污水的厌氧生物处理ppt课件.ppt

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1、水质工程学（II）,第18章 污水的厌氧生物处理,1、厌氧生物处理的发展概述 大致经历了3个时期：A、20世纪10年代以前的初级阶段，主要应用于污水和粪便处理；B、20世纪50年代以前第二个时期，普通消化池是唯一的实用装置；C、20世纪50年代特别是70年代以后的第三个时期，出现一大批更为先进实用的厌氧生物处理技术。,厌氧生物处理法：在无氧条件下，依靠兼性菌、厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生化降解的过程，称为厌氧生化处理法或厌氧消化法。与好氧过程的根本区别在于不以分子态的氧作为受氢体。,18.1 厌氧生物处理的沿革、现状和发展趋势,2、厌氧生物处理工艺的应用现状A、厌氧生物处理

2、工艺在污水处理中的应用；B、厌氧生物处理工艺在垃圾处理中的应用；C、秸杆等生物质的资源化和能源化。3、厌氧生物处理的发展趋势 从提高生物处理能力和稳定性出发：A、提高反应器中生物持有量；B、利用厌氧生物处理中微生物种群的特点，实现相分离；C、研制反应器使之形成特殊水力流态而创造厌氧微生物的最适生态条件。,18.1 厌氧生物处理的沿革、现状和发展趋势,优点A、应用范围广。好氧适用低浓度废水，厌氧可直接处理高浓度废水处理。B、能量需求低，还可以产生能量。C、污泥产量极低。D、对水温的适应范围较为宽广。E、能够被降解的有机物多。,与好氧生物处理相比，厌氧生物处理具有以下特征：,18.2 厌氧生物处理

3、的主要特征,缺点F、厌氧处理启动时间较长。G、处理出水水质较差。H、对pH值较为敏感。I、处理过程机理较为复杂。它是多种不同性质的微生物协同工作的过程，远比好氧复杂。,18.2 厌氧生物处理的主要特征,6,2022/11/22,18.3 厌氧生物处理基本原理,废水的厌氧生物处理过程是一个复杂的微生物化学过程，它是依靠三大主要类群的细菌：水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和甲烷细菌三种细菌的联合作用完成的。三个过程如下：,7,2022/11/22,水解酸化阶段 -大分子变小分子，不溶解有机物变溶解性有机物。 发酵产酸细菌的主要功能有两种： 水解在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物； 酸化

4、将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等；,18.3 厌氧生物处理基本原理,8,2022/11/22,产氢产乙酸阶段 -对第一阶段的产物转化为乙酸和氢，不溶解有机物变溶解性有机物。 产氢产乙酸细菌的主要功能是将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H2；为产甲烷细菌提供合适的基质，在厌氧系统中常常与产甲烷细菌处于共生互营关系。,18.3 厌氧生物处理基本原理,9,2022/11/22,产甲烷阶段 -将乙酸、乙酸盐、二氧化碳和氢，转化为甲烷。 产甲烷细菌的主要功能是将产氢产乙酸菌的产物乙酸和H2/CO2转化为CH4和CO2，使厌氧消化过程得以顺利进行；主要可分为两大类：乙酸营养型和H2营养型产甲烷

5、菌，或称为嗜乙酸产甲烷细菌和嗜氢产甲烷细菌.,18.3 厌氧生物处理基本原理,产甲烷阶段,18.3 厌氧生物处理基本原理,11,2022/11/22,18.3 厌氧生物处理基本原理,18.4.1 营养与环境条件 厌氧要求有机物浓度较高，一般大于1000mg/L以上。所以厌氧适于处理高浓度有机废水和污泥处理。和好氧生物处理一样，厌氧处理也要求供给全面的营养，但好氧细菌增殖快，有机物有5060%用于细菌增殖，故对N、P要求高；而厌氧增殖慢，BOD仅有510%用于合成菌体，对N、P要求低。CODNP20051或CN1216（好氧CODNP10051）,18.4 厌氧消化的影响因素和控制要求,厌氧过程

6、对环境条件要求比较严格，主要环境条件：、氧化还原电位（ORP）氧的溶入和氧化态、氧化剂的存在：Fe3+ 、Cr2O72- 、NO3-、SO42-、PO43-、H+会使体系中电位升高，对厌氧消化不利。 高温消化500600mV，5055中温消化300380mV，3038产酸菌对氧还还电位要求不甚严格100-100mV产甲烷菌对氧还还电位要求严格-350mV,18.4.1 营养与环境条件,温度主要影响微生物的生化反应速度，因而与有机物的分解速率有关。温度与有机物负荷、产气量关系见右图。温度的突然变化，对沼气产量有明显影响，温度突变超过一定范围时，则会停止产气。 根据采用消化温度的高低，可以分为常温

