廢水的厭氧生物處理

廢水的厭氧生物處理第1頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理廢水厭氧處理內(nèi)容概要:1.厭氧生物處理概述2.厭氧工藝流程3．厭氧生物處理反應(yīng)器4．厭氧生物處理的設(shè)計(jì)與計(jì)算第2頁(yè)/共99頁(yè)第一節(jié)廢水厭氧生物處理概述第3頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理

1．厭氧生物處理概述19世紀(jì)末－20世紀(jì)初：廢水和糞便處理,反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),出水水質(zhì)差;1860年法國(guó)人Mouras把簡(jiǎn)易沉淀池改進(jìn)作為污水污泥處理構(gòu)筑物使用，1881年法國(guó)雜志將Mouras創(chuàng)造的稱為自動(dòng)凈化器(AutomaticScasenger)。1895年英國(guó)Donald設(shè)計(jì)了厭氧化糞池。厭氧化糞池的創(chuàng)建，是厭氧處理工藝發(fā)展史上的里程碑。從此，廁所等家庭用生活污水可通過(guò)化糞池得到較好的處理。WaterPollutionControlEngineering第4頁(yè)/共99頁(yè)1903年英國(guó)出現(xiàn)了Travis池。廢水從一端流入，從另一端流出，兩側(cè)沉淀區(qū)分離出的污泥，在池中間的中下部分消化，產(chǎn)生的沼氣從中間上部分排出，不會(huì)影響兩側(cè)的沉淀區(qū)。1905年德國(guó)人Imhoff對(duì)Travis池作了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了Imhoff池，又稱隱化池，我國(guó)也稱雙層沉淀池。這種池型構(gòu)造把污水的沉淀與污泥的消化完全分開，彼此不發(fā)生干擾。這種裝置在本世紀(jì)20年代被廣泛應(yīng)用與歐美各國(guó)?；S池和雙層沉淀池至今在排水工程中仍占有重要地位。厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineering第5頁(yè)/共99頁(yè)中期--被好氧工藝取代,在污泥處理方面有應(yīng)用,污泥的厭氧消化;普通消化池是這時(shí)期的主要反應(yīng)器。70年代后--重新發(fā)展,環(huán)境問(wèn)題和能源危機(jī),

開發(fā)了新的厭氧生物處理反應(yīng)器.以UASB,厭氧接觸工藝為代表的多種工藝，均實(shí)現(xiàn)高的污泥濃度高的負(fù)荷，得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用現(xiàn)狀:(A).廢水處理,高濃度和高溫度廢水;(B).污泥處理和城市垃圾處理;(C).生物質(zhì)的資源化和能源化應(yīng)用.厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineering第6頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理

1.1厭氧生物處理的原理(1).復(fù)雜有機(jī)物的厭氧生物處理：

(A).水解.在細(xì)胞外酶作用下,將大分子有機(jī)物水解為小分子溶解性有機(jī)物,如多糖-單糖，脂肪-脂肪酸甘油,蛋白質(zhì)-氨基酸,小分子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi).難降解或高分子的有機(jī)物水解過(guò)程較慢,或可能成為速率限制步驟,顆粒有機(jī)物的大小,溫度,pH,有機(jī)物組成成分,氨濃度,水力停留時(shí)間等影響水解速率.WaterPollutionControlEngineering第7頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理水解可以部分實(shí)現(xiàn)對(duì)難生物降解有機(jī)物的分解,促進(jìn)后續(xù)處理過(guò)程的生物有效性,故對(duì)難降解廢水可以預(yù)置厭氧反應(yīng)器.WaterPollutionControlEngineering溫度(℃)停留時(shí)間d脂肪纖維素蛋白質(zhì)15601560156015000.030.0180.020.01250.090.030.270.160.030.01350.110.040.620.210.030.01溫度,停留時(shí)間對(duì)水解速率常數(shù)Kh的影響第8頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理(B)．酸化.產(chǎn)酸細(xì)菌酸化,將溶解性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸和醇為主要產(chǎn)物的過(guò)程,主要生成有機(jī)酸(甲酸,乙酸,丙酸,丁酸等)、醇(乙醇),H2,CO2,NH3,N2,H2S等；酸化過(guò)程速率較快,產(chǎn)物對(duì)產(chǎn)甲烷過(guò)程影響較大,酸化過(guò)程產(chǎn)物與厭氧的條件,底物種類和微生物組成有關(guān)系,主要有三類:丙酸型,丁酸型和乙醇型.人們常常將不完全厭氧處理過(guò)程稱為水解酸化.WaterPollutionControlEngineering第9頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理(C)．產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸.水解酸化產(chǎn)物(主要是2個(gè)C以上的有機(jī)酸,不包括乙酸)在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌作用下生成氫,乙酸和CO2；主要反應(yīng):(醇和高級(jí)脂肪酸反應(yīng)生成乙酸)CH3CH2OH+H2O=CH3COO-+H++2H2CH3CH2COO-+H2O=CH3COO-+H++HCO3-+3H2丁酸,丙酸等轉(zhuǎn)化為乙酸的過(guò)程由于標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能為正值,只有反應(yīng)產(chǎn)物H+和H2的濃度低反應(yīng)可以進(jìn)行.WaterPollutionControlEngineering第10頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理(D)．產(chǎn)甲烷.主要在兩類不同的甲烷細(xì)菌下產(chǎn)生CH4,是嚴(yán)格厭氧過(guò)程.乙酸脫羧:2CH3COOH＝2CH4+2CO2

