水污染控制工程第十七章.ppt

第十七章 污水的厭氧生物處理,第一節(jié) 厭氧生物處理的基本原理,第二節(jié) 厭氧生物處理方法,第三節(jié) 厭氧生物處理法的設(shè)計(jì),第四節(jié) 厭氧和好氧技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用,第一節(jié) 厭氧生物處理的基本原理,厭氧生物處理的特點(diǎn),1、優(yōu)點(diǎn) 能耗少、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)低，適用于高濃度有機(jī)廢水的處理； 污泥產(chǎn)量及營養(yǎng)需求少； 產(chǎn)生甲烷，可作潛在能源； 可承受較高的有機(jī)負(fù)荷，并實(shí)現(xiàn)HRT與SRT的有效分離。 2、缺點(diǎn) 運(yùn)行啟動時(shí)間長、控制要求高； 難以一次性實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放； 處理效果受溫度的影響大。,厭氧生物處理的發(fā)展,1、歷史沿革 問世至今已百余年； 經(jīng)歷四個(gè)不同發(fā)展時(shí)期： 20世紀(jì)20年代前：主要用于生活污水（糞便）處理。如法國的自動凈化器（1881年）、英國的化糞池（1895年）和德國的Imhoff池（1905年）； 20世紀(jì)50年代前：應(yīng)用于污泥的穩(wěn)定化處理（普通污泥消化池）； 20世紀(jì)50年代后：應(yīng)用于各種高濃度有機(jī)（工業(yè)）廢水處理。 20世紀(jì)70年代后：開發(fā)和應(yīng)用新型、高效厭氧處理工藝，應(yīng)用迅速推廣。,2、工藝類型 第一代厭氧反應(yīng)器工藝（傳統(tǒng)型污泥消化池和廢水厭氧反應(yīng)器）：20世紀(jì)5060年代前應(yīng)用于污泥的穩(wěn)定化和污水處理處理；時(shí)間長、容積大、效率低。 HRT=SRT； 第二代厭氧反應(yīng)器工藝（兩相及 UASB工藝等）： 20世紀(jì)70年代后應(yīng)用于污水處理；時(shí)間短、容積大大縮小、效能提高。 SRTHRT（SRT與HRT分離）； 第三代厭氧反應(yīng)器工藝（分相多級工藝等）： 20世紀(jì)90年代后應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水處理；時(shí)間更段、容積更小、效能更高。 SRTHRT（ SRT與HRT分離、微生物分相、復(fù)合流態(tài)）。,3、應(yīng)用現(xiàn)狀,污泥的厭氧處理面對的是固態(tài)有機(jī)物，所以稱為消化。,兩階段:,四階段:,低溫1525，中溫3035， 高溫5055,影響厭氧的環(huán)境因素,溫 度,pH,氧化還原電位,有 毒 物 質(zhì),產(chǎn)酸菌：4.57.0， 產(chǎn)甲烷菌：6.58.0，最佳：6.57.5 堿度：2000mg/l,不產(chǎn)甲烷菌：100100mv 產(chǎn)甲烷菌：350 400mv,甲烷菌專性厭氧，且處理系統(tǒng)中不能含有濃度過高的SO42-，SO32-。,污水和泥液中的堿度有緩沖作用，如果有足夠的堿度中和有機(jī)酸，其pH有可能維持在6.8以上，酸化和甲烷化兩大類細(xì)菌就可以共存，從而消除分階段現(xiàn)象。,厭氧法與好氧法相比，降解較不徹底，放出的熱量少，反應(yīng)速度低。,主要用于污泥的消化、高濃度有機(jī)廢水和溫度較高的有機(jī)工業(yè)廢水的處理。,第二節(jié) 污水的厭氧生物處理方法,一、化糞池,化糞池例圖,用于處理來自廁所的糞便廢水。曾廣泛用于不設(shè)污水廠的合流制排水系統(tǒng)。還可用于郊區(qū)的別墅式建筑。,二、厭氧生物濾池,優(yōu)點(diǎn)：處理能力高；濾池內(nèi)可以保持很高的微生物濃度；不需另設(shè)泥水分離設(shè)備，出水SS較低；設(shè)備簡單、操作方便。,缺點(diǎn)：濾料費(fèi)用較高；濾料易堵塞，尤其是下部，生物膜很厚；堵塞后，沒有簡單有效的清洗方法。因此，懸浮物高的廢水不適用。