培养好氧颗粒污泥时，采用了第一周期进原水、第二周期进不含碳源废水的方式。

其理由是抑制了非除磷菌的正常繁殖与生长。

E Morgenroth、Wangqiang、Beun等在SBR反应器中培养好氧颗粒污泥。

他们都采用了较短的沉降时间和HRT。

目的就是将沉降性能较差的絮状污泥洗出，从而使得细菌只有相互凝聚在一起，形成密度较大、沉降性能较好的颗粒污泥才能保持在反应器中。

Fang指出，生物颗粒化现象是一种进化发展的过程。

也就是说，在适宜颗粒污泥存在的条件下，细菌会慢慢的进化，最终达到颗粒污泥的状态。

（4）细胞表面疏水性假说实验验证，不同条件下形成的好氧颗粒污泥与细胞表面疏水性有着密切的关系。

Tay等发现以葡萄糖和乙酸为唯一碳源培养出来的好氧颗粒污泥细胞表面疏水性分别为68%和73%，而悬浮污泥的疏水性仅为39%。

颗粒污泥的细胞疏水性是悬浮污泥的2倍。

由此说明，较高的疏水性有利于形成颗粒污泥。

细胞表面疏水性假说认为，SBR工艺独特的周期性操作有利于提高细胞表面的疏水性，从而强化细胞的颗粒化过程。

Chiesa等在SBR反应器中发现，当微生物处于底物不足的情况下（即饥饿阶段），细胞的疏水性也有所提高。

但是也有学者经过试验后却没有得到与Chiesa相同的结论。

上面提到过，人工创造适当的条件就会形成好氧颗粒污泥。

Qin研究的结果表明，当经过选择压法培养后，好氧颗粒污泥细胞表面的疏水性为70%，而接种污泥的疏水性仅为20%。