第三章--厭氧生物處理

1、第三章 厭氧生物處理3.1 根本概念厭氧生物處理的根本原理 一、厭氧生物處理的根本生物過程及其特征又稱厭氧消化、厭氧發(fā)酵；實際上，是指在厭氧條件下由多種厭氧或兼性微生物的共同作用下，使有機物分解并產(chǎn)生CH4和C02的過程。1、厭氧生物處理工藝的開展簡史： 上述的厭氧過程廣泛地存在于自然界中； 人類第一次利用厭氧消化處理廢棄物，是始于1881年Louis Mouras的“自動凈化器； 隨后人類開始較大規(guī)模地應(yīng)用厭氧消化過程來處理城市污水如化糞池、雙層沉淀池等和剩余污泥如各種厭氧消化池等；長的HRT、低的處理效率、濃臭的氣味等； 50、60年代，特別是70年代中后期，隨著能源危機的加劇，人們對利用

2、厭氧消化過程處理有機廢水的研究得以強化，出現(xiàn)了一批被稱為現(xiàn)代高速厭氧消化反響器的處理工藝，厭氧消化工藝開 始大規(guī)模地應(yīng)用于廢水處理； HRT大大縮短，有機負荷大大提高，處理效率也大大提高；厭氧接觸法、厭氧濾池AF、上流式厭氧污泥床UASB丨反響器、厭氧流化床AFB、AAFEB、 厭氧生物轉(zhuǎn)盤ARBC、和擋板式厭氧反響器等；HRT與SRT別離，SRT相對很長，HRT那么可以較短，反響器內(nèi)生物量很高。 最近90年代以后，隨著UASB反響器的廣泛應(yīng)用，在其根底上又開展起來了EGSB和IC反響器；EGSB反響器可以在較低溫度下處理低濃度的有機廢水；IC反響器那么主要應(yīng)用于處理高濃度有機廢水，可以到達更

3、高的有機負荷。2、厭氧消化過程的根本生物過程 兩階段理論：不溶性有機物水解胞外酶可溶性有機物胞內(nèi)酶產(chǎn)酸菌細菌細胞脂肪酸、醇類、H2、CO2其它產(chǎn)物內(nèi)源呼吸產(chǎn)物胞內(nèi)酶產(chǎn)甲烷菌ri纟細菌細胞C02、CH4圖1厭氧反響的兩階段理論圖示3060年代，被普遍接受的是“兩階段理論第一階段：發(fā)酵階段，又稱產(chǎn)酸階段或酸性發(fā)酵階段；水解和酸化，產(chǎn)物主要是脂肪酸、醇類、CO2和H2等;主要參與微生物統(tǒng)稱為發(fā)酵細菌或產(chǎn)酸細菌；其特點有：1生長快，2、適應(yīng)性溫度、pH等強。 第二階段：產(chǎn)甲烷階段，又稱堿性發(fā)酵階段；產(chǎn)甲烷菌利用前一階段的產(chǎn)物，并將其轉(zhuǎn)化為CH4和CO2；主要參與微生物統(tǒng)稱為產(chǎn)甲烷菌；其特點有：1生長慢

4、；2對環(huán)境條件溫度、pH、抑制物等非常敏感。 三階段理論：深入研究后，發(fā)現(xiàn)上述過程不能真實反映厭氧反響過程的本質(zhì)；微生物學(xué)的研究說明，產(chǎn)甲烷菌只能利用一些簡單有機物如甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺類以及H2/CO2等，而不能利用含兩個碳以上的脂肪酸和甲醇以外的醇類；70年代，Bryant發(fā)現(xiàn)原來認為是一種被稱為“奧氏產(chǎn)甲烷菌的細菌，實際上是由兩種細菌共同組成 的，一種細菌首先把乙醇氧化為乙酸和H2，另一種細菌利用 H2和CO2產(chǎn)生CH4；有機物I1發(fā)酵性細菌乙酸脂肪酸、醇類CH4說明：11、II、山為三階段理論，1、II、山、IV為四類群理論；2所產(chǎn)生的細胞物質(zhì)未表示在圖中圖2厭氧反響的三階段理論和

