廢水厭氧★生物處理過程設(shè)計與優(yōu)化.ppt

1、廢水厭氧生物處理過程設(shè)計與優(yōu)化,一、厭氧生物處理過程及其特征 二、厭氧消化微生物 三、厭氧生物處理的影響因素 四、厭氧消化工藝的發(fā)展及其應(yīng)用 五、升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的設(shè)計 六、升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的啟動和應(yīng)用 七、第三代厭氧反應(yīng)器,廢水厭氧生物處理過程設(shè)計與優(yōu)化,一、厭氧生物處理過程及其特征 厭氧生物處理過程又稱厭氧消化，是在厭氧條件下由活性污泥中的多種微生物共同作用，使有機(jī)物分解并生成CH4和CO2的過程,人們對有機(jī)物厭氧消化的認(rèn)識不斷深化： 兩段說 三段說 四種群說,1、兩段說,1930年Buswell 和Neave 肯定了Thumm 和Reichie(1914)與Imhoff(19

2、16)的看法，把有機(jī)物厭氧消化過程分為: 酸性發(fā)酵和堿性發(fā)酵兩個階段,兩階段厭氧消化過程,有機(jī)物厭氧消化過程中pH的變化,2、三階段理論,1979年布利安特(Bryant)等人提出了厭氧消化的三階段理論。 三階段理論認(rèn)為，厭氧消化過程是按以下步驟進(jìn)行的,三階段厭氧消化過程,第一階段，水解、發(fā)酵階段,復(fù)雜有機(jī)物在微生物作用下進(jìn)行水解和發(fā)酵。 例如，多糖先水解為單糖，再通過酵解途徑進(jìn)一步發(fā)酵成乙醇和脂肪酸，如丙酸、丁酸、乳酸等； 蛋白質(zhì)則先水解為氨基酸，再經(jīng)脫氨基作用產(chǎn)生脂肪酸和氨,第二階段，產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸階段,由一類專門的細(xì)菌，稱為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌，將丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉(zhuǎn)化為乙酸、H2和C02

3、,第三階段，產(chǎn)甲烷階段,由產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用乙酸和H2、C02，產(chǎn)生CH4。 研究表明，厭氧生物處理過程中約有70%CH4產(chǎn)自乙酸的分解， 其余少量則產(chǎn)自H2和CO2的合成,三階段理論是對厭氧生物處理過程較全面和較準(zhǔn)確的描述,幾乎與Bryant提出三階段理論的同時，Zeikus(1979)在第一屆國際厭氧消化會議上提出了四種群說理論,4、四種群說理論,復(fù)雜有機(jī)物厭氧消化過程有四種群厭氧微生物參與，四種群即是： 水解發(fā)酵菌， 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌， 同型產(chǎn)乙酸菌（又稱耗氫產(chǎn)乙酸菌）， 以及產(chǎn)甲烷菌,四種群說有機(jī)物厭氧降解示意圖,5、有硫酸鹽存在條件下葡萄糖的厭氧消化,6、厭氧生物處理的主要特征,與好氧生物處

4、理相比較，厭氧生物處理的主要特征有： 能量需求大大降低，還可產(chǎn)生能量。 因?yàn)閰捬跎锾幚聿灰蠊┙o氧氣，相反卻能生產(chǎn)出含有50%70%甲烷(CH4)的沼氣，含有較高的熱值(約為21000 25000Kg/m3)，可用作能源,為去除1kgCOD，好氧生物處理大約需消耗0.51.0kWh電能。 而厭氧生物處理每去除1kgCOD大約能產(chǎn)生3.5kWh電能,污泥產(chǎn)量極低。 因?yàn)閰捬跷⑸锏脑鲋乘俾时群醚跷⑸锏偷枚唷?一般，厭氧消化中產(chǎn)酸細(xì)菌的產(chǎn)率(VSS/COD)為0.150.34，產(chǎn)甲烷細(xì)菌為0.03左右，混合菌群的產(chǎn)率約 0.17； 而好氧微生物的產(chǎn)率約為0.25 0.6,因此，去除每千克COD

5、， 好氧生物處理的污泥產(chǎn)量約為250600g VSS； 而厭氧生物處理的污泥產(chǎn)量僅為180200gVSS,對溫度、pH等環(huán)境因素更為敏感。 厭氧細(xì)菌可分為高溫菌和中溫菌兩大類，其適宜的溫度范圍分別為55左右和35左右,如溫度降至10以下，厭氧微生物的活動能力將非常低下。 而好氧微生物對溫度的適應(yīng)能力較強(qiáng)，在5以上的溫度條件下均能較好地發(fā)揮作用。 產(chǎn)甲烷菌的最適pH范圍也較好氧菌為小,如溫度降至10以下，厭氧微生物的活動能力將非常低下。 而好氧微生物對溫度的適應(yīng)能力較強(qiáng)，在5以上的溫度條件下均能較好地發(fā)揮作用。 產(chǎn)甲烷菌的最適pH范圍也較好氧菌為小,溫度對微生物活性的影響,處理后廢水有機(jī)物濃度高

6、于好氧處理,厭氧微生物可對好氧微生物所不能降解的一些有機(jī)物進(jìn)行降解(或部分降解,處理過程的反應(yīng)較復(fù)雜。 厭氧消化是由多種不同性質(zhì)、不同功能的微生物協(xié)同工作的一個連續(xù)的微生物學(xué)過程，遠(yuǎn)比好氧生物處理中的微生物過程復(fù)雜,二、厭氧消化微生物,一)發(fā)酵細(xì)菌(產(chǎn)酸細(xì)菌) 主要包括梭菌屬(Clostridigm)、似桿菌屬(Bacteroides)、丁酸弧菌屬(Butyrivibrio)、真細(xì)菌屬(Eubacterium)和雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)等,這類細(xì)菌的主要功能是先通過胞外酶的作用將不溶性有機(jī)物水解成可溶性有機(jī)物，再將可溶性的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化成脂肪酸，醇類等。 不溶性有機(jī)物 可

7、溶性有機(jī)物 可溶性的大分子有機(jī)物 小分子,研究表明，該類細(xì)菌對有機(jī)物的水解過程相當(dāng)緩慢，pH和細(xì)胞平均停留時間等因素對水解速率的影響很大,因此，當(dāng)處理的廢水中含有大量難水解的類脂時，水解就會成為厭氧消化過程的限速步驟。 但產(chǎn)酸的反應(yīng)速率較快，并遠(yuǎn)高于產(chǎn)甲烷反應(yīng),發(fā)酵細(xì)菌大多數(shù)為專性厭氧菌，但也有大量兼性厭氧菌。 除發(fā)酵細(xì)菌外，在厭氧消化的發(fā)酵階段，也可發(fā)現(xiàn)真菌和為數(shù)不多的原生動物,二)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌,近年來的研究所發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌包括互營單孢菌屬(Syntrophomonas)、桿菌屬(Syntrophobacter)、梭菌屬(Clostridium)、暗桿菌屬(Petobacter)等,這類

8、細(xì)菌能把各種揮發(fā)性脂肪酸降解為乙酸和H2。其反應(yīng)如下： 降解乙醇 CH3CH2OH十H2OCH3COOH+2H2 降解丙酸 CH3CH2COOH十2H2O CH3COOH+3H2+CO2 降解丁酸 CH3CH2CH2COOH+2H2O 2CH3COOH+2H2,上述反應(yīng)只有在乙酸濃度低、液體中氫分壓也很低時才能完成。 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌可能是絕對厭氧菌或是兼性厭氧菌,三)產(chǎn)甲烷細(xì)菌,產(chǎn)甲烷菌大致可分為兩類： 一類主要利用乙酸產(chǎn)生甲烷； 另一類數(shù)量較少，利用氫和CO2合成生成甲烷。 也有極少量細(xì)菌，既能利用乙酸，也能利用氫,以下是兩個典型的產(chǎn)甲烷反應(yīng)： 利用乙酸 CH3COOH CH4+CO2 利用

