厭氧生物處理第五章

1、第五章 厭氧生物處理工藝的選擇與設(shè)計(jì)廢水與污泥的厭氧生物處理第一節(jié) 概述v厭氧生物處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn)v厭氧生物處理工藝的優(yōu)點(diǎn)：v剩余污泥產(chǎn)量低，污泥處置費(fèi)用少；v所需的氮、磷營養(yǎng)物少；v不需要充氧設(shè)備，動(dòng)力能耗低；v90可生物降解的COD轉(zhuǎn)化為甲烷一種可利用的能源；v可以季節(jié)性或間歇運(yùn)行，污泥可以長期貯存；v容積負(fù)荷高（10kg COD/m3.d），有機(jī)物降解效率高（90）。第一節(jié) 概述v厭氧生物處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn)v厭氧生物處理工藝的缺點(diǎn)：v生產(chǎn)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)少，特別是國內(nèi)；v污泥增殖速度慢，工藝啟動(dòng)周期長；v厭氧工藝多用于預(yù)處理，為了滿足大多數(shù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，需要補(bǔ)充不同的后處理；v對(duì)于各類不同的污水，工

2、藝的最優(yōu)化有待于進(jìn)一步完善；v對(duì)負(fù)荷的變化較敏感，存在多種干擾因素，控制條件比較苛刻。第一節(jié) 概述v復(fù)雜廢水厭氧處理中的問題v含有不溶解物質(zhì)的廢水v含有引起浮沫或浮渣的化合物的廢水v含有導(dǎo)致沉淀的無機(jī)化合物的廢水v含有毒或抑制性化合物的廢水v含有難降解物質(zhì)的廢水污水中的不溶性懸浮物可不同程度影響厭氧過程，當(dāng)懸浮物濃度超過某一范圍后，像UASB這樣的高速厭氧反應(yīng)器將不再適用：1.懸浮物聚積在污泥中使污泥產(chǎn)甲烷活性降低，特別是難降解懸浮物的積累，對(duì)污泥活性影響較大。2.不溶解物與其包裹或吸附在一起的活性污泥會(huì)上浮形成浮渣層，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的污泥流失。3.當(dāng)采用絮狀污泥接種時(shí)，新產(chǎn)生的細(xì)菌細(xì)胞將會(huì)附著

3、在懸浮物表面，其結(jié)果是降低污泥顆?；乃俣壬踔潦诡w?；荒軐?shí)現(xiàn)（流失）。當(dāng)采用顆粒污泥接種時(shí)，懸浮物會(huì)降低顆粒污泥的生長速度和顆粒污泥的強(qiáng)度。4.相對(duì)密度較小的懸浮物長時(shí)間被截留在污泥床中可能會(huì)導(dǎo)致全部顆粒污泥突然被洗出反應(yīng)器（如：水力負(fù)荷突然增大）。第一節(jié) 概述v復(fù)雜廢水厭氧處理中的問題v含有不溶解物質(zhì)的廢水v含有引起浮沫或浮渣的化合物的廢水v含有導(dǎo)致沉淀的無機(jī)化合物的廢水v含有毒或抑制性化合物的廢水v含有難降解物質(zhì)的廢水污水中的蛋白質(zhì)、脂肪和類脂物質(zhì)會(huì)造成浮沫或浮渣問題，嚴(yán)重影響厭氧工藝的運(yùn)行。在處理含有這類物質(zhì)的廢水時(shí)，可采取如下措施：1.以中等負(fù)荷運(yùn)行，即反應(yīng)器負(fù)荷應(yīng)低于根據(jù)污泥活性計(jì)

4、算得出的最大負(fù)荷的1/2。2.污泥和廢水之間的混合應(yīng)充分。就此而言，對(duì)于含高濃度類脂或脂肪的廢水，膨脹顆粒污泥床（EGSB）由于UASB。3.在三相分離器的集氣室和沉淀區(qū)表面設(shè)消沫噴水管；在沉淀區(qū)表面設(shè)浮沫撇除裝置；在出水堰板前設(shè)置擋板（不銹鋼篩網(wǎng)）。第一節(jié) 概述v復(fù)雜廢水厭氧處理中的問題v含有不溶解物質(zhì)的廢水v含有引起浮沫或浮渣的化合物的廢水v含有導(dǎo)致沉淀的無機(jī)化合物的廢水v含有毒或抑制性化合物的廢水v含有難降解物質(zhì)的廢水當(dāng)污水含有較高濃度的Ca2+時(shí)，會(huì)在厭氧過程中產(chǎn)生碳酸鈣和磷酸鈣沉淀。這些沉淀物會(huì)沉積于顆粒污泥內(nèi)部及其表面，也可沉積于出水管、出水堰板或管道中，影響厭氧工藝的正常運(yùn)行。為

