第三章廢水厭氧處理ppt課件

1、廢水厭氧生物處置工程厭氧生物處置在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學(xué)作用，對(duì)有機(jī)物進(jìn)展生物降解的過(guò)程，稱為厭氧生物處置法或厭氧消化法厭氧生物處置法的處置對(duì)象是：高濃度有機(jī)工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動(dòng)植物殘?bào)w及糞便等 厭氧生物處置階段厭氧生物處置是一個(gè)依托三大主要類群的細(xì)菌完成的復(fù)雜的微生物學(xué)過(guò)程。將厭氧消化過(guò)程劃分為三個(gè)延續(xù)的階段：第一階段為水解酸化階段 第二階段為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段第三階段為產(chǎn)甲烷階段1、水解酸化階段產(chǎn)酸或酸化細(xì)菌碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)的水解酸化過(guò)程 2、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段甲烷化階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段水解酸化階段復(fù)雜的大分子、不溶性有機(jī)物先在細(xì)胞外

2、酶的作用下水解為小分子、溶解性有機(jī)物，然后滲入細(xì)胞體內(nèi)，分解產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)酸、醇類、醛類。這個(gè)階段主要產(chǎn)生較高級(jí)脂肪酸產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段 在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌的作用下，第一階段產(chǎn)生的各種有機(jī)酸被分解轉(zhuǎn)化成乙酸和H2，在降解奇數(shù)碳素有機(jī)酸時(shí)還構(gòu)成CO2產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷細(xì)菌將乙酸、乙酸胺、CO2和H2等轉(zhuǎn)化為甲烷。此過(guò)程由兩組生理上不同的產(chǎn)甲烷菌完成，一組把氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷，另一組從乙酸或乙酸胺產(chǎn)生甲烷，前者約占總量的1/3，后者約占2/3厭氧生物處置的根本原理厭氧生物處置厭氧生物處置的方法和根本功能酸發(fā)酵的目的是為進(jìn)一步進(jìn)展生物處置提供易生物降解的基質(zhì)甲烷發(fā)酵的目的是進(jìn)一步降解有機(jī)物和消費(fèi)氣體燃料

3、厭氧生物處置技術(shù)是我國(guó)水污染控制的重要手段 我國(guó)高濃度有機(jī)工業(yè)廢水排放量宏大，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(jī)物我國(guó)當(dāng)前的水體污染物還主要是有機(jī)污染物以及營(yíng)養(yǎng)元素N、P的污染目前的情勢(shì)是：能源昂貴、土地價(jià)錢劇增、剩余污泥的處置費(fèi)用也越來(lái)越高厭氧工藝的突出優(yōu)點(diǎn)是：能將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)變成沼氣并加以利用；運(yùn)轉(zhuǎn)能耗低；有機(jī)負(fù)荷高，占地面積少； 污泥產(chǎn)量少，剩余污泥處置費(fèi)用低；等等厭氧工藝的綜合效益表如今環(huán)境、能源、生態(tài)三個(gè)方面優(yōu)點(diǎn)：既適用于高濃度廢水，又適用于中低濃度廢水能耗低，厭氧法產(chǎn)生的沼氣可作為能源有機(jī)負(fù)荷高，厭氧法為210kgCOD/m3d剩余污泥量少，厭氧微生

4、物的增殖速率比好氧微生物低得多氮、磷營(yíng)養(yǎng)需求量少：厭氧法的C:N:P為100:2.1:0.5厭氧微生物有能夠?qū)醚跷⑸锊荒芙到獾囊恍┯袡C(jī)物進(jìn)展降解或部分降解厭氧活性污泥可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存缺陷：反響過(guò)程較為復(fù)雜，厭氧微生物增殖緩慢，設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)出水往往達(dá)不到排放規(guī)范，需求進(jìn)一步處置對(duì)溫度、pH等環(huán)境要素較敏感厭氧生化法與好氧生化法相比的優(yōu)缺陷厭氧消化過(guò)程中的主要微生物發(fā)酵細(xì)菌產(chǎn)酸細(xì)菌主要功能：水解在胞外酶的作用下，將不溶性有機(jī)物水解成可溶性有機(jī)物；酸化將可溶性大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為脂肪酸、醇類等；主要細(xì)菌：梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙岐桿菌屬等；水解過(guò)程較緩慢，并受多種要素影響pH、細(xì)胞平均停留時(shí)

