厭氧生物處理

第15章廢水的厭氧處理TheAnaerobicProcesses1主要內(nèi)容第一節(jié)：厭氧生物處理的基本原理第二節(jié)污水的厭氧生物處理方法第三節(jié)厭氧法的影響因素第四節(jié)厭氧生物處理法的設(shè)計2第一節(jié)：厭氧生物處理的基本原理廢水厭氧生物處理是指在無分子氧條件下通過厭氧微生物(包括兼氧微生物）的作用，將廢水中的各種復(fù)雜有機物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程，也稱為厭氧消化(anaerobicdigestion)。與好氧過程的根本區(qū)別：不以分子態(tài)氧作為受氫體，而以化合態(tài)氧、碳、硫、氮等作為受氫體。厭氧生物處理是一個復(fù)雜的微生物化學(xué)過程，依靠三大主要類群的細菌，即水解產(chǎn)酸細菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌和產(chǎn)甲烷細菌的聯(lián)合作用完成。3厭氧過程可分為四階段：生化階段ⅠⅡⅢ物態(tài)變化液化（水解）酸化（1）酸化（2）氣化生化過程大分子不溶態(tài)有機物轉(zhuǎn)化為小分子溶解態(tài)有機物小分子溶解態(tài)有機物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及A、B兩類產(chǎn)物B類產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及乙酸等CH4、CO2等菌群發(fā)酵細菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌甲烷細菌發(fā)酵工藝甲烷發(fā)酵酸發(fā)酵——4液化階段顯著特征是液態(tài)污泥的pH值迅速下降，不到10d，降到最低值；產(chǎn)物中有機酸是主體，在一個月左右，達到最高值。氣化階段產(chǎn)生消化氣，主體是CH4，因此氣化階段常稱甲烷化階段，CO2也相當多，還有微量H2S。5在工程技術(shù)上，研究甲烷細菌的通性是重要的，這將有助于打破厭氧生物處理過程分階段的現(xiàn)象，從而最大限度地縮短處理過程的歷時。影響甲烷細菌生長重要環(huán)境因素：pH值和溫度。PH值應(yīng)在6．8—7．2，最適溫度在35℃一38℃和52℃一55℃各有一個。產(chǎn)乙酸細菌和產(chǎn)甲烷細菌之間嚴格的共生關(guān)系：甲烷細菌是專性厭氧的與產(chǎn)酸菌相比．甲烷茵對溫度、pH值、有毒物質(zhì)等更為敏感。因此有人提出，考慮到這種共生關(guān)系，反應(yīng)器中的剪切力要注意控制，不能在系統(tǒng)內(nèi)進行連續(xù)的劇烈攪拌甲烷菌6第二節(jié)污水的厭氧生物處理方法化糞池厭氧生物濾池厭氧接觸法上流式厭氧污泥床反應(yīng)器分段厭氧處理法7化糞池是最早的厭氧生物處理構(gòu)筑物8厭氧濾池（anaerobicfilter又稱厭氧固定膜反應(yīng)器，是60年代末開發(fā)的新型高效厭氧處理裝置。濾池呈圓柱形，池內(nèi)裝放填料，池底和池頂密封。厭氧微生物附著于填料的表面生長，當廢水通過填料層時，在填料表面的厭氧生物膜作用下，廢水中的有機物被降解，并產(chǎn)生沼氣，沼氣從池頂部排出。厭氧生物濾池進水可采用升流式，也可以采用降流式9厭氧生物濾池厭氧生物濾池的特點：缺點：厭氧微生物總量沿池高度分布是很不均勻的，在池進水部位高。