EGSB介绍[共52页]

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1、 厌氧颗粒污泥膨胀床Expanded Granular Sludge Bed(EGSB) 建筑与土木工程 仇鑫 MZ 150575 定义定义： 厌氧颗粒污泥膨胀床反应器厌氧颗粒污泥膨胀床反应器 expanded granular sludge blanket reactor (简称EGSB)是指由底部的污泥区和中上部气、液、固三相分离区合为一体的，通过回流和结构设计使废水在反应器内具有较高上升流速，反应器内部颗粒污泥处于膨胀状态的有机物降解高塔式厌氧装置。 EGSB反应器结构图 EGSB(Expanded Granular Sludge Blanket Reactor)，中文名膨胀颗粒污泥床膨

2、胀颗粒污泥床，是在上流式厌氧污泥床(UASB)反应器的研究成果上，开发的第三代高效厌氧反应器， 与IC反应器同属于第三代高效厌氧反应器 于20世纪90年代初由荷兰瓦格宁根（Wageingen）农业大学的Lettinga等人率先开发。 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 EGSB EGSB反应器对有机物的降解反应器对有机物的降解原理原理 在废水的厌氧处理过程中，废水的有机物经大量微生物的共同作用，被最终转化为甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氨。不同的微生物的代谢过程相互影响，相互制约，形成复杂的生态系统。

3、复杂有机物降解过程图复杂物料的厌氧降解过程可被分为四个阶段四个阶段： 水解阶段水解阶段 复杂有机物不能直接透过细胞膜，它们在第一阶段被细菌胞外酶分解为小分子，这些水解产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用（包括蛋白质水解、碳水化合物的水解和脂类水解） 酸化阶段（发酵阶段）酸化阶段（发酵阶段） 在这一阶段，小分子的化合物在酸化菌的细胞内转化为更为简单的化合物，并分泌到细胞外。这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸(VFA)、醇类、乳酸、二氧化碳、硫化氢和氨（包括氨基酸和糖类的厌氧氧化、较高级的脂肪酸于醇类的厌氧氧化） 产乙酸阶段产乙酸阶段 酸化阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸及新的细胞物质（

4、包括中间产物转化为乙酸和氢气、氢气和二氧化碳形成乙酸） 产甲烷阶段产甲烷阶段 这一阶段里，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被转化甲烷、二氧化碳和新的细胞物质（包括乙酸转化为甲烷、氢气和二氧化碳转化为甲烷） 1.结构结构： EGSB反应器主要包括布水装置布水装置、三相分离器三相分离器、出水收集装置出水收集装置、循环循环装置装置、气液分离器气液分离器、排泥装置排泥装置及加加热和保温装置热和保温装置。 EGSB 反应器的结构和特征反应器的结构和特征EGSB反应器结构示意图1.1布水装置布水装置 u 布水装置宜采用一管多孔式布水一管多孔式布水，孔口流速应大于2m/s，穿孔管直径大于100mm。u 配水管

5、中心距反应器池底宜保持150mm250mm的距离。u 宜选用机械强度和化学稳定性好的卵石作承托层，卵石直径宜为8mm16mm，厚度宜为200mm300mm。 1.2三相分离装置三相分离装置 可采用整体式整体式或组合式组合式的三相分离器 沉淀区的表面负荷小于3.0m3/（m2 h），停留时间宜为1.0h1.5h。 出气管的直径应保证从集气室引出沼气 集气室的上部应设置消泡喷嘴 三相分离器基本构造图 EGSB反应器可采用单层单层三相分离器，也可采用双层双层三相分离器。 设置双层三相分离器时，下层三相分离器设置在反应器中部中部，上层三相分离器设置在反应器上部上部。 三相分离器一般选用高密度聚乙烯（H

