厭氧生物處理第四章

第四章

廢水與污泥的厭氧生物處理工藝廢水與污泥的厭氧生物處理第一節(jié)概述與好氧生物處理工藝相同，廢水與污泥的厭氧生物處理工藝也可以分為厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法。兩種方法沒有根本性的差別，主要差別在于微生物在反應(yīng)器內(nèi)的生長狀態(tài)。在厭氧活性污泥法處理工藝中，微生物懸浮生長在反應(yīng)器內(nèi)的混合液中，外觀為絮狀污泥。在厭氧生物膜法處理工藝中，微生物附著生長在人為提供的填料（載體）表面，外觀為膜狀覆蓋。第一節(jié)概述長期以來，厭氧生物處理工藝一直以厭氧活性污泥法為主，特別是在處理污泥和含大量懸浮物的污水時(shí)，一般均采用厭氧活性污泥法。厭氧活性污泥法經(jīng)歷了較長的發(fā)展歷程，從歷史悠久的普通厭氧消化池，衍生出厭氧接觸工藝、升流式厭氧污泥床（UASB）、厭氧擋板式反應(yīng)器（ABR）等多種處理工藝。由于厭氧微生物處于懸浮生長狀態(tài)，容易隨出水帶出反應(yīng)器。因此，在厭氧活性污泥法處理工藝的研究、設(shè)計(jì)過程中，把很大的注意力放在了氣、液、固三相分離上。所以，三相分離器是厭氧活性污泥法處理工藝的主要工藝特征之一。第一節(jié)概述在反應(yīng)器內(nèi)，充填各種不同類型的供微生物附著生長的填料（載體）是生物膜法處理工藝的主要工藝特征之一。厭氧生物膜法的典型處理工藝：厭氧生物濾池（AF）厭氧生物流化床（AFB）厭氧膨脹顆粒污泥床（AEGSB）厭氧生物轉(zhuǎn)盤（ARBC）第一節(jié)概述與傳統(tǒng)的厭氧活性污泥法相比，厭氧生物膜法具有很多特點(diǎn)：由于填料（載體）的比表面積很大，單位容積反應(yīng)器中的微生物量增大，容積負(fù)荷率比普通消化池高2－3倍。污水通過反應(yīng)器時(shí)，液膜與生物膜處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，強(qiáng)化了相間的傳質(zhì)效果，去除效率高。微生物在反應(yīng)器內(nèi)固著生長，不易隨水流失，泥齡長，出水懸浮物少，不存在浮渣問題，運(yùn)轉(zhuǎn)管理方便。不需設(shè)置特別設(shè)計(jì)的三相分離器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。可處理濃度很低的有機(jī)污水，適用范圍廣。污水中懸浮物含量高，或填料（載體）選擇運(yùn)用不當(dāng)時(shí)，易堵塞。第二節(jié)普通消化池工作原理：普通消化池（ConventionalAnaerobicDigester）常用于污泥和高濃度有機(jī)污水處理。污泥（或污水）間歇投配到消化池內(nèi)進(jìn)行厭氧消化。經(jīng)消化的污泥（或污水）分別由消化池底部和上部排出，進(jìn)入后續(xù)處理構(gòu)筑物。產(chǎn)生的沼氣由消化池頂部排出，進(jìn)入沼氣罐儲(chǔ)存。為了使微生物與營養(yǎng)料均勻接觸，必須設(shè)置攪拌設(shè)備，定期對(duì)混合液進(jìn)行攪拌。進(jìn)行中溫或高溫厭氧消化時(shí)，需對(duì)發(fā)酵料液進(jìn)行加熱。一般采用間接加熱方式。普通消化池的特點(diǎn)是在一個(gè)池內(nèi)實(shí)現(xiàn)厭氧發(fā)酵反應(yīng)和三相分離過程。第二節(jié)普通消化池工作原理：普通消化池（ConventionalAnaerobicDigester）常用于污泥和高濃度有機(jī)污水處理。污泥（或污水）間歇投配到消化池內(nèi)進(jìn)行厭氧消化。經(jīng)消化的污泥（或污水）分別由消化池底部和上部排出，進(jìn)入后續(xù)處理構(gòu)筑物。產(chǎn)生的沼氣由消化池頂部排出，進(jìn)入沼氣罐儲(chǔ)存。為了使微生物與營養(yǎng)料均勻接觸，必須設(shè)置攪拌設(shè)備，定期對(duì)混合液進(jìn)行攪拌。