當廢水中有機物濃度高時，特別是進水懸浮固體濃度和顆粒較大時，進水部位容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。改進：出水回流；部分充填載體；采用軟性填料。優(yōu)點：10濾池中的微生物物量較高，可承承受的有機容積積負荷高，COD容積負荷為2-16kgCOD/(m3·d)，且耐沖擊負荷能能力強；廢水與生物膜兩兩相接觸面大，，強化了傳質(zhì)過過程，因而有機機物去除速度快快；微生物固著生長長為主，不易流流失，因此不需需污泥回流和攪攪拌設(shè)備；啟動或停止運行行后再啟動比前前述厭氧工藝法法時間短。厭氧生物濾池優(yōu)點11厭氧接觸法在混合接觸池（消化池池）后設(shè)沉淀池，將沉淀污泥回回流至消化池，，形成了厭氧接觸法（anaerobiccontactprocess)。厭氧接觸法工藝藝特點12特點通過污泥回流，，保持消化池內(nèi)內(nèi)污泥濃度較高高，一般為10-15g/L，耐沖擊能力強；；消化池的容積負負荷較普通消化化池高，水力停留時間比比普通消化池大大大縮短，如常溫下，普通通消化池為15-30天，而而接觸法小于10天；可以直接處理懸懸浮固體含量較較高或顆粒較大大的料液，不存存在堵塞問題；；混合液經(jīng)沉降后后，出水水質(zhì)好好，需增加沉淀池、、污泥回流和脫脫氣等設(shè)備厭氧接觸法存在在混合液難于在在沉淀池中進行行固液分離的缺缺點。厭氧接觸法13上流式厭氧污泥泥床反應(yīng)器由反應(yīng)區(qū)、沉淀區(qū)和氣室三部分組組成。上流式厭厭氧污泥泥床的池池形有圓圓形、方方形、矩矩形。小小型裝置置常為圓圓柱形，，底部呈呈錐形或或圓弧形形。大型裝置置為便于于設(shè)置氣氣、液、、固三相相分離器器，則一一般為矩矩形，高高度一般般為3-8m，，其中污污泥床1-2m，污泥泥懸浮層層2-4m，多多用鋼結(jié)結(jié)構(gòu)或鋼鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)，（UASBupflowanaerobicsludgeblanketreactor)14

UASB布置結(jié)果示意圖布水區(qū)反應(yīng)區(qū)三相分離區(qū)超高1516需要全圖圖cad圖紙1718特點反應(yīng)器內(nèi)內(nèi)污泥濃濃度高，一般平均均污泥濃濃度為30-40g/L，，污泥床中中的污泥泥由活性性生物量量占70-80％的高高度發(fā)展展的顆粒污泥泥。有機負荷荷高，水力停留留時間短短。中溫消化化，COD容積負荷荷一般為為10-20kgCOD/（m3·d）；；反應(yīng)器內(nèi)內(nèi)設(shè)三相相分離器器，被沉淀區(qū)區(qū)分離的的污泥能能自動回回流到反反應(yīng)區(qū)，，一般無無污泥回回流設(shè)備備；無混合攪攪拌設(shè)備備。投產(chǎn)運行行正常后后，利用用本身產(chǎn)產(chǎn)生的沼沼氣和進進水來攪攪動污泥床內(nèi)內(nèi)不填載載體，節(jié)省造價價及避免免堵塞問問題。反應(yīng)器內(nèi)內(nèi)有短流流現(xiàn)象，影響處理理能力。。運行啟動動時間長長，對水質(zhì)和和負荷突突然變化化比較敏敏感。上流式厭厭氧污泥泥床反應(yīng)應(yīng)器19將水解酸酸化過程程和甲烷烷化過程程分開在在兩個反反應(yīng)器內(nèi)內(nèi)進行。。第一段：：完成水水解和液液化固態(tài)態(tài)有機物物為有機機酸；緩緩沖和稀稀釋負荷荷沖擊與與有害物物質(zhì)，并并截留難難降解的的固態(tài)物物質(zhì)。