9、H2和CO2 4H2十CO2CH4+2H2O,產(chǎn)甲烷菌都是絕對厭氧細(xì)菌，要求生活環(huán)境的氧化還原電位在150400mV范圍內(nèi)。 氧和氧化劑對產(chǎn)甲烷菌有很強(qiáng)的毒害作用,產(chǎn)甲烷菌的增殖速率慢，繁殖世代期長，甚至達(dá)46d。 因此，在一般情況下產(chǎn)甲烷反應(yīng)是厭氧消化的控制階段,四)厭氧微生物群體間的關(guān)系,在厭氧生物處理反應(yīng)器中，不產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)甲烷菌相互依賴，互為對方創(chuàng)造與維持生命活動所需要的良好環(huán)境和條件，但又相互制約,厭氧微生物群體間的相互關(guān)系,1不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長和產(chǎn)甲烷所需要的基質(zhì) 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌把各種復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)，如碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等進(jìn)行厭氧降解，生成游離氫、二氧化碳、氨、乙

10、酸、甲酸、丙酸、丁酸、甲醇、乙醇等產(chǎn)物,丙酸、丁酸、乙醇等又可被產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌轉(zhuǎn)化為氫、二氧化碳、乙酸等,所以，不產(chǎn)甲烷細(xì)菌通過其生命活動為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供了合成細(xì)胞物質(zhì)和產(chǎn)甲烷所需的碳前體和電子供體、氫供體和氮源,產(chǎn)甲烷細(xì)菌充當(dāng)厭氧環(huán)境有機(jī)物分解中微生物食物鏈的最后一個生物體,2不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌創(chuàng)造適宜的氧化還原條件 厭氧發(fā)酵初期，由于加料使空氣進(jìn)入發(fā)酵池，原料、水本身也攜帶氧氣，這對產(chǎn)甲烷細(xì)菌是有害的。 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌類群中那些需氧和兼性厭氧微生物將其去除,各種厭氧微生物對氧化還原電位的適應(yīng)不相同，通過它們有順序地交替生長和代謝活動，使發(fā)酵液氧化還原電位不斷下降，逐步為產(chǎn)甲烷細(xì)菌生長和產(chǎn)

11、甲烷創(chuàng)造適宜的氧化還原條件,3不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌清除有毒物質(zhì) 在以工業(yè)廢水或廢棄物為發(fā)酵原料時，其中可能含有酚類、苯甲酸、氰化物、長鏈脂肪酸、重金屬等對于產(chǎn)甲烷細(xì)菌有毒害作用的物質(zhì),不產(chǎn)甲烷細(xì)菌中有許多種類能裂解苯環(huán)、降解氰化物等從中獲得能源和碳源。這些作用不僅解除了對產(chǎn)甲烷細(xì)菌的毒害，而且給產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供了養(yǎng)分,此外，不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的產(chǎn)物硫化氫，可以與重金屬離子作用生成不溶性的金屬硫化物沉淀，從而解除一些重金屬的毒害作用,4產(chǎn)甲烷細(xì)菌為不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生化反應(yīng)解除反饋抑制 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的發(fā)酵產(chǎn)物可以抑制其本身的不斷形成。氫的積累可以抑制產(chǎn)氫細(xì)菌的繼續(xù)產(chǎn)氫，酸的積累可以抑制產(chǎn)酸細(xì)菌繼續(xù)產(chǎn)酸,

12、A + B C + D,在正常的厭氧發(fā)酵中，產(chǎn)甲烷細(xì)菌連續(xù)利用由不產(chǎn)甲烷細(xì)菌產(chǎn)生的氫、乙酸、二氧化碳等，使厭氧系統(tǒng)中不致有氫和酸的積累，就不會產(chǎn)生反饋抑制，不產(chǎn)甲烷細(xì)菌也就得以繼續(xù)正常的生長和代謝,例如：降解乙醇 CH3CH2OH十H2O CH3COOH+2H2,5不產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌共同維持環(huán)境中適宜的pH值 在厭氧發(fā)酵初期，不產(chǎn)甲烷細(xì)菌首先降解原料中的糖類、淀粉等物，產(chǎn)大量的有機(jī)酸，產(chǎn)生的二氧化碳也部分溶于水，使發(fā)酵液的pH明顯下降,而此時，一方面不產(chǎn)甲烷細(xì)菌類群中的氨化細(xì)菌迅速進(jìn)行氨化作用，產(chǎn)生的氨中和部分酸,厭氧消化過程,另一方面，產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用乙酸、甲酸、氫和二氧化碳形成甲烷，消

13、耗酸和二氧化碳,因此，兩個類群的共同作用使pH穩(wěn)定在一個適宜范圍內(nèi),三、厭氧生物處理的影響因素,由于產(chǎn)甲烷菌對環(huán)境因素的影響較非產(chǎn)甲烷菌(包括發(fā)酵細(xì)菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌)敏感得多，產(chǎn)甲烷反應(yīng)常是厭氧消化的控制階段,1溫度 溫度是影響微生物生命活動最重要因素之一，其對厭氧微生物尤為顯著,可見，厭氧消化速率隨溫度的變化比較復(fù)雜，在厭氧消化過程中存在著兩個不同的最佳穩(wěn)度范圍： 一為55左右，一為35左右,厭氧微生物分為嗜熱菌(高溫細(xì)菌)和嗜溫菌(中溫細(xì)菌)兩大類，相應(yīng)的厭氧消化則被稱為高溫消化(55左右)和中溫消化(35左右,高溫消化的反應(yīng)速率約為中溫消化的1.51.9倍，產(chǎn)氣率也高。 但氣體中甲烷所

14、占百分率卻較中溫消化為低,當(dāng)處理含有病原菌和寄生蟲卵的廢水或污泥時，采用高溫消化可取得較理想的衛(wèi)生效果，消化后污泥的脫水性能也較好,在工程實(shí)踐中，當(dāng)然還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)因素，采用高溫消化需要消耗較多的能量，當(dāng)處理廢水量很大時，往往不宜采用,隨著各種新型厭氧反應(yīng)器的開發(fā)，溫度對厭氧消化的影響由于生物量的增加而變得不再顯著。 因此處理廢水的厭氧消化反應(yīng)常在常溫條件(2025)下進(jìn)行，以節(jié)省能量的消耗和運(yùn)行費(fèi)用,2. pH 產(chǎn)甲烷菌最適pH范圍為6.87.2。在pH=6.5以下或 pH=8.2以上的環(huán)境中，厭氧消化會受到嚴(yán)重的抑制，這主要是對產(chǎn)甲烷菌的抑制。 水解細(xì)菌和產(chǎn)酸菌也不能承受低pH的環(huán)境,厭氧發(fā)

15、酵體系中的pH除受進(jìn)水pH的影響外，還取決于代謝過程中自然建立的緩沖平衡。 影響酸堿平衡的主要參數(shù)： 揮發(fā)性脂肪酸、堿度和CO2含量,但產(chǎn)甲烷細(xì)菌的作用會產(chǎn)生HCO3，使系統(tǒng)的pH回升。 系統(tǒng)中沒有足夠的HCO3，將使揮發(fā)酸積累，導(dǎo)致系統(tǒng)緩沖作用的破壞，即所謂的“酸化,3氧化還原電位 絕對的厭氧環(huán)境是產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行正?；顒拥幕緱l件，可以用氧化還原電位表示厭氧反應(yīng)器中含氧濃度,不產(chǎn)甲烷菌可以在氧化還原電位為+100100mV的環(huán)境下進(jìn)行正常的生理活動,產(chǎn)甲烷菌的最適氧化還原電位為： 150400mV，培養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌的初期，氧化還原電位不能高于320mV,4營養(yǎng) 厭氧微生物對碳、氮等營養(yǎng)物質(zhì)的要求略

