膨胀颗粒污泥床

第三代厌氧生物反应器

膨胀颗粒污泥床（EGSB）是在UASB反应器的基础上发展起来的第三代厌氧生物反应器。从某种意义上说，是对UASB反应器进行了几方面改进：①通过改进进水布水系统，提高液体表面上升流速及产生沼气的搅动等因素；②设置值较大的高径比；③增加了出水再循环来提高反应器内液体上升流速。这些改进使反应器内的液体上升流速远远高于UASB反应器，高的液体上升流速消除了死区，获得更好的泥水混合效果。

简介

膨胀颗粒污泥床（EGSB）是在UASB反应器的基础上发展起来的第三代厌氧生物反应器。从某种意义上说，是对UASB反应器进行了几方面改进：①通过改进进水布水系统，提高液体表面上升流速及产生沼气的搅动等因素；②设计较大的高径比；③增了出水再循环来提高反应器内液体上升流速。这些改进使反应器内的液体上升流速远远高于UASB反应器，高的液体上升流速消除了死区，获得更好的泥水混合效果。在UASB反应器内，污泥床或多或少像是静止床，而在EGSB反应器内却是完全混合的。能克服UASB反应器中的短流、混合效果差及污泥流失等不足，同时使颗粒污泥床充分膨胀，加强污水和微生物之间的接触。由于这种独特的技术优势，使EGSB适用于多种有机污水的处理，且能获得较高的负荷率，所产生的气体也更多。

EGSB反应器工艺原理

EGSB反应器主要是由进水系统、反应区、三相分离器和沉淀区等部分组成，如图1所示。污水从底部配水系统进入反应器，根据载体流态化原理，很高的上升流速使废水与EGSB反应器中的颗粒污泥充分接触。当有机废水及其所产生的沼气自下而上地流过颗粒污泥床层时，污泥床层与液体间会出现相对运动，导致床层不同高度呈现出不同的工作状态；在反应器内的底物、各类中间产物以及各类微生物间的相互作用，通过一系列复杂的生物化学反应，形成一个复杂的微生物生态系统，有机物被降解，同时产生气体。在此条件下，一方面可保证进水基质与污泥颗粒的充分接触和混合，加速生化反应进程；另一方面有利于减轻或消除静态床（如UASB）中常见的底部负荷过重的状况，从而增加了反应器对有机负荷的承受能力。

三相分离器的作用首先是使混合液脱气，生成的沼气进入气室后排出反应器，脱气后的混合液在沉淀区进一步进行同液分离，污泥沉淀后返回反应区，澄清的出水流出反应器。为了维持较大的上升流速，保障颗粒污泥床充分膨胀，EGSB反应器增加了出水再循环部分。使反应器内部的液体上升流速远远高于UASB反应器，强化了污水与微生物之间的接触，提高了处理效率。

EGSB反应器的特性

EGSB反应器在结构及运行特点上集UASB和AFB的特点于一体，具有大颗粒污泥、高水力负荷、高有机负荷等明显优势。均有保留较高污泥量。获得较高有机负荷，保持反应器高处理效率的可能性和运行性。该工艺还具备区别于UASB和AFB的特点：

（1）与UASB反应器相比，EGSB反应器高径比大，液体上升流速(4～10m·h-1)和COD有机负荷(40 kg/(m3·d))更高，比UASB反应器更适合中低浓度污水的处理。

（2）污泥在反应器内呈膨胀流化状态，污泥均是颗粒状的，活性高。沉淀性能良好。

（3）与UASB反应器的混合方式不同，由于较高的液体上升流速和气体搅动，使泥水的混合更充分；抗冲击负荷能力强，运行稳定性好。内循环的形成使得反应器污泥膨胀床区的实际水量远大于进水量，循环回流水稀释了进水，大大提高了反应器的抗冲击负荷能力和缓冲pH值变化能力。

（4）反应器底部污泥所承受的静水压力较高，颗粒污泥粒径较大，强度较好。

（5）反应器内没有形成颗粒状的絮状污泥，易被出水带出反应器。

（6）对SS和胶体物质的去除效果差。

EGSB反应器的启动与运行存在的主要问题

目前对EGSB反应器的研究和应用还比较有限。虽然EGSB反应器拥有众多的UASB反应器不具备的优点，但由于反应器结构和设计思想的不同，以及微生物只能在一定的温度范同内生长、发育、繁殖、分解，当低于某个温度时，微生物就失去活性，处于被抑制状态等原因。EGSB反应器在其应用的领域、操作技术、污泥特性及机理方面还存在较多完善的地方。