反應(yīng)器可可采用簡簡易非密密閉裝置置、在常常溫、較較寬pH值范圍圍條件下下運行。。第二段：：保持嚴嚴格的厭厭氧條件件和pH值，以以利于甲甲烷菌的的生長；；降解、、穩(wěn)定有有機物，，產(chǎn)生含含甲烷較較多的消消化氣。。第二步反反應(yīng)器則則要求嚴嚴格密封封、嚴格格控制溫溫度和pH值范范圍。分段厭氧氧處理法法20接觸消化化池-上上流式污污泥床兩兩步消化化工藝熱交換器器被廢水加加熱到需需要的溫溫度水解產(chǎn)酸酸反應(yīng)，，控制條條件之產(chǎn)產(chǎn)生脂肪肪酸，盡盡量不產(chǎn)產(chǎn)生沼氣氣沉降分離離，去除除不溶性性有機物物產(chǎn)甲烷階階段，使使第一步步反應(yīng)產(chǎn)產(chǎn)生的有有機酸生生成甲烷烷和二氧氧化碳等等最終產(chǎn)產(chǎn)物21纖維填料料厭氧濾濾池和上上流式厭厭氧污泥泥床復(fù)合合法工藝藝22兩步厭氧氧法具有有如下特特點:（a）耐耐沖擊負負荷能力力強，運運行穩(wěn)定定，避免免了一步步法不耐耐高有機機酸濃度度的缺陷陷；（b）兩兩階段反反應(yīng)不在在同一反反應(yīng)器中中進行，，互相影影響小，，可更好好地控制制工藝條條件；（c）消消化效率率高，尤尤其適于于處理含含懸浮固固體多、、難消化化降解的的高濃度度有機廢廢水。（d）但但兩步法法設(shè)備較較多，流流程和操操作復(fù)雜雜。23其它厭氧氧處理法法厭氧生物物轉(zhuǎn)盤：：構(gòu)造與好好氧生物物轉(zhuǎn)盤相相似，不同之處處在于盤盤片大部部分(70％％以上)或全部部浸沒沒在廢水水中，整整個生物物轉(zhuǎn)盤設(shè)設(shè)在一個個密閉的的容器內(nèi)內(nèi)。厭氧擋板板反應(yīng)器器：從研究厭厭氧生物物轉(zhuǎn)盤發(fā)發(fā)展而來來的，生生物轉(zhuǎn)盤盤不轉(zhuǎn)動動即變成成厭氧擋擋板反應(yīng)應(yīng)器。同時，厭厭氧擋板板反應(yīng)器器實質(zhì)上上是一系系列升流流式厭氧氧污泥床床，但不不設(shè)三相相分離器器。24厭氧生物物轉(zhuǎn)盤示示意圖特點：微生物濃濃度高勿需處理理水回流流生物膜經(jīng)經(jīng)常保持持較高的的活性耐沖擊負負荷，處處理過程程穩(wěn)定性性強可采用多級串連，，各級微生物處于于最佳生存條件運行管理方便盤片成本較高25厭氧擋板反應(yīng)器示示意圖特點：反應(yīng)器啟動期短。。實驗表明接種一一個月，就有顆粒粒污泥形成，兩個個月可穩(wěn)定運行。。避免厭氧濾池等堵堵塞問題避免UASB因污污泥膨脹而發(fā)生污污泥流失問題不需要攪拌不需要載體26第三節(jié)厭氧法的的影響因素溫度條件pH值氧化還原電位有機負荷厭氧活性污泥攪拌和混合廢水的營養(yǎng)比有毒物質(zhì)27溫度對厭氧消化過過程的影響28pH值產(chǎn)酸細菌對酸堿度度不及甲烷細菌敏敏感，其適宜的pH值范圍較廣，在4.5-8.0之之間。產(chǎn)甲烷菌要求環(huán)境境介質(zhì)pH值在中性附近，最最適宜pH值為7.0-7.2，pH6.6-7.4較為適宜。在厭氧法處理廢水水的應(yīng)用中，由于于產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷大大多在同一構(gòu)筑物物內(nèi)進行，故為了了維持平衡，避免免過多的酸積累，，常保持反應(yīng)器內(nèi)內(nèi)的pH值在6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的的范圍內(nèi)。