5、間等，有時(shí)會(huì)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)是厭氧菌，也有大量是兼性厭氧菌可以按功能來(lái)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。 厭氧消化過(guò)程中的主要微生物產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌主要功能：將各種高級(jí)脂肪酸和醇類氧化分解為乙酸和H2；主要反響：乙醇： 丙酸： 丁酸： 留意：上述反響只需在乙酸濃度很低，系統(tǒng)中氫分壓很低時(shí)才干順利進(jìn)展。主要細(xì)菌：互營(yíng)單胞菌屬、互營(yíng)桿菌屬、梭菌屬、暗桿菌屬等多數(shù)是嚴(yán)厲厭氧菌或兼性厭氧菌厭氧消化過(guò)程中的主要微生物產(chǎn)甲烷菌60年代Hungate開創(chuàng)了嚴(yán)厲厭氧微生物培育技術(shù)主要功能：將產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的產(chǎn)物乙酸和H2/CO2轉(zhuǎn)化為CH4和

6、CO2，使厭氧消化過(guò)程得以順利進(jìn)展普通可分為兩大類：乙酸營(yíng)養(yǎng)型和H2營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌乙酸營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌的種類較少，只需產(chǎn)甲烷八疊球菌和產(chǎn)甲烷絲菌，但在厭氧反響器中，有70%左右的甲烷是來(lái)自乙酸的氧化分解 厭氧生物處置的影響要素-溫度溫度主要影響微生物的生化反響速度，與有機(jī)物的分解速率有關(guān) 工程上：中溫消化溫度為3038以3335為多高溫消化溫度為5055厭氧消化對(duì)溫度的突變也非常敏感，要求日變化小于2。溫度突變幅度太大，會(huì)招致系統(tǒng)的停頓產(chǎn)氣 產(chǎn)甲烷菌對(duì)pH值的變化敏感，其最適pH值范圍為6.87.2，在8.2時(shí)，產(chǎn)甲烷菌會(huì)遭到嚴(yán)重抑制厭氧體系中的pH值受多種要素的影響：進(jìn)水pH值、進(jìn)水水質(zhì)有機(jī)物

7、濃度、有機(jī)物種類等、生化反響、酸堿平衡、氣固液相間的溶解平衡等假設(shè)有機(jī)物負(fù)荷太大，水解和產(chǎn)酸過(guò)程的生化速率大大超越氣化速率，將導(dǎo)致?lián)]發(fā)性脂肪酸的積累和pH值的下降，抑制甲烷細(xì)菌的生理機(jī)能。最終使氣化速率銳減，甚止停頓厭氧生物處置的影響要素-pH無(wú)氧環(huán)境是嚴(yán)厲厭氧的產(chǎn)甲烷菌繁衍的最根本條件之一，厭氧環(huán)境主要以體系中的氧化復(fù)原電位反映產(chǎn)甲烷菌對(duì)氧和氧化劑非常敏感。產(chǎn)甲烷菌初始繁衍的環(huán)境條件是氧化復(fù)原電位不能高于-330mV, 相當(dāng)于2.361056L水中有1mol氧氧氣和其它一些氧化劑或氧化態(tài)物質(zhì)的存在如某些工業(yè)廢水中含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性廢水中的H+等，同樣

8、能使體系中的氧化復(fù)原電位升高。當(dāng)其濃度到達(dá)一定程度時(shí)，同樣會(huì)危害厭氧消化過(guò)程的進(jìn)展厭氧生物處置的影響要素-氧化復(fù)原電位厭氧生物處置的影響要素-營(yíng)養(yǎng)厭氧微生物對(duì)N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的要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(shí)需求投加：K、Na、Ca等金屬鹽類；微量元素Ni、Co、Mo、Fe等；有機(jī)微量物質(zhì)：酵母浸出膏、生物素、維生素等 厭氧生物處置的影響要素- F/M比 厭氧生物處置的有機(jī)物負(fù)荷較好氧生物處置更高，普通可達(dá)510kgCOD/m3.d，甚至可達(dá)5080 kgCOD/m3.d；無(wú)傳氧的限制可以積聚更高的生物