16、低于好氧微生物。 但大多數(shù)厭氧菌不具有合成某些必要的維生素或氨基酸的功能,為了保證細(xì)菌的增殖和活動，還需要補(bǔ)充某些專門的營養(yǎng)，如鉀、鈉、鈣等金屬鹽類是形成細(xì)胞或非細(xì)胞的金屬絡(luò)合物所必需的，而鎳、鋁、鈷、鉬等微量金屬，則可提高若干酶系統(tǒng)的活性，使產(chǎn)氣量增加,主要是對化工廢水,5食料/微生物比 與好氧生物處理相似，厭氧生物處理過程中的食料/微生物比對其進(jìn)程影響很大。 在實(shí)際中常以有機(jī)負(fù)荷(COD/VSS)表示，單位為kg/(kgd,在有機(jī)負(fù)荷、處理程度和產(chǎn)氣量三者之間，存在著密切的聯(lián)系和平衡關(guān)系。 一般，較高的有機(jī)負(fù)荷可獲得較大的產(chǎn)氣量，但處理程度會降低,再者，由于厭氧消化過程中產(chǎn)酸階段的反應(yīng)速率

17、比產(chǎn)甲烷階段的反應(yīng)速率高得多，必須十分謹(jǐn)慎地選擇有機(jī)負(fù)荷，使揮發(fā)酸的生成及消耗平衡，不致形成揮發(fā)酸的積累,有機(jī)負(fù)荷,處理程度,產(chǎn)氣量,為保持系統(tǒng)的平衡，有機(jī)負(fù)荷的絕對值不宜太高,隨著反應(yīng)器中生物量(厭氧污泥)濃度的增加，有可能在保持相對較低污泥負(fù)荷的條件下得到較高的容積負(fù)荷。 這樣，能夠在滿足一定處理程度的同時，縮短消化時間，減少反應(yīng)容積,總的說來，（厭氧生物）處理可采用較（好氧生物）處理高得多的有機(jī)負(fù)荷。一般COD濃度可達(dá)510kg/(m3d)，有的甚至可高達(dá)50kg/(m3d,6有毒物質(zhì) 有毒物質(zhì)會對厭氧微生物產(chǎn)生不同程度的抑制，使厭氧消化過程受到影響甚至遭到破壞,最常見的抑制性物質(zhì)為硫化

18、物、氨氮、重金屬、氰化物以及某些人工合成的有機(jī)物。如：銅,硫酸鹽和其他硫的氧化物容易在厭氧消化過程中被還原為硫化物。 可溶性的硫化物和 H2S氣體在達(dá)到一定濃度時，對產(chǎn)甲烷過程產(chǎn)生抑制。 如何減輕硫化物的抑制作用,氨是厭氧消化的緩沖劑，但高濃度的氨對厭氧消化有害。 有人認(rèn)為NH3-N濃度50200mg/L即能產(chǎn)生控制，但通過對產(chǎn)甲烷細(xì)菌的馴化，厭氧過程對氨的適應(yīng)能力能夠得到加強(qiáng),重金屬常能使厭氧消化過程失效，表現(xiàn)為產(chǎn)氣量降低和揮發(fā)酸的積累。 原因是細(xì)菌的代謝酶受到破壞而失活，是一種非競爭性抑制。 不同重金屬離子及其不同的存在形態(tài)，會產(chǎn)生不同的抑制作用,據(jù)報道277mg/L的硫酸鎳不會引起消化過

19、程的變化， 而30mg/L的硝酸鎳卻能使產(chǎn)氣量減少80,重金屬的濃度也會顯著影響其抑制作用。 當(dāng)氯化鎳的濃度為500mg/L時，其對沼氣產(chǎn)量的影響可以忽略不計， 而濃度為1000mg/L時會使產(chǎn)氣量大大減少,氰化物對厭氧消化的抑制作用決定于其濃度和接觸時間。 如濃度小于10mg/L，接觸時間為1h，抑制作用不明顯。 濃度如增高到100mg/L，氣體產(chǎn)量會明顯降低,研究表明，厭氧微生物對很多在好氧條件下難以降解的合成有機(jī)物，如蒽醌類染料、偶氮染料、含氯的有機(jī)殺蟲劑等，都具有降解的能力,但仍有相當(dāng)一部分合成有機(jī)物對厭氧微生物有毒害作用，其作用大小與濃度相關(guān)，如3-氧-1，2-丙二醇、2氯丙酸、1-

20、氯丙烷、2-氯丙烯、丙烯醛和甲醛等,提高降解有毒有機(jī)物的措施,A、在厭氧條件下混合細(xì)菌種群對有毒性的合成有機(jī)物進(jìn)行降解的速率要比單一菌種的速率要快,B、對厭氧微生物的馴化也可提高其適應(yīng)和降解合成有機(jī)物的能力。 其他,四、厭氧消化工藝的發(fā)展及其應(yīng)用,人類對厭氧生物處理方法的研究首先從處理糞便開始,隨著工業(yè)的發(fā)展和人口的增加，并不斷向城鎮(zhèn)集中，城鎮(zhèn)污水和工業(yè)廢水的處理才引起人們的重視,廢水厭氧生物處理可追溯到100多年前。 1860年，法國人Louis Mouras把簡易沉淀池改進(jìn)作為污水處理構(gòu)筑物使用。 1881年法國Cosmos雜志登載介紹了Mouras創(chuàng)造的處理污水污泥的自動凈化器（Auto

21、matic Scasenger）。 后來人們把Mouras作為厭氧消化處理的創(chuàng)始人,1890年，Scotto-Moncrieff第一個建造了初步的厭氧濾池（Anaerobic Filter）。 該池底部空，上面鋪一層石子。石子的作用是攔截廢水中的固體顆粒物,1894年Talbot設(shè)計了一個與Mouras自動凈化器相似的消化罐，主要不同是中間設(shè)置了一些垂直擋板，用于阻擋流過的廢水,1895年，Donald Cameron在英國設(shè)計了世界上第一個厭氧化糞池（Septic Tank）。 這是厭氧處理工藝發(fā)展史上的一個里程碑,化糞池,1899年，Harry W Clerk設(shè)計了一個分離的消化器（Sep

22、arate Digester），先把污水沉淀后，再厭氧發(fā)酵,1903年，Travis發(fā)明了Travis池。 廢水從一端流入，從另一端流出，兩側(cè)沉淀分離的污泥在反應(yīng)池中間的下部消化，產(chǎn)生的沼氣從中間上部排出,Travis反應(yīng)池,1906年德國人Imhoff對Travis反應(yīng)池作了改進(jìn)，設(shè)計了Imhoff池，又稱隱化池，也稱雙層沉淀池,Imhoff池,Imhoff池把污水的沉淀和污泥的消化完全分開，彼此不發(fā)生干擾,鑒于敞開式厭氧消化池消化效果不好，而且向周圍環(huán)境散發(fā)惡臭， 1912年德國人Kremer提出了加蓋的密閉式消化池，稱為傳統(tǒng)消化池（Conventional Digester），又稱普通消

23、化池,傳統(tǒng)消化池（普通消化池,為了提高傳統(tǒng)消化池的產(chǎn)氣效率和縮小反應(yīng)池體積，人們常采取一定措施，主要是： （1）加熱 （2）增設(shè)攪拌設(shè)備 使之成為高速消化池（High Rate Digester,高速消化池,1950年南非人Stander發(fā)現(xiàn)厭氧反應(yīng)器中保持大量細(xì)菌的重要性，開發(fā)了處理酒廠和藥廠廢水的所謂厭氧澄清器（Anaerobic Claridigester）。 把厭氧消化和沉淀合為一體,厭氧澄清器,廢水從池底流進(jìn)污泥區(qū)， 污泥中產(chǎn)生的甲烷和二氧化碳?xì)怏w上升起攪拌作用， 消化液自下而上經(jīng)過中間小洞進(jìn)入沉淀區(qū)；沉淀下來的污泥自上而下通過小洞下掉返回消化區(qū),1956年Schroefer等人成功