5、避免這類問題，廢水進(jìn)入反應(yīng)器之前應(yīng)進(jìn)行軟化處理或?qū)⒊鏊亓?，降低Ca2+濃度。另外還有一些厭氧處理過程中常見的無機(jī)沉淀物，如金屬硫化物和磷酸鎂銨（MgNH4PO4）沉淀。硫化物一般不會(huì)引起任何問題，但磷酸鎂銨（MgNH4PO4）沉淀能導(dǎo)致管道結(jié)垢。第一節(jié) 概述v復(fù)雜廢水厭氧處理中的問題v含有不溶解物質(zhì)的廢水v含有引起浮沫或浮渣的化合物的廢水v含有導(dǎo)致沉淀的無機(jī)化合物的廢水v含有毒或抑制性化合物的廢水v含有難降解物質(zhì)的廢水污水中許多污染物對(duì)甲烷菌是有毒或具有抑制作用的。在處理含有這類物質(zhì)的廢水時(shí)，可采取如下措施：1.應(yīng)有足夠時(shí)間使污泥對(duì)有毒污染物進(jìn)行馴化培養(yǎng)。2.將進(jìn)液稀釋，使有毒物質(zhì)濃度降低到

6、可以接受或易于降解水平。3.采用某種預(yù)處理（化學(xué)或物理化學(xué)方法）除去有毒物質(zhì)。4.避免空氣中的氧大量進(jìn)入廢水，因?yàn)閷?duì)于一些廢水（如土豆淀粉廢水、林產(chǎn)工業(yè)廢水等），氧化作用導(dǎo)致對(duì)厭氧菌嚴(yán)重有毒的物質(zhì)產(chǎn)生。第一節(jié) 概述v復(fù)雜廢水厭氧處理中的問題v含有不溶解物質(zhì)的廢水v含有引起浮沫或浮渣的化合物的廢水v含有導(dǎo)致沉淀的無機(jī)化合物的廢水v含有毒或抑制性化合物的廢水v含有難降解物質(zhì)的廢水對(duì)于高濃度污水，在厭氧生物處理時(shí)，通常采用COD作為有機(jī)物的水質(zhì)指標(biāo)。COD代表所有能被強(qiáng)氧化劑氧化的物質(zhì)，包括有機(jī)物和無機(jī)物，有機(jī)物中又可分為易生物降解有機(jī)物和難生物降解有機(jī)物。在評(píng)價(jià)厭氧生物處理工藝工作情況時(shí)，需要區(qū)分

7、污水COD中不可生物降解COD所占比例，這個(gè)比例越高，可能達(dá)到的COD去除率越低。例如，某廢水不可生物降解COD占總COD量的30，當(dāng)可生物降解COD的去除率為90時(shí)，總COD去除率應(yīng)為63。在此情況下，追求大于63的COD去除率是不現(xiàn)實(shí)的。第二節(jié) 厭氧生物處理工藝的選擇v各種厭氧處理工藝的比較v預(yù)處理的需要v后處理的需要v剩余污泥的處理指標(biāo)普通消化池厭氧接觸池厭氧濾池UASBCOD容積負(fù)荷235101015COD去除率70809090懸浮物允許量大大小一般進(jìn)水COD濃度5000300010001500基建投資高較低高較低操作控制一般一般容易一般耐沖擊負(fù)荷能力低較高較高較高對(duì)水溫要求較高較高較

