污水的厭氧生物處理

1、污水的厭氧生物處理,1 厭氧生物處理的基本原理2 污水的厭氧生物處理方法,污水的生化處理法,按氧的利用方式不同： 好氧生物處理 厭氧生物處理,按微生物在水中的集聚狀態(tài)不同： 懸浮生長系統(tǒng) 固定膜系統(tǒng),污水生物處理,厭氧處理,好氧處理,廢水濃度,水力停留時間,有機(jī)容積負(fù)荷,能耗,主要副產(chǎn)物,5-20天,3-10小時,745kgBOD/（m3d ）,高質(zhì)燃料,中、 濃度,低濃度,高出十倍,剩余污泥,高,低,0.41.0kgBOD/（m3d ）,BOD:N:P=100:5:1,BOD:N:P=200400:5:1,營養(yǎng)物需要,1 厭氧生物處理的基本原理,1 厭氧生物處理的基本原理,按降解機(jī)理分段：,

2、1. 厭氧消化的機(jī)理,（1）定義：廢水的厭氧生物處理是指在無氧條件下通過厭氧微生物(anaerobic microbes)(專性厭氧菌和兼性菌）的作用，分解廢水中的各種復(fù)雜有機(jī)物，最終產(chǎn)物是甲烷(methane)和二氧化碳(carbon dioxide)等物質(zhì)的過程，也稱為厭氧消化(anaerobic digestion),（2）厭氧消化過程,1 厭氧生物處理的基本原理,有機(jī)物要經(jīng)過水解，產(chǎn)酸等多種不同的微生物降解過程，最終由產(chǎn)甲烷細(xì)菌作用而生成甲烷和二氧化碳。 厭氧消化的兩階段理論： 酸性發(fā)酵階段：消化液的pH迅速下降，轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中有機(jī)酸和醇是主體 甲烷發(fā)酵階段：產(chǎn)生消化氣，主體是CH4,酸性

3、發(fā)酵階段,甲烷發(fā)酵階段,復(fù)雜有機(jī)物 碳水化合物，蛋白質(zhì)，脂類,簡單溶解性有機(jī)物,水解,發(fā)酵,脂肪酸、醇類,H2 ，CO2,CH3COOH,產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌,同型產(chǎn)乙酸菌,另一組產(chǎn)甲烷菌,CH4+ CO2,一組產(chǎn)甲烷菌,甲烷產(chǎn)量的70%,甲烷產(chǎn)量的30%,1 厭氧生物處理的基本原理,水解發(fā)酵階段 水解發(fā)酵菌主要是專性厭氧菌和兼性厭氧菌,產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段 在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下,產(chǎn)甲烷階段 兩組生理上不同的產(chǎn)甲烷菌,按降解機(jī)理分段：, 厭氧消化的三階段理論,參考教材第353頁, 厭氧消化的4階段理論,1 厭氧生物處理的基本原理,按降解機(jī)理分段：,2. 厭氧消化的影響因素,（1）溫度 根據(jù)甲烷菌對于溫度的

4、適應(yīng)性，可分為中溫甲烷菌和高溫甲烷菌兩類。中溫處理一般為33-36，高溫處理為50-55。兩區(qū)之間的溫度，反應(yīng)速度反而減退。 工程上的厭氧反應(yīng)器有常溫、中溫、高溫三種方式，分別稱為常溫消化、中溫消化和高溫消化。 厭氧發(fā)酵對溫度突變比較敏感，一般允許范圍為1.5-2.0。突然的溫度變化會抑制消化速率，可使甲烷化嚴(yán)重受阻。,由于產(chǎn)甲烷菌在厭氧處理的各個階段中，對環(huán)境的影響最敏感，世代時間相對較長，甲烷化反應(yīng)速度較慢，常作為厭氧消化過程的控制階段，反應(yīng)條件應(yīng)重點(diǎn)滿足甲烷菌的環(huán)境要求。,參考教材第357頁,1 厭氧生物處理的基本原理,按降解機(jī)理分段：,2. 厭氧消化的影響因素,（2）pH及堿度 產(chǎn)甲烷