5、四類群理論因而，提出了“三階段理論水解、發(fā)酵階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：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/CO2;產(chǎn)甲烷階段：產(chǎn)甲烷菌利用乙酸和H2、CO2產(chǎn)生CH4；一般認為，在厭氧生物處理過程中約有70%的CH4產(chǎn)自乙酸的分解，其余的那么產(chǎn)自H2和CO2。 四階段理論四菌群學(xué)說：同型產(chǎn)乙酸菌：將 H2/CO2合成為乙酸。但實際上這一局部乙酸的量較少，只占全部乙酸的5%。三階段、四階段理論是目前認為的對一樣生物處理過程較全面和較準(zhǔn)確的描述。3、厭氧生物處理的主要特征能耗大大降低，而且還可以回收生物能沼氣；污泥產(chǎn)量很低；厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，產(chǎn)酸菌的產(chǎn)率Y

6、為，產(chǎn)甲烷菌的產(chǎn)率 Y為左右，而好氧微生物的產(chǎn)率約為。厭氧微生物有可能對好氧微生物不能降解的一些有機物進行降解或局部降解；反響過程較為復(fù)雜一一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)的微生物過程；對溫度、pH等環(huán)境因素較敏感；但一般來說，處理岀水水質(zhì)較差，需進一步利用好氧法進行處理；氣味較大；對氨氮的去除效 果不好；等等4、厭氧生物處理技術(shù)是我國水污染控制的重要手段我國高濃度有機工業(yè)廢水排放量巨大，這些廢水濃度高、多含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、 纖維素等有機物；我國當(dāng)前的水體污染物還主要是有機污染物以及營養(yǎng)元素N、P的污染；目前的形勢是：能源昂貴、土地價格劇增、剩余

7、污泥的處理費用也越來越高；厭氧工藝的突出優(yōu)點是：能將有機污染物轉(zhuǎn)變成沼氣并加以利用；運行能耗低；有機負荷高，占地面積少；污泥產(chǎn)量少，剩余污泥處理費用低；等等厭氧工藝的綜合效益表現(xiàn)在環(huán)境、能源、生態(tài)三個方面。二、厭氧消化過程中的主要微生物發(fā)酵細菌產(chǎn)酸細菌 、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌等。1、發(fā)酵細菌產(chǎn)酸細菌 ：主要功能：水解在胞外酶的作用下，將不溶性有機物水解成可溶性有機物； 酸化將可溶性大分子有機物轉(zhuǎn)化為脂肪酸、醇類等； 主要細菌：梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙岐桿菌屬等；水解過程較緩慢，并受多種因素影響pH、SRT、有機物種類等，有時回成為厭氧反響的限速步驟; 產(chǎn)酸反響的速率較快； 大多數(shù)是厭

8、氧菌，也有大量是兼性厭氧菌； 可以按功能來分：纖維素分解菌、半纖維素分解菌、淀粉分解菌、蛋白質(zhì)分解菌、脂肪分解菌等。2、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌主要功能：將各種高級脂肪酸和醇類氧化分解為乙酸和H2；主要反響：乙醇： CH 3CH2OH H2O CH 3COOH 2H2 丙酸： CH 3CH 2COOH 2H 2O CH 3COOH 3H 2 CO 2 丁酸： CH3CH2CH2COOH 2H 2O 2CH3COOH 2H2 注意：上述反響只有在乙酸濃度很低，系統(tǒng)中氫分壓很低時才能順利進行。 主要細菌：互營單胞菌屬、互營桿菌屬、梭菌屬、暗桿菌屬等； 多數(shù)是嚴(yán)格厭氧菌或兼性厭氧菌。3、產(chǎn)甲烷菌60年代Hung

9、ate開創(chuàng)了嚴(yán)格厭氧微生物培養(yǎng)技術(shù)；主要功能：將產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的產(chǎn)物一一乙酸和H2/CO2轉(zhuǎn)化為CH4和C02，使厭氧消化過程得以順利進行；Methanosarcina 和 Methanothrix ，但在厭氧反響器一般可分為兩大類：乙酸營養(yǎng)型和 H2營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌；典型的產(chǎn)甲烷反響CH 3 COOHCH 4 CO 24 H 2 CO 2CH 42H2O4HCOO2HCH 4CO22HC34 CO2 H 2OCH43CO 24CH 3OH3CH4 HCO3HH 2O4(CH 3) 3NH 49H 2O9CH4 3HCO33H2(CH 3) 3S 3H 2O3CH4 HCO 3H4CH 3OHH2

