厌氧生物处理工艺ppt课件.ppt

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1、第七章 废水厌氧生物处理工艺,厌氧生物处理的基本原理 厌氧生物处理工艺的发展概况及特征早期的厌氧生物反应器厌氧消化池现代高速厌氧生物反应器,厌氧生物处理的基本原理,早期，被称为厌氧消化、厌氧发酵；实际上，是指在厌氧条件下由多种（厌氧或兼性厌氧）微生物的共同作用下，使有机物分解并产生CH4和CO2的过程。,厌氧消化过程的基本生物过程 阶段性理论, 厌氧反应过程中的阶段性 两阶段理论 三阶段理论 四类群理论,厌氧消化的两阶段理论,水解细菌,产酸菌,有机物,产甲烷菌,发酵（气化）阶段，又称产酸阶段或酸性发酵阶段；主要功能：水解和酸化，主要产物：脂肪酸、醇类、CO2和H2等；主要的微生物：统称为发酵细

2、菌或产酸细菌；主要特点有：1）生长快，2）适应性（温度、pH等）强。,厌氧消化的两阶段理论,l产甲烷阶段（气化阶段），又称碱性发酵阶段；l产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2；l主要参与微生物统称为产甲烷细菌；l其特点有：1）生长慢；2）对环境条件（温度、pH、抑制物等）非常敏感。,三阶段,l 水解、发酵阶段：l 产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H2/CO2；l 产甲烷阶段：产甲烷菌利用乙酸和H2、CO2产生CH4；l 一般认为，在厌氧生物处理过程中约有70%的CH4产自乙酸的分解，其余的则产自H2和CO2。,四类群理论,l 同型产乙酸菌

3、：将H2/CO2合成为乙酸。 l 实际上这一部分乙酸的量较少，只占全部乙酸的5%。l 三阶段、四类群是目前认为的对厌氧生物处理过程较全面和较准确的描述。,厌氧生物处理工艺的 发展概况及特征,第一节 厌氧处理工艺的发展概况及特征,第二节 早期的厌氧生物反应器,第三节 厌氧消化池,第四节 现代高速厌氧反应器,一、厌氧生物处理工艺的发展简史, 厌氧过程广泛存在于自然界中； 1881年，法国，Louis Mouras ，“自动净化器”； 处理城市污水的化粪池、 处理剩余污泥的各种厌氧消化池等；HRT很长、处理效率很低、浓臭的气味等；,第一节 厌氧处理工艺的发展概况及特征,70年代后，能源危机，现代高速

4、厌氧反应器，厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理；厌氧接触法（Anaerobic Contact Process）厌氧滤池（Anaerobic Filter、 AF ）上流式厌氧污泥层（床）反应器(Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Bed)、UASB )厌氧流化床 (Anaerobic Fluidized Bed、AFB ) 厌氧附着膜膨胀床 (Anaerobic Attached Film Expanded Bed 、AAFEB)厌氧生物转盘（Anaerobic Rotated Biological Disc、ARBD）挡板式厌氧反应器（Anaerobic

5、Baffled Reactor、ABR）,现代高速厌氧反应器的主要特点：HRT与SRT分离，SRT相对很长，HRT则较短，反应器内生物量很高。HRT大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率也大大提高；,90年代以后，在UASB反应器基础上又发展起来了EGSB和IC反应器；EGSB反应器，处理低温低浓度的有机废水；IC反应器，处理高浓度有机废水，可达到更高的有机负荷。,EGSB,IC,二、厌氧生物处理的主要特征,主要优点：能耗低，且还可回收生物能（沼气）；污泥产量低；厌氧微生物的增殖速率低，产酸菌的产率系数Y为0.150.34kgVSS/kgCOD，产甲烷菌的产率系数Y为0.03kgVSS/kgCO

6、D左右，好氧微生物的产率系数约为0. 50.6kgVSS/kgCOD。厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解的某些有机物进行降解或部分降解；,厌氧工艺与好氧工艺的比较,主要缺点：反应过程较为复杂厌氧消化是由多种不同性质、不同功能的微生物协同工作的一个连续的微生物过程；对温度、pH等环境因素较敏感；出水水质较差，需进一步利用好氧法进行处理；气味较大；对氨氮的去除效果不好等。,三、厌氧技术是我国水污染控制的重要手段,我国高浓度有机工业废水排放量巨大，这些废水浓度高、多含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物；我国当前的水体污染物还主要是有机污染物以及营养元素N、P的污染；目前的形势是：能源