8、低較低堵塞可能性小小大小工藝能耗大大小小第二節(jié) 厭氧生物處理工藝的選擇v各種厭氧處理工藝的比較v預(yù)處理的需要v后處理的需要v剩余污泥的處理大多數(shù)廢水在其處理過程中常使用多個(gè)操作單元，采用物理、化學(xué)、生物處理工藝協(xié)同處理可取得更好的處理效果。預(yù)處理采用的方法與廢水特征密切相關(guān)，也與厭氧工藝對(duì)進(jìn)液水質(zhì)的要求密切相關(guān)。大多數(shù)預(yù)處理是常規(guī)的單元操作，但對(duì)不同的廢水，其預(yù)處理的方式可能是相當(dāng)靈活的。常見預(yù)處理方法：均衡、中和、沉淀、過濾、預(yù)酸化、營養(yǎng)物添加、稀釋、加熱等。第二節(jié) 厭氧生物處理工藝的選擇v各種厭氧處理工藝的比較v預(yù)處理的需要v后處理的需要v剩余污泥的處理與好氧生物處理一樣，厭氧生物處理主要

9、是除去生物可降解的有機(jī)物，因此，它與任何一種處理方法一樣，有其限度。一般情況下，厭氧工藝對(duì)于磷酸鹽和氨氮的去除作用很有限，且不能除去硫化物。眾所周知，厭氧工藝單位反應(yīng)器容積去除有機(jī)物的量（BOD或COD）要遠(yuǎn)大于好氧工藝。但是，由于厭氧工藝的高負(fù)荷、高進(jìn)液濃度，厭氧工藝出水COD濃度高于好氧工藝，難以直接達(dá)標(biāo)。因此，為了滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，厭氧處理之后需要后處理，除去厭氧工藝未能除去的化合物或剩余有機(jī)物。常見后處理工藝有：好氧生物處理、除磷脫氮、混凝、沉淀、過濾、膜分離、氧化等。第二節(jié) 厭氧生物處理工藝的選擇v各種厭氧處理工藝的比較v預(yù)處理的需要v后處理的需要v剩余污泥的處理厭氧處理工藝產(chǎn)生的污泥量

10、遠(yuǎn)小于好氧工藝，但也要有剩余污泥的處理和貯存設(shè)施，必要時(shí)也要脫水或干燥。厭氧工藝剩余污泥量小，濃度高，脫水性能優(yōu)于好氧污泥，貯存、脫水相對(duì)容易。厭氧剩余污泥可以作為新建厭氧反應(yīng)器的種泥，因此，具有潛在的商品價(jià)值。常見剩余污泥處理工藝有：污泥貯存、污泥濃縮、污泥脫水、污泥干燥、污泥堆肥、污泥填埋等。第三節(jié) 厭氧生物處理工藝的設(shè)計(jì)v反應(yīng)器容積v進(jìn)液系統(tǒng)v三相分離器v水封高度v反應(yīng)器形狀、排泥和回流設(shè)施v材料與防腐v防臭與除臭v輔助設(shè)備 厭氧反應(yīng)器的容積取決于許多因素，主要有：1.每日處理COD的總量；2.可容許的水流速度；3.廢水的最低溫度；4.廢水濃度和廢水特性（可降解性）；5.反應(yīng)器所能達(dá)到的

11、容積負(fù)荷；6.要求的COD去除率；7.要求的污泥穩(wěn)定化程度。其中，可容許的水流速度和反應(yīng)器容積負(fù)荷是最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。第三節(jié) 厭氧生物處理工藝的設(shè)計(jì)v反應(yīng)器容積v進(jìn)液系統(tǒng)v三相分離器v水封高度v反應(yīng)器形狀、排泥和回流設(shè)施v材料與防腐v防臭與除臭v輔助設(shè)備 進(jìn)液的布水系統(tǒng)是厭氧反應(yīng)器的關(guān)鍵設(shè)計(jì)部分之一，它對(duì)于形成泥、液充分接觸，最大限度地利用反應(yīng)器內(nèi)污泥是十分重要的。布水系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠保證均勻布水，防止進(jìn)液通過污泥床時(shí)形成溝流和死角。低溫或低濃度廢水，產(chǎn)氣量小，容易產(chǎn)生溝流，可增大反應(yīng)器高度或污泥床高度防止溝流產(chǎn)生。布水點(diǎn)數(shù)目、出水口噴嘴形式、連續(xù)或間歇進(jìn)料方式對(duì)布水效果也有較大影響。當(dāng)處理含懸浮