7、消化（1030 ）、中温消化（35左右）、高温消化（54左右）。,II 温度,有机负荷,产气量,III、pH及酸碱度pH主要取决于三个生化阶段的平衡状态，原液本身的pH和发酵系统中产生的分压（20.340.5kpa），正常发酵pH7.27.4，有机负荷太大，水解和酸化过程的生化速率大大超过产气速率。将导致水解产物有机酸的积累使pH下降，抑制甲烷菌的生理机能，使气化速率锐减，所以原液pH68，发酵过程有机酸浓度不超过3000mg/L为佳（以乙酸计）。HCO3-及NH3是形成厌氧处理系统碱度的主要原因，高的碱度具有较强的缓冲能力，一般要求碱度2000mg/L以上，NH3浓度50200mg/L为佳。

8、IV、毒物凡对厌氧处理过程起抑制和毒害作用的物质都可称为毒物，无机酸浓度不应使消化液pH6.8； NH3不应高于1500mg/L，其它阴离子浓度见表18-1。,IV、负荷率表示消化装置处理能力的一个参数。 有三种表示方法：容积负荷率反应器单位有效容积在单位时间内接纳的有机物Kg/m3d 污泥负荷率反应器内单位重的污泥在单位时间内接纳的有机物量Kg/Kgd投配率每天向单位有效容积投加的材料的体积m3/m3d投配率的倒数为平均停留时间或消化时间，单位为d（天），投配率池可用百分率表示。,18.4.1 营养与环境条件,负荷率的影响：当有机物负荷率很高时，营养充分，代谢产物有机酸产量很大，超过甲烷菌的

9、吸收利用能力，有机酸积累pH下降，是低效不稳定状态。负荷率适中，产酸细菌代谢产物中的有机物（有机酸）基本上能被甲烷菌及时利用，并转化为沼气，残存有机酸量仅为几百毫克/升。pH77.5，呈弱碱性，是高效稳定发酵状态。 当有机负荷率小，供给养料不足，产酸量偏少，pH7.5是碱性发酵状态，是低效发酵状态。,18.4.1 营养与环境条件,I、生物量大小以污泥浓度表示，一般介于1030g/L之间，为防止反应器中污泥流失，可采用装入填料介质使细菌附着挂膜，调节水流速度或污泥回流量。 II、温度控制发酵要求较高的温度，每去除8000mg/L的COD所产沼气，能使水温升高10，一般工艺设计中温消化3035。I

10、II、pH的控制当液料pH6.5或高于8.0，则要调整液料pH。pH6.87，应减少有机负荷率，pH6.5，应停止加料，必要时加入石灰中和。,18.4.2 工业操作条件,18.5 两级厌氧与两相厌氧处理,两级厌氧生物处理 两相厌氧生物处理,18.5.1 两级厌氧生物处理,两级消化：根据沼气产生的规律进行设计，以节省污泥加温与搅拌所需的能量。 目的：节省能量（节省污泥加温与搅拌的部分能量） 特点：第一级：加热（3335）、搅拌； 第二级：不加热（2026）、不搅拌（可视为污泥浓缩池用）。,消化时间与产气率关系曲线,18.5.1 两相厌氧生物处理,两相厌氧消化：根据消化机理设计。 目的：改善厌氧消

11、化条件，从而减少池容与能耗。 特点： 第一相：处于水解与发酵、产氢产乙酸阶段（即消化的第一、二阶段）。 需加热、搅拌。 第二相：处于产甲烷阶段（即消化的第三阶段）需加热、搅拌。 优点： （1） 总容积小 （2） 加热耗热量少，搅拌能耗少 （3） 运行管理方便,18.6 厌氧生物处理工艺与反应器,普通厌氧消化池 厌氧接触氧化法工艺 厌氧生物滤池 厌氧生物转盘 UASB与厌氧膨胀颗粒污泥床反应器 厌氧膨胀床与厌氧流化床反应器 厌氧折流板式反应器 高温厌氧处理工艺,18.6.1 普通厌氧消化池,普通消化池又称传统或常规消化池。消化池常用密闭的圆柱形池，废水定期或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别由

12、消化池底和上部排出，所产沼气从顶部排出。池径从几米至三、四十米，柱体部分的高度约为直径的1/2，池底呈圆锥形，以利排泥。 构造：主要包括污泥的投配、排泥及溢流系统，沼气排出、收集与贮气设备、搅拌设备及加温设备等。为使进水与微生物尽快接触，需要一定的搅拌。常用搅拌方式有三种：池内机械搅拌；沼气搅拌；循环消化液搅拌。,溢流系统,18.6.1 普通厌氧消化池,贮气设备,18.6.1 普通厌氧消化池,加温设备,18.6.1 普通厌氧消化池,主要特征：在厌氧反应器后设沉淀池，污泥进行回流，结果使厌氧反应器内能维持较高的污泥浓度，可大大降低水力停留时间。,18.6.2 厌氧接触工艺,18.6.2 厌氧接触