6、DPE）、碳钢、不锈钢等材料， 如采用碳钢材质应进行防腐处理 EGSB反应器结构图不同的三相分离器1.3出水收集装置出水收集装置l出水收集装置应设在EGSB反应器顶部l圆柱形EGSB反应器出水一般采用放射状的多槽放射状的多槽或多边形槽多边形槽出水方式l处理废水中含有蛋白质、脂肪或大量悬浮固体，一般在出水收集装置前设置挡板设置挡板 l EGSB反应器进出水管道一般采用聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PPR）等材料 EGSB反应器结构图1.4循环装置循环装置u 循环装置有出水外循环出水外循环和气提式内循环气提式内循环两种方式u 出水外循环外循环是由水泵加压水泵加压实现，须消耗一部分动力

7、；气提式内循环气提式内循环以自身产生的沼气自身产生的沼气作为提升动力，实现混合液的内循环u 出水外循环的回流比回流比宜在100300之间，一般单独设置循环水池，循环水池停留时间宜为5min10min，为回收颗粒污泥在循环水池内设细格筛。u 外循环进水点设置在原水进水管道上，与原水混合与原水混合后一起进入反应器，EGSB反应器出水回流可采用低扬程管道泵直接加压 1.5气液分离装置气液分离装置 反应器顶部应设置气液分离罐气液分离罐，分离罐的容积为沼气小时流量的1020。气液分离罐与三相分离器通过集气管相连接。1.6排泥装置排泥装置p EGSB反应器的污泥产率为0.05kgVSS/kgCODCr-0

8、.10kgVSS/kgCODCr，排泥频率根据污泥浓度分布曲线确定。应在不同高度设置取样口，根据监测污泥的浓度制定污泥分布曲线。 1.7加热和保温装置加热和保温装置 反应器宜采用保温保温措施，使反应器内的温度保持在适宜范围内。如不能满足温度要求，应设置加热装置加热装置 加热方式可采用池外加热池外加热和池池内加热内加热，池外加热有加热池和循环加热两种方式，池内加热一般采用热水循环加热方式 EGSB反应器结构图 2.主要特征主要特征： 出水内循环，高的液体表面上升流速上升流速（2.56m/h）和COD 去除负去除负荷荷 反应器的颗粒污泥床颗粒污泥床呈膨胀状态膨胀状态，颗粒污泥性能良好。在高水力负荷

9、条件下，颗粒污泥的粒径较大，凝聚和沉降性能好，机械强度也较高 高水力负荷水力负荷使得反应器内的搅拌强度加大搅拌强度加大，这保证了颗粒污泥与废水之间的充分接触充分接触，强化了传质过程，可以有效地解决UASB常见的短流短流、死角死角和堵塞堵塞问题。但是在高水力负荷和产气浮力搅拌的共同作用下，EGSB反应器容易发生污泥流失现象污泥流失现象。因此，三相分离器的设计成为EGSB高效稳定运行的关键。 反应器采用出水回流技术出水回流技术。对于低温低温和低负荷低负荷有机废水，回流可以增加反应器的水力负荷，保证处理效果对于超高浓度或含有毒物质的有机废水，回流可以稀释稀释进入反应器内的基质浓度和有毒物质浓度，降低

10、其对微生物的抑制和毒害，这是EGSB区别于UASB工艺最为突出的特点之一。 主要用于高浓度有机废水处理，在处理低温、低浓度有机废水时也有显著效果。 厌氧颗粒污泥厌氧颗粒污泥 EGSB 反应器运行成功的关键是具有活性高活性高、沉淀性能好沉淀性能好和稳定稳定的颗粒污泥，颗粒污泥中含有大量的微生物大量的微生物，可以保证反应器具有较大的容积负荷。高污泥浓度是EGSB反应器的典型特征，也是EGSB 高负荷、高效运行的根本保证。p 颗粒污泥颗粒污泥 （ anaerobic granular sludge） 是通过生物自固定过程自固定过程形成细胞的自凝聚体自凝聚体；厌氧颗粒污泥有一定规则、形状和表面积，粒径