12、物廢水時(shí)，會(huì)發(fā)生噴嘴堵塞問題。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證噴嘴流速，易于清洗，防止堵塞現(xiàn)象發(fā)生。第三節(jié) 厭氧生物處理工藝的設(shè)計(jì)v反應(yīng)器容積v進(jìn)液系統(tǒng)v三相分離器v水封高度v反應(yīng)器形狀、排泥和回流設(shè)施v材料與防腐v防臭與除臭v輔助設(shè)備 為了在反應(yīng)器內(nèi)保留盡可能多的污泥，良好設(shè)計(jì)的三相分離器是非常必要的，特別是對(duì)于UASB反應(yīng)器更是如此。三相分離器設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)：1.從反應(yīng)器中分離并排放產(chǎn)生的沼氣；2.有效防止具有生物活性的污泥流失；3.使污泥通過斜板返回反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)；4.當(dāng)污泥床膨脹時(shí)，防止過量污泥進(jìn)入沉降區(qū)。5.提高出水凈化效果；6.防止上浮的顆粒污泥流失。第三節(jié) 厭氧生物處理工藝的設(shè)計(jì)v反應(yīng)器容積v進(jìn)液系

13、統(tǒng)v三相分離器v水封高度v反應(yīng)器形狀、排泥和回流設(shè)施v材料與防腐v防臭與除臭v輔助設(shè)備 三相分離器集氣室氣液表面可能形成浮渣或浮沫，這些浮渣或浮沫可能會(huì)妨礙氣泡的釋放。在液面太高或波動(dòng)時(shí)，浮渣或浮沫會(huì)引起出氣管堵塞或使氣體部分進(jìn)入沉降室。除采用吸管排渣、噴嘴消沫、產(chǎn)氣回流等措施外，在設(shè)計(jì)上要保證氣液界面穩(wěn)定的高度，這一高度通過水封來控制。第三節(jié) 厭氧生物處理工藝的設(shè)計(jì)v反應(yīng)器容積v進(jìn)液系統(tǒng)v三相分離器v水封高度v反應(yīng)器形狀、排泥和回流設(shè)施v材料與防腐v防臭與除臭v輔助設(shè)備 反應(yīng)器形狀可以是圓柱形，也可以是矩形。早期的反應(yīng)器以圓柱形為多。近年來，為了建造方便，便于布置，大型UASB反應(yīng)器多采用矩

14、形結(jié)構(gòu)。反應(yīng)器設(shè)計(jì)必須設(shè)有剩余污泥排放口，位置在反應(yīng)器中部或底部。為了稀釋高濃度廢水，提高水流速度，常采用出水回流循環(huán)。出水回流循環(huán)還可以減少用以中和的藥品用量，降低廢水毒性以及改善廢水與污泥的混合效果。第三節(jié) 厭氧生物處理工藝的設(shè)計(jì)v反應(yīng)器容積v進(jìn)液系統(tǒng)v三相分離器v水封高度v反應(yīng)器形狀、排泥和回流設(shè)施v材料與防腐v防臭與除臭v輔助設(shè)備 腐蝕問題是厭氧反應(yīng)器設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意的問題。最嚴(yán)重的腐蝕出現(xiàn)在反應(yīng)器上部，由于H2S被空氣氧化為硫酸或硫酸鹽，局部pH下降，造成水泥或鋼材腐蝕。為了防止這類腐蝕，應(yīng)當(dāng)使用耐腐蝕材料，例如不銹鋼、塑料或防腐涂層。此外，鐵水泥也是一種有潛力的防腐材料。第三節(jié) 厭氧生物處理工藝的設(shè)計(jì)v反應(yīng)器容積v進(jìn)液系統(tǒng)v三相分離器v水封高度v反應(yīng)器形狀、排泥和回流設(shè)施v材料與防腐v防臭與除臭v輔助設(shè)備 厭氧過程伴有臭氣產(chǎn)生，特別是會(huì)有相當(dāng)量的H2S形成。為了避免臭氣污染操作環(huán)境，必須采取足夠措施防止H2S從液面進(jìn)入空氣。當(dāng)出水硫化氫含量較多時(shí)，也可以使用后處理工藝去除。如化學(xué)沉淀、生物氧化或化學(xué)氧化方法將其轉(zhuǎn)變?yōu)閱钨|(zhì)硫或硫酸鹽。第三節(jié) 厭氧生