氫還原CO2:4H2+CO2＝CH4+2H2O3H2+CO＝CH4+H2O2H2O

+4CO＝CH4+3CO2

此外還有利用醇還原CO2

得到甲烷和有機(jī)酸等途徑.WaterPollutionControlEngineering第11頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理厭氧生物處理的原理和過(guò)程示意:WaterPollutionControlEngineering復(fù)雜有機(jī)物揮發(fā)酸醇CO2+H2乙酸CH4水解酸化產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸產(chǎn)甲烷

5%20%28%72%簡(jiǎn)單有機(jī)物10%13%35%17%30%第12頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理(2).其他厭氧生物處理A.硫酸鹽還原:化能異氧型的硫酸鹽還原細(xì)菌(SRB,SulfateReducingBacteria)利用廢水的有機(jī)物作為電子供體,將氧化態(tài)硫化合物(SO42-,SO32-等)還原為低價(jià)態(tài)硫化合物(HS-,H2S,S2-等)的過(guò)程。低濃度硫化合物由于存在對(duì)H2的利用,對(duì)厭氧處理有機(jī)物一定程度是促進(jìn)的;但較高濃度的硫酸鹽會(huì)嚴(yán)重抑制有機(jī)物的厭氧生物降解過(guò)程(競(jìng)爭(zhēng)底物對(duì)產(chǎn)甲烷菌不利;產(chǎn)生的H2S對(duì)微生物不利)。WaterPollutionControlEngineering第13頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理B.反硝化:硝酸鹽氮(NO3-)和亞硝酸鹽氮(NO2-)在厭氧或缺氧條件下被還原為氮?dú)?N2)的過(guò)程.C.光合細(xì)菌:光能異養(yǎng)的光合細(xì)菌在無(wú)氧條件下利用簡(jiǎn)單有機(jī)物進(jìn)行光合作用,然后在微氧或有氧條件下進(jìn)行氧化代謝.光合細(xì)菌只能利用低分子量的有機(jī)物,所以需要水解作為前處理過(guò)程.WaterPollutionControlEngineering第14頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理D.厭氧氨氧化(ANAMMOX,AnaerobicAmmoniumOxidation)：是指在厭氧條件下,微生物直接以NH4+為電子供體，以NO3-或NO2-為受體,將NO3-,NO2-,NH4+轉(zhuǎn)變成N2的生物轉(zhuǎn)化氧化過(guò)程.N的轉(zhuǎn)化過(guò)程并未清楚.WaterPollutionControlEngineering第15頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理1.2厭氧生物處理的微生物(A).水解酸化菌：細(xì)菌、真菌和原生動(dòng)物,多為專性厭氧菌或兼性,根據(jù)分解有機(jī)物的不同,分為纖維素、碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪分解菌等.(B).產(chǎn)乙酸菌：分2類-產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和同型乙酸菌,厭氧或兼性菌.產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為氫和乙酸,同型乙酸菌將H2+CO2轉(zhuǎn)化為乙酸,或?qū)⒋嫉绒D(zhuǎn)化為乙酸.WaterPollutionControlEngineering第16頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌：將有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為氫和乙酸.如丙酸轉(zhuǎn)化為乙酸過(guò)程:CH3CH2COOH+2H2O＝CH3COOH+3H2+CO2同型乙酸菌:將H2+CO2轉(zhuǎn)化為乙酸,或?qū)⒋嫉绒D(zhuǎn)化為乙酸.如乙醇轉(zhuǎn)化為乙酸:CH3CH2OH+H2O＝CH3COOH+2H2WaterPollutionControlEngineering第17頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理(C).產(chǎn)甲烷菌：嚴(yán)格厭氧菌。對(duì)環(huán)境的條件要求比較苛刻,對(duì)pH,溫度,氧,有毒物質(zhì)濃度等較敏感.WaterPollutionControlEngineering第18頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理厭氧微生物與好氧微生物參數(shù)的比較WaterPollutionControlEngineering細(xì)菌類型世代時(shí)間dY(VSS/COD)Kmax(gCOD/gVSS·d)Ks(mmol/L)產(chǎn)酸發(fā)酵0.1250.1439.6未見報(bào)道產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸3.50.036.60.4產(chǎn)甲烷(用H2)0.50.0719.60.004甲烷絲菌70.025.00.3甲烷八疊球菌1.50.0411.65.0活性污泥0.030.4057.80.25第19頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理1.3