24、開發(fā)出厭氧接觸工藝（Anaerobic Contact Process）。 由于采用回流，使消化池保持足夠?qū)嵙Φ膮捬蹙?，使反?yīng)器容積負(fù)荷提高，處理效能提高,厭氧接觸工藝,厭氧接觸工藝標(biāo)志著現(xiàn)代廢水厭氧生物處理工藝的誕生,1967年J. C. Young 和P. L. McCarty開發(fā)出厭氧濾池（Anaerobic Filter）。 起初，厭氧濾池以塊石作為填料，為厭氧微生物的附著提供支撐。 近來填料材質(zhì)有了很大改進(jìn)。 不足是：可能有堵塞，空間利用率較低,厭氧濾池,1974年荷蘭G Lettinga等人開發(fā)出升流式厭氧污泥層反應(yīng)器（Upflow Anaerobic Sludge Blanket

25、），簡稱UASB。 特點(diǎn)是形成顆粒污泥，處理不含固體顆粒的廢水,升流式厭氧污泥層反應(yīng)器,1978年W J Jewell 等人和1979年 R P Bowker 等人分別開發(fā)出厭氧膨脹污泥床（Anaerobic Expanded Blanket）和厭氧流化床（Anaerobic Fluidized Bed,厭氧膨脹床和流化床,反應(yīng)器的特點(diǎn)是反應(yīng)器內(nèi)充填著細(xì)顆粒載體，如細(xì)砂。 為使充填物膨脹或流化，均需要部分出水回流,1980年S J Tait等人開發(fā)出厭氧生物轉(zhuǎn)盤工藝（Anaerobic Rotating Biological Reactor,厭氧生物轉(zhuǎn)盤,1982年McCarty等人開發(fā)出厭氧

26、折流板反應(yīng)器（Anaerobic Baffled Reactor,厭氧折流板反應(yīng)器,新型厭氧反應(yīng)器,1981年，Lettinga等人在利用UASB反應(yīng)器處理生活污水時，為了增加污水與污泥的接觸，更有效地利用反應(yīng)器的容積，改變了UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和操作參數(shù)，使反應(yīng)器中顆粒污泥床在較高的液體表面上升流速下充分膨脹，由此產(chǎn)生了EGSB （Expanded Granular Sludge Bed）反應(yīng)器,1982年加拿大人Guiot把UASB反應(yīng)器和厭氧濾池相結(jié)合，開發(fā)出厭氧復(fù)合反應(yīng)器（Upflow Anaerobic Bed-filter,1985年由荷蘭Paques公司在反應(yīng)器的基礎(chǔ)上開發(fā)成

27、功的高效厭氧反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器，即IC反應(yīng)器（Internal Circulation）,1982年美國Fannion等人在處理海藻廢水時，開發(fā)出UBR反應(yīng)器（Upflow Solid Reactor ）。 反應(yīng)器不需要三相分離器和污泥回流，靠SS的自然沉淀作用，使SRT比HRT更長，提高了SS的消化率,USR反應(yīng)器 1.儲料槽；2.進(jìn)料泵；3.USR；4.取樣口；5.出水； 6.沼氣；7氣水分離器；8.沼氣計量；9.排渣管,新型厭氧反應(yīng)器打破了傳統(tǒng)觀念： 厭氧處理工藝處理效率低；需要較高溫度、較高廢水濃度和較長停留時間,厭氧生物處理工藝與好氧生物處理工藝存在一定聯(lián)系,厭氧處理工藝的發(fā)展過

28、程及與好氧處理工藝的關(guān)系,早期厭氧消化的運(yùn)行條件如溫度等均未得到控制，這些初級的厭氧處理設(shè)備均需很長的停留時間，出水水質(zhì)也較差,但化糞池和雙層沉淀池曾在美、德、法等國得到推廣，并沿用至今。 在我國的很多大小城市中，目前也仍有不少化糞池在運(yùn)行,至今，人們公認(rèn)厭氧接觸法的誕生，標(biāo)志著厭氧消化工藝的發(fā)展進(jìn)入了一個新階段,運(yùn)用20世紀(jì)50年代獲得的一些厭氧處理經(jīng)驗(yàn)和厭氧處理所涉及的微生物學(xué)、生物化學(xué)和生化工程的最新研究成果，開發(fā)出一批厭氧反應(yīng)器，稱為“第二代廢水厭氧處理反應(yīng)器,其中典型的代表有：厭氧濾池(AF)、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)、厭氧流化床(AFB)等,高效厭氧消化反應(yīng)器的共同特點(diǎn)是

29、保持有很高濃度的生物量，通過不同的方式，使生物量在反應(yīng)器中停留時間很長,第二代厭氧反應(yīng)器解決了厭氧微生物生長緩慢(厭氧過程本身特點(diǎn))和生物量易隨液體流出(傳統(tǒng)消化池的弱點(diǎn))等不利于反應(yīng)器高效運(yùn)行的關(guān)鍵問題,它們具有以下突出的優(yōu)點(diǎn),具有相當(dāng)高的有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷，因而反應(yīng)器的容積比傳統(tǒng)裝置減少90以上； 在不利條件下(低溫、沖擊負(fù)荷、存在抑制物等)仍具有很高的穩(wěn)定性,反應(yīng)器構(gòu)造簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，從而投資小，占地面積少。并適合于各種規(guī)模和可作為運(yùn)行單元被結(jié)合在整體的處理技術(shù)中,處理低濃廢水的高效率已具備與好氧處理競爭的能力； 通常幾乎不需要操作和管理費(fèi)用，是能源凈生產(chǎn)過程,20世紀(jì)90年代初國際上相

30、繼出現(xiàn)： 以厭氧膨脹顆粒污泥床(EGSB)、內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(IC）、升流式厭氧污泥床過濾器(UBF)為典型代表的厭氧反應(yīng)器，稱為第三代厭氧反應(yīng)器,第三代厭氧反應(yīng)器的共同特點(diǎn)是： 微生物均以顆粒污泥固定化方式存在于反應(yīng)器之中，反應(yīng)器單位容積的生物量更高； 能承受更高的水力負(fù)荷，并具有較高的有機(jī)污染物凈化效能,具有較大的高徑比，一般在5-10以上； 占地面積??； 動力消耗小,厭氧消化工藝的應(yīng)用范圍,用于城市廢水處理廠污泥的穩(wěn)定化處理； 用于高濃度有機(jī)工業(yè)廢水的處理,與好氧過程串聯(lián)配合使用，用于城市廢水的處理，包括去除有機(jī)物，除磷、脫氮； 用于含難降解有機(jī)物的工業(yè)廢水的處理,謝謝,化糞池,普通消化池,

31、厭氧接觸氧化,厭氧膨脹床反應(yīng)器,厭氧生物轉(zhuǎn)盤,厭氧折流板反應(yīng)器,升流式厭氧污泥層反應(yīng)器（UASB,新型厭氧反應(yīng)器,五、升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的設(shè)計,升流式厭氧污泥床(upflow anaerobic sludge blanket，UASB)反應(yīng)器是荷蘭學(xué)者萊廷格(Lettinga)等人在20世紀(jì)70年代初開發(fā)的,一)升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的特點(diǎn)和構(gòu)造 1升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的特點(diǎn) UASB反應(yīng)器工作原理示意,UASB反應(yīng)器由反應(yīng)區(qū)和沉降區(qū)兩部分組成。 反應(yīng)區(qū)又可根據(jù)污泥的情況分為污泥懸浮層區(qū)和污泥床區(qū),污泥床主要由沉降性能良好的厭氧污泥組成，SS濃度可達(dá)50100個g/L或更高,污泥懸浮層主