10、CH 4H 2O一般來說，乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌的種類較少，只有中，有 70%左右的甲烷是來自乙酸的氧化分解；根據(jù)產(chǎn)甲烷菌的形態(tài)和生理生態(tài)特征，可將其分類如下：4 NH 4 2H 2 S最新的分類Bergy'細菌手冊第九版，共分為：三目七科、十九屬、65種；產(chǎn)甲烷菌有各種不同的形態(tài)，常見的有： 產(chǎn)甲烷桿菌：呈短桿、長桿、竹節(jié)狀或絲狀 產(chǎn)甲烷球菌：為正圓形或橢圓形，排成對或鏈狀 產(chǎn)甲烷八疊球菌：球形細胞形成規(guī)那么的或不規(guī)那么的堆積狀 產(chǎn)甲烷螺菌：呈規(guī)那么的彎曲桿狀，最后開展為不能運動的螺旋絲狀在生物分類學(xué)上，產(chǎn)甲烷菌 Methanogens屬于古細菌Archaebacteria，大小、外觀上

11、與普通細菌 Eubacteria相似，但實際上，其細胞成分特殊，特別是細胞壁的結(jié)構(gòu)較特殊。在自然界的分布，一般可以認為是棲息于一些極端環(huán)境中如地?zé)崛⑸詈；鹕娇?、沉積物等 但實際上其分布極為廣泛，如污泥、瘤胃、昆蟲腸道、濕樹木、厭氧反響器等。產(chǎn)甲烷菌都是嚴(yán)格厭氧細菌，要求氧化復(fù)原電位在-150 -400mv,氧和氧化劑對其有很強的毒害作用；產(chǎn)甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖世代時間長，可達 4 6天，因此，一般情況下產(chǎn)甲烷反響是厭氧消化 的限速步驟三、厭氧消化動力學(xué)在厭氧消化條件下，BOD5去除也遵循一級反響動力學(xué)規(guī)律，故好氧生物降解的動力學(xué)方程也適用于厭氧反響，由于甲烷發(fā)酵階段是厭氧消化速率的控

12、制因素，因此，厭氧消化反響動力學(xué)是以該階段為根底建 立的。dS kSX(31)dtKs SdX xz dSbX(32)dtdt厭氧消化反響動力學(xué)方程式：式中:dS/dt 底物去除率，質(zhì)量/體積?時間；k單位質(zhì)量底物的最大利用速率，質(zhì)量/細菌質(zhì)量；S可降解的底物量，質(zhì)量/體積；Ks半速度常數(shù)，質(zhì)量/底物體積；X細菌濃度，質(zhì)量/體積；dX/dt細菌增殖速率，質(zhì)量/體積？時間；Y 細菌產(chǎn)率，細菌質(zhì)量/底物質(zhì)量；b 細菌衰亡速率系數(shù)，d-1 ；式3-1丨代入式3-2，并除以X 得:dXXKYkSS b(3 3)即：1cKYkSS b(3 4)Ks(1 b c)c(Yk b) 1底物降解效率：ESaSe

13、SaSa原污泥可生物降解底物濃度；Se 剩余的可生物降解底物濃度;0 c 污泥齡； 四、厭氧生物處理的影響因素產(chǎn)甲烷反響是厭氧消化過程的控制階段，因此，一般來說，在討論厭氧生物處理的影響因素時主要討 論影響產(chǎn)甲烷菌的各項因素；主要因素有：溫度、pH值、氧化復(fù)原電位、營養(yǎng)物質(zhì)、F/M比、有毒物質(zhì)等。1、溫度:溫度對厭氧微生物的影響尤為顯著：厭氧細菌可分為嗜熱菌或高溫菌、嗜溫菌中溫菌；相應(yīng)地，厭氧消化分為：高溫消化55 C左右和中溫消化35 C左右；高溫消化的反響速率約為中溫消化的倍，產(chǎn)氣率也較高，但氣體中甲烷含量較低； 當(dāng)處理含有病原菌和寄生蟲卵的廢水或污泥時，高溫消化可取得較好的衛(wèi)生效果，消化

14、后污泥的脫水 性能也較好；隨著新型厭氧反響器的開發(fā)研究和應(yīng)用，溫度對厭氧消化的影響不再非常重要新型反響器內(nèi)的生物 量很大，因此可以在常溫條件下2025 C進行，以節(jié)省能量和運行費用。2、pH值和堿度：pH值是厭氧消化過程中的最重要的影響因素；重要原因：產(chǎn)甲烷菌對 pH值的變化非常敏感，一般認為，其最適 pH值范圍為，在或時，產(chǎn)甲烷菌 會受到嚴(yán)重抑制，而進一步導(dǎo)致整個厭氧消化過程的惡化；厭氧體系中的pH值受多種因素的影響：進水 pH值、進水水質(zhì)有機物濃度、有機物種類等、生化 反響、酸堿平衡、氣固液相間的溶解平衡等；厭氧體系是一個pH值的緩沖體系，主要由碳酸鹽體系所控制；一般來說：系統(tǒng)中脂肪酸含量