13、工艺,是装填滤料的厌氧反应器。为了分离处理水挟出的生物膜，一般在滤池后需设沉淀池。 可分为降流式和升流式两种形式。,18.6.3 厌氧生物滤池,降流式,升流式,由盘片、密封的反应槽、转轴及驱动装置等组成 特点：1） 微生物浓度高，可承受高的有机物负荷；2） 废水在反应器内按水平方向流动，勿需提升废水，节能；3） 勿需处理水回流，与厌氧膨胀床和流化床相较既节能又便于操作；4） 处理含悬浮固体较高的废水，不存在堵塞问题；5） 由于转盘转动，不断使老化生物膜脱落，使生物膜经常保持较高的活性；6） 有承受冲击负荷的能力，处理过程稳定性较强；7） 可采用多级串联，各级微生物处于最佳生存条件下；8） 便于

14、运行管理。,18.6.4 厌氧生物转盘,厌氧生物转盘构造,18.6.5 厌氧生物转盘,特点：1）细颗粒的填料为微生物附着生长提供比较大的比表面积，使床内具有很高的微生物浓度，一般为30gVSS/L左右，因此有机物容积负荷较高，一般为1040 kgCOD/(m3d)，水力停留时间短，耐冲击负荷能力强，运行稳定； 2）载体处于膨胀状态，能防止载体堵塞； 3）床内生物固体停留时间较长，运行稳定，剩余污泥量少；4）既可用于高浓度有机废水的厌氧处理，也可用于低浓度的城市污水处理。缺点：1）载体流化能耗较大；2）系统的设计要求高。,18.6.6 厌氧膨胀床与厌氧流化床反应器,两相厌氧流化床工艺流程,18.

15、6.6 厌氧膨胀床与厌氧流化床反应器,特点： 1）反应器启动期短。试验表明，接种一个月后，就有颗粒污泥形成，两个月就可以投入稳定运行； 2) 避免了厌氧滤池、厌氧膨胀床和厌氧流化床的堵塞问题； 3）避免了升流式厌氧污泥床因污泥膨胀而发生污泥流失问题； 4）不需要混合搅拌装置； 5）不需载体。,18.6.7厌氧折流板式反应器,厌氧折流板式反应器工艺流程,18.6.7厌氧折流板式反应器,优点：细菌生长速率高，通常细菌在55时的生长速率是30时的23倍，即其产甲烷活性较高；病原菌的去除率较高，经高温厌氧消化的污泥和出水可用于灌溉和施肥；剩余污泥产率低，虽然高温下细菌的生长速率高，但其衰亡速率也高，所

16、以净污泥产率低；高温时水的黏度低，有利于处理时的混合及污泥沉降。 主要影响因素 ：温度和pH值 、有机负荷、挥发性脂肪酸、微生物载体,18.6.8 高温厌氧处理工艺,实例：某糟液废水高温厌氧处理工艺,沼气,18.6.8 高温厌氧处理工艺,运行管理安全操作事项 维护保养 技术指标,18.6.9 厌氧生物处理运行管理,运行管理,a.消化池内，应按一定投配率投加新鲜污泥，并定时排放消化污泥；b.池外加温且为循环搅拌的消化池，投泥和循环搅拌应同时进行；c.新鲜污泥投到消化池，应充分搅拌，并应保持消化温度恒定；d.用沼气搅拌污泥宜采用单池进行。e.在产气量不足或在启动期间搅拌无法充分进行时，应采用辅助措

17、施搅拌；f.消化池污泥必须在25h 之内充分混合一次；g.消化池中的搅拌不得与排泥同时进行；h.应监测产气量、pH 值、脂肪酸、总碱度和沼气成分等数据，并根据监测数据调整消化池运行工况；i.热交换器长期停止使用时，必须关闭通往消化池的进泥闸阀，并将热交换器中的污泥放空；j.二级消化池的上清液应按设计要求定时排放；k.消化池前栅筛上的杂物，必须及时清捞并外运；l.消化池溢流管必须通畅，并保持其水封高度。m.环境温度低于0时，应防止水封结冰；n.消化池启动初期，搅拌时间和次数可适当减少。o.运行数年的消化池的搅拌次数和时间可适当增多和延长。,18.6.9 厌氧生物处理运行管理,安全操作事项：,a、

18、在投配污泥、搅拌、加热及排放等项操作前，应首先检查各种工艺管路闸阀的启闭是否正确，严禁跑泥、漏气、漏水； b、每次蒸汽加热前，应排放蒸汽管道内的冷凝水；沼气管道内的冷凝水应定期排放； c、消化池排泥时，应将沼气管道与贮气柜联通； d、消化池内压力超过设计值时，应停止搅拌； e、 消化池放空清理应采取防护措施，池内有害气体和可燃气体含量应符合规定； f、操作人员检修和维护加热、搅拌等设施时，应采取安全防护措施； g、 应每班检查一次消化池和沼气管道闸阀是否漏气。,18.6.9 厌氧生物处理运行管理,维护保养：,a、消化池的各种加热设施均应定期除垢、检修、更换； b、消化池池体、沼气管道、蒸气管道