9、量產(chǎn)酸階段的反響速率遠(yuǎn)高于產(chǎn)甲烷階段，因此必需非常謹(jǐn)慎地選擇有機(jī)負(fù)荷高的有機(jī)容積負(fù)荷的前提是高的生物量，而相應(yīng)較低的污泥負(fù)荷高的有機(jī)容積負(fù)荷可以縮短HRT，減少反響器容積厭氧生物處置的影響要素-有毒物質(zhì)常見(jiàn)的抑制性物質(zhì)有：硫化物、氨氮、重金屬、氰化物及某些有機(jī)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(guò)程中被復(fù)原成硫化物可溶的硫化物到達(dá)一定濃度時(shí)，會(huì)對(duì)厭氧消化過(guò)程主要是產(chǎn)甲烷過(guò)程產(chǎn)生抑制造用投加某些金屬如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造用。氨氮：氨氮是厭氧消化的緩沖劑但濃度過(guò)高，那么會(huì)對(duì)厭氧消化過(guò)程產(chǎn)生毒害作用；抑制濃度為50200mg/l，但馴化

10、后，順應(yīng)才干回得到加強(qiáng)重金屬使厭氧細(xì)菌的酶系統(tǒng)遭到破壞抑制物質(zhì)濃度/(mg/L)抑制物質(zhì)濃度/(mg/L)揮發(fā)性脂肪酸2000Na35005500氨氮15003000Fe1710溶解性硫化物200Cr6+3Ca25004500Cr3+500Mg10001500Cd150K25004500厭氧生物處置的影響要素-有毒物質(zhì)厭氧消化安裝的負(fù)荷率是怎樣確定的呢？ 一個(gè)重要的原那么是：在兩個(gè)轉(zhuǎn)化酸化和氣化速率堅(jiān)持穩(wěn)定平衡的條件下，求得最大的處置目的最大處置量或最大產(chǎn)氣量。 普通而言，厭氧消化微生物進(jìn)展酸化轉(zhuǎn)化的才干強(qiáng)，速率快，對(duì)環(huán)境條件的順應(yīng)才干也強(qiáng)；而進(jìn)展氣化轉(zhuǎn)化的才干相對(duì)較弱，速率也較慢，對(duì)環(huán)境的順

11、應(yīng)才干也較脆弱。這種前強(qiáng)后弱的特征使兩個(gè)轉(zhuǎn)化速率堅(jiān)持穩(wěn)定平衡頗為困難，因此構(gòu)成了三種發(fā)酵形狀。 厭氧消化安裝負(fù)荷率確實(shí)定三種發(fā)酵形狀-酸性發(fā)酵形狀當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率很高時(shí)，由于供應(yīng)產(chǎn)酸菌的食物相當(dāng)充分，致使作為其代謝產(chǎn)物的有機(jī)物酸產(chǎn)量很大，超越了甲烷細(xì)菌的吸收利用才干，導(dǎo)致有機(jī)酸在消化液中的積累和pH值以下均指大氣壓條件下的實(shí)測(cè)值下降，其結(jié)果是使消化液顯酸性pH7。這種在酸性條件下進(jìn)展的厭氧消化過(guò)程稱為酸性發(fā)酵形狀，它是一種低效而又不穩(wěn)定的發(fā)酵形狀，應(yīng)盡量防止。 三種發(fā)酵形狀-弱堿性發(fā)酵形狀當(dāng)有機(jī)負(fù)荷率適中時(shí)，產(chǎn)酸細(xì)菌代謝產(chǎn)物中的有機(jī)酸根本上能被甲烷細(xì)菌及時(shí)地吸收利用，并轉(zhuǎn)化為沼氣，溶液中殘存的有

12、機(jī)酸量普通為每升數(shù)百毫克。此時(shí)消化液中pH值維持在77.5之間，溶液呈弱堿性。這種在弱堿性條件下進(jìn)展的厭氧消化過(guò)程稱之為弱堿性發(fā)酵形狀，它是一種高效而又穩(wěn)定的發(fā)酵形狀，最正確負(fù)荷率應(yīng)達(dá)此形狀。 三種發(fā)酵形狀-堿性發(fā)酵形狀當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率偏小時(shí)，供應(yīng)產(chǎn)酸細(xì)菌的食物缺乏，產(chǎn)酸量偏少，不能滿足甲烷細(xì)菌的需求。此時(shí)，消化液中的有機(jī)酸殘存量很少，pH值偏高，在pH值偏高大于7.5的條件下進(jìn)展的厭氧消化過(guò)程，稱為堿性發(fā)酵形狀。如前所述，由于負(fù)荷偏低，因此是一種雖穩(wěn)定但低效的厭氧消化形狀。 厭氧生物處置工藝厭氧消化運(yùn)用于廢水處置的初級(jí)階段，是從1881年法國(guó)Mouras設(shè)計(jì)的自動(dòng)凈化器開場(chǎng)到本世紀(jì)的20年代；

