工業(yè)廢水厭氧生物處理課件

1、工業(yè)廢水厭氧生物處理6/25/20221四、厭氧生物處理主要方法主要講授內(nèi)容一、廢水好氧生物處理簡(jiǎn)介二、廢水厭氧生物處理概述三、厭氧生物處理機(jī)理6/25/20222一、廢水好氧生物處理簡(jiǎn)介6/25/20223廢水好氧生物處理簡(jiǎn)介活性污泥法推流式活性污泥法完全混合法生物膜法生物接觸氧化法生物轉(zhuǎn)盤(pán)法生物濾池法曝氣生物濾池6/25/20224二、廢水厭氧生物處理概述6/25/20225厭氧處理概述厭氧生物處理技術(shù)在水處理行業(yè)中一直都受到環(huán)保工作者們的青睞，由于其具有良好的去除效果，更高的反響速率和對(duì)毒性物質(zhì)更好的適應(yīng)，更重要的是由于其相對(duì)好氧生物處理廢水來(lái)說(shuō)不需要為氧的傳遞提供大量的能耗，使得厭氧生

2、物處理在水處理行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。6/25/20226厭氧處理概述厭氧在處理低濃度廢水方面沒(méi)有太大的空間，可最近的一些報(bào)道和試驗(yàn)說(shuō)明，厭氧如果提供適宜的外部條件，在處理低濃度廢水方面仍然有非常高的處理效果。6/25/20227三、厭氧生物處理機(jī)理6/25/20228大分子有機(jī)物(碳水化合物，蛋白質(zhì)，脂肪等)水解細(xì)菌的胞外酶水解的和溶解的有機(jī)物酸化產(chǎn)酸細(xì)菌有機(jī)酸醇 類(lèi)醛類(lèi)等H2，CO2乙酸化乙酸細(xì)菌乙酸甲烷化甲烷細(xì)菌CH4甲烷細(xì)菌CH4厭氧生化反響過(guò)程-四階段6/25/20229厭氧生化反響過(guò)程一、水解階段： 高分子有機(jī)物由于其大分子體積，不能直接通過(guò)厭氧菌的細(xì)胞壁，需要在微生物體外通過(guò)胞外酶加

3、以分解成小分子。廢水中典型的有機(jī)物質(zhì)比方纖維素被纖維素酶分解成纖維二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麥芽糖和葡萄糖，蛋白質(zhì)被分解成短肽和氨基酸。分解后的這些小分子能夠通過(guò)細(xì)胞壁進(jìn)入到細(xì)胞的體內(nèi)進(jìn)行下一步的分解。6/25/202210厭氧生化反響過(guò)程二、酸化階段： 小分子有機(jī)物進(jìn)入到細(xì)胞體內(nèi)轉(zhuǎn)化成更為簡(jiǎn)單的化合物并被分配到細(xì)胞外，這一階段的主要產(chǎn)物為揮發(fā)性脂肪酸VFA，同時(shí)還有局部的醇類(lèi)、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等產(chǎn)物產(chǎn)生。6/25/202211厭氧反響過(guò)程 三、產(chǎn)乙酸階段： 在此階段，上一步的產(chǎn)物進(jìn)一步被轉(zhuǎn)化成乙酸、碳酸、氫氣以及新的細(xì)胞物質(zhì)。四、產(chǎn)甲烷階段： 在這一階段，乙酸、氫氣、碳酸、甲

4、酸和甲醇都被轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳和新的細(xì)胞物質(zhì)。這一階段也是整個(gè)厭氧過(guò)程最為重要的階段和整個(gè)厭氧反響過(guò)程的限速階段。上述四個(gè)階段中，有人認(rèn)為第二個(gè)階段和第三個(gè)階段可以分為一個(gè)階段，在這兩個(gè)階段的反響是在同一類(lèi)細(xì)菌體類(lèi)完成的。 6/25/202212四、厭氧生物處理主要方法6/25/202213厭氧生物處理主要方法化糞池厭氧接觸法厭氧濾池AF)上流式厭氧污泥床(UASB) IC厭氧反響器Internal circulation6/25/202214厭氧生物處理主要方法-化糞池 用于處理來(lái)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。6/25/202215厭氧生