5、菌適宜的pH值為7.0左右，大體在 6.5-7.5 之間。 在消化系統(tǒng)中，如果水解發(fā)酵階段與產(chǎn)酸階段的反應(yīng)速率超過產(chǎn)甲烷階段，則pH會降低，影響甲烷菌的生活環(huán)境。 反應(yīng)器的pH值過低，常表現(xiàn)為揮發(fā)酸濃度過高；pH值過高，常見于NH4+濃度過高。 消化系統(tǒng)中，消化液有一定的緩沖作用，緩沖劑是有機(jī)物分解過程中產(chǎn)生的，即消化液中的CO2（碳酸）及NH3（以NH3和NH4+的形式存在）。重碳酸鹽（HCO3-）與碳酸H2CO3組成緩沖溶液。,1 厭氧生物處理的基本原理,按降解機(jī)理分段：,2. 厭氧消化的影響因素,（3）氧化還原電位（ORP） 氧化還原電位是指一個體系中氧化劑和還原劑的相對強(qiáng)度，表示溶液的

6、氧化或還原反應(yīng)的能力，以伏特或毫伏來計量。 甲烷菌對氧化還原電位的要求一般為-330mV以下，但這個氧化還原電位通常是指常溫條件的數(shù)值?？捎糜诔鼗蛑袦胤磻?yīng)器的設(shè)計與運(yùn)行管理指標(biāo)。但是在高溫反應(yīng)器中適宜的氧化還原電位要低得多，一般應(yīng)低于-500mV。 一般情況下，氧的溶入是引起發(fā)酵系統(tǒng)的氧化還原電位升高的主要和直接原因。但應(yīng)注意，氧化劑或氧化物質(zhì)的存在，同樣可使氧化還原電位升高。如NO3-、SO42-、CrO72-、Fe3+等。,1 厭氧生物處理的基本原理,按降解機(jī)理分段：,2. 厭氧消化的影響因素,（4）營養(yǎng)比 一般工程上主要控制進(jìn)料的碳、氮、磷的比例，其它元素不加以控制。一般認(rèn)為，厭氧法中

7、的碳、氮、磷的比例應(yīng)控制在200-400：5：1為宜（好氧法中BOD5：N：P=100：5：1）。其中以碳氮比的控制較為重要。 碳氮比過高，不僅厭氧菌增值緩慢，而且消化液的緩沖能力較低，在有機(jī)負(fù)荷較高等情況下，pH容易下降。相反，若氮源過多，即碳氮比太低，氨化和反硝化過程將產(chǎn)生大量的氨，使pH值升高。當(dāng)pH值升高到7.9以上時，會抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，使消化效率降低。,1 厭氧生物處理的基本原理,按降解機(jī)理分段：,2. 厭氧消化的影響因素,（5）有機(jī)負(fù)荷 在厭氧法中，有機(jī)負(fù)荷通常是指容積有機(jī)負(fù)荷，簡稱容積負(fù)荷，即消化器單位有效容積每天接受的有機(jī)物量kgCOD/m3d。此外也有用污泥負(fù)荷表達(dá)的，即

8、kgCOD/kgVSS d。 厭氧消化過程中，產(chǎn)酸階段反應(yīng)速率比產(chǎn)甲烷階段反應(yīng)速率快得多，必須十分謹(jǐn)慎的選擇有機(jī)負(fù)荷，使揮發(fā)性脂肪酸的生成和消耗不致失調(diào)，形成揮發(fā)酸的積累。為保持系統(tǒng)的平衡，有機(jī)負(fù)荷不能過高。 厭氧生物處理可采用比好氧生物處理高得多的有機(jī)負(fù)荷，一般厭氧法為745 kgBOD/m3 d，好氧法為0.41.0 kgBOD/m3 d 。,1 厭氧生物處理的基本原理,按降解機(jī)理分段：,2. 厭氧消化的影響因素,（6）攪拌和混合 混合攪拌是提高消化效率的工藝條件之一。沒有攪拌的厭氧消化器內(nèi)，常有料液分層現(xiàn)象。攪拌可消除分層，促進(jìn)基質(zhì)與微生物間的傳質(zhì)速度和甲烷、二氧化碳等產(chǎn)物的逸出速度。