11、相对较大（d0.5mm），并在沉速、强度、密度、空隙率等方面具有相对稳定的物理性质，其包含了降解废水有机污染物所必需的各种酶和菌群，并具有相对较高的比活性。 1 污泥颗粒化机理污泥颗粒化机理1.1选择压理论（选择压理论（1983）l 反应器对污泥的连续选择过程l 废水经水解后产生的大量VFA(挥发性有机酸)l Methanotrix对VAF的亲和力更高，作为优势菌种具有聚集并附着在废水中其他颗粒的表面的能力 1.2甲烷丝状菌在微絮体中的架桥作用（甲烷丝状菌在微絮体中的架桥作用（1987）l 甲烷丝状菌特殊的形态和表面特性，其能在几个微絮体间架桥形成较大颗粒l 甲烷丝状菌形成的能使整个结构稳定的

12、网状结构对颗粒强度有重要作用 1.3微絮体电中和微絮体电中和l 微生物表面带负电荷，与废水中金属离子（Ca2+ 、Mg2+、 Fe2+）间相互吸引发生电中和l 通过电中和削弱了微生物间的排斥作用，更易形成颗粒 1.4胞外聚合物假说胞外聚合物假说l 通过扫描电镜观察发现，颗粒污泥中某些细菌会分泌出胞外聚合物，而胞外聚合物为共生细菌间提供生成各种生物键的条件l 微生物细胞连在一起形成微生物菌落的层状结构，在此基础上细菌进一步生长成颗粒污泥 1.5结晶核心的形成（结晶核心的形成（1997）l 颗粒污泥形成类似结晶的过程l 在晶核的基础上，颗粒不断发育最终形成颗粒污泥l 颗粒化晶核来自废水中或泥中不溶

13、性无机盐l 在启动过程中加入Ca2+加快晶核的形成，对已经形成的颗粒污泥镜检表明颗粒内核中存在较多的CaCO3晶体 1.6质子转移质子转移-脱水理论（脱水理论（2000）l 颗粒污泥化由下面四步组成 细菌表面的脱水 胚胎颗粒污泥形成 颗粒污泥成熟 成熟后期l 水力剪切可以减弱水和斥力和细胞憎水性质，促进酸化菌、乙酸菌和甲烷菌能相互附着形成颗粒污泥的胚胎 2颗粒化过程颗粒化过程l 通常颗粒化分为三个阶段：启动运行期、颖类颗粒污泥出现和颗粒污泥成熟期l 以丝菌颗粒污泥为例分为五个时期：a.絮凝污泥丝状菌增长期b.颗粒污泥亚单位生成期c.亚单位聚集期d.初生颗粒生长期e.颗粒污泥生长和成熟期 絮凝污

14、泥丝状菌增长期絮凝污泥丝状菌增长期p 呈分散状的污泥逐渐形成有结构的絮体p 活性污泥中非生物物质的数量减少，各种菌尤其是丝状菌（主要是丝状甲烷菌）数量明显增多p 随着絮状体的出现，污泥活性明显增强，使反应器内VFA浓度下降并趋于稳定，Methanosarcina（甲烷八叠球菌属）数量下降 颗粒污泥亚单位生成期颗粒污泥亚单位生成期 具有大量甲烷毛发菌的絮凝污泥，随着反应器有机负荷和水利条件的增加，逐步结聚成小逐步结聚成小的团块的团块，这些团块是形成颗粒颗粒污泥的亚单位污泥的亚单位。聚结成的团块，由于丝状菌的缠绕和其分泌的分泌的胞外附着物胞外附着物的粘连，结构变得致密，大小一般为50-100um形