29氧化還原電位（ORP）厭氧環(huán)境主要以體體系中的氧化還原原電位反映。高溫厭氧消化系統(tǒng)統(tǒng)：適宜氧化還原電位位為-500～-600mV；中溫厭氧消化系統(tǒng)統(tǒng)及浮動溫度厭氧氧消化系統(tǒng)：氧化還原電位應(yīng)低低于-300～-380mV。產(chǎn)酸細菌：對氧化還原電位的的要求不甚嚴格，，甚至可在+100～-100mV的兼性條件下下生長繁殖；甲烷細菌：最適宜的氧化還原原電位為-350mV或更低。就大多數(shù)生活污水水的污泥及性質(zhì)相相近的高濃度有機機廢水而言，只要要嚴密隔斷于空氣氣的接觸，即可保保證必要的值。30有機負荷在厭氧法中，有機機負荷通常指容積積有機負荷，簡稱稱容積負荷，即消化器單位有有效容積每天接受受的有機物量（kgCOD/m3·d)。對懸浮生長工藝，，也有用污泥負荷表達的，即kgCOD/(kg污泥·d)。在污泥消化中，有有機負荷習(xí)慣上以以投配率或進料率表達，即每天所投投加的濕污泥體積積占消化器有效容容積的百分數(shù)。在通常的情況下：厭氧消化工藝處處理高濃度工業(yè)廢水的有機負負荷：中溫為2-3kgCOD/(m3·d)，在高溫下為4-6kgCOD/(m3·d)。上流式厭氧污泥床床反應(yīng)器、厭氧濾濾池、厭氧流化床等新型厭氧工工藝的有機負荷在中溫下為5-15kgCOD/(m3·d)，可高達30kgCOD/(m3·d)。31各種反應(yīng)器要求的的污泥濃度不盡相相同，一般介于10～30gVSS/L之間。為了保持反應(yīng)器的的生物量不致因流流失而減少，可采采用多種措施：如安裝三相分離器器、設(shè)置掛膜介質(zhì)質(zhì)、降低水流速度度和回流污泥量等等。污泥濃度32攪拌和混合通過攪拌：消除池內(nèi)梯度，增增加食料與微生物物之間的接觸避免產(chǎn)生分層，促促進沼氣分離。進料迅速與池中原原有料液相混勻。。攪拌程度與強度要要適當。攪拌的方法：機械攪拌器攪拌法法消化液循環(huán)攪拌法法沼氣循環(huán)攪拌法等等沼氣循環(huán)攪拌，還還有利于使沼氣中中的CO2作為產(chǎn)甲烷的底物物被細菌利用，提提高甲烷的產(chǎn)量33廢水的營養(yǎng)比厭氧法中碳:氮:磷控制為200-300:5:1為宜。在碳、氮、磷比例例中，碳氮比例對對厭氧消化的影響響更為重要。研究究表明，合適的C/N為10-18:1。12．4．8有毒毒物質(zhì)有毒物質(zhì)有毒物質(zhì)的最高容容許濃度與處理系系統(tǒng)的運行方式、、污泥馴化程度、、廢水特性、操作作控制條件等因素素有關(guān)。34第四節(jié)厭氧生物物處理法的設(shè)計厭氧生物處理法的的設(shè)計包括：流程和設(shè)備的選擇擇反應(yīng)器和構(gòu)筑物的的構(gòu)造和容積的確確定需熱量的計算和攪攪拌設(shè)備的設(shè)計等等35厭氧法特點：優(yōu)點：（1）應(yīng)用范圍廣廣好氧法一般只適用用于中、低濃度有有機廢水的處理，，而厭氧法既適用用于高濃度有機廢廢水，又適用于中中、低濃度有機廢廢水。有些有機物對好氧氧生物處理法來說說是難降解的，但但對厭氧生物處理理是可降解的，如固體有機物、著著色劑蒽醌和某些些偶氮染料等。（2）能耗低好氧法需要消耗大大量能量供氧，曝曝氣費用隨著有機機物濃度的增加而而增大，而厭氧法法不需要充氧，而而且產(chǎn)生的沼氣可可作為能源36厭氧法特點：（3）負荷高通常好氧法的有機機容積負荷為2-4kgBOD/(m3·d)，而厭氧法為2-lOkgCOD/(m3·d)，高的可達50kgCOD/(m3·d)。