5、物處理主要方法-厭氧接觸法厭氧接觸法是在普通污泥消化池的根底上，并受活性污泥系統(tǒng)的啟示而開(kāi)發(fā)的。對(duì)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，不需要曝氣而需要脫氣。厭氧接觸法的主要特征是在厭氧反響器后設(shè)沉淀池，污泥進(jìn)行回流，結(jié)果使厭氧反響器內(nèi)能維持較高的污泥濃度，可大大降低水力停留時(shí)間。6/25/202216厭氧生物處理主要方法-厭氧接觸法6/25/202217厭氧生物處理主要方法-厭氧生物濾池 厭氧生物濾池是裝填濾料的厭氧反響器。厭氧微生物以生物膜的形態(tài)生長(zhǎng)在濾料外表，廢水淹沒(méi)地通過(guò)濾料，在生物膜的吸附作用和微生物的代謝作用以及濾料的截留作用下，廢水中有機(jī)污染物被去

6、除。產(chǎn)生的沼氣那么聚集于池頂部罩內(nèi)，并從頂部引出。處理水那么由旁側(cè)流出。為了別離處理水挾出的生物膜，一般在濾池后需設(shè)沉淀池。6/25/202218厭氧生物處理主要方法-厭氧生物濾池濾料是厭氧生物濾池的主體局部。濾料應(yīng)具備以下各項(xiàng)條件：比外表積大，孔隙率高，外表粗糙，生物膜易于附著，化學(xué)及生物學(xué)的穩(wěn)定性強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度高等。常用的濾料有碎石、卵石、焦炭和各種形式的塑料濾料。6/25/202219厭氧生物處理主要方法-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)泥水別離設(shè)備，出水SS較低；設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便。容積負(fù)荷4-5kgCOD/m3d,停留時(shí)間10-20d,污泥濃度5-

7、10gVSS/L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(méi)有簡(jiǎn)單有效的清洗方法。因此，懸浮物高的廢水不適用。6/25/202220厭氧生物處理主要方法-上流式厭氧污泥床(UASB) 60年代荷蘭農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境系創(chuàng)造了上流式厭氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Bed簡(jiǎn)稱(chēng)UASB)，UASB反響器是目前應(yīng)用最為廣泛的高速厭氧反響器。 據(jù)1993年的報(bào)道，國(guó)外至少已有400個(gè)以上的生產(chǎn)性UASB在運(yùn)行。其中最大的反響器體積為15600m3。目前UASB反響器的應(yīng)用仍呈迅速增長(zhǎng)之勢(shì)，同時(shí)，假設(shè)干以UASB為根底的高速厭氧反響器也在開(kāi)展中，例如膨脹顆粒污泥

8、床(EGSB)和雜交反響器(UASB+AF)。6/25/202221厭氧生物處理主要方法-上流式厭氧污泥床(UASB) UASB構(gòu)造進(jìn)水配水系統(tǒng)主反響區(qū)三相別離區(qū)6/25/202222廢水由反響器底部進(jìn)入，反響器主體為無(wú)填料的空容器，其中含有大量厭氧污泥。由于廢水以一定流速自下向上流動(dòng)以及厭氧過(guò)程產(chǎn)生的大量沼氣的攪拌作用，廢水與污泥充分混合，有機(jī)質(zhì)被吸附分解，所產(chǎn)沼氣經(jīng)由反響器上部三相別離器的集氣室排出，含有懸浮污泥的廢水進(jìn)入三相別離器的沉降區(qū)，廢水經(jīng)處理后排出反響器。UASB處理機(jī)理6/25/202223由于沼氣已從廢水中別離，沉降區(qū)不再受沼氣攪拌作用的影響，廢水在平穩(wěn)上升過(guò)程中，其中沉淀性