15、的增加累積，將消耗HCO 3，使pH下降；但產(chǎn)甲烷菌的作用不但可以消耗脂肪酸，而且還會產(chǎn)生HCO 3，使系統(tǒng)的pH值上升。堿度曾一度在厭氧消化中被認為是一個至關(guān)重要的影響因素，但實際上其作用主要是保證厭氧體系具有一定的緩沖能力，維持適宜的pH值；厭氧體系一旦發(fā)生酸化，那么需要很長的時間才能恢復(fù)。3、氧化復(fù)原電位：嚴(yán)格的厭氧環(huán)境是產(chǎn)甲烷菌進行正常生理活動的根本條件； 非產(chǎn)甲烷菌可以在氧化復(fù)原電位為 +100 -100mv的環(huán)境正常生長和活動； 產(chǎn)甲烷菌的最適氧化復(fù)原電位為-150-400mv，在培養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌的初期，氧化復(fù)原電位不能高于-330mv ；4、營養(yǎng)要求：厭氧微生物對N、P等營養(yǎng)物質(zhì)的要

16、求略低于好氧微生物，其要求 COD : N : P = 200 : 5： 1 ；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，所以有時需要投加：K、Na、Ca等金屬鹽類；微量元素 Ni、Co、Mo、Fe等；有機微量物質(zhì)：酵母浸出膏、生物素、維生素等。5、F/M 比：厭氧生物處理的有機物負荷較好氧生物處理更高，一般可達510kgCOD/m3.d，甚至可達 5080kgCOD/m3.d；無傳氧的限制； 可以積聚更高的生物量。產(chǎn)酸階段的反響速率遠高于產(chǎn)甲烷階段，因此必須十分謹慎地選擇有機負荷； 高的有機容積負荷的前提是高的生物量，而相應(yīng)較低的污泥負荷； 高的有機容積負荷可以縮短 HRT,減少反

17、響器容積。6、有毒物質(zhì)：常見的抑制性物質(zhì)有：硫化物、氨氮、重金屬、氰化物及某些有機物； 硫化物和硫酸鹽：硫酸鹽和其它硫的氧化物很容易在厭氧消化過程中被復(fù)原成硫化物；可溶的硫化物到達一定濃度時，會對厭氧消化過程主要是產(chǎn)甲烷過程產(chǎn)生抑制作用；投加某些金屬如Fe可以去除S2-，或從系統(tǒng)中吹脫H2S可以減輕硫化物的抑制作用 氨氮：氨氮是厭氧消化的緩沖劑；但濃度過高，那么會對厭氧消化過程產(chǎn)生毒害作用；抑制濃度為50200mg/l，但馴化后，適應(yīng)能力回得到加強。 重金屬：使厭氧細菌的酶系統(tǒng)受到破壞。 氰化物： 有毒有機物：四、厭氧消化過程中沼氣產(chǎn)量的估算1概述a糖類、脂類和蛋白質(zhì)等有機物經(jīng)過厭氧消化能轉(zhuǎn)化

18、為甲烷和Biogas 丨；b產(chǎn)氣量的計算有助于評價試驗結(jié)果、工藝運轉(zhuǎn)效率及穩(wěn)定性；c當(dāng)廢水中的有機物組分已經(jīng)明確時，可根據(jù)有機物的厭氧消化過程的化學(xué)反響通式，算出各底物的產(chǎn) 氣量；defCO等氣體，這樣的混合氣體統(tǒng)稱為沼氣當(dāng)廢水中的有機物組分復(fù)雜，不便精確地定性定量時，可按COD直來計算產(chǎn)氣量；沼氣中CO和CH的百分含量不僅與有機物的化學(xué)組成有關(guān)，還與其各自的溶解度有關(guān)； 由于一局部沼氣特別是其中的CO會溶于出水中，同時， 一局部有機物還會被用于微生物的合成, 所以實際產(chǎn)氣量要比理論產(chǎn)氣量小。2理論產(chǎn)氣量的計算例如cCHoCh2coO水并不參加反響包25C°C|424228442水參

