Transcript 第Ⅱ阶段
第十五章 污水的厌氧 生物处理 厌氧生物处理法的特点（与好氧比较） （1）应用范围广 适用于高浓度有机废水，又适用于中、低浓度有机废水。 （2）能耗低 而厌氧法不需要充氧，而且产生的沼气可作为能源。一 般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。 （3）负荷高 好氧法的有机容积负荷为2～4kgBOD/(m3·d)， 而厌氧为2～10kgBOD/(m3·d)，高的可达50kgBOD/(m3·d)。 （4）剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好。 剩余污泥量只有好氧法的5％～20％。 消化污泥稳定，且矿化度高，易脱水。 （5）氮、磷营养需要量较少 而厌氧法的BOD：N：P＝100：2.5：0.5 （6）厌氧处理过程有一定的杀菌作用 （7）厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以季节 性或间歇性运转。 （8）密闭系统，臭味对环境影响小。 厌氧法存在的缺点（与好氧比较） 设备启动、处理时间长。 出水往往达不到排放标准，需要进一步处理。 厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。 密闭，沼气易燃，易爆，安全要求高。 第一节 厌氧生物处理的基本原理 第二节 污水的厌氧生物处理方法 第三节 厌氧生物处理法的设计 第四节 厌氧设备的运行管理 第一节 厌氧生物处理的基本原理 废水厌氧生物处理： 是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(包括兼氧微生 物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和 二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。 受氢体： 化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。 厌氧生物处理依靠三大主要类群的细菌： 水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作 用完成。 一、厌氧消化原理 四阶段: 水解阶段、酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段 水解 水解的和溶 解的有机物 大分子有机物 细菌的胞外酶 有机酸 醇 类 醛类等 H2，CO2 乙酸化 乙酸细菌 甲烷化 乙酸 甲烷细菌 酸化 产酸细菌 CH4 甲烷细菌 CH4 第Ⅰ阶段——水解阶段 复杂的大分子、不溶性有机物→小分子、溶解性的 有机物→渗入细胞体内。 第Ⅱ阶段——酸化阶段 将渗入细胞体内的有机物分解→挥发性有机酸、醇 类、醛类等。 紧接着氨基酸、蛋白质、脂肪→生成氨和胺，多肽 等 。 第Ⅲ阶段——产氢产乙酸阶段 在产氢产乙酸细菌的作用下，第Ⅱ阶段产生的第2 类有机酸被分解转化成乙酸和H2。 第Ⅳ阶段——产甲烷阶段 两组产甲烷菌： 一组（ 1/3）把CO2和H2转化为甲烷， 另一组（2/3）从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷。 最主要基质 污泥的厌氧处理面对的是固态有机物，所以称 为消化。 两阶段: 消化 过程 液化(酸化) 气化(甲烷化) 液态污泥的pH迅速下降， 转化产物中有机酸是主体 产生消化气，主体是CH4 二、发酵条件控制（影响因素） 1、营养 一般有机物浓度大于1000mg/L以上。 COD∶N∶P＝200∶5∶1或C∶N＝12～16 2、厌氧过程对环境条件的要求 Ⅰ、氧化还原电位（φE）与温度 氧的溶入和氧化态、氧化剂的存在会使体系中电位升高，对厌氧消 化不利。 产酸菌对氧化还原电位要求不甚严格＋100～－100mv 产甲烷菌对氧化还原电位要求严格＜－350mv Ⅱ、pH及碱度 pH主要取决于三个生化阶段的平衡状态 Ⅲ、毒物 凡对厌氧处理过程起抑制和毒害作用的物质都可称为毒物 3、工艺操作条件 Ⅰ、生物量 一般介于10～30gVSS/L之间 Ⅱ、负荷率 ①当有机物负荷率很高时→是低效不稳定状态。 ②负荷率适中→是高效稳定发酵状态。 ③当有机负荷率小，供给养料不足→碱性发酵状态，是低效 发酵状态。 Ⅲ、温度控制 发酵要求较高的温度，一般工艺设计中温消化30～35℃。 Ⅳ、pH的控制 当液料pH＜6.5或高于8.0，则要调整液料pH。 第二节 污水的厌氧生物处理方法 按微生物生长状态分为 厌氧活性污泥法、厌氧生物膜法； 按投料、出料及运行方式分为 分批式、连续式、半连续式； 根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在同一 反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为 一步厌氧消化与两步厌氧消化等。 