9、能良好的污泥經(jīng)沉降面返回反響器主體局部，從而保證了反響器內(nèi)高的污泥濃度。含有少量較輕污泥的廢水從反響器上方排出。UASB反響器中可以形成沉淀性能非常好的顆粒污泥，能夠允許較大的上流速度和很高的容積負(fù)荷。UASB處理機(jī)理6/25/202224UASB反響器運(yùn)行的三個(gè)重要的前提反響器內(nèi)形成沉降性能良好的顆粒污泥或絮狀污泥。由產(chǎn)氣和進(jìn)水的均勻分布所形成的良好的自然攪拌作用。設(shè)計(jì)合理的三相別離器，這使沉淀性能良好的污泥能保存在反響器內(nèi)。 UASB反響器性能分析6/25/202225進(jìn)水配水系統(tǒng)樹(shù)枝管式配水系統(tǒng)穿孔管式配水系統(tǒng)多點(diǎn)多管式配水系統(tǒng)脈沖式配水系統(tǒng)6/25/2022266/25/202227U

10、ASB的幾種形式6/25/202228UASB的幾種形式6/25/202229UASB的幾種形式6/25/202230IC厭氧反響器Internal circulation6/25/202231顆粒污泥的形成在UASB反響器中能形成顆粒污泥，乃是UASB反響器與其它厭氧生物反響器的重要區(qū)別。而顆較污泥的形成和成熟，乃是保證這種厭氧生物反響器具有高濃度和高活性的前提條件 。6/25/2022326/25/202233污泥的高濃度和高活性污泥的高活性反映在：對(duì)廢水中的有機(jī)污染物具有良好的吸附凝聚作用對(duì)附著的有機(jī)污染物具有高效的吸收轉(zhuǎn)化作用。6/25/202234顆粒污泥形態(tài)大多呈卵形，也有球形、棒

11、形、絲狀形及板狀形的。它們的平均直徑為1mm，一般為0.1-2mm，最大的可達(dá)3-5mm。顆粒污泥的形態(tài)與分布6/25/202235顆粒污泥的形態(tài)與分布顆粒污泥的分布大體為下部大，上部小。反響區(qū)底部的多以無(wú)機(jī)粒子作為核心，外包生物膜而成。無(wú)機(jī)粒子及生物膜的內(nèi)層一般為黑色(可能與生化過(guò)程中形成的FeS沉淀有關(guān))，生物膜的表層那么呈現(xiàn)灰白色、淡黃色以及暗綠色等。反響區(qū)上部的顆粒污泥的揮發(fā)物含量相對(duì)較高。顆粒污泥質(zhì)軟，有韌性及粘性。6/25/202236顆粒污泥的組成主要包括各類(lèi)厭氧微生物、礦物質(zhì)及胞外多聚物，其VSSSS一般為70一80。顆粒污泥的主體是各類(lèi)厭氧微生物，包括水解發(fā)酵細(xì)菌、共生的產(chǎn)氫

12、產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌，有時(shí)還存在硫酸鹽復(fù)原菌等。6/25/202237顆粒污泥的類(lèi)型 顆粒污泥的類(lèi)型A型A型顆粒污泥是以巴氏甲烷八疊球菌為主體的球狀顆粒污泥，外層常有絲狀產(chǎn)甲烷桿菌纏繞。它比較密實(shí)，但粒徑很小 。6/25/202238B型B型顆粒污泥是以絲狀的產(chǎn)甲烷桿菌為主體的顆粒污泥，故也稱(chēng)桿菌顆粒。它在UASB反響器內(nèi)出現(xiàn)頻率極高。其外表比較規(guī)那么，外層纏繞著各種形態(tài)的產(chǎn)甲烷桿菌的絲狀體。 B型顆粒污泥的粒徑約1-3mm。顆粒污泥的類(lèi)型 6/25/202239C型C型顆粒污泥是由疏松的纖絲狀細(xì)菌纏繞粘連在惰性微粒上所形成的球狀團(tuán)粒，故也稱(chēng)絲菌顆粒。它類(lèi)似于厭氧流化床反響器中的生物粒子(即