15、状不规则 亚单位聚集期亚单位聚集期 大量的亚单位生成后，亚单位表面的丝状菌互相粘连丝状菌互相粘连开始是2到3个，慢的发展成多个，亚单位间呈透明状，边缘不整齐，整体呈桑状，称为初生颗粒 初生颗粒的生长期初生颗粒的生长期 随着初生颗粒内细菌的生长和黑色金属硫化物黑色金属硫化物在亚单位间的沉积沉积，颗粒逐渐变得致密，亚单位间不再透明，颗粒表面逐渐被细菌代谢所产生的基质细菌代谢所产生的基质包围，表面变得光滑而整齐，形成一个具有一定强度和弹性的栋样黑色颗粒黑色颗粒，一个完整的颗粒污泥初步形成。 颗粒污泥成长和成熟期颗粒污泥成长和成熟期 初生颗粒中各种细菌各种细菌根据生态生态平衡原则平衡原则不断的生长繁殖

16、繁殖，使颗粒不断长大成熟，颗粒经50-80天的成长，直径多保持在1-3mm之间，平均为2mm左右，成熟颗粒绝大多数为近球形近球形 外观上初生颗粒和成熟颗粒没有区别，但是成熟颗粒中细菌细菌密度密度明显比初生颗粒高，因而使反应器有更高的效率 3影响污泥颗粒化的因素影响污泥颗粒化的因素 3.1水利条件水利条件u 水流逆向流水流逆向流 对污泥的剪切作用 搅拌作用 丝状菌相互缠绕u 上升流上升流 对污泥的筛选作用 3.2水质条件水质条件u 合适的合适的C:N:P 生长需要u 微量元素微量元素 铁、钴、锰、锌、钼等加速颗粒形成u 有机负荷有机负荷 u 钙离子钙离子 作为晶核u 碱度碱度 一定范围内变大时颗

17、粒化快，污泥的产甲烷活性低 变小颗粒化慢，产甲烷活性高 不能高于8.2u 温度温度u 毒性物质毒性物质 设计进水水质设计进水水质EGSB的进水水质一般为的进水水质一般为：a)pH值宜为6.57.8；b) 常温厌氧温度宜为2025，中温厌氧温度宜为3035，高温厌氧温度宜为5055；c)CODCr:N:P=100500:5:1；d)EGSB反应器进水中悬浮物含量宜小于2000mg/L；e)废水中氨氮浓度宜小于2000mg/L；f)废水中硫酸盐浓度宜小于1000mg/L或CODCr/SO42-比值大于10；g)废水中CODCr浓度宜为1000mg/L30000mg/L；h)严格控制重金属、氰化物、

18、酚类等物质进入厌氧反应器的浓度。 设计进水水质设计进水水质n 通过高回流比（20倍30倍）可处理有毒及难降解废水。n 如果不能满足进水要求，宜采用相应的预处理措施。 工艺设计工艺设计1.1工艺流程工艺流程 沼气处理 沼气利用 进水 预处理 EGSB反应器 后续处理 排放 污泥储存 污泥处理 工艺设计工艺设计1.2预处理预处理 预处理包括格栅、沉沙池、沉淀池、调节池、加热池预处理包括格栅、沉沙池、沉淀池、调节池、加热池 预处理工艺流程图 反应器的启动反应器的启动1.反应器启动前先进行污泥产甲烷活性污泥产甲烷活性的检测。2.EGSB反应器启动应采用颗粒污泥接种颗粒污泥接种，接种量宜为10kgVSS

19、/m3 20kgVSS/m3 。3.EGSB反应器的启动负荷启动负荷应小于2kgCODCr/（m3 d） ，上升流速小于0.5m/h。4. 启动时应逐步升温(以每日升温2为宜)使EGSB反应器达到设计温设计温度。度。5. 颗粒物污泥投加后，应缓慢增加循环流量循环流量；当反应器出水悬浮物增加过快时，应适当降低循环流量。6. 出水CODCr去除率达80%以上，或出水有机酸浓度低于200mg/L300mg/L后，可逐步提高进水容积负荷进水容积负荷；负荷的提高幅度宜控制在设计负荷的2030，直至达到设计负荷和设计去除率。 反应器的运行控制反应器的运行控制a)进水有机负荷过保持温度、温度保持稳定；b)应

