第八章4 厭氧處理設(shè)計(jì)

DesignoftheAnaerobicSystems第八章4

厭氧生物處理設(shè)計(jì)目錄

一、概述二、厭氧生物處理機(jī)理三、厭氧生物處理系統(tǒng)四、厭氧生物處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)（UASB)五、厭氧生物處理的新發(fā)展請(qǐng)大家?guī)е鴨栴}學(xué)習(xí)這一節(jié)：與好氧相比厭氧生物處理的優(yōu)、缺點(diǎn)一、概述1906年德國(guó)學(xué)者Imhoff開發(fā)雙層沉淀池處理有機(jī)污泥.(化糞池）1970年由荷蘭學(xué)者G.Lettinga等人研究成功上流式厭氧污泥床（UASB)。20世紀(jì)90年代，EGSB及IC

早期的厭氧生物處理主要面對(duì)的是固態(tài)有機(jī)物（包括有機(jī)污泥或糞便等），所以稱為消化。消化過程液化(酸化)污泥的pH迅速下降，大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)酸、醇、醛等液態(tài)產(chǎn)物和CO2、H2、NH3、H2S等氣化(甲烷化)產(chǎn)生消化氣，主體是CH4，以及部分CO2等

第一階段普通厭氧菌碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)消化有機(jī)酸、乙醇、乙醛第二階段絕對(duì)厭氧菌甲烷二氧化碳消化細(xì)胞合成新細(xì)胞酶細(xì)胞合成

厭氧生物處理的特點(diǎn)1、需要的能量少，產(chǎn)生甲烷是一種潛在的能源；2、產(chǎn)生的剩余生物污泥較少(每去除1kgBOD只產(chǎn)生0.02-0.1kg干污泥)；3、容積負(fù)荷較高，可處理高濃度、難降解的有機(jī)廢水；4、需要的營(yíng)養(yǎng)物較少；1、處理過程的反應(yīng)復(fù)雜，反應(yīng)速度較慢，啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)；2、對(duì)溫度、pH等環(huán)境因素更為敏感；3、出水水質(zhì)較差，需要進(jìn)一步處理；缺點(diǎn)

一般來說，對(duì)于廢水中有機(jī)物濃度較低、溫度較低、出水水質(zhì)要求較高，并要求去除營(yíng)養(yǎng)物的場(chǎng)合傾向于采用好氧生物處理技術(shù)。而對(duì)于有機(jī)物濃度較高、溫度較高的工業(yè)廢水，厭氧處理可能更為經(jīng)濟(jì)。隨著對(duì)厭氧生物處理工藝的進(jìn)一步了解，厭氧處理作為好氧處理的預(yù)處理手段已經(jīng)成為目前較為廣泛采用的一種方法。優(yōu)點(diǎn)厭氧生物處理的微生物發(fā)酵細(xì)菌群（產(chǎn)酸細(xì)菌）

多為兼性厭氧或?qū)Ｐ詤捬跫?xì)菌，主要參與復(fù)雜有機(jī)物的水解，其主要功能是：首先通過胞外酶的作用將不溶性有機(jī)物水解成可溶性有機(jī)物；將可溶性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等有機(jī)酸及乙醇、CO2、H2等。研究表明，該類細(xì)菌對(duì)有機(jī)物的水解比較緩慢，但產(chǎn)酸反應(yīng)速率較快。產(chǎn)甲烷細(xì)菌產(chǎn)甲烷細(xì)菌是嚴(yán)格專性厭氧細(xì)菌，其生存環(huán)境要求絕對(duì)無氧；產(chǎn)甲烷細(xì)菌，一類可利用乙酸轉(zhuǎn)化為甲烷和CO2(2/3)；另一類利用H2還原CO2合成甲烷(1/3)；對(duì)環(huán)境影響非常敏感，氧和氧化劑有毒害作用；生長(zhǎng)特別緩慢影響厭氧生物處理的主要因素1.pH和堿度

厭氧產(chǎn)生有機(jī)酸pH甲烷菌分解有機(jī)酸時(shí)產(chǎn)生的重碳酸鹽不斷增加2.溫度中溫：33~35oC高溫：50~55oC3.負(fù)荷厭氧反應(yīng)池的容積決定于厭氧反應(yīng)的負(fù)荷率。表達(dá)方式容積負(fù)荷參數(shù)為投配率日進(jìn)入的有機(jī)物量與池子容積之比，在一定程度上反映了污染物在消化池中的停留時(shí)間有機(jī)物負(fù)荷參數(shù)為有機(jī)負(fù)荷率

一般可達(dá)5~10kgCOD/m3.d，甚至可達(dá)50~80kgCOD/m3.d

4.消化池的攪拌

在有機(jī)物的厭氧發(fā)酵過程中，讓反應(yīng)器中的微生物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(有機(jī)物)攪拌混合，充分接觸，將使得整個(gè)反應(yīng)器中的物質(zhì)傳遞、轉(zhuǎn)化過程加快。5.有毒有害物質(zhì)作用使池內(nèi)污泥濃度分布均勻，利于微生物生長(zhǎng)繁殖釋放有害氣體使環(huán)境因素在反應(yīng)器內(nèi)保持均勻

二、厭氧生物處理機(jī)理厭氧生物處理機(jī)理：在無分子氧條件下通過厭氧微生物（包括兼氧微生物）消化作用，將廢水中各種復(fù)雜有機(jī)物分解為甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程。與好氧不同之處在于厭氧過程不以分子氧為受氫體。好氧過程厭氧過程