19、和热水管道、热交换器及闸阀等设施、设备应每年进行保温检查和维修； c、寒冷季节应做好设备和管道的保温防冻工作； d、热交换器管路和闸阀处的密封材料应及时更换； e、正常运行的消化池，宜5年彻底清理、检修一次。,18.6.9 厌氧生物处理运行管理,技术指标,18.6.9厌氧生物处理运行管理,UASB污水生物处理技术,专题1,主要内容,概述UASB反应器的构造与工作原理UASB的启动影响UASB性能的主要因素 UASB反应器的优缺点UASB反应器设计计算小结,一、概述,UASB是升流式厌氧污泥床反应器废水厌氧生物处理技术的简称。 1971年荷兰瓦格宁根（Wageningen）农业大学拉丁格（Let

20、tinga）教授通过物理结构设计，利用重力场对不同密度物质作用的差异，发明了三相分离器。使活性污泥停留时间与废水停留时间分离，形成了上流式厌氧污泥床（UASB）反应器的雏型。,1974年荷兰CSM公司在其6m3反应器处理甜菜制糖废水时，发现了活性污泥自身固定化机制形成的生物聚体结构，即颗粒污泥（granular sludge）。颗粒污泥的出现，不仅促进了以UASB为代表的第二代厌氧反应器的应用和发展，而且还为第三代厌氧反应器的诞生奠定了基础。 继荷兰之后，德国，瑞士，美国以及我国也相继开展了对UASB的深入研究和技术开发工作，并将其作为一种新型厌氧处理工艺在高浓度有机废水处理中快速的推广应用。

21、目前全世界已有1000余座 UASB反应器在实际生产中使用。,一、概述,二、反应器的基本构造与原理,UASB反应器是集有机物去除及泥（生物体）、水（废水）和气（沼气）三相分离于一体的集成化废水处理工艺，其突出特征是反应器中可培养形成沉降性能良好的颗粒污泥、形成污泥浓度极高的污泥床，使其具有容积负荷高，污泥截留效果好，反应器结构紧凑等一系列优良的运行特征。,UASB的主体结构1、进水配水系统2、反应区3、三相分离器4、出水系统5、集气罩6、浮渣清除系统7、排泥系统,二、反应器的基本构造与原理,1、进水配水系统主要是将废水尽可能均匀地分配到整个反应器，并具有一定的水力搅拌功能。它是反应器高效运行的

22、关键之一。在生产运行装置中所采用的进水方式大致可分为间歇式（脉冲式）、连续流、连续与间歇回流相结合进水等几种方式。从布水管的工艺有一管多孔、一管一孔和分枝状等多种形式。,（1）连续进水布水方式一管一孔配水方式为了确保进水可以等量的分布到反应器，每个进水管线仅与一个进水管相连接是最为理想的情况。这种配水系统的特点是一根配水管只服务一个配水点。, 一管多孔配水方式采用在反应器配水管横管上开孔的方式布水，其中几个进水孔由一个进水管负担。为了配水均匀，要求出水流速不小于2.0m/s，配水管的直径最好不小于100mm，配水管中心距池底一般为20-25cm。, 分枝式配水方式在分枝式配水系统中配水均匀性与

23、水头损失问题是一对矛盾。采用大阻力配水系统，配水均匀程度好，但水头损失较大。采用水阻力系统水头损失较小。为了配水均匀一般采用对称布置，各支管出水口向下距底约20cm，位于所服务面积的中心。,（2）间歇式布水方式 脉冲进水采用间歇式脉冲方式进水，使底层污泥交替进行收缩和膨胀，有助于底层污泥的混合。同时，也有利于底层颗粒污泥上粘附的微小气泡脱离，防止其浮升于悬浮层，减少污泥固体的流失量。,连续进水（间歇布水）下图是德国的一种专利，从水泵送来的废水经一根旋转的配水管配入一个环状配水槽，槽分为许多间隔，每一隔间有一布水管连通布水管，并在固定的布水点处通过管嘴将废水布入池内。,2、反应区其中包括污泥床区

24、和污泥悬浮层区，有机物主要在这里被厌氧菌所分解，是反应器的主要部位。3、三相分离器由沉淀区、回流缝和气封组成，其功能是把沼气、污泥和液体分开。污泥经沉淀区沉淀后由回流缝回流到反应区，沼气分离后进入集气罩。三相分离器的分离效果直接影响反应器的处理效果。,三相分离器的设计： 三相分离器设计的关键是平行四边形中的流速关系，要求选择合理的缝隙宽度和斜面长度，以防止UASB消化区中产生的气泡被上升的液流夹带入沉淀区，造成污泥流失。,三相分离器的设计原则间隙和出水面的截面积比。其将影响进入沉淀区和保持在污泥相中的絮体的沉淀速度。分离器相对于出水液面的位置。确定反应区和沉淀的比例。在多数UASB反应器中内部