20、根据EGSB反应器监测数据及时调整反应器负荷、控制进水碱度或采取其他相应措施。厌氧反应器中碱度（以CaCO3计）应高于2000mg/L，挥发性脂肪酸（VFA）宜控制在2000mg/L以内；c) 启动和运行时，均应保证EGSB反应器内pH值在6.57.8之间；严禁pH值降至6.5以下，必要时宜加入碳酸氢钠等碱性物质；d)厌氧反应器反应区污泥浓度宜维持在20gVSS/L40gVSS/L；e)厌氧反应器污泥层应维持在出水堰下1.5m，污泥过多时应进行排泥；f)厌氧反应器宜维持稳定的设计温度；g)应保证厌氧反应器溢流管畅通，环境温度低于0时，应防止水封结冰。 反应器的运行控制反应器的运行控制反应器良好

21、运行的反应器良好运行的3个重要前提个重要前提1.反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥2.产气和进水的均匀分布所形成的良好的搅拌作用3.设计合理的三相分离器，能使沉降性能良好的污泥保留在反应器内 EGSB处理VC废水的应用水质特点：水质特点：VC生产废水具有有机物浓度高、排放量大、成分复杂、可生化性差、pH波动大、带有颜色和异味等特点n 反应区的高径比为20:1n 选取35-38的中温厌氧条件n 水质指标如下: COD为440012000 mg/L, TSS为3901270mg/L SO2-4为2001000mg/L Cl-为3001500 mg/L pH值为4.07.0 碱度为400-

22、1200 mgCaCO3/L 色度400倍 EGSB实验装置图 EGSB处理VC废水的应用n 接种污泥为某淀粉厂UASB反应器中的颗粒污泥,VSS/SS=0. 89n 反应器启动运行期反应器启动运行期为防止废水对污泥产生较大的冲击,先用模拟废水对接种污泥进行培养,运行60 d后污泥性能明显提高,此时COD容积负荷达到12 kg/(m3.d),对COD的去除率95%,上升流速达到2 m/h,抗冲击性能良好。n 在第在第108天后天后,完全用实际废水反应器反应器的COD容积负荷12 kg/(m3.d),反应器运行稳定,对COD的去除率能够保持在85%以上。 EGSB实验装置图EGSB处理VC废水的

23、应用n COD容积负荷最终稳定在16.3kg/(m3.d),对COD的去除率75%,废水水质得到极大改善, COD由41806290 mg/L降至 5601260mg/L,TSS由3901270mg/L降至180320mg/L,外观由棕黑色(浑浊)变为黄色(较透明),色度200倍。n 试验的最佳上升流速为2. 5 m/h,采用较高回流比的运行方式,在降低进水碱度的同时有效地控制了毒性物质的浓度。 EGSB实验装置图 EGSB工艺的应用n EGSB-A/O 工艺处理高浓度的淀粉废水并对沼气进行净化提纯工艺处理高浓度的淀粉废水并对沼气进行净化提纯 在消化温度为 35 的条件下，EGSB反应器稳定运

24、行COD 容积负荷达到 20 kgm-3d-1，污水处理整体工艺对废水中COD、BOD5和SS 去除率分别达98.5%、99.5%、和 95%，出水水质满足当地排放要求。沼气经过净化提纯后，甲烷含量达到 98%、硫化氢含量小于 20mgm-3，日产生物天然气6 000 m3，实现了沼气的高值利用。 废水处理工艺 EGSB工艺的应用n EGSB在啤酒废水处理工艺中的研究在啤酒废水处理工艺中的研究 设计水量3000m3/d 废水处理工艺流程图进出水水质指标表 工艺性能指标表EGSB 工艺的应用n EGSB+SBR 组合工艺对邯郸市组合工艺对邯郸市生活污水生活污水 在常温下进水 COD 为 2454