13、在人工無(wú)機(jī)裁體上覆蓋著生物膜的微粒)。C型顆粒污泥大而重，粒徑為1-5mm。顆粒污泥的類(lèi)型 6/25/202240UASB的應(yīng)用至今，UASB反響器在所有高速厭氧反響器中是應(yīng)用最為廣泛的。從70年代末UASB反響器首次建立生產(chǎn)性裝置以來(lái)，至1993年已至少有400多家生產(chǎn)規(guī)模的UASB反響器已投入運(yùn)行。6/25/202241UASB反響器的應(yīng)用幾乎涉足所有以有機(jī)污染物為主的廢水處理： 例如各類(lèi)發(fā)酵工業(yè)、淀粉加工、制糖、罐頭、飲料、牛奶與乳制品、蔬菜加工、豆制品、肉類(lèi)加工、皮革、造紙、制藥及石油精煉及石油化工等各種來(lái)源的有機(jī)廢水。UASB的應(yīng)用6/25/2022426/25/2022436/25

14、/202244UASB的特點(diǎn)污泥床內(nèi)生物量多，折合濃度計(jì)算可達(dá)20-30gL；容積負(fù)荷率高，在中溫發(fā)酵條件下，一般可達(dá)10kgCOD(m3d)左右，甚至能夠高達(dá)1540kgCOD(m3 d)，廢水在反響器內(nèi)的水力停留時(shí)間較短，因此所需池容大大縮小。6/25/202245設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行方便，勿需設(shè)沉淀池和污泥回流裝置，不需充填填料，也不需在反響區(qū)內(nèi)設(shè)機(jī)械攪拌裝置，造價(jià)相對(duì)較低，便于管理，而且不存在堵塞問(wèn)題。UASB的特點(diǎn)6/25/202246設(shè)計(jì)內(nèi)容預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)UASB反響器體積的設(shè)計(jì)反響器的上升流速反響器配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)三相別離裝置UASB的設(shè)計(jì)6/25/202247預(yù)處理系統(tǒng) 預(yù)處理系統(tǒng)包括

15、粗格柵、細(xì)格柵或水力篩、沉砂池、調(diào)節(jié)酸化池、營(yíng)養(yǎng)鹽和 pH調(diào)控系統(tǒng)。UASB的設(shè)計(jì)6/25/202248預(yù)處理系統(tǒng) 格柵和沉砂池的目的是去除粗大固體物和無(wú)機(jī)的可沉固體，這對(duì)保護(hù)各種類(lèi)型厭氧反響器的布水管免于堵塞是必需的。 調(diào)節(jié)池的作用是均質(zhì)和均量，一般還可考慮兼有沉淀、混合、加藥、中和和預(yù)酸化等功能.UASB的設(shè)計(jì)6/25/202249 在調(diào)節(jié)池中設(shè)有沉淀池時(shí)，容積需扣除沉淀區(qū)的體積。根據(jù)顆粒化和PH調(diào)節(jié)的要求，當(dāng)廢水堿度和營(yíng)養(yǎng)鹽 N，P等不夠需要補(bǔ)充時(shí)，可采用計(jì)量泵自動(dòng)投加酸、堿和藥劑，通過(guò)調(diào)節(jié)池或機(jī)械攪拌中和。UASB的設(shè)計(jì)6/25/202250由于厭氧反響對(duì)水質(zhì)、水量和沖擊負(fù)荷較為敏感，

16、所以適當(dāng)尺寸的調(diào)節(jié)池對(duì)水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)是厭氧反響器穩(wěn)定運(yùn)行的保證。UASB的設(shè)計(jì)6/25/202251反響器體積的設(shè)計(jì)-負(fù)荷設(shè)計(jì)法 采用有機(jī)負(fù)荷(q )或水力停留時(shí)間 HRT設(shè)計(jì) UASB反響器是目前最為主要的方法。 反響器的體積根據(jù)以下公式計(jì)算: V= Q So q Q 流量，m3d So 進(jìn)水有機(jī)物濃度， gCOD/L或gBOD5/L q 反響器的容積負(fù)荷， gCOD /m3 d 或gBOD5 /m3 d UASB的設(shè)計(jì)6/25/2022526/25/202253反響器的體積和高度反響器體積按照公式計(jì)算。反響器高度須從設(shè)計(jì)、運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)上綜合考慮。UASB的設(shè)計(jì)6/25/202254反響器高