25、沉淀区是总体积的1520。三相分离器的倾角。这个角度要使固体可滑回到反应器的反应区，在实际中在4560 之间。分离器下气液界面的面积。它确定了沼气的释放速率。适当的释放率大约是13m3/m.h。,4、出水系统出水均匀排除对固液分离的影响较大，也是保证反应器均匀稳定运行的关键。UASB反应器的出水槽布置与三相分离器沉淀区设计有关，通常每个单元三相分离器设一个出水槽，常用的两种布置形式如图所示。,5、浮渣清除系统在处理含蛋白质或脂肪较高的工业废水时，这些化合物的存在会促进泡沫的产生和污泥的漂浮，在集气室和反应器的液面可能形成一层很厚的浮渣层，对正常运行带来一些问题。对浮渣层的存在，可以采用弯曲的吸

26、管通入到集气室液面下方，通过沿液面下方慢慢移动来吸出浮渣。另外，可以使用同样的弯管或同一根弯管通过定期进行循环水反冲或产气的回流搅拌浮渣层使其中的固体物质沉降。这时必须设置冲洗管和循环水泵。,6、排泥系统UASB反应器的设计必须有剩余污泥排放口。一般认为剩余污泥排放口设置在反应器中部为好，也有的反应器设在底部或在三相分离器下方大约0.5m的地方。排泥点设置数量根据实际情况而定，一般每10m2设一个排泥口。当采用穿孔管配水系统时，可同时把穿孔管兼作排泥管，专设排泥管管径一般不小于200mm，以防堵塞。为了运行方便，可在反应器1/2高度处或三相分离器下0.5m处再设一个排泥装置，沿反应器高度均匀地

27、设5-6个污泥取样口。,8、防腐措施生产实验证明，腐蚀是厌氧反应器设计中应格外注意的问题。腐蚀比较严重的地方是反应器上部，此外无论是钢材或水泥都会被损坏。因此，UASB反应器应重点进行顶部的防腐处理。9、沼气的收集、贮存与净化高浓度有机废水的厌氧消化会产生大量沼气，在设计时必须同时考虑相应的沼气收集、贮存和利用等配套设施。,（1）沼气产量的估算沼气产量可按下式估算。一般1gBOD理论上在厌氧条件下完全降解可以生成0.25gCH4，相当于标准状态下沼气体积0.35L。由于一部分沼气溶于水中，一部分有机物用于微生物的合成，实际沼气产量要比理论值小。实际运行中沼气中甲烷约占5070，二氧化碳约占20

28、30，其余的是氢、氮和硫化氢等气体。,（2）沼气的收集厌氧反应器顶部的集气罩应有足够的空间，对大型消化池，集气罩的直径应大于4m，高度就应大于2m，气体的出气口应高于3m。在集气罩顶部应设排气管和测压管。（3）沼气的贮存由于产气量和用气量的不平衡，必须设置贮气柜进行调节，其体积应按需要的最大调节容量决定，一般按平均日产气量的2540来计算，同时贮气柜必须进行防腐处理。目前经常采用的是浮罩式贮气柜。贮气柜应设置安全阀，进、出气管上应装置阻火器。,（4）沼气净化设备沼气中硫化氢的体积含量一般占0.0050.01。在有水分的条件下，当沼气中硫化氢超过约百万分之1.1浓度时，对沼气发动机将有很强的腐蚀

29、性。当沼气作为燃料时，硫化氢的含量应小于20mg/m3，所以需要采用沼气脱硫装置，干法脱硫和湿法脱硫两种。干法脱硫：一般采用氧化铁脱硫，接触时间为2-3min，气体通过吸收塔的速度为0.40.6m/min，设计温度为25 -35。,湿法脱硫由两部分组成，一为吸收塔，一为再生塔。含23有碳酸钠溶液由吸收塔顶向下喷淋，沼气由下而上逆流接触，除去硫化氢。碳酸钠溶液吸收硫化氢后经再生塔，通过催化剂再生使用。一般当沼气中硫化氢含量高，且气量较大时，适于用湿式脱硫方法，同时还可以去除部分二氧化碳，如果用地面积小，则可采用干式脱硫装置。生物脱硫利用微生物将硫化物氧化成单质硫。,10、其他设备（1）保温加温设

30、备厌氧工艺受温度影响非常显著，所以必须做好反应器的加温和保温工作，配备相应的设备。（2）除臭防臭设备目前国内对于UASB反应器的尾气还没有具体的要求，大部分项目采用不加盖的UASB反应器，但是随着环保要求的严格，除臭和防臭设备是必不可少的。（3）监控设备UASB反应器和监控项目主要有COD、pH、温度、VFA、碱度、甲烷等。,图1 UASB 反应器工作原理示意图,二、反应器的基本构造与原理,1、 UASB主要由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。2、在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。3、要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与