厭氧生物處理影響因素甲烷菌增殖速率慢,世代周期長(zhǎng),受環(huán)境影響大,對(duì)pH敏感,產(chǎn)甲烷菌是廢水處理系統(tǒng)控制因素,對(duì)廢水厭氧生物處理的主要因素是甲烷菌的影響因素.(1).pH：最適宜在6.8～7.2,由于酸化和產(chǎn)乙酸,系統(tǒng)pH容易降低,此外蛋白質(zhì)降解的氨能夠緩沖,系統(tǒng)中酸、堿度、CO2、氨降解速率達(dá)到平衡.WaterPollutionControlEngineering第20頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理(2).溫度：常溫,10～30℃；中溫,35℃左右有適宜溫度；高溫,53℃左右.高溫對(duì)微生物殺滅作用強(qiáng),溫度要求波動(dòng)小.WaterPollutionControlEngineering第21頁(yè)/共99頁(yè)消化溫度與消化時(shí)間的關(guān)系:厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineering第22頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理(3).污泥齡：要求大,20～30d,厭氧微生物世代時(shí)間長(zhǎng).(4).營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：COD:N:P=800:5:1,BOD:N:P=100:2.5:1左右.與好氧工藝相比對(duì)N,P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)需求少.(5).氧化還原電位：絕對(duì)厭氧條件,-0.2V以下.(6).有機(jī)負(fù)荷：過(guò)高,產(chǎn)酸速率大于產(chǎn)甲烷,酸積累,pH下降;水力負(fù)荷大,微生物流失;過(guò)低,反應(yīng)器體積大,運(yùn)行投資費(fèi)用大.WaterPollutionControlEngineering第23頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理(7).攪拌與混合：需要攪拌措施，不能過(guò)度攪拌影響微生物的生活環(huán)境。因?yàn)楫a(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷菌的嚴(yán)格共生關(guān)系。(8).有毒物質(zhì)：H2S和NH3等，對(duì)微生物有毒害作用，NH3的毒害作用以NH4+形式，與pH有關(guān)。WaterPollutionControlEngineering第24頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理1.4

厭氧生物處理工藝特點(diǎn)①負(fù)荷高:容積負(fù)荷高,運(yùn)行費(fèi)用低,可回收CH4,好氧法－如普通活性污泥0.5,普通生物濾池0.3,生物轉(zhuǎn)盤1.0,生物接觸氧化2-5,生物流化床<10.0,厭氧法中溫,以COD計(jì)算－UASB,10-20,高溫最高達(dá)40-50.②剩余污泥量少:而且比較容易壓縮和脫水,性質(zhì)穩(wěn)定,如好氧0.3～0.6kgVSS/kgCOD,厭氧0.05～0.1,相當(dāng)于好氧1/5或更少.WaterPollutionControlEngineering第25頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理③對(duì)高濃度廢水能耗低：低濃度時(shí)厭氧生物處理能耗比好氧高,很高濃度廢水厭氧處理有剩余能量.④營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)需要少，COD:N:P=500:5:1左右.

WaterPollutionControlEngineering好氧法厭氧法廢水濃度能量第26頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理⑤應(yīng)用范圍廣:可以處理低濃度或高濃度廢水,由于厭氧微生物有可能對(duì)好氧微生物不能降解的一些有機(jī)物進(jìn)行降解或部分降解,可以處理難降解廢水,城市污水工業(yè)廢水,可以處理高溫廢水.目前基本上在污泥處理,高濃度工業(yè)廢水,難降解廢水應(yīng)用多.對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行處理.脫氮除磷也涉及。⑥衛(wèi)生：高溫法可以基本殺滅病原微生物.

WaterPollutionControlEngineering第27頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理⑦出水水質(zhì)差:通常需要進(jìn)一步好氧處理才能達(dá)標(biāo).⑧微生物增殖速度慢,處理水量宜小,厭氧生物處理的氣味較大,對(duì)氨氮的去除效果不好.⑨操作控制條件要求較嚴(yán)格,設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜.厭氧過(guò)程中所涉及到的生化反應(yīng)過(guò)程較為復(fù)雜，不同種屬間細(xì)菌的相互配合或平衡較難控制；厭氧微生物特別是產(chǎn)甲烷細(xì)菌對(duì)溫度、pH等環(huán)境因素非常敏感.WaterPollutionControlEngineering第28頁(yè)/共99頁(yè)1.5

廢水厭氧生物處理動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介好氧的動(dòng)力學(xué)方程仍適用,厭氧生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程:厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineeringS底物濃度,X污泥濃度,Y厭氧產(chǎn)率系數(shù),kd厭氧的內(nèi)源代謝系數(shù).第29頁(yè)/共99頁(yè)第二節(jié)廢水厭氧生物處理工藝流程第30頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理2.厭氧工藝流程2.1兩級(jí)厭氧根據(jù)厭氧過(guò)程CH4產(chǎn)生的規(guī)律設(shè)計(jì),以節(jié)省加溫與攪拌消耗的能量.在厭氧消化過(guò)程中,初始階段產(chǎn)生CH4多,第一級(jí)消化池有加溫、攪拌、集氣裝置,第二級(jí)消化池?zé)o,節(jié)省了能量.2.2兩相厭氧根據(jù)厭氧機(jī)理設(shè)計(jì),使各消化池具有最佳微生物生長(zhǎng)環(huán)境.水解酸化,產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段需要環(huán)境條件接近,作為第一池(相)；把產(chǎn)甲烷階段作為第二池(相),有加溫、攪拌、集氣裝置,第二池容積小,所以加溫?cái)嚢枘芎囊采?運(yùn)行管理較方便等.WaterPollutionControlEngineering第31頁(yè)/共99頁(yè)第三節(jié)廢水厭氧生物處理反應(yīng)器第32頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理3．厭氧生物處理反應(yīng)器第一代厭氧反應(yīng)器：第一代厭氧反應(yīng)器由于無(wú)法對(duì)水力停留時(shí)間和污泥停留時(shí)間分離,造成處理廢水的停留時(shí)間至少需要20～30d,因此處理污水效率低.第二代厭氧反應(yīng)器：50年代-厭氧接觸工藝，60年代-厭氧濾池(AF),70年代-UASB反應(yīng)器,標(biāo)志著厭氧反應(yīng)器的研究進(jìn)入了新的時(shí)代.以這些反應(yīng)器為代表的第二代厭氧反應(yīng)器的共同特點(diǎn),就是實(shí)現(xiàn)了污泥停留時(shí)間與水力停留時(shí)間相分離,從而提高了反應(yīng)器內(nèi)污泥的濃度.