7、昂贵、土地价格剧增、剩余污泥的处理费用也越来越高；厌氧工艺的突出优点是：能将有机污染物转变成沼气并加以利用；运行能耗低；有机负荷高，占地面积少；污泥产量少，剩余污泥处理费用低；等等厌氧工艺的综合效益表现在环境、能源、生态三个方面。,第二节 早期的厌氧生物反应器,从1881年到上世纪20年代；1881年，法国Mouras的自动净化器；1891年，英国Moncriff的装有填料的升流式反应器；1895年，英国设计的化粪池（Septic Tank ）；1905年，德国的Imhoff Tank池 （又称隐化池、双层沉淀池）,Septic Tank （化粪池）,进水,出水,浮渣,污泥,气体,Imhoff

8、 Tank （又称双层沉淀池）,双层沉淀池的结构示意图,气体,污泥层,消化区,沉淀区,沉淀区,气体,气体,出水,进水,沉淀区,沉淀区,截面图,平面图,早期厌氧生物反应器的特点,对废水的处理主要是沉淀，有些还能对沉淀下来的污泥进行部分处理；停留时间较长，出水水质不好；目前仍有应用。,厌氧消化发展的第二阶段，厌氧消化作为剩余污泥处理的主要手段，1927年，加热装置；随后，机械搅拌器；50年代初，沼气循环搅拌装置；高速消化池，至今仍是污泥处理的主要技术。,第三节 厌氧消化池,1 消化池的类型与构造,主要应用范围： 处理剩余污泥， 处理固体含量很高的有机废水；主要作用： 将部分有机物转变为沼气； 将部

9、分有机物转化成稳定性较好的腐殖质； 提高污泥的脱水性能； 可减少污泥体积1/2以上； 灭活致病微生物。,消化池的分类：,按形状：圆柱形、椭圆形（卵形）和龟甲形；按池顶结构：固定盖式和浮动盖式；按运行方式：传统消化池和高速消化池。,A、传统消化池：,又称低速消化池，无加热和搅拌装置；有分层现象：只有部分容积有效；消化速率很低，HRT很长（3090天）。,浮渣层,上清液层,反应层,熟污泥层,沼气气室,B、高速消化池,设有加热和搅拌装置； 缩短了HRT，提高了沼气产量，在中温（3035C）条件下，一般消化时间为15天左右，运行稳定； 但搅拌使高速消化池内的污泥得不到浓缩，上清液不能分离。,C、两级消

10、化池,两级串联，第一级是高速消化池，第二级则不设搅拌和加热，主要起沉淀浓缩和贮存的作用，并能分离上清液；二者的HRT的比值可采用1 : 1 4 : 1，一般为2 : 1 。,厌氧消化池中的加热, 池内蒸汽直接加热： 设备简单，局部污泥易过热，会影响厌氧微生物的正常活动，并会增加污泥含水率； 池外加热： 把污泥预热后投配到消化池中，所需预热的污泥量较少，易于控制；预热温度较高，有利于杀灭虫卵；不会对厌氧微生物不利；但设备较复杂。,高碑店污泥消化池,高碑店污泥消化池,杭州四堡污水厂污泥消化池,青岛市团岛污水厂污泥消化池,2 沼气的收集与利用,污泥和高浓度有机废水进行厌氧消化时均会产生大量沼气；沼气

11、的热值很高（一般为2100025000 kJ/m3， 即50006000 kCal/m3），是一种可利用的生物能源。,高碑店沼气发电机,第四节 现代高速厌氧反应器,一、厌氧接触法工艺二、厌氧生物滤池工艺三、上流式厌氧污泥床（UASB）工艺,现代高速厌氧反应器的产生与发展,厌氧消化技术发展上的第三个时期；1955年，Schroepter首先提出了厌氧接触法参考活性污泥法，增设二沉池和污泥回流系统；处理能力提高，应用于食品包装废水的处理；标志着厌氧技术应用于有机废水处理的开端。随后: 厌氧生物滤池AF(Anaerobic Filter)、上流式厌氧污泥床UASB(Upflow Anaerobic