,特點(diǎn)：1、生物濃度高，有機(jī)負(fù)荷率較高 2、抗沖擊負(fù)荷能力高 3、無需回流，無污泥流失 4、升流式SS200mg/l,類型：升流式 降流式,三、厭氧接觸法,對于懸浮物較高的有機(jī)廢水，可以采用厭氧接觸法，它實(shí)際上是厭氧活性污泥法，不需要曝氣而需要攪拌、需要脫氣。,主要特征： 在厭氧器后設(shè)沉淀池，污泥進(jìn)行回流，使反應(yīng)器內(nèi)維持較高的污泥濃度，降低水力停留時(shí)間。,有關(guān)技術(shù)措施： 1、在反應(yīng)器與沉淀池之間設(shè)脫氣器 2、在反應(yīng)器與沉淀池之間設(shè)冷卻器（35-15），抑制甲烷菌活動 3、投加混凝劑,四、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB),試驗(yàn)結(jié)果證明，良好的污泥床，有機(jī)負(fù)荷率和去除率高，不需要攪拌設(shè)備，能適應(yīng)負(fù)荷沖擊和溫度與pH的變化。,上流式厭氧污泥床反應(yīng)器,結(jié)構(gòu)組成：集生物反應(yīng)與沉淀于一體 1、進(jìn)水配水系統(tǒng)：均勻布水、水利攪拌 2、反應(yīng)區(qū)：顆粒污泥區(qū) 4080mg/l 懸浮污泥區(qū) 1030mg/l 3、三相分離器：由沉淀區(qū)、回流縫、氣封組成，將沼氣、污泥和廢水三相分離 4、氣室：集氣 5、廢水排出系統(tǒng),顆粒污泥形成機(jī)理 顆粒污泥：密實(shí)、邊緣圓滑的顆粒，直徑為0.54mm，、反應(yīng)區(qū)：顆粒污泥區(qū)和懸浮污泥區(qū) 形成機(jī)理：晶核假說Lettinga 電中和作用Mahoney 胞外多聚物架橋作用Samson,影響顆粒污泥形成的因素 1、溫度：中溫或高溫 2、接種污泥的數(shù)量和質(zhì)量 3、堿度：7501000mg/l 4、廢水性質(zhì)：C/N高 5、水力負(fù)荷和有機(jī)負(fù)荷：,顆粒污泥的類型,顆粒污泥的類型 （1）桿菌顆粒：緊密球形顆粒，主要由桿狀菌、絲狀菌組成；顆粒直徑13mm。 （2）絲菌顆粒：顆粒大致呈球形，主要由松散互卷的絲狀菌組成，絲狀菌附著在惰性粒子表面；顆粒直徑15mm。 （3）球菌顆粒：精密球狀顆粒，主要由甲烷八疊球菌組成；顆粒直徑0.11.5mm。,顆粒污泥的形成過程,UASB初次啟動的操作原則,最初的污泥負(fù)荷低于0.10.2kgCODcr/kgMLSS.d； 在廢水中原有和分解產(chǎn)生的VFA有效分解之前，不應(yīng)提高反應(yīng)器負(fù)荷； 反應(yīng)器內(nèi)的環(huán)境條件應(yīng)控制在有利于產(chǎn)甲烷菌繁殖之范圍內(nèi)； 接種污泥量應(yīng)盡可能多，一般應(yīng)為1015kgVSS/m3； 控制一定的上升流速，允許多余（穩(wěn)定差）的污泥洗脫掉，而截留重質(zhì)污泥。,主要設(shè)計(jì)參數(shù),表面水力負(fù)荷（上升流速u，m/h）； 有機(jī)容積負(fù)荷（OLR，kgCODcr/m3.d）； 反應(yīng)區(qū)高度（h）。 形成絮凝性污泥層時(shí)：u=0.5m/h（最大1.5m/h），相應(yīng)的OLR為56 kgCODcr/m3.d，反應(yīng)區(qū)高度一般為6m為宜； 完全為顆粒污泥床時(shí)： u=0.60.9m/h（最大1.5m/h），相應(yīng)的OLR為1020 kgCODcr/m3.d或以上，反應(yīng)區(qū)高度一般為3.56m；,表面水力負(fù)荷（上升流速u，m/h）,重要的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)； 決定UASB的截面積（A） ； 與顆粒污泥的沉降速度和進(jìn)水水質(zhì)有關(guān)。,有機(jī)容積負(fù)荷（OLR，kgCODcr/m3.d）,有機(jī)容積負(fù)荷（OLR，kgCODcr/m3.d） 重要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)； 決定UASB的處理效能 ； 與所需達(dá)到的處理要求和進(jìn)水水質(zhì)有關(guān)。,三相分離器的設(shè)計(jì),集氣罩安裝角度= 4560； 沉淀區(qū)表面水力負(fù)荷0.7m3/m2.h； 水流通過縫隙的流速2.0m/h； 集氣室間縫隙的總截面積不小于反應(yīng)器截面積的15%20%； 集氣室高度1.01.5m； 氣封交叉板重疊1020cm。