（4）剩余污泥量少，且且其濃縮性、脫水水性良好好氧法每去除lkgCOD將產(chǎn)生0.4-O.6kg生物量，而厭氧出出去除lkgCOD只產(chǎn)生0.02-0.lkg生物量，其剩余污污泥量只有好氧法法的5％-20％％。同時，消化污泥在在衛(wèi)生學(xué)上和化學(xué)學(xué)上都是穩(wěn)定的。。因此，剩余污泥泥處理和處置簡單單、運行費用低，，甚至可作為肥料料、飼料或餌料利利用。（5）氮、、磷營養(yǎng)需需要量較少少好氧法一般般要求BOD:N:P為l00:5:1，而厭氧法的的BOD:N:P為l00:2.5:0.5，37厭氧法特點點：（6）有殺殺菌作用厭氧處理過過程有一定定的殺菌作作用，可以以殺死廢水水和污泥中中的寄生蟲蟲卵、病毒毒等。（7）污泥泥易貯存厭氧活性污污泥可以長長期貯存，，厭氧反應(yīng)應(yīng)器可以季季節(jié)性或間間歇性運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。缺點：厭氧設(shè)備啟啟動和處理理所需時間間比好氧設(shè)設(shè)備長；出水往往達達不到排放放標準，需需要進一步步處理，厭氧處理系系統(tǒng)操作控控制因素較較為復(fù)雜。。厭氧過程會會產(chǎn)生氣味味對空氣有有污染38一、流程和和設(shè)備的選選擇包括：工藝藝和設(shè)備的的選擇；消消化溫度等等。幾種厭氧處處理法的比比較：39二、厭氧反反應(yīng)器的設(shè)設(shè)計反應(yīng)器的設(shè)設(shè)計可以在在模型試驗驗的基礎(chǔ)上上，按照所所得的參數(shù)數(shù)值進行計計算，也可可以按照類類似廢水的的經(jīng)驗值：：反應(yīng)器容積積：對于傳統(tǒng)消消化法：消消化時間1－5d，負荷：1－－3kg(COD)/m3.d，BOD5去除率50％－90％。厭氧生物濾濾池或厭氧氧接觸法，，消化時間間0.5-3d，負荷：3－－10kg(COD)/m3.d。上流式厭氧氧污泥床可可采用更高高負荷。消化氣的產(chǎn)產(chǎn)氣量一般般按0.4－0.5Nm3/kg(COD)采用中溫消消化，40消化池所需需熱量包括括：將廢水水提高到池池溫所需熱熱量和補償償池體所散散失的熱量量。三、消化池池?zé)崃康挠嬘嬎銓τ谝话沅撲摻罨炷镣脸刈樱馔饷婕釉O(shè)絕絕緣層，f(值約為為20－25KJ／／h．m2·℃)。池體散失熱熱量：41第四節(jié)厭氧和好氧氧技術(shù)的聯(lián)聯(lián)合運用簡簡介高濃度有機機廢水用一一種方法很很難處理到到要求的水水平。所以以需要用厭厭氧和好氧氧處理方法法聯(lián)合應(yīng)用用才能達到到好的效果果。某制藥廠廢廢水的處理理工藝：42廢水初次沉淀池換熱器上流式厭氧污泥床生物接觸氧氧化池二次沉淀池出水污泥回流沼氣凈化沼氣利用沉渣利用某制藥廠廢廢水處理工工藝流程43采用厭氧與與好氧工藝藝相結(jié)合的的工藝，還還可以達到到生物脫氮氮、脫磷的的目的首先，由亞亞硝酸菌將將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為亞硝硝酸鹽：NH4＋＋O2＋HCO3-NO2-＋H2CO3＋H2O＋亞硝酸菌再由硝酸菌菌將亞硝酸酸鹽轉(zhuǎn)化為為硝酸鹽：：NO2-＋NH4+＋H2CO3＋HCO3-＋O2NO3-＋H2O＋硝酸菌44反硝化即脫脫氮，是在在缺氧條件件下，通過過脫氮菌的的作用，將將亞硝酸鹽和和硝酸鹽還還原成氮氣氣，該反應(yīng)過過程中，反反硝化菌需需要有機碳碳源（如甲甲醇）作電電子供體，，利用NO3-中的氧進行行缺氧呼吸吸，反應(yīng)過過程可表示示如下：NO3-＋CH