WaterPollutionControlEngineering第33頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理

第三代厭氧反應(yīng)器：高效厭氧反應(yīng)器中不僅要分離污泥停留時(shí)間和水力停留時(shí)間,保持高的污泥濃度,還應(yīng)使進(jìn)水與污泥之間保持充分的接觸.但是單純地改善混合狀況有時(shí)會(huì)出現(xiàn)污泥的流失,因此為了解決這一問(wèn)題,20世紀(jì)90年代以來(lái)國(guó)際上相繼開發(fā)出了以厭氧膨脹顆粒污泥床(EGSB),內(nèi)循環(huán)式厭氧反應(yīng)器(IC),厭氧上流污泥床/過(guò)濾器(UBF)和厭氧序批式間歇反應(yīng)器(ASBR)等為典型代表的第三代厭氧反應(yīng)器.

WaterPollutionControlEngineering第34頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物反應(yīng)器也可以根據(jù)微生物的生長(zhǎng)狀態(tài)分為三類：厭氧活性污泥：懸浮生長(zhǎng)污泥厭氧生物膜：附著生長(zhǎng)污泥厭氧污泥層：污泥形成顆粒污泥層。WaterPollutionControlEngineering厭氧生物處理第35頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理

3.1化糞池池內(nèi)分3層,上層浮渣(泥);下層為污泥,中間是水.用來(lái)處理含糞便的污水,遠(yuǎn)離城市的賓館等污水.流量很小的場(chǎng)合.生活污水一般需經(jīng)過(guò)化糞池處理.WaterPollutionControlEngineering化糞池示意圖第36頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理3.2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(jī)廢水；圓柱形或蛋形池,有蓋子,保持溫度、收集甲烷,維持厭氧環(huán)境,需要攪拌和加溫。特點(diǎn)：水力停留時(shí)間長(zhǎng),容積負(fù)荷低,可處理SS大的廢水甚至有大塊物料的廢水,結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,固液分離在同池進(jìn)行,生物量小效率低下,對(duì)無(wú)攪拌的反應(yīng)器存在分層微生物與有機(jī)物接觸不足,溫度不均勻等.WaterPollutionControlEngineering第37頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理(1)傳統(tǒng)消化池：傳統(tǒng)消化池又稱為低速消化池，在池內(nèi)沒(méi)有加熱和攪拌裝置，所以有分層現(xiàn)象，一般分為浮渣層、上清液層、活性層、熟污泥層等，其中只有在活性層中才有有效的厭氧反應(yīng)過(guò)程在進(jìn)行，因此在傳統(tǒng)消化池中只有部分容積有效；傳統(tǒng)消化池的最大特點(diǎn)就是消化反應(yīng)速率很低，HRT很長(zhǎng)，一般為30~90天.

WaterPollutionControlEngineering第38頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理傳統(tǒng)消化池示意圖：WaterPollutionControlEngineering第39頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理(2)高速消化池:與傳統(tǒng)消化池不同的是，在高速消化池中設(shè)有加熱和/或攪拌裝置，因此縮短了有機(jī)物穩(wěn)定所需的時(shí)間，也提高了沼氣產(chǎn)量，在中溫（30~35C）條件下，其HRT可以為15天左右，運(yùn)行效果穩(wěn)定；但攪拌使高速消化池內(nèi)的污泥得不到濃縮，上清液與熟污泥不易分離。WaterPollutionControlEngineering第40頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理高速消化池示意圖:WaterPollutionControlEngineering第41頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineering(3)兩級(jí)串聯(lián)消化池:兩級(jí)串聯(lián)，第一級(jí)采用高速消化池，第二級(jí)則采用不設(shè)攪拌和加熱的傳統(tǒng)消化池，主要起沉淀濃縮和貯存熟污泥的作用，并分離和排出上清液；二者的HRT的比值可采用1:1~1:4，一般為1:2。第42頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineering兩級(jí)串聯(lián)消化池示意圖:第43頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理3.3厭氧生物濾池60年代末，美國(guó)的Young和McCarty首先開發(fā)出厭氧生物濾池；1972年以后，厭氧生物濾池投入運(yùn)行，處理的廢水的COD濃度范圍較寬，約在300~85000mg/l之間，處理效果良好，運(yùn)行管理方便.與好氧生物濾池相似，厭氧生物濾池是裝填有濾料的厭氧生物反應(yīng)器，在濾料的表面形成了以生物膜形態(tài)生長(zhǎng)的微生物群體，在濾料的空隙中則截留了大量懸浮生長(zhǎng)的厭氧微生物，廢水通過(guò)濾料層向上流動(dòng)或向下流動(dòng)時(shí)，廢水中的有機(jī)物被截留、吸附及分解轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳等。WaterPollutionControlEngineering第44頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理特點(diǎn)：由于填料,微生物附著生長(zhǎng),生物量大,生物停留時(shí)間長(zhǎng),耐沖擊負(fù)荷;與消化池比,強(qiáng)化傳質(zhì),處理能力高;污泥附著生長(zhǎng),不容易流失,出水SS低，無(wú)污泥回流和攪拌；設(shè)備簡(jiǎn)單操作容易方便等.下部容易堵塞,對(duì)SS高廢水不宜,容易形成短路,考慮廢水回流和預(yù)處理.WaterPollutionControlEngineering第45頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理根據(jù)廢水在厭氧生物濾池中的流向的不同，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等三種形式，即分別如下圖所示：WaterPollutionControlEngineering第46頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理3.4厭氧流化床