32、要靠反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣體的上升攪拌作用形成，污泥濃度較低， SS一般在540g/L范圍內(nèi),在反應(yīng)器上部設(shè)有氣(沼氣)、固(污泥)、液(廢水)三相分離器，分離器首先使生成的沼氣氣泡上升過程受偏折，然后穿過水層進(jìn)入氣室，由導(dǎo)管排出反應(yīng)器,脫氣后的混合液在沉降區(qū)進(jìn)一步進(jìn)行固、液分離，沉降下的污泥返回反應(yīng)區(qū)，使反應(yīng)區(qū)內(nèi)積累大量的微生物。 待處理的廢水由底部布水系統(tǒng)進(jìn)入，澄清后的處理水從沉淀區(qū)溢流排出,由于在UASB反應(yīng)器中能夠培養(yǎng)得到一種具有良好沉降性能和高比產(chǎn)甲烷活性的顆粒厭氧污泥(granular anaerobic sludge)，因而相對于其他同類裝置，顆粒污泥UASB反應(yīng)器具有一定的優(yōu)勢,U

33、ASB特點(diǎn),有機(jī)負(fù)荷居第二代反應(yīng)器之首，水力負(fù)荷能滿足要求。 污泥顆粒化后使反應(yīng)器對不利條件的抗性增強(qiáng),將污泥或流出液人工回流的機(jī)械攪拌一般維持在最低限度，甚至可完全取消。 因此，UASB可省去攪拌和回流污泥所需的設(shè)備和能耗,在反應(yīng)器上部設(shè)置的氣固液三相分離器，對沉降良好的污泥或顆粒污泥避免了附設(shè)沉淀分離裝置、輔助脫氣裝置和回流污泥設(shè)備，簡化了工藝，節(jié)約了投資和運(yùn)行費(fèi)用。 在反應(yīng)器內(nèi)不需投加填料和載體，提高了容積利用率，避免了堵塞問題,因此，UASB反應(yīng)器已成為第二代厭氧處理反應(yīng)器中發(fā)展最為迅速、應(yīng)用最為廣泛的裝置。 目前UASB反應(yīng)器不僅用于處理高、中等濃度的有機(jī)廢水，也開始用于處理如城市廢

34、水這樣的低濃度有機(jī)廢水,2升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的構(gòu)造,UASB反應(yīng)器主要由下列幾部分組成： (1)進(jìn)水配水系統(tǒng) 進(jìn)水配水系統(tǒng)主要是將廢水盡可能均勻地分配到整個反應(yīng)器，并具有一定的水力攪拌功能。它是反應(yīng)器高效運(yùn)行的關(guān)鍵之一,2)反應(yīng)區(qū) 包括污泥床區(qū)和污泥懸浮層區(qū)，有機(jī)物主要在這里被厭氧菌所分解，是反應(yīng)器的主要部位,3)三相分離器 由沉淀區(qū)、回流縫和氣封組成，其功能是把沼氣、污泥和液體分開。 污泥經(jīng)沉淀區(qū)沉淀后由回流縫回流到反應(yīng)區(qū)，沼氣分離后進(jìn)入氣室,三相分離器,4)出水系統(tǒng) 作用是把沉淀區(qū)表層處理過的水均勻地加以收集，排出反應(yīng)器。 (5)氣室 也稱集氣罩，其作用是收集沼氣,6)浮渣清除系統(tǒng) 其

35、功能是清除沉淀區(qū)液面和氣室表面的浮渣。如浮渣不多可省略。 (7)排泥系統(tǒng) 其功能是均勻地排除反應(yīng)區(qū)的剩余污泥,根據(jù)不同的處理對象，UASB反應(yīng)器構(gòu)造主要可分為開敞式和封閉式兩種,開敞式UASB反應(yīng)器,特點(diǎn)是反應(yīng)器的頂部不加密封，出水水面是開放的，或加一層不密封的蓋板。 主要適用于處理中低濃度的有機(jī)廢水。 中低濃度廢水經(jīng)UASB反應(yīng)器處理后，出水中的有機(jī)物濃度較低，所以在沉淀區(qū)產(chǎn)生的沼氣數(shù)量很少，一般不再收集。 反應(yīng)器構(gòu)造較簡單，易于施工安裝和維修,封閉式UASB反應(yīng)器,其特點(diǎn)是反應(yīng)器的頂部加蓋密封。 在液面與池頂之間形成一個氣室，可以同時收集反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)產(chǎn)生的沼氣。 這種型式反應(yīng)器適用于處理

36、高濃度有機(jī)廢水或含硫酸鹽較高的有機(jī)廢水。 此種型式反應(yīng)器的池蓋也可為浮蓋式,UASB反應(yīng)器的斷面形狀一般為圓形或矩形。反應(yīng)器常為鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 當(dāng)采用鋼結(jié)構(gòu)時，常采用圓形斷面；當(dāng)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時，則用矩形斷面。 由于三相分離器的構(gòu)造要求，采用矩形斷面便于設(shè)計和施工,UASB反應(yīng)器處理廢水一般不加熱，利用廢水本身的水溫。 如果需要加熱提高反應(yīng)的溫度。但反應(yīng)器一般都采用保溫措施，方法同消化池。 反應(yīng)器必須采取防腐蝕措施,二)升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的設(shè)計 自UASB反應(yīng)器首先在荷蘭用于甜菜制糖廢水的處理，此后在西歐及北美諸國也開始建造UASB裝置，在亞洲及澳洲也開始有實(shí)際應(yīng)用,主要處理

37、的食品工業(yè)易生物降解的有機(jī)廢水。主要設(shè)計參數(shù)COD負(fù)荷范圍為 518kg/(m3d)，其中以61lkg/(m3d)的最多。 反應(yīng)器的容積為305 500m3，其中 400-2 000m3者為數(shù)較多,我國是從1981年開始進(jìn)行了UASB反應(yīng)器處理有機(jī)廢水方面的大量試驗(yàn)研究工作，但生產(chǎn)性的裝置建造的還不夠多,大型UASB反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計和程序化設(shè)計包括: 反應(yīng)器的主體結(jié)構(gòu)、 反應(yīng)器上部的三相分離器、 反應(yīng)器的布水系統(tǒng)等,UASB反應(yīng)器應(yīng)用于生產(chǎn)的歷史尚較短，對生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)不多，還不能提出完整的工程設(shè)計方法，尚待進(jìn)一步總結(jié)和提高,UASB反應(yīng)器設(shè)計的一般原則,首先根據(jù)處理廢水的性質(zhì)選定適宜的池

38、型和確定有效容積及其主要部位的尺寸，如高、直徑、長寬比等； 其次，設(shè)計進(jìn)水配水系統(tǒng)、出水系統(tǒng)和三相分離器； 此外，還要考慮排泥和刮渣系統(tǒng),1UASB反應(yīng)器容積及主要構(gòu)造尺寸的確定 目前，UASB反應(yīng)器有效容積(包括沉淀區(qū)和反應(yīng)區(qū))均采用進(jìn)水容積負(fù)荷法進(jìn)行確定,式中 V反應(yīng)器有效容積，m3； Q廢水流量，m3/d； So進(jìn)水COD或BOD5濃度，g/L； NvCOD或BOD5容積負(fù)荷，kg/(m3d,容積負(fù)荷值（ Nv ）與反應(yīng)器的溫度、廢水的性質(zhì)和濃度有關(guān)，同時與反應(yīng)器內(nèi)是否形成顆粒污泥也有很大關(guān)系。 對某種廢水，反應(yīng)器的容積負(fù)荷一般應(yīng)通過試驗(yàn)確定，如有同類型的廢水處理資料，可以作為參考選用,