9、攪拌的方法一般有：泵加水射器攪拌法；消化氣循環(huán)攪拌法和混合攪拌法等。,1 厭氧生物處理的基本原理,按降解機(jī)理分段：,2. 厭氧消化的影響因素,（7）有毒物質(zhì) 重金屬 重金屬離子對甲烷消化的抑制作用有兩個方面：與酶結(jié)合，產(chǎn)生變性物質(zhì)，使酶的作用消失；某些重金屬離子及其氫氧化物的絮凝作用，使酶沉淀。 陰離子的毒害作用 主要是指硫化物。 硫酸鹽濃度超過5000mg/L，即有抑制作用。 硫過多，消化液中過多的H2S將釋放出進(jìn)入消化氣中，降低消化氣質(zhì)量并腐蝕管道。 氨的毒害作用 當(dāng)NH4+濃度超過150mg/L時，消化受到抑制。 氧 氧對甲烷菌的毒害可分為兩個階段，即抑菌階段和殺菌階段。,2 污水的厭氧

10、生物處理方法,一般地，可用BOD5/COD值作為有機(jī)物生物降解性的評價指標(biāo)： BOD5/COD0.40時為易生物降解； BOD5/COD0.30 時為可生物降解； BOD5/COD0.30 時為較難生物降解； BOD5/COD0.20時為不宜生物降解。,2 污水的厭氧生物處理方法,按降解機(jī)理分段：,1. 化糞池,化糞池用于處理來自廁所的糞便污水。廣泛用于不設(shè)污水廠的合流制排水系統(tǒng)。例如，郊區(qū)的別墅式建筑。居民區(qū)和辦公樓也常設(shè)化糞池。 下圖是化糞池的一種構(gòu)造方式。污水首先進(jìn)入第一室，池水一般分為三層，上層為浮渣層，下層為污泥層，中間為水流，然后，進(jìn)入第二室，底泥和浮渣被第一室截留。,生活污水處理

11、系統(tǒng)示意圖,房屋下水管道廢水排入化糞池，一些固體物質(zhì)沉淀析出，并發(fā)生厭氧分解。 污水在池內(nèi)的停留時間一般為1224h，澄清后的水流到分配槽，出水不能直接排入水體，常在綠地下設(shè)滲水系統(tǒng)或由排水管網(wǎng)輸出、匯總進(jìn)入下一步處理?；S池污泥要定時清理。,房屋下水管道,化糞池,分配槽,滲水系統(tǒng),2 污水的厭氧生物處理方法,按降解機(jī)理分段：,對于懸浮物較高的有機(jī)廢水，可以采用厭氧接觸法，它實際上是厭氧活性污泥法，消化池后設(shè)沉淀池。 在混合接觸池中，要進(jìn)行適當(dāng)攪拌以使污泥保持懸浮狀態(tài)。攪拌可以用機(jī)械方法，也可以用泵循環(huán)池水。,厭氧接觸法工藝流程,2. 厭氧接觸法（anaerobic contact proce

12、ss ）,2 污水的厭氧生物處理方法,按降解機(jī)理分段：,厭氧接觸法的主要特征是在消化池后設(shè)沉淀池，將沉淀污泥回流至消化池，使污泥停留時間與水力停留時間分開，厭氧反應(yīng)器內(nèi)能維持較高的污泥濃度，同時可大大降低水力停留時間。 式中 c生物固體平均停留時間，d； X反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度，g/m3； V反應(yīng)器容積，m3； Xe出水微生物濃度，g/m3； Q處理廢水流量，m3/d X剩余污泥微生物濃度，g/m3 Q 剩余污泥排放量，m3/d,2. 厭氧接觸法（anaerobic contact process ）,2 污水的厭氧生物處理方法,按降解機(jī)理分段：,厭氧接觸法存在的問題是，從厭氧反應(yīng)器排出的混合液

13、中的污泥由于附著大量氣泡，在沉淀池中易于上浮到水面而被出水帶走；進(jìn)入沉淀池的污泥仍有產(chǎn)甲烷菌在活動，產(chǎn)生沼氣，使已沉下的污泥上翻，固液分離效果不佳。 可采取的解決辦法： （1）在反應(yīng)器與沉淀池之間設(shè)真空脫氣器，真空度為5000Pa，盡可能將混合液中的沼氣脫除，但不能抑制產(chǎn)甲烷菌在沉淀池內(nèi)繼續(xù)產(chǎn)氣； （2）在反應(yīng)器與沉淀池之間設(shè)冷卻器，使混合液的溫度由35降至15，抑制甲烷菌的活動 ； （3）向沉淀池混合液中投加絮凝劑，使厭氧污泥易凝聚成大顆粒，加速沉降； （4）用膜過濾代替沉淀池，以改善固液分離效果。,2. 厭氧接觸法（anaerobic contact process ）,2 污水的厭氧生物