水底部進(jìn),小固體顆粒填料為載體,0.5mm左右,需要回流使載體膨脹.特點(diǎn)：比表面大,微生物濃度大,幾十克/L,容積負(fù)荷大,中溫達(dá)到20～40kgCOD/m3·d;耐沖擊負(fù)荷運(yùn)行穩(wěn)定;流化能耗大,需要載體.

WaterPollutionControlEngineering填料層進(jìn)水出水CH4第47頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理3.5厭氧生物轉(zhuǎn)盤與好氧生物轉(zhuǎn)盤同,但需要密閉,盤片全部浸沒(méi)在廢水中,組成：盤片,反應(yīng)槽(密封)、轉(zhuǎn)軸,驅(qū)動(dòng)裝置.WaterPollutionControlEngineering特點(diǎn)：微生物濃度大、負(fù)荷高;不需水回流、污泥回流;耐沖擊負(fù)荷;盤片造價(jià)高.轉(zhuǎn)動(dòng)盤片固定盤片進(jìn)水出水轉(zhuǎn)軸CH4反應(yīng)槽第48頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理3.6厭氧擋板反應(yīng)器由厭氧生物轉(zhuǎn)盤發(fā)展的,若干擋板將水隔成升流,降流交替,相當(dāng)于很多UASB組成,進(jìn)水濃度大需要回流.WaterPollutionControlEngineering特點(diǎn)：類似UASB和厭氧生物轉(zhuǎn)盤；污泥濃度大,容積負(fù)荷高;既存在顆粒污泥,又存在生物膜,耐沖擊負(fù)荷;不容易堵塞;不需載體,不需攪拌.缺點(diǎn)同厭氧生物轉(zhuǎn)盤,盤片.CH4進(jìn)水出水回流擋板第49頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理3.7厭氧接觸法(1)

原理:通過(guò)在反應(yīng)器后設(shè)置沉淀池,將污泥回流到反應(yīng)器以增加污泥濃度.WaterPollutionControlEngineering厭氧接觸法工藝流程消化池廢水脫氣沉淀池剩余污泥沼氣回流污泥第50頁(yè)/共99頁(yè)厭氧接觸法工藝的特點(diǎn)是污泥回流，就使得消化池的HRT與SRT得以分離，即系統(tǒng)的污泥齡(SRT,即)下式計(jì)算：厭氧細(xì)菌生長(zhǎng)緩慢，基本可不排放污泥，則Qw=0，則：厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineering第51頁(yè)/共99頁(yè)普通高速厭氧消化池，由于其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(zhǎng)繁殖，SRT要求20~30d，因此高速厭氧消化池的HRT為20~30d。厭氧接觸工藝，由于X>>Xe，所以HRT<<SRT；而且X越大，則HRT可以越短,HRT可以縮短到幾小時(shí)~十幾小時(shí).厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineering第52頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理(2)厭氧接觸工藝本質(zhì)：屬于厭氧活性污泥工藝,污泥懸浮生長(zhǎng).沉淀池泥水分離困難(?)解決方法：①真空脫氣,使氣泡破裂;②熱交換急冷卻，以抑制產(chǎn)氣過(guò)程;③絮凝沉淀;④

采用膜濾；⑤浮選

.