進(jìn)行中溫或高溫厭氧消化時(shí)，需對(duì)發(fā)酵料液進(jìn)行加熱。一般采用間接加熱方式。普通消化池的特點(diǎn)是在一個(gè)池內(nèi)實(shí)現(xiàn)厭氧發(fā)酵反應(yīng)和三相分離過程。第二節(jié)普通消化池消化池的攪拌：循環(huán)攪拌：水泵循環(huán)消化液進(jìn)行攪拌，為了強(qiáng)化攪拌效果，可在池內(nèi)設(shè)射流器。循環(huán)攪拌設(shè)備簡(jiǎn)單，維修方便。與池外間接加熱結(jié)合，在循環(huán)管路上設(shè)加熱套管。低揚(yáng)程，大流量。能耗：0.005kW/m3。機(jī)械攪拌：池內(nèi)設(shè)攪拌葉輪，由防爆電機(jī)、減速器驅(qū)動(dòng)。密封、防爆要求嚴(yán)格，加工精度要求高，維修困難。能耗：0.0065kW/m3。第二節(jié)普通消化池消化池的攪拌：沼氣攪拌：沼氣壓縮機(jī)循環(huán)沼氣進(jìn)行攪拌，為了強(qiáng)化攪拌效果，可在池內(nèi)設(shè)擴(kuò)散、混流裝置。沼氣攪拌效果好，可提高沼氣產(chǎn)量。沼氣壓縮機(jī)防爆要求嚴(yán)格，國產(chǎn)設(shè)備不過關(guān)。能耗：0.005－0.008kW/m3。聯(lián)合攪拌：循環(huán)攪拌與沼氣攪拌聯(lián)合使用，常見搭配方式。三種攪拌方式同時(shí)使用，保證攪拌效果。能耗高，設(shè)備多，維修量大。第二節(jié)普通消化池消化池的種類：池體外形：圓柱型：傳統(tǒng)池型。卵型：新型消化池，設(shè)計(jì)合理，特點(diǎn)突出，建造困難。池體容積：小型：<2500m3。中型：2500~5000m3。大型：>5000m3。池頂結(jié)構(gòu)：固定蓋式：普通池型，防止沼氣壓力過大損壞頂蓋。浮動(dòng)蓋式：沼氣壓力恒定，水封是關(guān)鍵。第二節(jié)普通消化池消化池的缺點(diǎn)：效率低：負(fù)荷低，水力停留時(shí)間（HRT）長。池子容積大。能耗大：加熱。攪拌。操作管理復(fù)雜：工藝條件控制要求苛刻。微生物增殖緩慢。設(shè)備多，隱患大，防火、防爆要求高。第二節(jié)普通消化池消化池的改進(jìn)：兩級(jí)消化工藝：基本原理：主要特點(diǎn)：兩相消化工藝：基本原理：主要特點(diǎn)：厭氧接觸工藝：基本原理：主要特點(diǎn)： 根據(jù)中溫消化的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在消化的前8天，產(chǎn)生的沼氣量占全部產(chǎn)氣量的80%左右，而一般中溫消化的水力停留時(shí)間為20天左右，在整個(gè)消化過程中，為維持產(chǎn)甲烷細(xì)菌所需的適宜溫度（33~35℃），則需耗費(fèi)大量的熱能。 因此，目前污泥中溫消化常按兩級(jí)消化進(jìn)行設(shè)計(jì)，即在消化池總?cè)莘e不變的前提下，將消化池按容積比例（1:1,2:1,3:2）分為兩級(jí)。第一級(jí)消化池按普通消化池設(shè)計(jì)，采用加熱和攪拌設(shè)備。第二級(jí)消化池不加熱，不攪拌，依靠剩余熱量繼續(xù)消化。

第二節(jié)普通消化池消化池的改進(jìn)：兩級(jí)消化工藝：基本原理：主要特點(diǎn)：兩相消化工藝：基本原理：主要特點(diǎn)：厭氧接觸工藝：基本原理：主要特點(diǎn)：總?cè)莘e不增加，且第二級(jí)消化池被簡(jiǎn)化，建設(shè)費(fèi)用大幅度降低。第二級(jí)消化池不加熱，不攪拌，能耗和運(yùn)行費(fèi)用大幅度降低。第二級(jí)消化池沼氣產(chǎn)量低，可不設(shè)沼氣收集設(shè)施。第二級(jí)消化池不攪拌，可兼作污泥后濃縮池。