31、污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。4、沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡。,二、反应器的基本构造与原理,5、在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个 污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进 入三相分离器，沼气碰到分离器下部的 反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出。6、固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沼着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然

32、后排出污泥床。,二、反应器的基本构造与原理,2、UASB工艺的优点 a、UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为2040gVSS/L； b、有机负荷高，水力停留时间短，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3.d左右； c、无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动； d、污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题； e、UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。,二、反应器的基本构造与原理,3、工艺特点 UASB 反应器运行的3 个重要的前

33、提是: 反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥; 出产气和进水的均匀分布所形成的良好的搅拌作用; 设计合理的三相分离器,能使沉淀性能良好的污泥保留在反应器内。,二、反应器的基本构造与原理,（1）污泥颗粒化 UASB 反应器利用微生物细胞固定化技术-污泥颗粒化实现了水力停留时间和污泥停留时间的分离，从而延长了污泥泥龄，保持了高浓度的污泥。颗粒厌氧污泥具有良好的沉降性能和高比产甲烷活性，且相对密度比人工载体小，靠产生的气体来实现污泥与基质的充分接触，节省了搅拌和回流污泥的设备和能耗；也无需附设沉淀分离装置。同时反应器内不需投加填料和载体，提高了容积利用率。,二、反应器的基本构造与原理,（2）

34、良好的自然搅拌作用 在UASB反应器中，由产气和进水形成的上升液流和上窜气泡对反应区内的污泥颗粒产生重要的分级作用。这种作用不仅影响污泥颗粒化进程，同时还对形成的颗粒污泥的质量有很大的影响。同时这种搅拌作用实现了污泥与基质的充分接触。,二、反应器的基本构造与原理,（3）设计合理的三相分离器的应用 三相分离器是UASB 反应器中最重要的设备。三相分离器的应用省却了辅助脱气装置，能收集从反应区产生的沼气，同时使分离器上的悬浮物沉淀下来，使沉淀性能良好的污泥能保留在反应器内。,二、反应器的基本构造与原理,4、UASB反应器内的污泥特性 UASB的有机负荷率与污泥浓度有关。试验表明，污水通过底部0.4

35、0.6m的高度，已有90的有机物被转化。由此可见厌氧污泥具有极高的活性，改变了长期以来认为厌氧处理过程进行缓慢的概念。 工艺的稳定性和高效性很大程度上取决于生成具有优良沉降性能和很高甲烷活性的污泥，尤其是颗粒状污泥。与此相反，如果反应区内的污泥以松散的絮凝状体存在，往往出现污泥上浮流失，使UASB不能在较高的负荷下稳定运行。,二、反应器的基本构造与原理,根据UASB内污泥形成的形态和达到的COD容积负荷，可以将污泥颗粒化过程大致分为三个运行期： （1）接种启动期：从接种污泥开始到污泥床内的COD容积负荷达到5kgCOD/m3d左右，此运行期污泥沉降性能一般； （2）颗粒污泥形成期：这一运行期的

36、特点是有小颗粒污泥开始出现，当污泥床内的总SS量和总VSS量降至最低时本运行期即告结束，这一运行期污泥沉降性能不太好； （3）颗粒污泥成熟期：这一运行期的特点是颗粒污泥大量形成，由下至上逐步充满整个UASB。当污泥床容积负荷达1到6kgCOD/m3d以上时，可以认为颗粒污泥已培养成熟。该运行期污泥沉降性很好。,二、反应器的基本构造与原理,1、污泥的驯化 UASB设备启动的难点是获得大量沉降性能良好的厌氧颗粒污泥。最好的办法加以驯化，一般需要36个月，如果靠设备自身积累，投产期最长可长达12年。实践表明，投加少量的载体，有利于厌氧菌的附着，促进初期颗粒污泥的形成；比重大的絮状污泥比轻的易于颗粒化

37、；比甲烷活性高的厌氧污泥可缩短启动期。,三、UASB的启动,2、启动操作要点 最好一次投加足够量的接种污泥； 启动初期从污泥床流出的污泥可以不予回流，以使特别轻的和细碎污泥跟悬浮物连续地从污泥床排出体外，使较重的活性污泥在床内积累，并促进其增殖逐步达到颗粒化； 启动开始废水COD浓度较低时，未必就能让污泥颗粒化速度加快； 最初污泥负荷率一般在0.10.2kgCOD/kgTSS.d左右比较合适；,三、UASB的启动, 污水中原来存在的和厌氧分解出来的多种挥发酸未能有效分解之前，不应随意提高有机容积负荷，这需要跟踪观察和水样化验； 可降解的COD去除率达到7080左右时，可以逐步增加有机容积负荷率

