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1、1,污染控制微生物工程,刘廷志 张红杰 60601169 60601988 6号楼421 生物楼208,2,四、厌氧处理技术的发展,1896年，英国出现第一座用于处理生活污水的厌氧消化池，产沼气用于街道照明；1914年，美国14城市建立厌氧消化池；50S中期，出现厌氧接触反应器；60S末，厌氧滤池(Anaerobic Filter,AF）70S，厌氧处理的最大突破，UASB；,3,污水厌氧生物处理的发展过程 早期发展 18811950年 第二代厌氧反应器 1955年开发了厌氧接触法新工艺，标 志着现代厌氧反应器的开端。第三代厌氧反应器 1980年Switzenbaum等推出了厌氧附着膜膨胀 床
2、反应器（AAFEB）,还有厌氧流化床（AFB）。,厌氧处理发展可分为三个阶段,4,厌氧法的工艺和设备,微生物生长状态:厌氧活性污泥法(anaerobic activated sludge)；厌氧生物膜法(anaerobic slime)；运行方式:间歇式(batch)、连续式(continuous)和半连续式(semi-continuous)；根据物质转化步骤:一步厌氧消化(one stage digestion)两步厌氧消化(two stage digestion)等 厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触池、上流式厌氧污泥床反应器等。,5,(一)普通厌氧消化池,普通消化池又称传统或常规消化
3、池,6,厌氧消化池搅拌方式,(a)池内机械搅拌；(b)沼气搅拌；(c)循环消化液搅拌。,7,厌氧消化池加热方式,高温厌氧消化需要加温，常用加热方式有三种:(a)池外加热(b)直接加热；(c)池内热交换管。,8,普通消化池的优点:,可直接处理悬浮固体含量较高料液。结构较简单。普通消化池的缺点:缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，难以保持大量的微生物细胞。对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象严重，微生物不能与料液均匀接触的问题。温度不均匀，消化效率低。,9,（二）厌氧滤池,厌氧滤池（anaerobic filter又称厌氧固定膜反应器）。厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废水通过填料层时，在填
4、料表面的厌氧生物膜作用下，废水中的有机物被降解，并产生沼气，沼气从池顶部排出。,10,升流式厌氧滤池；降流式厌氧滤池。,升流式厌氧生物滤池结构,11,厌氧生物滤池的特征：,厌氧生物固定化厌氧微生物量分布不均匀进水部位容易发生堵塞现象。,12,厌氧生物滤池的特点是：（a）表面积大，生物量较高，停留时间长，平均停留时间长达100天左右，可承受的有机容积负荷高，COD容积负荷为2-16 kgCOD/(m3d)，且耐冲击负荷能力强；,13,（b）废水与生物膜两相接触面大，强化了传质过程，因而有机物去除速度快（c）微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污泥回流和搅拌设备；（d）启动时间短。（e）处理含悬
5、浮物浓度高的有机废水，易发生堵塞。,14,主要缺点：滤料费用较贵 滤料容易堵塞,主要优点：处理能力较高 滤池内可以保持很高的微生物浓度 不需另设泥水分离设备、出水SS较 低 设备简单、操作方便,15,（三）厌氧接触法,在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法（anaerobic contact process)。,厌氧接触法工艺动画,16,厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法，不需要曝气而需要脱气。厌氧接触法对悬浮物高的有机废水(如肉类加工废水等)效果很好，悬浮颗粒成为微生物的载体，并且很容易在沉淀池中沉淀。在混合接触池中，要进行适当搅拌以使污泥保持悬浮状态。搅拌可以用机械方法
6、，也可以用泵循环池水。,17,厌氧接触法的特点:,（a）通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为10-15g/L，耐冲击能力强；（b）消化池的容积负荷较普通消化池高，中温消化时，一般为2-l0kgCOD/m3d，水力停留时间比普通消化池大大缩短，如常温下，普通消化池为15-30天，而接触法小于10天；,18,（c）可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，不存在堵塞问题；（d）混合液经沉降后，出水水质好，（e）但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备（f）厌氧接触法存在混合液难于在沉淀池中进行固液分离的缺点。,19,（四）膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB）,上流速度高（2.5-6m/h），
7、远高于UASB所采用的，污泥床处于部分或全部“膨胀化”。适宜处理低浓度废水（1500mg/L以下）目前尚未形成生产规模应用。,20,（五）上流式厌氧污泥床反应器UASB,1 概述2 基本特点（优点、缺点）3 UASB的构造和组成4 颗粒污泥5 UASB的设计（1）容积（2）配水（3）排泥的设计（4）结构设计的要求（5）三相分离器设计6 UASB的启动,21,上流式厌氧污泥床反应器:UASB（upflow anaerobic sludge blanket reactor)是由荷兰的G.Lettnga等人在上世纪70年代初研制开发的。污泥床反应器内没有人工载体，反应器内微生物以自身聚集生长，为颗粒