13、1881年法國(guó)Mouras的自動(dòng)凈化器：1891年英國(guó)Moncriff的裝有填料的升流式反響器：1895年，英國(guó)設(shè)計(jì)的化糞池Septic Tank1905年，德國(guó)的Imhoff池又稱隱化池、雙層沉淀池 早期的厭氧生物反響器雙層沉淀池一個(gè)矩形密閉的池子，用隔墻分為兩室或三室，各室之間用水下銜接納接通。廢水由一端進(jìn)入，經(jīng)過(guò)各室后由另一端排出。懸浮物沉于池底后進(jìn)展緩慢的厭氧發(fā)酵。各室的頂蓋上設(shè)有孔，可定期數(shù)月將消化后的污泥挖出，供作農(nóng)肥。通常設(shè)于獨(dú)立的居住或公共建筑物的下水管道上，用于初步處置糞便廢水。雙層沉淀池分為兩層，上層為沉淀池，下層為消化池。池上部有一個(gè)流槽，槽底呈V形。廢水沿槽緩慢流過(guò)時(shí)，

14、懸浮物便沉降下來(lái)，并從V形槽底縫滑落于大圓形池底，在那里進(jìn)展厭氧消化。厭氧消化池厭氧消化池主要運(yùn)用于處置城市污水廠的污泥，也可運(yùn)用于處置固體含量很高的有機(jī)廢水主要作用一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)檎託庖徊糠钟袡C(jī)物構(gòu)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(jìn)一步處置和利用 傳統(tǒng)厭氧消化池傳統(tǒng)厭氧消化池又稱低速消化池，無(wú)加熱和攪拌安裝；有分層景象：只需部分容積有效消化速率很低，HRT很長(zhǎng)3090天高速厭氧消化池設(shè)有加熱和攪拌安裝縮短了有機(jī)物穩(wěn)定所需的時(shí)間，也提高 了沼氣產(chǎn)量，在中溫3035C條件下，普通消化時(shí)間為15天左右，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定但攪拌使

15、高速消化池內(nèi)的污泥得不到濃縮，上清液不能分別，污泥易隨水流帶走兩級(jí)消化池 兩級(jí)串聯(lián)，第一極是高速消化池，第二級(jí)那么不設(shè)攪拌和加熱，主要起沉淀濃縮和儲(chǔ)存的作用，并能分別上清液 厭氧消化池?cái)嚢璺绞接腥N：池內(nèi)機(jī)械攪拌；沼氣攪拌；循環(huán)消化液攪拌加熱方式有三種：廢水在消化池外先經(jīng)熱交換器預(yù)熱到定溫再進(jìn)入消化池；熱蒸汽直接在消化器內(nèi)加熱；在消化池內(nèi)部安裝熱交換管特點(diǎn)總結(jié)：可以直接處置懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液；厭氧消化反響與固液分別在同一個(gè)池內(nèi)實(shí)現(xiàn)，構(gòu)造較簡(jiǎn)單；但缺乏持留或補(bǔ)充厭氧活性污泥的特殊安裝，消化器中難以堅(jiān)持大量的微生物細(xì)胞；對(duì)無(wú)攪拌的消化器，還存在料液的分層景象嚴(yán)重，微生物不能與料液均勻

16、接觸，溫度也不均勻，消化效率低等缺陷厭氧接觸法也稱厭氧活性污泥法，像好氧活性污泥法那樣，在消化池出水端設(shè)置污泥沉淀池，將沉淀的厭氧生物污泥回流入消化池中，以此來(lái)提高消化池中的污泥停留時(shí)間；也可在消化池出水部位安裝固體分別膜以提高污泥停留時(shí)間 厭氧接觸法的優(yōu)點(diǎn)經(jīng)過(guò)污泥回流，堅(jiān)持消化池內(nèi)污泥濃度較高，普通為1015g/L，耐沖擊才干強(qiáng)消化池的容積負(fù)荷較普通消化池高，中溫消化時(shí)，普通為210kgCOD/m3d，水力停留時(shí)間比普通消化池大大縮短，如常溫下，普通消化池為1530天，而接觸法小于10天可以直接處置懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液，不存在堵塞問(wèn)題混合液經(jīng)沉淀后，出水水質(zhì)好厭氧接觸法存在的問(wèn)題