39、食品工業(yè)廢水或與其性質(zhì)相似的其他工業(yè)廢水，采用UASB反應(yīng)器處理，在反應(yīng)器內(nèi) 往往能夠形成厭氧顆粒污泥。 不同反應(yīng)溫度下的進(jìn)水容積負(fù)荷可參考所列數(shù)據(jù)表確定，COD去除率一般可達(dá)80%90,不同溫度下的設(shè)計容積負(fù)荷,但如果反應(yīng)器內(nèi)不能形成厭氧顆粒污泥，而主要為絮狀污泥，則反應(yīng)器的容積負(fù)荷不可能很高。 因?yàn)樨?fù)荷高絮狀污泥將會大量流失，所以進(jìn)水COD容積負(fù)荷一般不超過5kg/(m3d,從理論上講，反應(yīng)器的容積和反應(yīng)器的效率無直接影響。 但是實(shí)踐中由于反應(yīng)器的布水系統(tǒng)和反應(yīng)器中的混合程度是影響反應(yīng)器處理效能的重要因素之一，大型反應(yīng)器的進(jìn)水均勻性較難保證,根據(jù)前人的工程實(shí)踐，反應(yīng)器的容積以200300m

40、3為宜，最大反應(yīng)器的容積不應(yīng)超過500m3。 在需要大容積反應(yīng)器時，可采取分格多單元(單元體積小于500m3)方式設(shè)計，啟動時可依次進(jìn)行,反應(yīng)器的有效高度通常應(yīng)通過試驗(yàn)確定。現(xiàn)行UASB的生產(chǎn)性裝置的有效高度常采用 58m。一般最大高度不超過10m,有效容積 進(jìn)水COD容積負(fù)荷一般5kg/(m3d)； 反應(yīng)器的容積以200300m3為宜； 有效高度常采用 58m,2進(jìn)水配水系統(tǒng)的設(shè)計,進(jìn)水必須在反應(yīng)器底部均勻分配。確保各單位面積的進(jìn)水量基本相同，以防止短路或表面負(fù)荷不均勻等現(xiàn)象發(fā)生,在滿足污泥床水力攪拌需要的同時，應(yīng)充分考慮水力攪拌和過程產(chǎn)生的沼氣攪拌，對進(jìn)水與污泥混合效果的影響，盡可能防止局

41、部產(chǎn)生酸化現(xiàn)象,UASB反應(yīng)器進(jìn)水配水系統(tǒng)有多種形式。 但多屬專利，具體設(shè)計數(shù)據(jù)未公開,配水系統(tǒng)的形式有以下幾種。 (1)樹枝管式配水系統(tǒng) 一般采用對稱布置，各支管出水口向下距池底約20cm，位于所服務(wù)面積的中心。管口對準(zhǔn)的池底所設(shè)的反射錐體，使射流向四周散開，均勻布于池底，一般出水口直徑采用1520mm，每個出水口服務(wù)面積為 24m2,2)穿孔管配水系統(tǒng),為了配水均勻，配水管中心距可采用1.0 2.0m，出水孔也可采用1.02.0m，孔徑一般為1020mm，常采用15mm，孔口向下或與垂線呈45方向，每個出水孔服務(wù)面積一般為24m2,配水管的直徑最好不小于100mm， 配水管中心距池底一般為

42、2025cm,3)多點(diǎn)多管配水系統(tǒng) 該配水系統(tǒng)的特點(diǎn)是一根配水管只服務(wù)一 個配水點(diǎn)，配水管根數(shù)與配水點(diǎn)數(shù)相同。 只要保證每根配水管流量相等，則即可達(dá)到每個配水點(diǎn)流量相等的要求,一般多采用配水渠道通過三角堰把廢水均勻流入配水管的方式。 國外有些專利采用脈沖配水器，每根管是間歇進(jìn)水的，但整個反應(yīng)器是連續(xù)進(jìn)水的,配水系統(tǒng)的形式確定后，就可進(jìn)行管道布置、計算管徑和水頭損失。根據(jù)水頭損失和反應(yīng)器(或配水渠)水面和調(diào)節(jié)池(或集水池)水面高程差計算進(jìn)水水泵所需的揚(yáng)程，選擇合適的水泵型號,3三相分離器設(shè)計 (1)三相分離器的基本構(gòu)造 主要功能均為氣液分離、固液分離和污泥回流； 主要組成部分為氣封、沉淀區(qū)和回流

43、縫,a)式構(gòu)造簡單，但泥水分離的情況不佳，在回流縫處同時存在上升和下降兩股流體，相互干擾，污泥回流不通暢。 (c)式也存在類似情況,b)式的構(gòu)造較為復(fù)雜，但污泥回流和水流上升互不干擾，污泥回流通暢，泥水分離效果較好，氣體分離效果也較好,2)三相分離器的布置形式 對于容積較大的UASB反應(yīng)器，往往有若干個連續(xù)安裝的三相分離器系統(tǒng),3)三相分離器的設(shè)計方法 三相分離器的設(shè)計可分為3個內(nèi)容： 沉淀區(qū)設(shè)計、回流縫設(shè)計和氣液分離設(shè)計,沉淀區(qū)設(shè)計。 三相分離器沉淀區(qū)的設(shè)計主要考慮沉淀面積和水深,沉淀區(qū)的面積根據(jù)廢水量和沉淀區(qū)的表面負(fù)荷確定。由于在沉淀區(qū)的厭氧污泥與水中殘余的有機(jī)物尚能產(chǎn)生生化反應(yīng)，有少量的

44、沼氣產(chǎn)生，對固液分離有一定的干擾。 所以表面負(fù)荷一般應(yīng)1.0m3/(m2h,圖2-37(c)所示形式的三相分離器： 集氣罩(氣室)頂以上的覆蓋水深可采用0.51.0m， 集氣罩斜面的坡度應(yīng)采用5560， 沉淀區(qū)斜面(或斗)的高度建議采用0.51.0m。不論何種形式三相分離器，其沉淀區(qū)的總水深應(yīng)1.5m，并保證在沉淀區(qū)的停留時間介于1.52.0h,回流縫設(shè)計。由圖2-38可知，三相分離器由上、下二組重疊的三角形集氣罩所組成，根據(jù)幾何關(guān)系可得,式中 b1下三角形集氣罩底的1/2寬度，m； 下三角形集氣罩斜面的水平夾角，一般可采用5560； h3下三角形集氣罩的垂直高，m。 式中 b2=b2b1 式

45、中 b2相鄰兩個下三角形集氣罩之間的水平距離，即污泥的回流縫之一，m； b單元三相分離器的寬度，m,下三角形集氣罩之間的污泥回流縫中混合液的上升流速(1)可用下式計算,式中1回流縫中混合液上升流速，m/h； Q反應(yīng)器設(shè)計廢水流量，m3h； S1下三角形集氣罩回流縫的總面積，m2； l反應(yīng)器的寬度，即三相分離器的長度，m； n反應(yīng)器的三相分離器單元數(shù)。 為了使回流縫的水流穩(wěn)定，污泥能順利地回流，建議流速v12m/h,上三角形集氣罩與下三角形集氣罩斜面之間回流縫的流速( 2)可用下式計算,式中 S2上三角形集氣罩回流縫的總面積，m2； c三角形集氣罩回流縫的寬度，m，即為圖2-38中的C點(diǎn)至AB斜

46、面的垂直距離CE，建議c0.2m,為了使回流縫和沉淀區(qū)的水流穩(wěn)定，確保良好的固液分離效果和污泥的順利回流，要求滿足下列條件,v2 v1 2.0 m/h,氣液分離設(shè)計。 欲達(dá)到氣液分離目的，上下兩組三角形集氣罩的斜邊必須重疊，重疊的水平距離(AB的水平投影)越大，氣體分離效果越好，去除氣泡的直徑越小，對沉淀區(qū)固液分離效果的影響越小,由反應(yīng)區(qū)上升的水流從下三角形集氣罩回流縫過渡到上三角形集氣罩，回流縫再進(jìn)入沉淀區(qū)，其水流狀態(tài)比較復(fù)雜。當(dāng)混合液上升到A點(diǎn)后將沿著AB方向斜面流動，并設(shè)流速為va ，同時假定A點(diǎn)的氣泡以速度vB 垂直上升，所以氣泡的運(yùn)動軌跡將沿著va和vb合成速度的方向運(yùn)動,根據(jù)速度合