17、度控制從設(shè)計(jì)、運(yùn)行方面考慮：高度影響上升流速，高流速增加系統(tǒng)攪動(dòng)和污泥與進(jìn)水之間的接觸，但流速過(guò)高會(huì)引起污泥流失。為了保持足夠多的污泥，上升流速不能超過(guò)一定的限值，從而使反響器的高度受到限制。UASB的設(shè)計(jì)6/25/202255高度與CO2溶解度有關(guān)，反響器越高，溶解 的CO2濃度越高，因此，pH值越低。如 pH值低于最優(yōu)值，會(huì)危害系統(tǒng)的效率。從經(jīng)濟(jì)上考慮：土方工程隨池深增加而增加，但占地面積那么相反；考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蚝偷匦螚l件，一般將反響器建成半地下式，減少建筑高度和保溫費(fèi)用。最經(jīng)濟(jì)的反響器高度深度一般是在46m之間，并且在大多數(shù)情況下這也是系統(tǒng)最優(yōu)的運(yùn)行范圍。UASB的設(shè)計(jì)6/25/2022

18、56反響器的上升流速 UASB反響器上升流速的推薦值見(jiàn)下表UASB的設(shè)計(jì)Vr一在反響器內(nèi)的上升流速m/hVs一沉淀器外表流速m/hVo一在沉淀器縫縫隙處流速m/hVg一氣體的上升流速m/h6/25/202257截面積和長(zhǎng)、寬或直徑 在確定反響器的容積和高度H之后，可確定反響器的截面積A 反響器形狀分矩形與圓形，在池形選擇與尺寸取值時(shí)需考慮材料消耗、配水均勻性及多池組合等因素。 UASB的設(shè)計(jì)6/25/202258矩形池-在反響器的長(zhǎng)和寬確定時(shí)，同樣的面積下正方形池的周長(zhǎng)比矩形池要小，矩形UASB需要更多的建筑材料。 從反響器材料消耗方面考慮，以截面積為600 m2的反響器為例，30m20m的反

19、響器與 15m40m的反響器周長(zhǎng)相差 10，這意味著建筑費(fèi)用要增加10%， 但從布水均勻性方面考慮，矩形的長(zhǎng)寬比較大，較為適宜，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性，矩形池的長(zhǎng)/寬比在2 :1以下較為適宜。長(zhǎng)/寬比在4 :1時(shí)費(fèi)用增加十分顯著。UASB的設(shè)計(jì)6/25/202259圓形池-圓形反響器在同樣的面積下，其周長(zhǎng)比正方形的少12%。但這一優(yōu)點(diǎn)僅僅在采用單池時(shí)才成立。 當(dāng)建立兩個(gè)或兩個(gè)以上反響器時(shí)，矩形反響器可以采用共用壁。對(duì)于采用公共壁的矩形反響器，池型的長(zhǎng)寬比對(duì)造價(jià)也有較大的影響。UASB的設(shè)計(jì)6/25/202260單元反響器最大體積和分格化 在UASB反響器的設(shè)計(jì)中，采用分格化對(duì)運(yùn)行操作是有益的。分格化的

20、單元尺寸不會(huì)過(guò)大，可防止體積過(guò)大帶來(lái)的布水均勻性等問(wèn)題；多個(gè)反響器對(duì)系統(tǒng)的啟動(dòng)也是有益的，可首先啟動(dòng)一個(gè)反響器，再用這個(gè)反響器的污泥去接種其他反響器。UASB的設(shè)計(jì)6/25/202261有利干維護(hù)和檢修，可放空一個(gè)反響器進(jìn)行檢修，而不影響系統(tǒng)的運(yùn)行。從目前實(shí)踐看，最大的單體UASB反響器不是最優(yōu)的可為10002000m3。UASB的設(shè)計(jì)6/25/202262配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 進(jìn)水分配系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)對(duì)UASB的良好運(yùn)轉(zhuǎn)是至關(guān)重要的，進(jìn)水系統(tǒng)兼有配水和水力攪拌的功能。UASB的設(shè)計(jì)6/25/202263 為了滿足進(jìn)水分配系統(tǒng)功能，配水系統(tǒng)設(shè)計(jì)有如下原那么：確保單位面積的進(jìn)水量根本相同，以防止短路等現(xiàn)象發(fā)生；盡可能滿