EGSB介绍

厌氧颗粒污泥膨胀床ExpandedGranularSludgeBed(EGSB)建筑与土木工程仇鑫MZ150575定义：厌氧颗粒污泥膨胀床反应器expandedgranularsludgeblanketreactor(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(ExpandedGranularSludgeBlanketReactor)，中文名膨胀颗粒污泥床，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反应器对有机物的降解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。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：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）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（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：EGSB反应器主要包括布水装置、三相分离器、出水收集装置、循环装置、气液分离器、排泥装置及加热和保温装置。EGSB反应器的结构和特征EGSB反应器结构示意图1.1布水装置布水装置宜采用一管多孔式布水，孔口流速应大于2m/s，穿孔管直径大于100mm。配水管中心距反应器池底宜保持150mm～250mm的距离。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8mm～16mm，厚度宜为200mm～300mm。1.2三相分离装置可采用整体式或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1.0h～1.5h。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反应器可采用单层三相分离器，也可采用双层三相分离器。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，上层三相分离器设置在反应器上部。三相分离器一般选用高密度聚乙烯（HDPE）、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出水收集装置应设在EGSB反应器顶部圆柱形EGSB反应器出水一般采用放射状的多槽或多边形槽出水方式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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循环装置有出水外循环和气提式内循环两种方式出水外循环是由水泵加压实现，须消耗一部分动力；气提式内循环以自身产生的沼气作为提升动力，实现混合液的内循环出水外循环的回流比宜在100％～300％之间，一般单独设置循环水池，循环水池停留时间宜为5min～10min，为回收颗粒污泥在循环水池内设细格筛。外循环进水点设置在原水进水管道上，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反应器顶部应设置气液分离罐，分离罐的容积为沼气小时流量的10％～20％。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EGSB反应器的污泥产率为0.05kgVSS/kgCODCr-0.10kgVSS/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反应器宜采用保温措施，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加热方式可采用池外加热和池内加热，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：①出水内循环，高的液体表面上升流速（2.5~6m/h）和COD去除负荷②反应器的颗粒污泥床呈膨胀状态，颗粒污泥性能良好。在高水力负荷条件下，颗粒污泥的粒径较大，凝聚和沉降性能好，机械强度也较高③高水力负荷使得反应器内的搅拌强度加大，这保证了颗粒污泥与废水之间的充分接触，强化了传质过程，可以有效地解决UASB常见的短流、死角和堵塞问题。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。因此，三相分离器的设计成为EGSB高效稳定运行的关键。④反应器采用出水回流技术。对于低温和低负荷有机废水，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，回流可以稀释进入反应器内的基质浓度和有毒物质浓度，降低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。⑤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EGSB反应器运行成功的关键是具有活性高、沉淀性能好和稳定的颗粒污泥，颗粒污泥中含有大量的微生物，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。颗粒污泥（anaerobicgranularsludge）是通过生物自固定过程形成细胞的自凝聚体；厌氧颗粒污泥有一定规则、形状和表面积，粒径相对较大（d＞0.5mm），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1.1选择压理论（1983）反应器对污泥的连续选择过程废水经水解后产生的大量VFA(挥发性有机酸)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（1987）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甲烷丝状菌形成的能使整个结构稳定的网状结构对颗粒强度有重要作用1.3微絮体电中和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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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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（1997）颗粒污泥形成类似结晶的过程在晶核的基础上，颗粒不断发育最终形成颗粒污泥颗粒化晶核来自废水中或泥中不溶性无机盐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-脱水理论（2000）颗粒污泥化由下面四步组成①细菌表面的脱水②胚胎颗粒污泥形成③颗粒污泥成熟④成熟后期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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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泥丝状菌增长期呈分散状的污泥逐渐形成有结构的絮体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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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，逐步结聚成小的团块，这些团块是形成颗粒污泥的亚单位。聚结成的团块，由于丝状菌的缠绕和其分泌的胞外附着物的粘连，结构变得致密，大小一般为50-100um形状不规则亚单位聚集期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随着初生颗粒内细菌的生长和黑色金属硫化物在亚单位间的沉积，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，一个完整的颗粒污泥初步形成。颗粒污泥成长和成熟期初生颗粒中各种细菌根据生态平衡原则不断的生长繁殖，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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3.1水利条件水流逆向流对污泥的剪切作用搅拌作用丝状菌相互缠绕上升流对污泥的筛选作用3.2水质条件合适的C:N:P生长需要微量元素铁、钴、锰、锌、钼等加速颗粒形成有机负荷钙离子作为晶核碱度一定范围内变大时颗粒化快，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8.2温度毒性物质设计进水水质EGSB的进水水质一般为：a)pH值宜为6.5～7.8；b)常温厌氧温度宜为20℃～25℃，中温厌氧温度宜为30℃～35℃，高温厌氧温度宜为50℃～55℃；c)CODCr:N:P=100～500:5:1；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/L～30000mg/L；h)严格控制重金属、氰化物、酚类等物质进入厌氧反应器的浓度。设计进水水质通过高回流比（20倍~30倍）可处理有毒及难降解废水。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1.1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1.2预处理预处理包括格栅、沉沙池、沉淀池、调节池、加热池预处理工艺流程图反应器的启动1.反应器启动前先进行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，接种量宜为10kgVSS/m3～20kgVSS/m3。3.EGSB反应器的启动负荷应小于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反应器达到设计温度。5.颗粒物污泥投加后，应缓慢增加循环流量；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/L～300mg/L后，可逐步提高进水容积负荷；负荷的提高幅度宜控制在设计负荷的20％～30％，直至达到设计负荷和设计去除率。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/