17、混合液難于在沉淀池中進(jìn)展固液分別，即污泥難以沉淀緣由：污泥上附著有小氣泡，且污泥在二沉池中還有活性，還會(huì)產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致已下沉的污泥上浮處理方法：脫氣真空脫氣，由消化池排出的混合液經(jīng)真空脫氣器，將污泥絮體上的氣泡除去，改善污泥的沉淀性能熱交換器急冷法，將從消化池排出的混合液進(jìn)展急速冷卻，如中溫消化液35冷到1525，可以控制污泥繼續(xù)產(chǎn)氣，使厭氧污泥有效地沉淀絮凝沉淀，向混合液中投加絮凝劑，使厭氧污泥易凝聚成大顆粒，加速沉降用超濾器替代沉淀池，以改善固液分高效果升流式厭氧污泥層反響器(UASB) 反響流程廢水自下而上地經(jīng)過(guò)厭氧污泥床反響器，在反響器的底部有一個(gè)高濃度可達(dá)60-80g/L、高活性的污

18、泥層，大部分的有機(jī)物在這里被轉(zhuǎn)化為CH4和C02。由于氣態(tài)產(chǎn)物消化氣的攪動(dòng)和氣泡粘附污泥，在污泥層之上構(gòu)成一個(gè)污泥懸浮層。反響器的上部設(shè)有三相分別器，完成氣、液、泥三相的分別。被分別的沼氣從上部導(dǎo)出，被分別的污泥那么自動(dòng)滑落到懸浮污泥層。出水那么從廓清區(qū)流出 升流式厭氧污泥層反響器的優(yōu)點(diǎn)反響器內(nèi)污泥濃度高，普通平均污泥濃度為3040g/L有機(jī)負(fù)荷高，水力停留時(shí)間短，中溫消化，COD容積負(fù)荷普通為1020kgCOD/m3d反響器內(nèi)設(shè)三相分別器，被沉淀區(qū)分別的污泥能自動(dòng)回流到反響區(qū)，普通無(wú)污泥回流設(shè)備無(wú)混合攪拌設(shè)備，投產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，利用本身產(chǎn)生的沼氣和進(jìn)水來(lái)攪動(dòng)污泥床內(nèi)不填載體，節(jié)省造價(jià)及防止堵塞

19、問(wèn)題升流式厭氧污泥層反響器的缺陷反響器內(nèi)有短流景象，影響處置才干進(jìn)水中的懸浮物應(yīng)比普通消化池低得多，特別是難消化的有機(jī)物固體不宜太高運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)水質(zhì)和負(fù)荷變化比較敏感厭氧生物濾池處置水 原廢水 處置水 沼氣沼氣濾料原廢水 濾料圖19-10 厭氧生物濾池反響流程厭氧微生物附著于填料的外表生長(zhǎng)，當(dāng)廢水經(jīng)過(guò)填料層時(shí)，在填料外表的厭氧生物膜作用下，廢水中的有機(jī)物被降解并產(chǎn)生沼氣，沼氣從池頂部排出。濾池中的生物膜不斷地進(jìn)展新陳代謝，零落的生物膜隨出水流出池外廢水從池底進(jìn)入，從池上部排出，稱升流式厭氧濾池；廢水從池上部進(jìn)入，從池底部排出，稱降流式厭氧濾池厭氧生物濾池的特點(diǎn)由于填料為微生物附著生長(zhǎng)提供

20、廣較大的外表積，濾池中的微生物量較高，又生物膜停留時(shí)間長(zhǎng)，平均停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)100天左右，因此可接受的有機(jī)容積負(fù)荷高，COD容積負(fù)荷為216kgCOD/m3d，且耐沖擊負(fù)荷才干強(qiáng)廢水與生物膜兩相接觸面大，強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程，因此有機(jī)物去除速度快微生物固著生長(zhǎng)為主，不易流失，因此不需污泥回流和攪拌設(shè)備啟動(dòng)或停頓運(yùn)轉(zhuǎn)后再啟動(dòng)比前述厭氧工藝法時(shí)間短缺陷：處置含懸浮物濃度高的有機(jī)廢水，易發(fā)生堵塞，尤以進(jìn)水部位更嚴(yán)重。濾池的清洗也還沒(méi)有簡(jiǎn)單有效的方法厭氧生物轉(zhuǎn)盤 厭氧生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造與好氧生物轉(zhuǎn)盤類似。不同之處在于盤片大部分(70以上)或全部浸沒(méi)在廢水中，為保證厭氧條件和搜集沼氣，整個(gè)生物轉(zhuǎn)盤設(shè)在一個(gè)密閉的容器內(nèi)。