19、加反響42 284A、 根據(jù)廢水中有機物化學(xué)組成計算產(chǎn)量：那么1g丙酸厭氧分解：CO 2 產(chǎn)量=1/74X 1.25 X 22.4=CH 4 產(chǎn)量=1/74X 1.75 X 22.4=總產(chǎn)量=；B、根據(jù)COD與產(chǎn)氣量關(guān)系計算：McCarty指出，可以根據(jù)甲烷氣體的氧當(dāng)量變來計算廢水厭氧消化的產(chǎn)氣量。CH4 + 2O2 =CO2 + 2H 2O在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1mol甲烷，相當(dāng)于2mol或64gCOID那么甲烷YYobs Q(So Se)Q(So Se)1 kd cVch 40.35Q (S0 Se) 1.42 X 10 3VgVchP為沼氣中甲烷含量例題3-1某工業(yè)廢水量的溶解度為0.0286(

20、L(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))/L)經(jīng)Q=500md，廢水COD含量36g/L，厭氧生物處理溫度為 28 C，該溫度下產(chǎn)生甲烷，水力停留時間5d，泥齡為15d，產(chǎn)率系數(shù)丫=0.021，微生物內(nèi)源自身衰減系數(shù)Y1 kd cQ (S0 Se)213(kg/d)厭氧生物處理后出水中 COD為/L，消化氣中甲烷含量為 65%,試求標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下甲烷及消化氣產(chǎn)量。M10.35Q(Sd Se) 1.42 X 4934(m3/d)解：1厭氧生物處理過程中合成新細胞量2CH產(chǎn)量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)14.3(m3 /d)M2 QC 500 0.02863出水中溶解CH量4每日實際CH產(chǎn)量M M, M2 4919.7(m3/d)M0.65756

21、8.7(m3/d)5每日消化氣產(chǎn)量3實際產(chǎn)率分析：實際產(chǎn)氣率的值主要取決于以下諸因素:1物料的性質(zhì)：脂類的產(chǎn)氣量最多，而且其中的甲烷含量也高，蛋白質(zhì)所產(chǎn)生的沼氣數(shù)量雖少，但甲烷含 量高；碳水化合物所產(chǎn)生的沼氣數(shù)量少，且甲烷含量也較低；2廢水COD濃度：廢水的CO濃度越低，單位有機物的甲烷產(chǎn)率越低，一般高濃度有機廢水的產(chǎn)氣率能接 近理論值，而低濃度的有機廢水的產(chǎn)氣率那么低于理論值。3生物相的影響：產(chǎn)氣率還與系統(tǒng)中硫酸鹽復(fù)原菌及反硝化細菌等的活動有關(guān)。假設(shè)系統(tǒng)中上述菌較多， 那么由于這些菌會與產(chǎn)甲烷菌爭奪碳源，從而使產(chǎn)氣率下降。廢水中硫酸鹽含量越高，使產(chǎn)氣率下降越多。4沼氣中的甲烷含量：沼氣中的甲

22、烷含量越高，其在水中的溶解度越大，故甲烷的實際產(chǎn)率越低。5工藝條件的影響：對同種廢水，在不同的工藝條件下，其去除單位重量COD勺產(chǎn)氣量不同。6去除的COD中用于合成細菌細胞所占的比例：去除的COD中用于合成細菌細胞所占的比例越大，貝U分解用以產(chǎn)生甲烷的比例將越小，從而去除1KgCOD勺甲烷產(chǎn)量越低。3. 2厭氧生物處理工藝3. 2. 1早期的 厭氧生物反響器厭氧消化應(yīng)用于廢水處理的初級階段，是從1881年法國Mouras設(shè)計的自動凈化器開始到本世紀(jì)的20 年代；1881年法國 Mouras的自動凈化器：1891年英國Moncriff的裝有填料的升流式反響器：1895年，英國設(shè)計的化糞池Sept

23、ic Tank 圖3h JmhJf ；也1905年，德國的Imhoff池又稱隱化池、雙層沉淀池圖4其特點： 處理廢水的同時，也處理有廢水沉淀下來的污泥； 前幾種構(gòu)筑物由于廢水和污泥不分隔而影響出水水質(zhì)； 雙層沉淀池那么有了很大改進，有上層沉淀池和下層消化池； 停留時間很長，出水水質(zhì)也較差； 后兩種反響器曾在英、美、德、法等國得到廣泛推廣，在我國目前仍有應(yīng)用 厭氧消化池隨著活性污泥法、生物濾池等好氧生物處理工藝的開發(fā)和推廣應(yīng)用，厭氧生物處理被認為是效率低、HRT長、受溫度等環(huán)境條件的影響大，因此處于一種被遺棄的狀態(tài)；但好氧生物處理工藝的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生的剩余污泥也越來越多， 其穩(wěn)定化處理的主要手段