WaterPollutionControlEngineering第53頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理(3)厭氧接觸工藝特點(diǎn)：污泥濃度高，過(guò)高易造成污泥膨脹(類似好氧活性污泥);容積負(fù)荷較高；處理能力強(qiáng),適合處理高SS廢水,無(wú)堵塞問(wèn)題;增加了回流、沉淀、脫氣等設(shè)備,且脫氣困難,抗沖擊負(fù)荷能力不強(qiáng).WaterPollutionControlEngineering第54頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理3.8升流式厭氧污泥床(UASBUpflowAnaerobicSludgeBlanket)(1)UASB工藝原理：生物反應(yīng)與沉淀一體,反應(yīng)器同時(shí)具有沉淀功能,進(jìn)水從下向上通過(guò)反應(yīng)器,底部存在污泥濃度很高活性很高的污泥層,顆粒污泥層；上為懸浮污泥層,兩污泥層為反應(yīng)區(qū)。三相分離器：氣液固分離.形成顆粒污泥是UASB工藝的關(guān)鍵,關(guān)于顆粒污泥的形成機(jī)理.WaterPollutionControlEngineering第55頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理(2)

UASB反應(yīng)器結(jié)構(gòu)：進(jìn)水分配系統(tǒng)：配水均勻反應(yīng)區(qū)：顆粒和懸浮污泥三相分離：作用等于沉淀池,收集氣體WaterPollutionControlEngineering第56頁(yè)/共99頁(yè)1)進(jìn)水配水系統(tǒng)：功能：①?gòu)U水均勻地分配到反應(yīng)器底部；②水力攪拌；

2)反應(yīng)區(qū)：分為污泥床區(qū)和污泥懸浮區(qū),污泥床區(qū)集中了高活性的顆粒污泥，污泥懸浮區(qū)是絮狀污泥集中的區(qū)域.

3)三相分離器：功能:①將氣,固,液分開;②保證出水水質(zhì);③維持反應(yīng)器內(nèi)污泥量;④有利于污泥顆粒化.

厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineering第57頁(yè)/共99頁(yè)UASB反應(yīng)器外觀厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineering第58頁(yè)/共99頁(yè)UASB反應(yīng)器收集沼氣警示牌厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineering第59頁(yè)/共99頁(yè)UASB反應(yīng)器沼氣收集管厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineering沼氣第60頁(yè)/共99頁(yè)UASB反應(yīng)器中間沉淀池表面有大量的沼氣釋放！厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineering第61頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理(3).UASB工藝特點(diǎn)：①底部污泥濃度大,水力停留時(shí)間短(接近好氧),容積負(fù)荷高；②底部污泥以顆粒存在,最大比重達(dá)1.04~1.08,污泥顆?；笫狗磻?yīng)器對(duì)不利條件的抗性增強(qiáng),所以耐沖擊負(fù)荷；③顆粒污泥的相對(duì)密度比人工載體小,在一定的水力負(fù)荷下,可以靠反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的氣體來(lái)混合,可省去攪拌和回流污泥所需的設(shè)備和能耗；WaterPollutionControlEngineering第62頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理④沉降良好的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(jiǎn)化了工藝,節(jié)約了投資和運(yùn)行費(fèi)用；⑤容積利用率高,無(wú)堵塞問(wèn)題；處理效果好;⑥需要分離器,如果污泥膨脹則污泥流失；⑦啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng),對(duì)水質(zhì)要求,(SS不能太高,排泥少,形成污泥密度低),對(duì)N,P去除效果差;操作管理要求高.

WaterPollutionControlEngineering第63頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理(4)UASB反應(yīng)器中的(顆粒)污泥:顆粒污泥和懸浮污泥.

反應(yīng)器底部是顆粒污泥,污泥濃度大;反應(yīng)器中部是懸浮污泥,污泥濃度較大.WaterPollutionControlEngineering第64頁(yè)/共99頁(yè)UASB反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度特征A:水力負(fù)荷低B:水力負(fù)荷高厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineeringAB第65頁(yè)/共99頁(yè)顆粒污泥的性質(zhì):

能在反應(yīng)器內(nèi)形成沉降性能良好、活性高的顆粒污泥是UASB反應(yīng)器的重要特征，顆粒污泥的形成與成熟，也是保證UASB反應(yīng)器高效穩(wěn)定運(yùn)行的前提.(1)顆粒污泥的外觀(2)顆粒污泥的組成(3)顆粒污泥的培養(yǎng)馴化厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineering顆粒污泥第66頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理顆粒污泥層的形成與培養(yǎng)(反應(yīng)器啟動(dòng)):