一、厌氧活性污泥法 （普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器等） （一）普通消化池。 常用搅拌方式有三种： (a)池内机械搅拌； (b)沼气搅拌； (c)循环消化液搅拌。 常用加热方式有三种: (a)废水在消化池外先经热交换器 预热到规定温度再进入消化池； (b)热蒸汽直接在消化器内加热； (c)在消化池内部安装热交换管。 循环消化液搅拌式消化池 (二）厌氧接触法 在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池。 厌氧接触法的工艺特点 （1）污泥浓度：12000～15000mg/L，大回流比。 （2）提高了有机负荷，缩短了水力停留时间。 （3）污泥停留时间：10～20 d。 优缺点 优点：（1）对悬浮物高的有机废水的效果很好，E>90％； （2）增大了接触面积 （3）耐冲击负荷、运行稳定 缺点： （1）泥水分离效果差， （2）不适合大流量废水的处理。 （三）上流式厌氧污泥床反应器（UASB反应器） 上流式厌氧污泥床 反应器内没有载体， 是一种悬浮生长型 的消化器。 UASB反应器示意图 结构： （1）污泥层 颗粒污泥：40000～80000mg/L；V＝30％V总； E＝ 70％～90％E总。 （2）悬浮污泥层 絮体污泥：15000～30000mg/L；V＝70％V总；E＝ 10％～30％E总 （3）沉淀区 作用：a：维持污泥床中的污泥浓度 b：保证整个反应器的集气室有效空间高度 （4）三相分离器 组成：集气收集器＋折流挡板 作用：固、液、气分离 试验结果证明，良好的污泥床，有机负荷率和 去除率高，不需要搅拌设备，能适应负荷冲击和温 度与pH的变化。 上流式厌氧污泥床反应器 二、厌氧生物膜法 （一）厌氧生物滤池（厌氧固定膜反应器） 1、工艺结构 滤池呈圆柱形，池内装放 填料，池底和池顶密封。 厌氧微生物附着于填料的 表面生长，废水中的有机 物被降解，并产生沼气， 沼气从池顶部排出。 按水流方向：升流、降流 2、工艺特点 污泥浓度：10－20g.vss/L；体积负荷大：10－ 15kgCOD/m3.d；污泥泥龄：100d；水力停留时 间短。 3、优缺点 主要优点：处理能力高，操作简单。 主要缺点：滤料费用高，易堵塞。 （二）厌氧生物转盘 （三）厌氧流化床 厌氧流化床的工艺特点 与好氧流化床相似； “流化”状态是将部分出水回流 通过增加水流的上升速度而得以实现的；流化床反应器 能保证厌氧微生物与被处理介质充分接触。 存在问题： 难以维持良好的流化状态； 需大量回流水； 固液分离困难。 三、分段厌氧处理法 第一段：水解和液化有机物为有机酸；缓冲和 稀释负荷冲击与有害物质，并将截留难降解的固态 物质。 第二段：保持严格的厌氧条件和pH，以利于甲 烷菌的生长；降解、稳定有机物，产生含甲烷较多 的消化气，并截留悬浮固体，以改善出水水质。 酸发酵池 甲烷发酵池 优点：运行稳定可靠，能承受一定的pH值和毒物 等冲击，有机负荷高，消化气中的甲烷含量高。 缺点：设备较多、流程复杂。 四、几种厌氧生物处理工艺的比较 第三节 厌氧生物处理法的设计 厌氧反应器的设计包括工艺流程和设备的选择、 反应器容积的计算和设备构造的确定等。 一、流程和设备的选择 处理工艺的选择 内容 消化温度 采用单级或两级(段)消化 二、厌氧反应器的设计 计算确定反应器容积的常用参数是负荷率L和 消化时间t，公式为（P281表15－2）： V qV t qV V NL 产气量一般可按0.4~0.5m3/kg(COD)进行估算。 三、 消化池的热量计算 包括将废水提高到池温所需的热量和补偿池壁、 池盖所散失的热量。 提高废水温度所需的热量为Q1： Q1 qV C(t2 t1 ) 通过池壁、池盖等散失的热量Q2与池子构造和材 料有关，可用下式估算： Q2 K a(t2 t1 ) 第四节 厌氧设备的运行管理 一、厌氧设备的启动 培养和驯化 1、厌氧活性污泥来源：取自正在工作的厌氧处理 构筑物或其他厌氧生境中的污泥。 2、温度↑ ：1℃/h; pH:6.8－7.8 3、启动的初始有机负荷：常取较低的初始负荷，继 而通过逐步增加负荷而完成启动。 4、指示现象：深灰到黑色；带焦油气，无硫化氢臭； pH:7.0－7.5；污泥易脱水和干化。 二、运行中的欠平衡现象及其原因 欠平衡：厌氧消化过程中产酸量和用酸量不协调的现象。 厌氧消化作用欠平衡时的症状： （1）消化液挥发性有机酸浓度增高； （2）沼气中甲烷含量降低； （3）消化液pH值下降； （4）沼气产量下降； （5）有机物去除率下降。 厌氧消化作用欠平衡的原因 （1）有机负荷过高；（2）进水pH值过低或过高；（3）碱 度过低，缓冲能力差；（4）有毒物质抑制；（5）反应温度急 剧波动；（6）池内有溶解氧及氧化剂存在等。 三、运行管理中的安全问题 甲烷易燃（5％～15％）→设备密封；严禁明 火和电气火化。 预防H2S和CO2在低凹处积聚。