47、成的平行四邊形法則，則有,要使氣泡分離后進(jìn)人沉淀區(qū)的必要條件是,氣泡上升速度(Vb)與其直徑、水溫、液體和氣體的密度、廢水的黏滯系數(shù)等因素有關(guān),4出水系統(tǒng)的設(shè)計 出水的均勻排除也是保證反應(yīng)器均勻穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，尤其對固液分離的影響較大,UASB反應(yīng)器的出水槽布置常用的兩種布置形式. 圖中(a)出水槽的寬度常采用20cm，深度由計算確定； (b)所示出水槽的特點(diǎn)是出水槽與三相分離器集氣罩成一整體,當(dāng)UASB反應(yīng)器為封閉式時，總出氣管必須通過一個水封，以防漏氣和確保厭氧條件。 在出水槽前設(shè)置擋板，可減少出水中懸浮固體數(shù)量，有利于提高出水水質(zhì),5浮渣清除系統(tǒng)設(shè)計 在處理含蛋白質(zhì)或脂肪較高的工業(yè)廢水時

48、，這些化合物的存在會促進(jìn)泡沫的產(chǎn)生和污泥的漂浮，在集氣室和反應(yīng)器的液面可能形成一層很厚的浮渣層，對正常運(yùn)行帶來一些問題,如阻礙沼氣的順利釋放，或堵塞出氣管，導(dǎo)致部分沼氣從沉淀區(qū)逸出，干擾了沉淀區(qū)的沉淀效果。 為了清除浮渣層，必須設(shè)置專門的清除設(shè)備或采取預(yù)防措施,在沉淀區(qū)液面產(chǎn)生的浮渣層，可用刮渣機(jī)清除，它們的構(gòu)造與沉淀池和氣浮池的刮渣機(jī)相同。 氣室里形成的浮渣較難清除，可用定期進(jìn)行循環(huán)水或沼氣反沖等方法減少或去除。這時必須設(shè)置沖洗管和循環(huán)水泵(或氣泵,6排泥系統(tǒng)設(shè)計 UASB反應(yīng)器污泥床區(qū)均勻排泥也是使反應(yīng)器正常工作的重要因素,大型反應(yīng)器一般都不設(shè)污泥斗，池底面積又較大，所以不宜集中在一點(diǎn)排泥

49、，否則污泥床區(qū)的污泥分布不均勻，在排泥口附近的污泥濃度會大大降低，從而影響該處廢水的處理效果。 因此必須進(jìn)行均勻的多點(diǎn)排泥,建議每10m2設(shè)一個排泥口。當(dāng)采用穿孔管配水系統(tǒng)時，同時把穿孔管兼作排泥管是較為適宜的。專設(shè)排泥管管徑一般不小于200mm，以防堵塞。 為了運(yùn)行方便，可在反應(yīng)器高1/2處或三相分離器下0.5m處再設(shè)一個排泥口。沿反應(yīng)器高度均勻地設(shè)56個污泥取樣管,7防腐措施 一般反應(yīng)器正常運(yùn)行時腐蝕較輕，但在反應(yīng)器的上部，特別是反應(yīng)器的頂蓋和三相分離器部分腐蝕較為嚴(yán)重。 因此，UASB反應(yīng)器應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行頂部的防腐處理,8沼氣的收集、貯存 沼氣的熱值很高，是一種可利用的生物能源，有一定的經(jīng)濟(jì)

50、價值。在設(shè)計消化池時必須同時考慮相應(yīng)的沼氣收集、貯存和利用等配套設(shè)施,1)厭氧消化中沼氣產(chǎn)量的估算 糖類、脂類和蛋白質(zhì)等有機(jī)物經(jīng)過厭氧消化能轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳等氣體，統(tǒng)稱為沼氣,產(chǎn)生沼氣的數(shù)量和成分決定于被消化的有機(jī)物的化學(xué)組成，可用下式進(jìn)行估算,一般1gBOD在厭氧條件下完全降解可以生成0.25gCH4，相當(dāng)于在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下沼氣體積0.35L。 由于一部分產(chǎn)生的沼氣將溶于水中，一部分有機(jī)物要用于微生物的合成，實(shí)際沼氣產(chǎn)量要比理論值小,一般說來，糖類物質(zhì)厭氧消化的沼氣產(chǎn)量較少，沼氣中甲烷含量也較低。脂類物質(zhì)沼氣產(chǎn)量較高，甲烷含量也較多。 一般認(rèn)為沼氣中甲烷約占5070，二氧化碳約占2030%，

51、其余是氫、氮和硫化氫等氣體,沼氣是一種很好的氣態(tài)燃料，其發(fā)熱量一般為21 00025 000kJm3 。 表2-9為不同能源等量熱單位的比較,不同能源等量熱單位的比較,含65%CH4的沼氣,2)沼氣的收集 消化池頂部的集氣罩應(yīng)有足夠的空間，對大型消化池，集氣罩的直徑應(yīng)大于4m，集氣罩高應(yīng)大于2m，氣體的出氣口應(yīng)高于3m。在集氣罩頂部應(yīng)設(shè)排氣管和測壓管,在固定蓋式消化池中，出氣管直接與貯氣柜連通，中間絕對不容許連接燃燒用支管。 確定沼氣管道直徑時，管內(nèi)的氣流速度最大為8ms，平均為5ms左右，管道坡度為0.5，且坡向氣流方向,在最低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置凝結(jié)水罐，及時排走凝結(jié)水，防止堵塞管道。 沼氣管應(yīng)采用鍍

52、鋅鋼管或鑄鐵管。 氣柜的進(jìn)出氣管道必須設(shè)水封罐(阻火器)，以確保安全。水封罐兼有保安和調(diào)整氣柜壓力的作用,消化池的氣室及沼氣管道均應(yīng)在正壓下工作，不容許出現(xiàn)負(fù)壓，通常壓力為200 300mm水柱(1mmH209.80665Pa,3)沼氣貯存 沼氣的產(chǎn)量和用氣量都不是恒定的，貯氣柜的作用即是對產(chǎn)氣量與用氣量之間的不平衡進(jìn)行人工調(diào)節(jié)。貯氣柜的容積一般按日平均產(chǎn)氣量的2540，相當(dāng)于610h的平均產(chǎn)氣量確定,貯氣柜中的壓力一般為19602940Pa(相當(dāng)于200300mm水柱)，不宜太高。 由于沼氣中含有少量H2S，對設(shè)備有腐蝕作用，必須采取相應(yīng)的防腐措施。城市煤氣中H2S的最高允許含量為20mgm

53、3。如果沼氣中含硫量太高，必須進(jìn)行沼氣脫硫處理,9其他設(shè)計應(yīng)考慮的問題 (1)水封罐的設(shè)計 水封控制反應(yīng)器中三相分離器的集氣室中氣液兩相界面高度,水封高度 H=H1-H2 式中 H水封高度，m； H1集氣室氣液界面至沉降區(qū)上液面的高度，m； H2主要包括由反應(yīng)器至貯氣罐全部管件阻力引起的壓頭損失，m,2)UASB反應(yīng)器加熱和保溫,六、升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的啟動和應(yīng)用,一)升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的啟動 廢水厭氧生物處理反應(yīng)器成功啟動的標(biāo)志是: 在反應(yīng)器中培養(yǎng)出活性高、沉降性能優(yōu)良并適于待處理廢水水質(zhì)的厭氧污泥,UASB反應(yīng)器的啟動可分為兩個階段， 第一階段是接種污泥在適宜的馴化過程中獲得一個合