(1)最初的污泥負(fù)荷應(yīng)低于0.1～0.2kgCOD/(kgSS·d)；(2)廢水中原來(lái)存在和產(chǎn)生出來(lái)的各種揮發(fā)酸未能有效地分解之前，不應(yīng)增加反應(yīng)器負(fù)荷；(3)反應(yīng)器內(nèi)的環(huán)境條件應(yīng)控制在有利于厭氧細(xì)菌繁殖的范圍內(nèi)；(4)種泥量應(yīng)盡可能多，一般應(yīng)為10～15kgVSS/m3；(5)控制一定的上升流速，允許多余的污泥沖洗出來(lái)，截留住重質(zhì)污泥。WaterPollutionControlEngineering第67頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理形成顆粒污泥層的過(guò)程：第一階段：?jiǎn)?dòng)與提高污泥活性階段；有機(jī)負(fù)荷≤1kgCOD/（m3·d），時(shí)間約1～1.5個(gè)月。第二階段：形成顆粒污泥階段；有機(jī)負(fù)荷選擇1～3kgCOD/（m3·d），顆粒逐漸成長(zhǎng)為直徑1～3mm左右的顆粒污泥，此階段1～1.5月。第三階段：逐漸形成顆粒污泥層階段。反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷大于3～5kgCOD/（m3·d），隨著負(fù)荷的提高，反應(yīng)器的污泥總量逐漸增加，污泥層逐漸提高，顆粒污泥層需要3～4個(gè)月。WaterPollutionControlEngineering第68頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理顆粒污泥性質(zhì)1.顆粒污泥的物理性質(zhì)(1)形狀不規(guī)則，一般呈球形或橢球形，直徑0.1～2mm左右，最大可達(dá)3～5mm；(2)顏色呈灰黑色或褐黑色；(3)相對(duì)密度一般為1.01～1.05左右；(4)污泥指數(shù)(SVI)與顆粒大小有關(guān)，顆粒污泥一般為10mL/gSS；(5)顆粒污泥在反應(yīng)器中的沉降速率一般為0.3～0.8m/h；2.顆粒污泥的成分含有微生物及分泌物外。一般都含有惰性物質(zhì)，還含有金屬離子。成熟的顆粒污泥，VSS/SS一般為70％～80％，根據(jù)廢水性質(zhì)可在30％～90％。WaterPollutionControlEngineering第69頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理(5)UASB反應(yīng)器中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)UASB反應(yīng)器在一定程度上還屬于較新的廢水處理工藝技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還存在著許多不確定因素，因此還沒(méi)有形成完善的工程設(shè)計(jì)的計(jì)算方法。UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)需要考慮的主要因素為：(1)廢水組成成分和固體含量；(2)有機(jī)容積負(fù)荷；(3)上升流速；(4)三相分離系統(tǒng)；(5)布水系統(tǒng)和水封高度等物理特性。WaterPollutionControlEngineering第70頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理廢水性質(zhì):廢水溶解性COD越高,負(fù)荷可以越大;進(jìn)水SS不宜高于6g/L.上升流速:上升流速相當(dāng)于表面水力負(fù)荷(m3/m2·

d),考慮污泥的沉降性能.WaterPollutionControlEngineering廢水性質(zhì)上升流速m/h反應(yīng)器高度msCOD近100%1.56-10部分sCOD1.03-7城市污水0.93-5第71頁(yè)/共99頁(yè)有效容積及主要構(gòu)造尺寸的確定：UASB反應(yīng)器的有效容積，一般將沉淀區(qū)和反應(yīng)區(qū)的總?cè)莘e作為反應(yīng)器的有效容積進(jìn)行考慮，多采用進(jìn)水容積負(fù)荷法確定，即：式中：Q--廢水流量，m3/d；Si--進(jìn)水有機(jī)物濃度，mgCOD/l；Lv--COD容積負(fù)荷，kgCOD/m3·d。厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineering第72頁(yè)/共99頁(yè)UASB反應(yīng)器的容積負(fù)荷與反應(yīng)溫度、廢水性質(zhì)和濃度以及是否能夠在反應(yīng)器內(nèi)形成顆粒污泥等多種因素有關(guān)，在不同的反應(yīng)溫度下的進(jìn)水容積負(fù)荷的選擇可參考如下數(shù)據(jù)：

厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineering溫度(℃)設(shè)計(jì)容積負(fù)荷（kgCOD/m3·d）高溫（55~65）20~30中溫（35~38）10~20常溫（20~25）5~10低溫（~15）2~5第73頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理三相分離器的結(jié)構(gòu)氣、固、液分離器又稱三相分離器，由沉淀區(qū)、集氣室(或稱集氣罩)和氣封組成，其功能是把氣體(沼氣)、固體(微生物)和液體分離。氣體被分離后進(jìn)入集氣室(罩)，然后，固液混合液在沉淀區(qū)進(jìn)行固液分離，下沉的固體藉重力由回流縫返回反應(yīng)區(qū)。

WaterPollutionControlEngineering第74頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineering三相分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖第75頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理三相分離器的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾方面的因素：(1)沉淀器底部?jī)A角應(yīng)較大，可選擇α＝45°~60°(2)沉淀器內(nèi)最大截面的表面水力負(fù)荷應(yīng)保持在us=0.7m3/m2·d以下，水流通過(guò)液固分離孔隙的平均流速應(yīng)保持在u0=2m3/m2·d以下；(3)氣體收集器間縫隙的截面面積不小于總面積的15％~20％;(4)對(duì)于高為5~7m的反應(yīng)器，氣體收集器的高度應(yīng)為1.5~2m;(5)b＝100~200mm；(6)控制氣室的水面高度及壓力。WaterPollutionControlEngineering第76頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理EGSB結(jié)構(gòu)示意圖：比UASB多出水循環(huán)系統(tǒng)WaterPollutionControlEngineering膨脹的顆粒污泥三相分離器CH4進(jìn)水出水3.9厭氧膨脹顆粒污泥床