（1）颗粒污泥的培养问题

不同温度下EGSB反应器启动而临的首要问题是种泥的选择。颗粒污泥、厌氧消化污泥、牛粪和下水道污泥均可作为EGSB反应器的种泥。处理某一温度下废水的接种污泥，最佳选择是选择这一温度下EGSB反应器的颗粒污沈，因为在经过短的启动期后，EGSB反应器即能获得理想的运行效果。但现在，在许多国家获取能用于启动大型EGSB反应器处理相似废水的状氧颗粒污泥是非常困难的，甚至是不可能的，购买和运输的费用也较高。而接种处理不同废水的颗粒污泥需很长一段时间的适应期。因此，需要考虑选择其他种泥来启动EGSB反虚器。一般来讲，市政消化污泥不仅是最易获取的，而且也是较适宜的接种污泥。市政消化污泥不仅具有较高的产甲烷活性，而且也具有复杂的微生物生态系统，适于处理多种废水。

但接种市政消化污泥时，由于厌氧菌生长缓慢（尤其是产甲烷菌），反应器启动期很长，一般需要60～240h才能正常运行。因此，形成高活性、稳定的颗粒污泥所需的较长的启动期仍是EGSB反应器所面临的一个主要问题，这也正是限制其实际应用的关键因素。因而对于污水厌氧生物处理工业来说，迫切需要寻求不同温度下厌氧颗粒污泥的大量、快速培养技术。

（2）EGSB反应器的启动

与其他厌氧工艺一样，EGSB反应器处理装置的启动时间长。其投产测试时间要比好氧工艺长得多，有时甚至需要1年的时间，这是因为厌氧微生物合成新细胞所需有机物的数量比好氧微生物要多，繁殖周期也比后者长。在18～30℃条件下，好氧菌世代时间为20～30min；而大部分厌氧菌的世代时间为5d，甚至更长一些。

EGSB反应器能否在不同温度下稳定、高效地运行，在很大程度上取决于反应器内的污泥性能。好的污泥应该具有良好的沉淀性和高产甲烷活性，并且应呈颗粒状。为此，EGSB反应器的启动越来越受到研究者和工程者的重视。

（3）对难降解有毒物质的高效降解

采用厌氧技术处理不同温度的工业废水已成趋势，但由于许多工业废水中有一些难降解、有毒或可通过各种方式影响生物处理系统的物质，最终造成系统处理效率低甚至失败。已有许多有关厌氧、好氧生物技术能降解多种毒性和难降解物质的报道，但有一点值得注意，毒性物质的消失并不意味着这些物质完令转化为无毒物质或矿化。有可能这些物质仅被转化为一些中间产物，而且在某些情况下，这些中间产物比原来的物质具有更大毒性，更难降解。这已在高氯乙烯、五氯苯酚、多氯联苯等物质在中温条件下的降解过程中得到证实。

中温条件下，当废水中含有对微生物有毒害作用的物质或是难于生物降解的物质时，采用UASB反应器都很难获得较好的效果。由于EGSB反应器具有很高的出水循环比率，它可以将原水中毒性物质的浓度稀释到微生物可以承受的程度，从而保证反应器中的微生物能良好生长；同时反应器中液体上升流速大，废水与微生物之间能够充分接触，可以促进微生物降解能力。因此，采用EGSB反应器处理毒性或难降解的废水可以获得较好的效果。

厌氧——好氧技术已被人们普遍接受并用于工业废水的处理，以降解有毒性、难降解物质。但由于这些物质的厌氧转化常常是不完全的，而且厌氧代谢中间产物的积累也会对产生甲烷菌产生抑制，从而造成厌氧处理效率降低，以致增加后续好氧处理系统的负荷。最终使整个系统处理效率降低。在EGSB反应器中创造好氧菌与厌氧菌共存、氧化与还原作用同时发生的环境能够将一些难降解的毒性物质有效降解，使多种污染物可同时作为基质被微生物利用，降低毒性中间代谢的聚集。这样不但可以用一个反应器代替原来的两个反应器，减少投资，而且微生物的多样性和代谢物的及时交换使处理系统更加稳定。

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