38、； 为促进污泥颗粒化，反应区内的最小空塔速度不可低于1m/d，采用较高的表面水力负荷有利于小颗粒污泥与污泥絮凝分开，使小颗粒污泥凝并为大颗粒。,三、UASB的启动,1、 温度 厌氧废水处理也分为低温、中温和高温三类，其温度范围与相应的微生物生长范围相对应。迄今大多数厌氧废水处理系统在中温范围运行，以3040最为常见，其最佳处理温度在3540。高温工艺多在5060间运行。低温厌氧工艺污泥活力明显低于中温和高温，其反应器负荷也相对较低，但对于某些温度较低的废水，低温工艺也是可供选择的方案。,四、影响UASB性能的主要因素,2、pH 值 pH值是废水厌氧处理最重要的影响因素之一。厌氧处理中，水解菌与

39、产酸菌对pH有较大范围的适应性，但对pH敏感的甲烷菌适宜的生长pH为6.57.8 ，这也是通常情况下厌氧处理所应控制的pH 值。 3、营养物与微量元素 厌氧废水处理过程由细菌完成，因此应维持良好的细菌的生长环境，保证细菌有足够的合成自身细胞物质的化合物。依据组成细胞的化学成分，其中主要包括营养物氮、磷、钾和硫以及钙、镁、铁等其他的生长必须的少量的或微量的元素。,四、影响UASB性能的主要因素,4、 碱度和挥发酸浓度 传统理论认为要保证颗粒污泥的形成，反应器内碱度应维持在10005000mgCaCO3/L的范围内，如果反应器内的碱度小于1000mgCaCO3/L时，会导致其pH 值下降；已有研究

40、证实，保证UASB反应器内的污泥颗粒化的最低碱度是750mgCaCO3/L。在UASB反应器中，挥发酸的安全浓度控制在2000mg/L(以HAC 计)以内，当VFA 的浓度小于200mg/L时，一般是最好的。,四、影响UASB性能的主要因素,5、进水中悬浮固体浓度的控制 对进水中悬浮固体（SS）浓度的严格控制要求是UASB 反应器处理工艺与其他厌氧处理工艺的明显不同之处。一般来说，废水中的SS/ COD 的比值应控制在0. 5 以下。 6、有毒有害物质的控制 氨氮浓度的控制: 氨氮浓度的高低对厌氧微生物产生2种不同影响。当其浓度在50 - 200mg/L 时，对反应器中的厌氧微生物有刺激作用;

41、浓度在1500 - 3000mg/L时，将对微生物产生明显的抑制作用。一般宜将氨氮浓度控制在1000mg/L以下。,四、影响UASB性能的主要因素, 硫酸盐（SO42- ）浓度的控制: UASB 反应器中的硫酸盐离子浓度不应大5000mg/L，在运行过程中UASB 的COD/ SO42-比值应大于10。 其他有毒物质: 导致UASB 反应器处理工艺失败的原因，除上述几种以外，其他有毒物质的存在也必须加以十分注意，这些物质主要是：重金属、碱土金属、三氯甲烷、氰化物、酚类、硝酸盐和氯气等。,四、影响UASB性能的主要因素,1、UASB的主要优点是： （1）UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为204

42、0gVSS/L； （2）有机负荷高，水力停留时间短，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3.d左右； （3）无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动； （4）污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题； （5）UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备 。,五、UASB工艺的优缺点,2、 UASB的主要缺点是：1、进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在100mg/L以下；2、污泥床内有短流现象，影响处理能力；3、对水质和负荷突然

43、变化较敏感，耐冲击力稍差。,五、UASB工艺的优缺点,六、UASB反应器的设计,（1）反应器有效容积（包括沉淀区和反应区）的可以采用以下公式计算。,UASB的池形状有圆形、方形、矩形。污泥床高度一般为38m，多用钢筋混凝土建造。,六、UASB反应器的设计,UASB容积负荷的确定：下表总结了对现有颗粒污泥和絮体污泥床 UASB 反应器在不同进水 COD 浓度和不同不溶的 TSS 的 COD 百分浓度下的允许容积负荷率（30 ）。,六、UASB反应器的设计,国内部分生产性UASB装置实际容积负荷,六、UASB反应器的设计,国外部分UASB装置设计容积负荷,六、UASB反应器的设计,（2）主要尺寸的

44、确定水力负荷q1=0.5-1.5m3/（m2d）反应器表面积： A=Q/q1反应器高度： H=V/A（3）进水配水系统设计设计原则： 进水必须要反应器底部均匀分布，确保各单位面积进水量基本相等，防止短路和表面负荷不均； 应满足污泥床水力搅拌需要，要同时考虑水力搅拌和产生的沼气搅拌； 易于观察进水管的堵塞现象，如果发生堵塞易于清除。,六、UASB反应器的设计,（4）三相分离器的设计三相分离器应满足以下几点要求： 沉淀区的表面水力负荷1.0m/h； 三相分离器集气罩顶以上的覆盖水深可采用0.51.0m； 沉淀区四壁倾斜角度应在4560之间，使污泥不积聚，尽快落入反应区内； 沉淀区斜面高度约为0.5