(ExpandedGranularSludgeBed,EGSB):與UASB比,具有更高的液體升速,使顆粒污泥床處于膨脹狀態(tài).第77頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理EGSB特點(diǎn)：①工作區(qū)為流態(tài)化的初期,即膨脹階段,進(jìn)水流速較低,在充分保證進(jìn)水基質(zhì)與污泥顆粒接觸的條件下,加速生化反應(yīng),增加容積負(fù)荷；反應(yīng)器高度大-占地面積小;②有利于減輕或消除靜態(tài)床(如UASB)中常見的底部負(fù)荷過(guò)重的狀況,增加對(duì)毒物的承受能力,更耐沖擊負(fù)荷;③避免反應(yīng)器內(nèi)死角和短流,均勻了負(fù)荷,運(yùn)行穩(wěn)定;④為使污泥膨脹,采用出水循環(huán),需要更高的動(dòng)力;WaterPollutionControlEngineering第78頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理3.10內(nèi)循環(huán)式厭氧反應(yīng)器

(InternalCirculation,簡(jiǎn)稱IC):IC反應(yīng)器實(shí)際上是由底部和上部?jī)蓚€(gè)UASB反應(yīng)器串聯(lián)疊加而成。反應(yīng)器具有兩個(gè)三相分離器,使生物量得到有效滯留：進(jìn)水和循環(huán)回流的泥水在膨脹床部分充分混合，使進(jìn)水得到稀釋和調(diào)節(jié)，并在此形成致密的厭氧污泥膨脹床.

WaterPollutionControlEngineering第79頁(yè)/共99頁(yè)IC反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖:利用的CH4氣提作用實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán);在無(wú)外能量的條件下,實(shí)現(xiàn)一級(jí)反應(yīng)器的污泥膨脹-流化態(tài).核心是在UASB基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了內(nèi)循環(huán).厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineeringCH4氣水分離室進(jìn)水出水H2O1.一級(jí)三相分離器;2.沼氣提升管;3.氣水分離器;4.回流管;5.二級(jí)三相分離器;6.沉淀區(qū)123456第80頁(yè)/共99頁(yè)IC反應(yīng)器外觀第81頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理IC反應(yīng)器的特點(diǎn)(優(yōu)點(diǎn))：①工作區(qū)為完全的流態(tài)化,傳質(zhì)效果好,反應(yīng)速率高；②克服底部負(fù)荷過(guò)重的狀況.增加對(duì)毒性物質(zhì)的承受能力.更耐沖擊負(fù)荷；③避免反應(yīng)器內(nèi)死角和短流的產(chǎn)生.均勻了負(fù)荷,運(yùn)行穩(wěn)定；WaterPollutionControlEngineering第82頁(yè)/共99頁(yè)IC反應(yīng)器特點(diǎn)(缺點(diǎn)):④

反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,施工,安裝,維護(hù)和管理困難;⑤反應(yīng)器高度大,動(dòng)力和能耗較大;⑥反應(yīng)器構(gòu)造對(duì)運(yùn)行有很大的影響,設(shè)計(jì)參數(shù)方面還不成熟.厭氧生物處理WaterPollutionControlEngineering第83頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理3.11上流污泥床/過(guò)濾器(UpflowBlanketFilter,簡(jiǎn)稱UBF):UBF是在UASB和AF的基礎(chǔ)上開發(fā)成功的新型復(fù)合式厭氧反應(yīng)器,該新型反應(yīng)器可以充分發(fā)揮UASB和AF兩種高效反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn).WaterPollutionControlEngineering顆粒污泥濾料層出水排泥集氣第84頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理特點(diǎn)：①反應(yīng)器上部的填料層增加了生物總量,又可防止生物洗出,還可加速污泥與氣泡的分離,降低污泥流失,反應(yīng)器積累微生物能力增強(qiáng),有機(jī)負(fù)荷更高；②啟動(dòng)速度快,處理率高,運(yùn)行穩(wěn)定；③與UASB比較,不需要三相分離器；④填料價(jià)格昂貴.WaterPollutionControlEngineering第85頁(yè)/共99頁(yè)總結(jié)厭氧生物反應(yīng)器：厭氧活性污泥：厭氧接觸厭氧生物膜：厭氧生物濾池,厭氧流化床，厭氧生物轉(zhuǎn)盤厭氧顆粒污泥：UASB,EGSB,ICWaterPollutionControlEngineering厭氧生物處理第86頁(yè)/共99頁(yè)第四節(jié)廢水厭氧生物處理設(shè)計(jì)計(jì)算第87頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理4．厭氧生物處理的設(shè)計(jì)與計(jì)算4．1反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算（A）反應(yīng)器有效容積V計(jì)算:V＝QtV＝QS0/Nv經(jīng)驗(yàn)公式。厭氧生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)的說(shuō)明，UASB。WaterPollutionControlEngineering第88頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理4．2污泥濃度計(jì)算:水力停留時(shí)間(HRT)與污泥齡(SRT)相同(完全混合厭氧反應(yīng)器,消化池)水力停留時(shí)間：t=V/Q污泥齡：θc==V/Q=t因?yàn)槌鏊奈⑸餄舛萖e=反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度X,所以水力時(shí)間等于污泥齡。Nv＝QS0/V＝S0/θc或者θc＝S0/Nv如S0取20000mg/L，Nv為1.5kgCOD/m3d，則θc＝13.3d,提高泥齡,只有降低負(fù)荷.WaterPollutionControlEngineering第89頁(yè)/共99頁(yè)厭氧生物處理污泥濃度：X==以20℃乙酸計(jì)算