25、20mgL-1，EGSB 反应器的水力停留时间为 3 h，反应器 COD 容积负荷达到 3.5kgm-3d-1，上升流速达到6.5 mh-1时，COD 去除率为 95%（COD60 mgL-1），但氨氮去除效果不佳，采用SBR 工艺为后续处理工艺经SBR工艺处理后，出水COD为1025mgL-1，氨氮、总氮和总磷去除率都在 90%以上。 组合工艺处理效果表 EGSB+SBR 组合工艺流程 EGSB工艺的应用l EGSB - BAF 集成系统实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化集成系统实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化u 处理Q( 氨氮) 为 50 mg/L和Q( CODC r) 为 50

26、0 mg/L的合成废水. u 结果表明: 当外回流比为 200% 时, 系统 CODCr, 氨氮和总氮的去除率分别为 92.4% , 97.4% ,80.6% ; u 出水 Q( 氨氮) , Q( 亚硝态氮) , Q( 硝态氮 ) 和 Q( CODC r) 分别为 1.05, 4.30, 2.56 和 35.3 mg/L;CODC r 总氮和氨氮的去除负荷速率分别为 1.770, 0.137 和0.164kg/( m3.d) . u 与传统的活性污泥过程相比, EGSB - BAF 集成系统回收甲烷 1.03 L/d, 占系统 CODC r去除量的 37.0% ; 在系统总氮的去除过程中, 厌

27、氧氨氧化途径占 35.9% , 短程反硝化途径占47.4% , 全程反硝化途径占 16.7% . EGSB工艺的应用l EGSB - BAF 集成系统实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化集成系统实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化EGSB与曝气生物滤池耦合流程图 EGSB工艺的应用l EGSB - BAF 集成系统实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化集成系统实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化p 耦合难点甲烷化、反硝化和厌氧氨氧化功能微生物需要不同的有利生态环境，将它们耦合存在一定难度。需要重点解决以下关键问题： 硝酸盐和亚硝酸盐还原产生的能量要远远大于甲烷化产生的能量，在含有 NO3

28、-和 NO2-的环境中，含碳有机物经过反硝化的新陈代谢将可能起主导作用； 因为反硝化工艺相对于甲烷化工艺具有较高的氧化还原电位，,H2营养型的争夺 由于反硝化中间产物 NO2-和 NOx对于产甲烷菌具有毒性作用，毒性作用比竞争是更有效的抑制产甲烷生物 厌氧氨氧化菌生长速率低，并且主要具有自营养功能。 EGSB工艺的应用l EGSB - BAF 集成系统实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化集成系统实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化p 解决办法 应该合理投加亚硝态氮或硝态氮浓度亚硝态氮或硝态氮浓度，亚硝态氮或硝态氮浓度为150 mg/L 左右为宜 应该投加适宜的碳源种类及其浓度适宜的碳源种类

29、及其浓度，初期COD对厌氧氨氧化菌的抑制作用，特别是甲醇，乙醇，反应发展着反硝化菌占主导。C/N 的重要性，实验结果表明，当 C/N 比大于 53 时，NO2-反硝化为 NH4+，并产甲烷；当 C/N 在 9 和 53 之间时，主要发生了甲烷化和完全反硝化；当 C/N 小于9 时，主要发生反硝化。 选择适宜的氨氮浓度过高或过低的氨氮浓度都会导致去除率偏低，氨氮浓度为 50 mg/L 左右为宜 选择特殊的反应器技术如 UASB、EGSB 或生物膜等反应器技术将厌氧氨氧化菌与甲烷菌、反硝化菌复合在一个有利微生态环境中 合理控制其他因素：碱度、温度、氧化还原电位、絮凝剂、接种污泥、上升流速等其他因素的影响。