14、處理方法,按降解機(jī)理分段：,2. 厭氧接觸法主要設(shè)計參數(shù),容積負(fù)荷：26kgCODcr/(m3d) 混合液污泥濃度：10kgVSS/m3 污泥回流比：0.81.0,2 污水的厭氧生物處理方法,按降解機(jī)理分段：,3. 厭氧生物濾池（anaerobic filter ,AF）,厭氧生物濾池又稱厭氧固定膜反應(yīng)器（SFF），是60年代末開發(fā)的新型高效厭氧處理裝置。 濾池多呈圓柱形，池內(nèi)裝放填料，池底和池頂密封。,厭氧微生物附著于填料的表面生長，當(dāng)廢水通過填料層時，在填料表面的厭氧生物膜的吸附、微生物的代謝作用和濾料的截留作用下，廢水中的有機(jī)物被降解，并產(chǎn)生沼氣，沼氣從池頂部排出。 根據(jù)進(jìn)水的方向?qū)捬?/p>

15、固定膜反應(yīng)器分為升流式（USFF）、降流式（DSFF）和平流式（LSFF）三種；根據(jù)填料填充的程度分為全充填型和部分充填型。 填料可采用拳狀石質(zhì)濾料，如碎石、卵石等，也可使用陶粒、塑料等填料。,升流式厭氧生物濾池,2 污水的厭氧生物處理方法,按降解機(jī)理分段：,3. 厭氧生物濾池（anaerobic filter ）,厭氧生物濾池的特點(diǎn)：,厭氧微生物大部分存在于生物膜中，少部分以厭氧活性污泥的形式存在于濾料的孔隙中，微生物的停留時間長，可超過100d，不易流失。沖擊負(fù)荷對其影響小。 反應(yīng)器內(nèi)各種不同類群的微生物自然分層固定，易使各類微生物得到最佳的環(huán)境，保持其高的活性。在水溫2535時，有機(jī)負(fù)荷

16、在3kg（COD）/m3d10kg（COD）/m3d以上，一般COD去除率可達(dá)80以上。厭氧固定膜反應(yīng)器特別適用于處理低濃度的溶解性有機(jī)廢水。 缺點(diǎn)： 厭氧微生物總量沿池高度分布很不均勻。 進(jìn)水部位容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。,見教材第593頁,2 污水的厭氧生物處理方法,按降解機(jī)理分段：,3. 厭氧生物濾池（anaerobic filter ）,厭氧生物濾池的改進(jìn)措施：,（1）可采取處理水回流的措施 降低原廢水懸浮固體與有機(jī)物的濃度，提高水力負(fù)荷，提高池內(nèi)水流的上升速度，減少濾料空隙間的懸浮物，減輕堵塞的可能性； 可使濾料層中的生物膜量趨于均勻分布，充分發(fā)揮濾池作用。 （2）為了防止堵塞可采用部分充填

17、載體型結(jié)構(gòu)方式。此外采用平流式厭氧濾池也有利于改善容易發(fā)生堵塞的不足。,污泥排放,沼氣,出水,薄層填料,部分充填載體型結(jié)構(gòu)的平流式厭氧濾池示意圖,進(jìn)水,2 污水的厭氧生物處理方法,按降解機(jī)理分段：,3. 厭氧生物濾池主要設(shè)計參數(shù),濾 料：填充高度2m以上，比表面積100m2/m3以上， 填充率在2/3以上 濾池高度：3m以上 容積負(fù)荷：12kgCOD/（m3d）以下,2 污水的厭氧生物處理方法,按降解機(jī)理分段：,4. 升流式厭氧污泥床（UASB）,（1）概述 上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（upflow anaerobic sludge blanket reactor)，簡稱UASB反應(yīng)器。 廢水由池