54、理分布的微生物群體; 第二個階段是這種合理分布群體大量生長、繁殖,1接種污泥 在生物處理中，接種污泥的數(shù)量和活性是影響反應(yīng)器成功啟動的重要因素,不同的污泥接種量宏觀地表現(xiàn)為反應(yīng)器中污泥床高度不同。 Heertges的試驗(yàn)表明：在污泥床層高度為 0.4m時，短流率達(dá)70一80；污泥床層高度為1.2m時，僅有1/3的進(jìn)水短流；污泥床層高度為2.2m時，短流率又再度增加,VanderMeer等人的試驗(yàn)結(jié)果提出，污泥床厚度以 23m為宜，如太厚會加大溝流和短流。 因試驗(yàn)條件不同，所報道的結(jié)果存在著一定的差異，但從中可以看出，污泥床高度對反應(yīng)區(qū)水流的影響較大,2反應(yīng)器的升溫速率 研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)器升溫速率

55、過快，會導(dǎo)致其內(nèi)部污泥的產(chǎn)甲烷活性短期下降.為了確保反應(yīng)器在短時間內(nèi)快速啟動，建議較合理的升溫速率為在23/d，最快不宜超過5,3進(jìn)水pH的控制 通常認(rèn)為最適宜的pH為6.57.5。 因此，啟動初期進(jìn)水pH應(yīng)控制在7.58.0范圍內(nèi),如果有些情況下，待處理廢水的pH較低，開始啟動時進(jìn)水需經(jīng)中和后再進(jìn)入反應(yīng)器中。當(dāng)反應(yīng)器出水pH穩(wěn)定在6875時，可逐步由回流水和原水混合進(jìn)水過渡到直接采用原水進(jìn)水,4進(jìn)水方式 研究中發(fā)現(xiàn)，采用出水回流與原水混合，然后間歇脈沖的進(jìn)料方 式，反應(yīng)器可在預(yù)定的時間內(nèi)完成正常的啟動,5反應(yīng)器進(jìn)水溫度控制 研究中發(fā)現(xiàn)，通過對回流水加熱，將進(jìn)水溫度維持在高于反應(yīng)器工作溫度81

56、5范圍，可保證反應(yīng)器中微生物在規(guī)定的工作條件下進(jìn)行正常的厭氧發(fā)酵,6反應(yīng)器容積負(fù)荷增加方式 在反應(yīng)器中，不同運(yùn)行時期微生物對有機(jī)物降解能力存在著差異。 反應(yīng)器啟動初期，容積負(fù)荷應(yīng)控制在合理的限度內(nèi)，否則將會引起反應(yīng)器性能的惡化，影響反應(yīng)器的正常啟動過程,反應(yīng)器的啟動負(fù)荷操作控制條件為：當(dāng)COD去除率大于80、出水pH為7.07.5穩(wěn)定運(yùn)行46d后，再提高負(fù)荷。 每次COD負(fù)荷提高的幅度為0.51.0kg(m3d,7、沖擊負(fù)荷試驗(yàn) 反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷、污泥活性和沉降性能、污泥中微生物群體、氣體中甲烷含量等參數(shù)在啟動過程中均發(fā)生不同程度的變化。如何評定反應(yīng)器的啟動已經(jīng)結(jié)束？ 有研究采用沖擊負(fù)荷試驗(yàn)方

57、法,有機(jī)負(fù)荷的突然增大，使得反應(yīng)器出水COD、產(chǎn)氣量和pH都迅速發(fā)生變化，但由于反應(yīng)器中已培養(yǎng)出了活性較高、沉降性能優(yōu)良的厭氧污泥，當(dāng)沖擊負(fù)荷結(jié)束后系統(tǒng)很快能恢復(fù)原來狀態(tài)。 此時可認(rèn)為反應(yīng)器已經(jīng)完成了啟動過程可以進(jìn)入負(fù)荷提高或運(yùn)行階段,8出水循環(huán) 出水循環(huán)在啟動階段應(yīng)特別注意出水中未被降解的COD總量和濃度的變化,UASB反應(yīng)器出水循環(huán)的應(yīng)用要點(diǎn),二）升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的應(yīng)用,1.升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的應(yīng)用情況 19731977年，荷蘭CSM甜菜糖業(yè)公司先后進(jìn)行了容積為6 m3、30 m3和200m3的半生產(chǎn)性和生產(chǎn)性裝置的試驗(yàn)。 在中溫（35左右）條件下，生產(chǎn)性裝置COD容積負(fù)荷達(dá)到1

58、5 kg/（m3.d），COD去除率為70%-90,其后，德國、比利時和美國等國的學(xué)者用UASB裝置進(jìn)行了處理土豆淀粉加工廢水、屠宰廢水、罐頭加工廢水、甲醇廢水、糖蜜廢水、酒精廢水等各種規(guī)模的試驗(yàn)，均取得了較好的處理效果,國內(nèi)對UASB反應(yīng)器的研究起步于1981年。目前已建成一大批半生產(chǎn)性和生產(chǎn)性UASB反應(yīng)器,2. 升流式厭氧污泥床反應(yīng)器系統(tǒng)的投資與成本 據(jù)Lettinga的估算，以荷蘭1988年前后價格為基礎(chǔ)，建造一個1000m3的UASB反應(yīng)器及其附屬系統(tǒng)需要投資50-75萬美元，一個5000m3的UASB反應(yīng)器及其附屬系統(tǒng)需要投資200-300萬美元。上述的附屬系統(tǒng)包括了沼氣利用系統(tǒng)、

59、以微機(jī)控制的操作室和熱交換系統(tǒng)，但是不包括土地費(fèi)、管道及其安裝、預(yù)處理和后處理設(shè)施的費(fèi)用,厭氧處理費(fèi)用支出： 反應(yīng)器建造與運(yùn)行、沼氣利用系統(tǒng)、以微機(jī)控制的操作室和熱交換系統(tǒng)。還有土地征用、道路、管道、調(diào)節(jié)(均衡)池、污泥預(yù)處理及后處理等的費(fèi)用,收益： 厭氧方法處理高濃度有機(jī)廢水，可以為生產(chǎn)提供能源。 由于顆粒污泥用于新建的UASB反應(yīng)器可以大大縮短啟動時間，因此厭氧反應(yīng)器中的顆粒污泥經(jīng)?？梢宰鳛榻臃N污泥出售，從而獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。 廢水處理后節(jié)約排污罰款,好氧的活性污泥法每去除l 000kg COD耗電能(1.443.6)109J。 而厭氧法每除去l 000kg COD僅耗電能(2.525.

60、4)107J。 另外，厭氧法每去除l 000kg COD產(chǎn)生300m3以上的甲烷又可作為能源,七、第三代厭氧反應(yīng)器,高效厭氧處理反應(yīng)器中不僅要分離污泥停留時間和平均水力停留時間，還應(yīng)使進(jìn)水和污泥之間保持充分的接觸,厭氧反應(yīng)器中污泥與廢水的混合，首先取決于布水系統(tǒng)的設(shè)計，合理的布水系統(tǒng)是保證固液充分接觸的基礎(chǔ)。 同時，反應(yīng)器中液體表面上升流速、產(chǎn)生沼氣的攪動等因素也對污泥與廢水的混合起著極其重要的作用,例如，當(dāng)反應(yīng)器布水系統(tǒng)等已經(jīng)確定后，如果在低溫條件下運(yùn)行，或在啟動初期(只能在低負(fù)荷下運(yùn)行)，或處理較低濃度有機(jī)廢水時，產(chǎn)生的沼氣少，因此反應(yīng)器中混合效果較差，而出現(xiàn)短流。 這些正是第二代厭氧生物