12、Sludge Blanket)、厌氧流化床AFB(Anaerobic Fluidized Bed)等,现代高速厌氧反应器的主要特点:,微生物不呈悬浮生长状态，而是呈附着生长； 容积负荷大大提高，水力停留时间显著缩短； 应用于高浓度有机工业废水的处理，如食品工业废水、酒精工业废水、发酵工业废水、造纸废水、制药工业废水、屠宰废水等； 也能应用于城市废水等低浓度废水的处理； 与好氧工艺的串联和组合，可以脱氮和除磷； 含难降解有机物的工业废水的处理。,一、厌氧接触法（Anaerobic Contact Process）,1、厌氧接触法的工艺流程,2、厌氧接触法的特点,实质是厌氧活性污泥法，污泥回流是其

13、最大的特点；污泥回流使得HRT与SRT分离；厌氧反应器产泥量很少，几乎不排剩余污泥。,与普通厌氧消化池相比，厌氧接触法的特点有：,污泥浓度高，一般为1200015000mg MLSS/L；有机容积负荷高： 中温，COD负荷16 kgCOD/m3.d，去除率为7080%；BOD5负荷0.52.5 kgBOD/m3.d，去除率8090%；出水水质较好；流程较复杂；适合于处理悬浮物和有机物浓度很高的废水。,厌氧接触法存在的问题,最大的问题是污泥的沉淀： 污泥上附着有小气泡； 二沉池中污泥易上浮。改进措施： 真空脱气设备； 增加热交换器或冷却器，使污泥骤冷，暂时抑制厌氧污泥的活性；投加混凝剂；用膜过滤

14、代替沉淀池。,二、厌氧生物滤池,1、厌氧生物滤池的工艺特征60年代末，美国，Young和McCarty1972年，第一座生产性AF投入运行与好氧生物滤池相似，厌氧生物滤池是装填有滤料的厌氧生物反应器，在滤料的表面形成了以生物膜形态生长的微生物群体，在滤料的空隙中则截留了大量的悬浮生长的微生物，废水通过滤料层(上向流或下向流)时，有机物被截留、吸附及分解。,升流式厌氧生物滤池,进水,填料,布水系统,2、厌氧生物滤池的构造特征,其它形式的厌氧生物滤池,降流式厌氧生物滤池,生物膜厚度约为14mm；生物固体浓度沿滤料层高度而有变化；适合于处理多种类型、浓度的有机废水；有机负荷为0.216 kgCOD/

15、m3.d；当进水浓度过高时，应采用出水回流的措施： 减少碱度的要求； 降低进水COD浓度； 增大进水流量，改善进水分布条件。,(3) 厌氧生物滤池的运行特征,厌氧生物滤池的优缺点：,优点： 生物固体浓度高，有机负荷高； SRT长，可缩短HRT，耐冲击负荷能力强； 启动时间较短，停止运行后的再启动较容易； 无需回流污泥，运行管理方便； 运行稳定性较好。,缺点： 体积利用率较低，滤料易堵塞,三、上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,Upflow Anaerobic Sludge Bed Reactor, 简称UASB 反应器；70年代，荷兰Wageningen农业大学，Lettinga教授,世界范围

16、内厌氧工艺的应用情况（截止1999年3月共1303个项目）,国内厌氧反应器的应用（共219个项目）,UBF=UASB+AF,悬浮污泥区,颗粒污泥区,1、UASB反应器的工作原理与构造,三相分离器,2、UASB反应器的工艺特征：,在反应器的上部设置了气、固、液三相分离器；在反应器底部设置了均匀布水系统；反应器内的污泥能形成颗粒污泥：直径为0.10.5cm，湿比重为1.041.08；具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。污泥浓度可达50gVSS/l以上，污泥龄一般为30天以上；水力停留时间大大缩短，具有很高的容积负荷；适于处理高、中浓度有机工业废水，也可以处理低浓度城市污水；将生物反应与沉淀分离集