18、底進(jìn)入反應(yīng)器，通過反應(yīng)區(qū)氣、液分離后混合液進(jìn)入沉淀區(qū)進(jìn)行固液分離，反應(yīng)器內(nèi)微生物以自身聚集生長，為顆粒污泥狀態(tài)存在，因而能達(dá)到高生物量和高效高負(fù)荷，污泥床反應(yīng)器內(nèi)沒有填料，不設(shè)攪拌，上升的水流和產(chǎn)生的沼氣可滿足攪拌要求 。,入水,三相分離器,沼氣,升流式厭氧污泥床（USAB),沉淀區(qū),反應(yīng)區(qū),出水,懸浮污泥區(qū),顆粒污泥區(qū),2 污水的厭氧生物處理方法,按降解機(jī)理分段：,4. 升流式厭氧污泥床（UASB）,（2）升流式厭氧污泥床的構(gòu)造 進(jìn)水配水系統(tǒng) 將進(jìn)水均勻分配到反應(yīng)器整個橫斷面； 起到水力攪拌的作用。 反應(yīng)區(qū) UASB的核心，包括顆粒污泥區(qū)和懸浮污泥區(qū)。 三相分離器（圖） 由沉淀區(qū)、回流縫和氣

19、封組成，其功能是將沼氣、污泥、廢水等三相進(jìn)行分離。 氣室 也稱集氣罩，其功能是收集產(chǎn)生的沼氣。,入水,三相分離器,沼氣,升流式厭氧污泥床（USAB),沉淀區(qū),反應(yīng)區(qū),出水,懸浮污泥區(qū),顆粒污泥區(qū),2 污水的厭氧生物處理方法,按降解機(jī)理分段：,4. 升流式厭氧污泥床（UASB）,（2）升流式厭氧污泥床的構(gòu)造 出水排水系統(tǒng) 將沉淀區(qū)的上清液均勻地加以收集，并將其排出反應(yīng)器。 排泥系統(tǒng) 均勻排泥，可進(jìn)行均布多點(diǎn)排泥，可選擇每10m2設(shè)一個排泥點(diǎn)。 浮渣清除系統(tǒng) 浮渣清除可采用撇渣機(jī)或刮渣機(jī)清除，或采用人工清渣。,入水,三相分離器,沼氣,升流式厭氧污泥床（USAB),沉淀區(qū),反應(yīng)區(qū),出水,懸浮污泥區(qū),

20、顆粒污泥區(qū),氣室,2 污水的厭氧生物處理方法,按降解機(jī)理分段：,4. 升流式厭氧污泥床（UASB）,（3）顆粒污泥形成機(jī)理 所謂污泥顆粒化是指床中的污泥形態(tài)發(fā)生了變化，由絮狀污泥變?yōu)槊軐?、邊緣圓滑的顆粒。 粒徑為0.54mm。 形成機(jī)理： 晶核假說 微生物本身形成 A.電中和作用 B.胞外多聚物架橋作用,2 污水的厭氧生物處理方法,按降解機(jī)理分段：,5. 厭氧膨脹床和厭氧流化床,厭氧流化床是一種填有比表面積很大的惰性載體顆粒的反應(yīng)器，它的一部分出水回流，與進(jìn)水混合后，進(jìn)入池內(nèi)向上流動，使載體顆粒在整個反應(yīng)器內(nèi)均勻分布。 根據(jù)顆粒膨脹程度可分為膨脹床和流化床。膨脹床運(yùn)行流速控制在略高于初始流化速

21、度，相應(yīng)的膨脹率為520。 流化床一般按2070的膨脹率運(yùn)行，這樣顆粒不致流失并且生物膜與廢水又充分接觸。,2 污水的厭氧生物處理方法,按降解機(jī)理分段：,6. 厭氧生物轉(zhuǎn)盤,厭氧生物轉(zhuǎn)盤和好氧法生物轉(zhuǎn)盤相似，不同之處在于盤片大部分或全部滲沒在處理水中。為保證厭氧條件和收集沼氣整個生物轉(zhuǎn)盤設(shè)在密閉的容器內(nèi)。,厭氧生物轉(zhuǎn)盤的優(yōu)點(diǎn) （1）不需回流，運(yùn)行中動力消耗及費(fèi)用較低。 （2）運(yùn)行管理簡單，沒有堵塞問題，可處理高濃的廢水。 （3）轉(zhuǎn)盤上微生物量很大，微生物停留時間長，水利停留時間短。 （4）工作穩(wěn)定，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。,隔板,進(jìn)水,出水,沼氣,轉(zhuǎn)軸,固定盤片,轉(zhuǎn)動盤片,2 污水的厭氧生物處理方法,按降解機(jī)理分段：,6. 厭氧生物轉(zhuǎn)盤,中溫發(fā)酵條件下，有機(jī)物面積負(fù)荷可達(dá)0.04kgCOD/(m2(盤片)d),盤片