,布水系統(tǒng)的設(shè)計(jì),作用：均勻布水是保證處理效果的重要條件； 原則：采用大阻力配水系統(tǒng)； 方式：間歇式、脈沖式、連續(xù)式、組合式； 布置：多點(diǎn)布水，每個(gè)點(diǎn)的服務(wù)面積為13m2。,水封高度,作用：保證集氣； 原則：不堵塞； 計(jì)算：H=H1- H2=（h1+h2）-H2。,沼氣產(chǎn)量及其成分,1mol（16g） 的甲烷相當(dāng)于64gCODcr； 氧化l.0gCODcr或BOD5可產(chǎn)生0.35L的CH4； CODcr濃度越低，單位重量有機(jī)物的產(chǎn)氣率越高。在實(shí)際工程中，高濃度有機(jī)廢水的產(chǎn)氣率能接近理論值，而低濃度有機(jī)廢水則一般低于理論值； 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，沼氣中的CH4含量和CO2的含量基本穩(wěn)定。甲烷的含量一般為65%75%，二氧化碳的含量為20%30%。當(dāng)沼氣中含有H2S氣體時(shí)，反應(yīng)器將受到嚴(yán)重的抑制而使甲烷和二氧化碳的含量大大降低。,上流式厭氧污泥床濾層反應(yīng)器(UBF),UASB+AF,EGSB反應(yīng)器,IC反應(yīng)器,五、分段厭氧處理法,第一段：水解和液化有機(jī)物為有機(jī)酸；緩沖和稀釋負(fù)荷沖擊與有害物質(zhì)，并將截留難降解的固態(tài)物質(zhì)。,第二段：保持嚴(yán)格的厭氧條件和pH，以利于甲烷菌的生長；降解、穩(wěn)定有機(jī)物，產(chǎn)生含甲烷較多的消化氣，并截留懸浮固體，以改善出水水質(zhì)。,八、厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）,第三節(jié) 厭氧生物處理法的設(shè)計(jì),一、流程和設(shè)備的選擇,處理工藝的選擇 消化溫度 采用單級或兩級(段)消 化,內(nèi)容,二、厭氧反應(yīng)器的設(shè)計(jì),計(jì)算確定反應(yīng)器容積的常用參數(shù)是負(fù)荷率N和消化時(shí)間t，公式為：,產(chǎn)氣量一般可按0.40.5m3/kg(COD)進(jìn)行估算。,三、 消化池的熱量計(jì)算,包括將廢水提高到池溫所需的熱量和補(bǔ)償池壁、池蓋所散失的熱量。,提高廢水溫度所需的熱量為Q1：,通過池壁、池蓋等散失的熱量Q2與池子構(gòu)造和材料有關(guān)，可用下式估算：,第四節(jié) 厭氧和好氧技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用,有些廢水含有很多復(fù)雜的有機(jī)物，對于好氧生物處理而言是屬于難生物降解或不能降解的，但這些有機(jī)物往往可以通過厭氧菌分解為較小分子的有機(jī)物，而那些較小分子的有機(jī)物可以通過好氧菌進(jìn)一步分解。,采用缺氧與好氧工藝相結(jié)合的流程，可以達(dá)到生物脫氮的目的(A/O法)。厭氧-缺氧-好氧法(A/A/O法)和缺氧-厭氧-好氧法(倒置A/A/O法)，可以在去除BOD和COD的同時(shí)，達(dá)到脫氮、除磷的效果。,習(xí)題和思考題,試比較好氧生物處理與厭氧生物處理共同點(diǎn)與不同點(diǎn)。 影響厭氧生物處理因素有哪些？ UASB反應(yīng)器有哪幾部分組成？各自的主要功能是什么？ 。 試比較幾種厭氧處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)條件,計(jì)算題,某工業(yè)廢水水量為Q=500m3/d，進(jìn)水COD=36000mg/L。厭氧生物處理溫度為t=28，水力停留時(shí)間（HRT）為T=5天，泥齡為C=15d，產(chǎn)率系數(shù)為Y=0.021，微生物的自身衰減系數(shù)Kd=0.028d-1，COD去除率為=80%，消化氣中的甲烷含量為65%，試計(jì)算該處理工藝的日產(chǎn)氣量。,某工業(yè)廢水量為Q=500m3/d，進(jìn)水BOD5=8500mg/L，經(jīng)模型試驗(yàn)，在BOD5容積負(fù)荷0.72kg/m3d的條件下（以BOD5去除量為基礎(chǔ)的容積負(fù)荷），厭氧消化處理出水中BOD