17、中在一个反应器内，结构紧凑；无需设置填料，节省费用，提高容积利用率。,3、UASB反应器的型式,断面形状多为圆形或矩形，矩形断面便于三相分离器的设计和施工；常为钢结构或钢筋混凝土结构；一般不加热；多采用保温措施；必须采取防腐措施。主要有两种型式： 1）开敞式UASB反应器 2）封闭式UASB反应器,4、UASB反应器中的颗粒污泥,能形成沉降性能良好、活性高的颗粒污泥是UASB反应器的重要特征；颗粒污泥的形成与成熟，是保证UASB反应器高效稳定运行的前提。,颗粒污泥的培养条件,一般需要13个月；可分为：启动期、颗粒污泥形成期、颗粒污泥成熟期；接种污泥的选择；维持稳定的环境条件，如温度、pH值等；

18、污泥负荷0.050.1 kgCOD/kgSS.d，容积负荷应小于0.5 kgCOD/m3.d；表面水力负荷应大于0.3 m3/m2.d，淘汰絮状污泥；进水中可适当提供无机微粒，如钙和铁，同时应补充微量元素(如Ni、Co、Mo),1）颗粒污泥的外观：,形状多种多样，呈卵形、球形、丝状等； 平均直径为1 mm,一般为0.12 mm，最大可达35 mm； 颜色多为黑色、灰色、灰白色，其它还有淡黄色、暗绿色、红色等；,（3）颗粒污泥的组成,各类微生物、无机物、胞外多聚物等，VSS/SS一般为7090%；主体是微生物，包括水解发酵菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌，或硫酸盐还原菌等，细菌总数为141012个/g

19、VSS；优势产甲烷菌有：索氏甲烷丝菌、马氏和巴氏甲烷八叠球菌等；C、H、N的比例：C：4050%、H：7%、N：10%；灰分含量受接种污泥、进水水质等的影响，为855%；其中的FeS、Ca2+等对于颗粒的稳定性有着重要的作用。,（4）颗粒污泥的类型,A型颗粒污泥：,以巴氏甲烷八叠球菌为主体，外层常有丝状产甲烷杆菌缠绕；比较密实，粒径很小，约为0.10.1 mm。,B型颗粒污泥：,C型颗粒污泥：,以丝状甲烷杆菌为主体，也称杆菌颗粒；表面规则，外层缠绕甲烷杆菌的丝状体；出现频率较高；密度为1.0331.054 g/cm3 ，粒径约为13 mm。,丝状细菌缠绕惰性微粒而成，也称丝菌颗粒；大而重，粒径

20、为15 mm，比重为1.011.05，沉降速度为510 mm/s。,影响颗粒污泥类型的因素,废水中化学物质(营养基质和无机物)反应器的工艺条件(水力表面负荷和产气强度)当反应器中乙酸浓度高时，易形成A型颗粒污泥；当反应器中的乙酸浓度降低后，A型颗粒污泥将逐步转变为B型颗粒污泥；当存在适量的悬浮固体时，易形成C型颗粒污泥。,（5）颗粒污泥的微观结构,颗粒污泥实际上是一种生物与环境条件相互依存和优化的生态系统，各种细菌形成了一条完整的食物链，有利于种间氢和种间乙酸的传递，因此其活性很高。成层分布，即外层中占优势的细菌是水解发酵菌，而内层则是产甲烷菌；,5、UASB反应器的工程实例（1）合肥啤酒厂,6、UASB反应器的工程实例（2）驻马店华中制药厂,6、UASB反应器的工程实例（3）武汉东西湖啤酒厂,格栅井,调节池,污泥脱水机房,泥饼外运,图例,UASB反应器,氧化沟,污水管线,污泥管线,沼气管线,回流管线,沉淀池,浓缩池,集泥井,武汉欧联东西湖啤酒废水处理流程图,出水,水封罐,脱硫塔,原废水,本章要点,厌氧生物处理的基本原理 （三阶段四类群理论）厌氧生物处理工艺的发展及特征（优缺点）早期的厌氧生物反应器厌氧消化池现代高速厌氧生物反应器AF,UASB,厌氧接触法等,