三、厭氧生物處理系統(tǒng)分為厭氧懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)處理技術(shù)厭氧附著生長(zhǎng)系統(tǒng)處理技術(shù)厭氧接觸法普通消化池厭氧生物濾池厭氧流化床厭氧生物轉(zhuǎn)盤厭氧污泥層工藝UASB工藝厭氧隔板反應(yīng)器厭氧移動(dòng)層反應(yīng)器

1、化糞池化糞池圖

用于處理來自廁所的糞便廢水。曾廣泛用于不設(shè)污水廠的合流制排水系統(tǒng)。還可用于郊區(qū)的別墅式建筑。2、厭氧生物濾池

優(yōu)點(diǎn)：處理能力高；濾池內(nèi)可以保持很高的微生物濃度；不需另設(shè)泥水分離設(shè)備，出水SS較低；設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便。

缺點(diǎn)：濾料費(fèi)用較高；濾料易堵塞，尤其是下部，生物膜很厚；堵塞后，沒有簡(jiǎn)單有效的清洗方法。因此，懸浮物高的廢水不適用。與生物濾池的區(qū)別？如何解決這個(gè)問題？3、厭氧接觸法

對(duì)于懸浮物較高的有機(jī)廢水，可以采用厭氧接觸法，它實(shí)際上是厭氧活性污泥法。4、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器

良好的厭氧污泥床污泥形成顆粒狀，污泥濃度高（60～80g/l），有機(jī)負(fù)荷率和去除率均較高，不需要攪拌，能適應(yīng)負(fù)荷沖擊和溫度與pH的變化。

UASB是一種有發(fā)展前途的厭氧處理設(shè)備。5、分段厭氧處理法

第一段：水解和液化有機(jī)物為有機(jī)酸；緩沖和稀釋負(fù)荷沖擊與有害物質(zhì)，并將截留難降解的固態(tài)物質(zhì)。一般停留時(shí)間0.8~1.5天，pH3.6~4.0。

第二段：保持嚴(yán)格的厭氧條件和pH，以利于甲烷菌的生長(zhǎng)；降解、穩(wěn)定有機(jī)物，產(chǎn)生含甲烷較多的消化氣，并截留懸浮固體，以改善出水水質(zhì)。四、厭氧生物處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

升流式厭氧污泥床法（ＵＡＳＢ工藝）１.升流式厭氧污泥床處理原理工藝特點(diǎn)：反應(yīng)器內(nèi)沒有載體，由反應(yīng)區(qū)，沉淀區(qū)和氣室三部分組成。廢水在上升時(shí)被微生物分解產(chǎn)生氣體，攪動(dòng)污泥床的上部形成懸浮污泥層，在三相分離器內(nèi)沼氣與水，污泥分離，在重力作用下，污泥和水在沉淀區(qū)內(nèi)分離，污泥下落回到反應(yīng)區(qū)。池型斷面可圓形、方形或矩形。大型裝置多為矩形（利于安置三相分離器）。

2、UASB反應(yīng)器的構(gòu)造

a.進(jìn)水配水系統(tǒng)，將進(jìn)入反應(yīng)器的廢水均勻地分配到反應(yīng)器整個(gè)橫斷面，起到水力攪拌并均勻上升。

b.反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)區(qū)內(nèi)存留大量具有良好凝聚和沉淀性能的污泥，在池底形成顆粒污泥層。廢水從厭氧污泥床底部流入，與顆粒污泥層中的污泥進(jìn)行混合接觸，污泥中微生物分解有機(jī)物，同時(shí)產(chǎn)生的微小沼氣氣泡不斷放出。微小氣泡上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大氣泡。在顆粒污泥層上部，由于沼氣的攪動(dòng)，形成一個(gè)污泥濃度較小的懸浮污泥層。

c.三相分離器，其功能是將氣體、固體和液體三相進(jìn)行分離。

d.集氣室，其功能是收集產(chǎn)生的沼氣，并將其導(dǎo)出氣室送往沼氣柜。

e.處理水排出系統(tǒng)，均勻收集處理水并將其排出反應(yīng)器。

3、升流式厭氧污泥床法設(shè)計(jì)池高一般為3～8米，污泥床高1～2米，污泥懸浮層高2～4米三相分離器沉淀區(qū)斜壁角度大于50度，使污泥迅速滑落回反應(yīng)區(qū)。沉淀區(qū)表面負(fù)荷應(yīng)在0.7m3/m2h左右，混合液進(jìn)入沉淀區(qū)前，通過入流孔道的流速不大于2m/h。

反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度平均為30～40g/L，底部污泥床高達(dá)60～80g/LCOD容積負(fù)荷達(dá)到10～20kg/m3d，去除率達(dá)到90％以上。反應(yīng)器內(nèi)設(shè)三相分離器，一般無污泥回流設(shè)備，無混合攪拌設(shè)備，進(jìn)水懸浮物應(yīng)該比普通消化池低，對(duì)水質(zhì)變化比較敏感。設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)計(jì)算UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容有：①池型選擇、有效容積以及各主要部位尺寸的確定；②進(jìn)水配水系統(tǒng)、出水系統(tǒng)、三相分離器等主要設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算；③其它設(shè)備和管道如排泥和排渣系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）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：

V=Q×Si/Lv（目前較大的單行池容積1000-2000m3）

式中：Q——廢水流量，m3/d；

Si——除去的有機(jī)物濃度，mgCO