45、1.0m； 进入沉淀区前，沉淀槽底缝隙的流速2m/h； 总沉淀水深应1.5m； 水力停留时间介于1.52h； 分离气体的挡板与分离器壁重叠在20mm以上。,六、UASB反应器的设计,（5）排泥系统设计由实验确定相关参数，一般取污泥产率为0.1kgMLSS/kgCOD（6）产气量计算产气率根据具体废水类型而不同，一般取0.5m3/kgCOD（7）加热系统的设计需要的热量：QH= dF. F.( trt) . qv /QH加热废水需要的热量，KJ/h；dF废水的相对密度，按1计算；F废水的比热容，kJ/(kg.K)；qv废水的流量，m3/htr反应器内的温度，t废水加热前的温度， 热效率，可取为0

46、.85,六、UASB反应器的设计,（8）加碱系统 在厌氧生物处理中，产甲烷菌最佳节pH值是6.8-7.2，由于厌氧过程的复杂性，很难准确测定和控制反应器内真实的pH值，这就要和靠碱度来维持和缓冲，一般碱度要2000-5000mgCaCO3/L时，就会导致其pH值下降，所以，反应器内碱度须保持在1000mgCaCO3/L以上，因为为保证厌氧反应器内pH值在适当的范围内，必须向反应器中直接加入致碱或致酸物质。间接调节pH值。主要致碱药品有：NaCO3、NaHCO3、NaOH以及Ga(OH)2。,六、UASB反应器的设计,虽然UASB工艺在我国的应用已经有了较大发展，但与国外水平尚有差距，应进一步加

47、在UASB 反应器及其配套设备的设备化和工程应用上的探索和实践。同时，在以下几个方面，UASB 厌氧处理工艺也正在实现新的发展： 低温下UASB 反应器的运行； 高温厌氧处理； 用于处理不积累或不产生新的颗粒污泥的UASB反应器； 处理含有高浓度毒性物质的废水； 低浓度废水的厌氧处理。,七、UASB工艺小结,内循环（IC）厌氧反应器,专题2,一、内循环（IC）厌氧反应器的由来1、厌氧UASB反应器 升流式厌氧污泥床(UASB)反应器是七十年代开发的。国际上荷兰的PAQUES（帕克）、荷兰的BIOTHANE（百欧仕）和比利时的BIOTIM公司是世界上主要三个UASB技术的厂家。仅这三家公司占国际

48、市场份额的74%，这三家公司的技术主要是采用UASB技术，这反映了UASB技术除其技术本身的特点之外，其市场化的水平也是比较高的。,（1）UASB反应器的构造 UASB反应器包括以下几个部分：进水和配水系统、反应器的池体和三相分离器。如果考虑整个厌氧系统还应该包括沼气收集和利用系统。在UASB反应器中最重要的设备是三相分离器，这一设备安装在反应器的顶部并将反应器分为下部的反应区和上部的沉淀区。,开放式UASB反应器,（2）UASB颗粒污泥的形成与特征1）污泥颗粒化的意义 在厌氧反应器中颗粒污泥的形成过程称之为污泥颗粒化。 使污泥具有良好的沉淀性，能在很高产气量和上向流速下以较高浓度保留在反应器

49、内，因此可以使之承受更高的有机容积负荷和水力负荷； 细菌形成的污泥颗粒状聚集体是一个微生态的系统，其中不同类型的微生物种群形成了共生或互生体系，有利于形成微生物生长、生理生化的条件；, 颗粒污泥的形成利于其中的微生物对营养的吸收，利于有机物降解； 颗粒污泥使诸如乙酸菌和利用氢的细菌等的发酵菌的中间产物的扩散距离大大缩短； 在诸如pH和毒性物质等废水水质骤变时，颗粒污泥性能维持在一个相对稳定的微环境中而代谢过程继续进行。,（3）存在问题反应器容积负荷定义：1）对于低浓度的有机废水（1.5-2.0 CODg/L）时，反应器进水容积负荷控制在（5-8 kgCOD/(m3d)），以免水力负荷过大增加悬

50、浮污泥颗粒流失；2）对于高浓度的有机废水（5-9 CODg/L）时，反应器进水容积负荷控制在（10-20 kgCOD/(m3d)），以免产气量、水力负荷过大增加悬浮污泥颗粒流失。,二、内循环（IC）厌氧反应器的基本构造与原理1、内循环（IC）厌氧反应器的基本构造,内循环（IC）厌氧反应器的基本结构,IC反应器基本构造如图所示，它相似由2层UASB反应器串联而成按功能划分，反应器由下而上共分为5个区：混合区、第1厌氧区、第2厌氧区、沉淀区和气液分离区。,2、内循环（IC）厌氧反应器原理（1）混合区：反应器底部进水、颗粒污泥和气液分离区回流的泥水混合物有效地在此区混合。（2）第1厌氧区：混合区形成