24、是厭氧消化,這是第二階段的主要特征；1927年，首次在消化池中加上了加熱裝置，使產(chǎn)氣速率顯著提高；隨后，又增加了機械攪拌器，反響速率進一步提高；50年代初又開發(fā)了利用沼氣循環(huán)的攪拌裝置；帶加熱和攪拌裝置的消化池被稱為高速消化池，至今仍是城市污水處理廠中污泥處理的主要技術(shù)。一、消化池的類型與構(gòu)造厭氧消化池主要應(yīng)用于處理城市污水廠的污泥，也可應(yīng)用于處理固體含量很高的有機廢水; 主要作用：一局部有機物轉(zhuǎn)變?yōu)檎託猓?一局部有機物形成穩(wěn)定性良好的腐殖質(zhì)； 提高了污泥的脫水性能； 污泥體積可減少1/2以上； 致病微生物也得到了一定程度的滅活，有利于污泥的進一步處理和利用。 消化池的分類：按形狀：圓柱形、橢

25、圓形卵形和龜甲形；按池頂結(jié)構(gòu)：固定蓋式和浮動蓋式；按運行方式：傳統(tǒng)消化池和高速消化池。A、傳統(tǒng)消化池:又稱低速消化池，有分層現(xiàn)象：只有局部容積有消化速率很低，B、高速消化池圖61設(shè)有加熱和攪拌裝置；縮短了有機物穩(wěn)定所需的時間，也提高了沼氣產(chǎn)量，在中溫3035 C條件下，一般消化時間為 15天左右，運行穩(wěn)定；但攪拌使高速消化池內(nèi)的污泥得不到濃縮，上清液不能別離。C、兩級消化池兩級串聯(lián)，第一極是高速消化池，第二級那么不設(shè)攪拌和加熱，主要起沉淀濃縮和貯存的作用，并能別 離上清液；二者的HRT的比值可采用1： 14: 1, 一般為1 : 2 圖7(ccmpretv rtmeclj5«#

26、76;吋利岬HJE-2、消化池的構(gòu)造由池頂、池底和池體三局部組成； 池頂：固定蓋和浮動蓋，集氣罩； 池底：倒圓錐形，有利于排泥。 攪拌：機械攪拌和沼氣攪拌機械攪拌 泵攪拌：從池底抽出消化污泥，用泵 加壓后送至浮渣層外表或其它部位，進 行循環(huán)攪拌，一般與進料和池外加熱合 并一起進行； 螺旋漿攪拌：在一個豎向?qū)Я鞴苤邪惭b螺旋槳; 水射器攪拌：沼氣攪拌氣提式攪拌：豎管式攪拌:氣體擴散式攪拌: 池內(nèi)蒸汽直接加熱：設(shè)備簡單，局部污泥易過熱，會影響厭氧微生物的正常活動，并會增加污泥含水率; 池外加熱：把污泥預(yù)熱后投配到消化池中，所需預(yù)熱的污泥量較少，易于控制；預(yù)熱溫度較高，有利于 殺滅蟲卵；不會對一樣微生

27、物不利；但設(shè)備較復(fù)雜。二、消化池的設(shè)計：主要內(nèi)容：消化池池體設(shè)計； 攪拌設(shè)備設(shè)計； 加熱保溫系統(tǒng)設(shè)計。消化池的池體設(shè)計：目前國內(nèi)一般按污泥投配率確定消化池容積,V'p式中：V消化池的有效容積，m3；3035 C 時，p 可取 618% ；V 每天需要處理的新鮮污泥的統(tǒng)計，m3/d ；p污泥投配率，如高速消化池處理生活污水的污泥，在消化溫度為一般要求消化池的個數(shù)不少于 2。國外那么多按固體負荷率來計算消化池的有效容積:GsLV式中：Gs每日需要處理的污泥干固體量，kgVSS/d;Lv 單位容積消化池固體負荷率，kgVSS/m3.dLv值與污泥的含固率、溫度有關(guān)，如下表：污泥含固率固體負荷

28、率kgVSS/m3.d24 C29 C33 C35 C4567確定消化池有效容積后，既可計算消化池的構(gòu)造尺寸，其一般要求: 圓柱形池體的直徑一般為 635m； 柱體高徑之比為1 : 2； 池總高與直徑之比為； 池底坡度一般為； 池頂部的集氣罩，高度和直徑相同，一般為m； 池頂至少設(shè)兩個直徑為 m的人孔。消化池的工藝管道： 污泥管：進泥管、岀泥管、循環(huán)攪拌管；上清液排放管；溢流管；沼氣管；取樣管三、沼氣的收集與利用 污泥和高濃度有機廢水進行厭氧消化時均會產(chǎn)生大量沼氣；沼氣的熱值很高一般為2100025000 kJ/m3,即50006000 kCal/m3，是一種可利用的生物能源。1、污泥消化過程