第二節(jié)普通消化池消化池的改進(jìn)：兩級(jí)消化工藝：基本原理：主要特點(diǎn)：兩相消化工藝：基本原理：主要特點(diǎn)：厭氧接觸工藝：基本原理：主要特點(diǎn)：如前所述，厭氧消化過程可分為水解發(fā)酵、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和甲烷發(fā)酵三個(gè)階段，各階段的菌種、對(duì)環(huán)境的要求、分解過程、分解速度及最終產(chǎn)物都不相同，造成運(yùn)行管理方面的諸多不便。近來出現(xiàn)的兩相厭氧消化工藝是根據(jù)消化機(jī)理，將消化過程的第一、第二階段與第三階段分別在兩個(gè)消化池中進(jìn)行。第二節(jié)普通消化池消化池的改進(jìn)：兩級(jí)消化工藝：基本原理：主要特點(diǎn)：兩相消化工藝：基本原理：主要特點(diǎn)：厭氧接觸工藝：基本原理：主要特點(diǎn)：厭氧消化分階段在最佳環(huán)境條件下進(jìn)行，消化速度快，效果好。由于效率提高，水力停留時(shí)間縮短（第一相約1d，第二相6－6.5d），消化池總?cè)莘e可減少一半，建設(shè)費(fèi)用大幅度降低。由于消化池容積小，加熱、攪拌等能耗和運(yùn)行費(fèi)用大幅度降低。兩相環(huán)境條件互不干擾，便于運(yùn)行管理。第二節(jié)普通消化池消化池的改進(jìn)：兩級(jí)消化工藝：基本原理：主要特點(diǎn)：兩相消化工藝：基本原理：主要特點(diǎn)：厭氧接觸工藝：基本原理：主要特點(diǎn)：Schroepter(1955)認(rèn)識(shí)到在厭氧處理設(shè)備內(nèi)保持大量污泥的重要性，他仿照好氧活性污泥法，在消化池后增設(shè)沉淀池回收污泥。污泥回流到消化池，使池內(nèi)污泥量提高，設(shè)備處理效率提高，稱為厭氧接觸工藝。第二節(jié)普通消化池消化池的改進(jìn)：兩級(jí)消化工藝：基本原理：主要特點(diǎn)：兩相消化工藝：基本原理：主要特點(diǎn)：厭氧接觸工藝：基本原理：主要特點(diǎn)：厭氧接觸工藝只是普通消化池的簡(jiǎn)單改進(jìn)，易于改造實(shí)施。由于消化池內(nèi)污泥濃度增大，效率提高，水力停留時(shí)間縮短，消化池總?cè)莘e可大幅度減少，建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用相應(yīng)降低?？梢蚤g斷運(yùn)行，操作簡(jiǎn)便。厭氧污泥沉淀效果差。而且，由于污泥產(chǎn)氣過程仍在繼續(xù)，工作環(huán)境較差。第三節(jié)升流式厭氧污泥床升流式厭氧污泥床（UpflowAnaerobicSludgeBed，簡(jiǎn)稱UASB）反應(yīng)器是荷蘭農(nóng)業(yè)大學(xué)1974－1978年間研制出來的一種高效厭氧生物反應(yīng)器。據(jù)1993年的報(bào)道，國外至少已有300多座生產(chǎn)規(guī)模處理裝置在運(yùn)行，其中設(shè)備最大容積達(dá)15600m3。

第三節(jié)升流式厭氧污泥床UASB反應(yīng)器的工作原理工作原理示意圖：反應(yīng)區(qū)分離區(qū)反應(yīng)器運(yùn)行的三個(gè)重要前提：反應(yīng)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)合理的三相分離器，使沉淀性能良好的污泥能夠保留在反應(yīng)器內(nèi)第三節(jié)升流式厭氧污泥床UASB反應(yīng)器的工作原理工作原理示意圖：反應(yīng)區(qū)分離區(qū)反應(yīng)器運(yùn)行的三個(gè)重要前提：反應(yīng)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)合理的三相分離器，使沉淀性能良好的污泥能夠保留在反應(yīng)器內(nèi)第三節(jié)升流式厭氧污泥床UASB反應(yīng)器