8、污泥状态存在，因而能达到高生物量和高效高负荷。,1概述,22,上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形。大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，则一般为矩形，高度一般为3-8m，其中污泥床1-2m，污泥悬浮层2-4m，多用钢结构或钢筋混凝土结构。,23,UASB反应器示意图,24,UASB外形图,25,UASB顶部图,26,UASB气帽图,27,2上流式厌氧污泥床反应器的基本特点,优点：（a）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为30-40g/L，其中底部污泥床(sludge bed)污泥浓度60-80g/L，污泥悬浮层(sludge blanket)污
9、泥浓度5-7g/L；污泥床中的污泥由活性生物量占70-80的高度发展的颗粒污泥(sludge granules)组成，颗粒的直径一般在之间，颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征。,28,（b）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷在小试验和中型试验中可高达20-40kg COD/（m3d）在大型生产装置中可达到 6-8kg COD/（m3d）。（c）反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；简化了工艺，节约了投资和运行费用。（d）无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动；（e）污泥床内不填载体，提高了容积利用率，节省造
10、价及避免堵塞问题。,29,缺点：（a）大型装置内会有短流现象（要求配水装置性能要好）（b）进水SS要求200mg/L，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞（c）在没有颗粒污泥接种的情况下，启动时间长（d）对水质和负荷突然变化比较敏感（e）要求水温高些，最好35以上。,30,3 UASB的构造和组成,31,32,颗粒(granules)菌胶团(pellets)絮体（flocs)絮状污泥(nocculent sludge),4 厌氧颗粒污泥,33,5 UASB 的设计（三相分离）,34,三相分离器设计,三相分离器的基本构造：三相分离器的型式是多种多样的，但其三项主要功能均为气液
11、分离、固液分离和污泥回流；主要组成部分为气封、沉淀区和回流缝。,35,36,6升流式厌氧污泥床反应器的启动,UASB反应器的启动可分为两个阶段:接种污泥在适宜的驯化过程中获得一个合理分布的微生物群体。这种合理分布群体的大量生长、繁殖 启动具体过程如下：,37,工作过程参数,污泥浓度：40-80g/L容积负荷：10-20kgCOD/（m3d）。荷兰Biothane公司为加拿大Bathurst造纸公司设计15600m3UASB反应器，日处理造纸废水185tCOD。,38,厌氧、好氧结合工艺实例,39,(六)IC反应器,IC（internal circulation）反应器是新一代高效厌氧反应器，废
12、水在反应器中自下而上流动，污染物被细菌吸附并降解，净化过的水从反应器上部流出。,40,(六)IC反应器,优点（1）容积负荷高：IC反应器内污泥浓度高，微生物量大，且存在内循环，传质效果好，进水有机负荷可超过普通厌氧反应器的3倍以上。（2）节省投资和占地面积：IC 反应器容积负荷率高出普通UASB 反应器3倍左右，其体积相当于普通反应器的1/41/3 左右，大大降低了反应器的基建投资；而且IC反应器高径比很大（一般为48），所以占地面积少。3）抗冲击负荷能力强：处理低浓度废水（COD=20003000mg/L）时，反应器内循环流量可达进水量的23 倍；处理高浓度废水（COD=1000015000
13、mg/L）时，内循环流量可达进水量的1020倍。大量的循环水和进水充分混合，使原水中的有害物质得到充分稀释，大大降低了毒物对厌氧消化过程的影响。,41,(六)IC反应器,优点（4）抗低温能力强：温度对厌氧消化的影响主要是对消化速率的影响。IC反应器由于含有大量的微生物，温度对厌氧消化的影响变得不再显著和严重。通常IC反应器厌氧消化可在常温条件（2025）下进行，这样减少了消化保温的困难，节省了能量。（5）具有缓冲pH值的能力：内循环流量相当于第1 厌氧区的出水回流，可利用COD转化的碱度，对pH值起缓冲作用，使反应器内pH值保持最佳状态，同时还可减少进水的投碱量。（6）内部自动循环，不必外加动
14、力：普通厌氧反应器的回流是通过外部加压实现的，而IC 反应器以自身产生的沼气作为提升的动力来实现混合液内循环，不必设泵强制循环，节省了动力消耗。IC 反应器当前在造纸行业应用较多的是用各类废纸作原料的造纸企业，处理的目的包括实现一般的达标排放，通过治理后的废水回用，从而达到节水和治污的双重目的。,42,(六)IC反应器,缺点：IC缺点尤其在污水可生化性不是太好的情况下，由于水力停留时间比较短去除率远没有UASB高，增加了好氧的负担。另外，IC由于气体内循环，特别是对进水水质不太稳定的厂，导致IC出水水量极不稳定，出水水质也相对不稳定，有时可能还会出现短暂不出水现象，对后序处理工艺是有影响的。,43,思考题,厌氧接触氧化和厌氧消化有哪些共同特点？UASB分为几个功能区，各自有什么功能？,