29、中沼氣產(chǎn)量的估算：沼氣成分：一般認為 CH4 5070%，CO2 2030%，H225%，N210%，微量 H2S等； 沼氣產(chǎn)率是指每處理單位體積的生污泥所產(chǎn)生的沼氣量，即m3沼氣/m3生污泥；產(chǎn)氣率與污泥的性質(zhì)、污泥投配率、污泥含水率、發(fā)酵溫度等有關(guān)； 當(dāng)污泥來自城市污水處理廠，生污泥含水率為96%時：中溫消化，投配率為 68%，產(chǎn)氣率可達1012 m3沼氣/m3生污泥； 高溫消化，投配率為 68%，產(chǎn)氣率可達2226 m3沼氣/m3生污泥投配率為1315%，產(chǎn)氣率可達1315 m3沼氣/m3生污泥1、沼氣的收集：設(shè)置凝結(jié)水罐；注意平安；阻火器；沼氣管可加保溫；2、沼氣的貯存：調(diào)節(jié)產(chǎn)氣量與用

30、氣量之間的平衡； 調(diào)節(jié)容積一般為日平均產(chǎn)氣量的 2540%，即 610h 的產(chǎn)氣量； 注意防腐、防火?，F(xiàn)代高速厭氧反響器厭氧消化技術(shù)開展上的第三個時期； 1955 年， Schroepter 提出了厭氧接觸法 參考活性污泥法，增設(shè)二沉池和污泥回流系統(tǒng)； 處理能力提高，應(yīng)用于食品包裝廢水的處理； 標(biāo)志著厭氧技術(shù)應(yīng)用于有機廢水處理的開端。隨后出現(xiàn)了 AF(Anaerobic Filter) 、UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket) 、AAFEB(Anaerobic Attached Film Expanded Bed)、AFB(Anaerobic Fluidiz

31、ed Bed) 等微生物不呈懸浮生長狀態(tài)，而是呈附著生長； 有機容積負荷大大提高，水力停留時間顯著縮短；首先應(yīng)用于高濃度有機工業(yè)廢水的處理， 如食品工業(yè)廢水、 酒精工業(yè)廢水、 發(fā)酵工業(yè)廢水、 造紙廢水、 制藥工業(yè)廢水、屠宰廢水等；城市廢水的處理； 與好氧工藝的串聯(lián)和組合，可以脫氮和除磷； 含難降解有機物的工業(yè)廢水的處理。一、厭氧接觸法 Anaerobic Contact Process1 、工藝流程與特點污泥回流是其最大的特點；污泥回流使得HRT與SRT別離:VX(Q Qw)Xe QwXw由于厭氧細菌生長緩慢，可以作到不從系統(tǒng)中排放剩余污泥，那么Q = 0 ,那么有:HRTVXcQX對于普通高

32、速厭氧消化池，其Xe = X，所以其c= HRT，因此在中溫條件下，為了滿足產(chǎn)甲烷菌的生長繁殖, SRT要求2030d，因此高速厭氧消化池的 HRT為2030d。對于厭氧接觸法，由于 X >>Xe，所以HRT«SRT;X越大，Xe越小，那么HRT可以越短。與普通厭氧消化池相比，厭氧接觸法的特點有： 污泥濃度高，一般為 510 gVSS/l，抗沖擊負荷能力強； 有機容積負荷高，中溫時，COD負荷16 kgCOD/m3.d，去除率為7080%；BOD 負荷 0.52.5 kgBOD/m 3.d，去除率 8090% ； 出水水質(zhì)較好； 增加了沉淀池、污泥回流系統(tǒng)、真空脫氣設(shè)備，

33、流程較復(fù)雜； 適合于處理懸浮物和有機物濃度均很高的廢水。 最大的問題是污泥的沉淀：污泥上附著有小氣泡；污泥在二沉池中還有活性，還會產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致已下沉的污泥上浮。 改進措施：真空脫氣設(shè)備真空度為 500mmH2O； 增加熱交換器，使污泥驟冷，暫時抑制厭氧污泥的活性。幣«權(quán)雀岀水2、厭氧接觸法的工藝設(shè)計 消化池容積的計算：Q SV 有機容積負荷法：LvCODLvcod 有機容積負荷，kgCOD / m d。3、厭氧接觸法的應(yīng)用實例 美國：HRT=1213 h，X=712 g/l，SRT=3.66 d，LvkgBOD5 /m d 日本：T=52 C，CODi=1112g/l，CODe=2

34、1002700mg/l，V=3000m 3； 我國：南陽酒精廠Lv=912 kgCOD /m d , Ecod =83%, EBOD =87% , HRT=44.5 d , CODi=5054 g/l , BODi=2634 g/i二、厭氧生物濾池1、厭氧生物濾池的工藝特征60年代末，美國的Young和McCarty首先研制出厭氧生物濾池；1972年以來，一批生產(chǎn)性的厭氧生物濾池投入運行，處理廢水的COD濃度在30085000mg/l的范圍內(nèi)，處理效果良好，運行管理方便；與好氧生物濾池相似，厭氧生物濾池式裝填有濾料的厭氧生物反響器，在濾料的外表形成了以生物膜形態(tài)生長的微生物群體，在濾料的空隙中

35、那么截留了大量的懸浮生長的微生物，廢水通過濾料層(上向流或下向流)時，有機物被截留、吸附及分解。2、厭氧生物濾池的構(gòu)造特征圖濾料是厭氧生物潺池的主體，其主要作用是提供微生物附著生長的外表及懸浮 具備以下條件：可分為升流式厭氧生物濾池、降流式厭氧生物濾池和升流式混合型厭氧生物濾池：生物固體濃度高，有機負荷高；SRT長，可縮短HRT，耐沖擊負荷能力強；啟動時間較短，停止運行后的再啟動也較容易；無需回流污泥，運行管理方便；運行穩(wěn)定性較好。主要缺點是易堵塞。3、厭氧生物濾池的運行特征a厭氧生物濾池中生物膜的厚度約為1-4 mmb生物固體濃度沿濾料層高度而有變化；c降流式較升流式的生物固體濃度的分布更均

36、勻；kgCOD/rhd ；e在相同的水質(zhì)條件及水力停留時間下，升流式的CODfe除率較降流式的高；f 當(dāng)進水COD度過高(>8000或12000mg/l)時，應(yīng)采用出水回流的措施；g二級交替式運行的厭氧生物濾池；4、厭氧生物濾池的設(shè)計計算厭氧生物濾池的設(shè)計計算主要包括：濾料的選擇；濾料體積的計算；布水系統(tǒng)的設(shè)計；沼氣 系統(tǒng)的設(shè)計等。目前尚無定型的設(shè)計計算程序；主要介紹濾料體積的計算方法和一些常用參數(shù)： 有機負荷法：V = Q S -Se /LvCODLvcod有機容積負荷，一般為 0.512kgCOD/m3.d; 常用設(shè)計參數(shù)：有機容積去除負荷一一0.512 kgCOD/m3.d;有機物

37、去除率一一6095% ;濾料層高度 25m;相鄰 進水孔口距離12 m不大于2m；污泥排放口距離不大于3m。 關(guān)于Se：Se取決于對處理后出水的水質(zhì)要求；Se還取決于厭氧生物濾池一般能到達的有機物去除率；Se還取決于所采用的有機負荷的上下。 關(guān)于有機容積負荷，其影響因素主要有：廢水水質(zhì)，包括有機物的種類和濃度；濾料性質(zhì)；溫度；其它，如：pH值、營養(yǎng)物、有毒物質(zhì)濃度等。一般，當(dāng)廢水性質(zhì)較特殊，無可靠資料可借鑒時，應(yīng)通過小試或中試試驗結(jié)果來確定。5、厭氧生物濾池的應(yīng)用實例AF在美、加已被廣泛應(yīng)用；不同類型的廢水，包括生活污水及COD為300024000mg/l的各種工業(yè)廢水；處理規(guī)模也大小不等，最

38、大的AF為12500m3; COD的去除率在6194%之間；有機負荷為0.115 kgCOD/m3.d。三、升流式厭氧污泥層(床)(UASB)反響器Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Bed) Reactor ,簡稱 UASB 反響器；是荷蘭 Wageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)的 Gatze Lettinga教授于70年代初開發(fā)出來的；UASB反響器的工作原理示意圖如下: 圖UASB 反響器的工藝特征：在反響器的上部設(shè)置了氣、固、液三相別離器；在反響器底部設(shè)置了均勻布水系統(tǒng)；反響器內(nèi)的污 泥能形成顆粒污泥：一一直徑為 0.1cm,濕比重為；一一具有良好的沉降性能和很高的產(chǎn)甲烷活性。上述工藝特征使得 UASB 反響器：污泥的顆粒化使反響器內(nèi)的平均濃度50gVSS/l以上，污泥齡一般為 30天以上