污水的厌氧生物处理ppt课件

1、污水的厌氧生物处理,1 厌氧生物处理的基本原理2 污水的厌氧生物处理方法,1,污水的生化处理法,按氧的利用方式不同： 好氧生物处理 厌氧生物处理,按微生物在水中的集聚状态不同： 悬浮生长系统 固定膜系统,2,污水生物处理,厌氧处理,好氧处理,废水浓度,水力停留时间,有机容积负荷,能耗,主要副产物,5-20天,3-10小时,745kgBOD/（m3d ）,高质燃料,中、 浓度,低浓度,高出十倍,剩余污泥,高,低,0.41.0kgBOD/（m3d ）,BOD:N:P=100:5:1,BOD:N:P=200400:5:1,营养物需要,3,1 厌氧生物处理的基本原理,4,1 厌氧生物处理的基本原理,按

2、降解机理分段：,1. 厌氧消化的机理,（1）定义：废水的厌氧生物处理是指在无氧条件下通过厌氧微生物(anaerobic microbes)(专性厌氧菌和兼性菌）的作用，分解废水中的各种复杂有机物，最终产物是甲烷(methane)和二氧化碳(carbon dioxide)等物质的过程，也称为厌氧消化(anaerobic digestion),5,（2）厌氧消化过程,1 厌氧生物处理的基本原理,有机物要经过水解，产酸等多种不同的微生物降解过程，最终由产甲烷细菌作用而生成甲烷和二氧化碳。 厌氧消化的两阶段理论： 酸性发酵阶段：消化液的pH迅速下降，转化产物中有机酸和醇是主体 甲烷发酵阶段：产生消化气

3、，主体是CH4,酸性发酵阶段,甲烷发酵阶段,6,复杂有机物 碳水化合物，蛋白质，脂类,简单溶解性有机物,水解,发酵,脂肪酸、醇类,H2 ，CO2,CH3COOH,产氢产乙酸菌,同型产乙酸菌,另一组产甲烷菌,CH4+ CO2,一组产甲烷菌,甲烷产量的70%,甲烷产量的30%,1 厌氧生物处理的基本原理,水解发酵阶段 水解发酵菌主要是专性厌氧菌和兼性厌氧菌,产氢产乙酸阶段 在产氢产乙酸菌的作用下,产甲烷阶段 两组生理上不同的产甲烷菌,按降解机理分段：, 厌氧消化的三阶段理论,参考教材第353页,7, 厌氧消化的4阶段理论,8,1 厌氧生物处理的基本原理,按降解机理分段：,2. 厌氧消化的影响因素,

4、（1）温度 根据甲烷菌对于温度的适应性，可分为中温甲烷菌和高温甲烷菌两类。中温处理一般为33-36，高温处理为50-55。两区之间的温度，反应速度反而减退。 工程上的厌氧反应器有常温、中温、高温三种方式，分别称为常温消化、中温消化和高温消化。 厌氧发酵对温度突变比较敏感，一般允许范围为1.5-2.0。突然的温度变化会抑制消化速率，可使甲烷化严重受阻。,由于产甲烷菌在厌氧处理的各个阶段中，对环境的影响最敏感，世代时间相对较长，甲烷化反应速度较慢，常作为厌氧消化过程的控制阶段，反应条件应重点满足甲烷菌的环境要求。,参考教材第357页,9,1 厌氧生物处理的基本原理,按降解机理分段：,2. 厌氧消化

5、的影响因素,（2）pH及碱度 产甲烷菌适宜的pH值为7.0左右，大体在 6.5-7.5 之间。 在消化系统中，如果水解发酵阶段与产酸阶段的反应速率超过产甲烷阶段，则pH会降低，影响甲烷菌的生活环境。 反应器的pH值过低，常表现为挥发酸浓度过高；pH值过高，常见于NH4+浓度过高。 消化系统中，消化液有一定的缓冲作用，缓冲剂是有机物分解过程中产生的，即消化液中的CO2（碳酸）及NH3（以NH3和NH4+的形式存在）。重碳酸盐（HCO3-）与碳酸H2CO3组成缓冲溶液。,10,1 厌氧生物处理的基本原理,按降解机理分段：,2. 厌氧消化的影响因素,（3）氧化还原电位（ORP） 氧化还原电位是指一个

6、体系中氧化剂和还原剂的相对强度，表示溶液的氧化或还原反应的能力，以伏特或毫伏来计量。 甲烷菌对氧化还原电位的要求一般为-330mV以下，但这个氧化还原电位通常是指常温条件的数值。可用于常温或中温反应器的设计与运行管理指标。但是在高温反应器中适宜的氧化还原电位要低得多，一般应低于-500mV。 一般情况下，氧的溶入是引起发酵系统的氧化还原电位升高的主要和直接原因。但应注意，氧化剂或氧化物质的存在，同样可使氧化还原电位升高。如NO3-、SO42-、CrO72-、Fe3+等。,11,1 厌氧生物处理的基本原理,按降解机理分段：,2. 厌氧消化的影响因素,（4）营养比 一般工程上主要控制进料的碳、氮、

7、磷的比例，其它元素不加以控制。一般认为，厌氧法中的碳、氮、磷的比例应控制在200-400：5：1为宜（好氧法中BOD5：N：P=100：5：1）。其中以碳氮比的控制较为重要。 碳氮比过高，不仅厌氧菌增值缓慢，而且消化液的缓冲能力较低，在有机负荷较高等情况下，pH容易下降。相反，若氮源过多，即碳氮比太低，氨化和反硝化过程将产生大量的氨，使pH值升高。当pH值升高到7.9以上时，会抑制产甲烷菌的活性，使消化效率降低。,12,1 厌氧生物处理的基本原理,按降解机理分段：,2. 厌氧消化的影响因素,（5）有机负荷 在厌氧法中，有机负荷通常是指容积有机负荷，简称容积负荷，即消化器单位有效容积每天接受的有

8、机物量kgCOD/m3d。此外也有用污泥负荷表达的，即kgCOD/kgVSS d。 厌氧消化过程中，产酸阶段反应速率比产甲烷阶段反应速率快得多，必须十分谨慎的选择有机负荷，使挥发性脂肪酸的生成和消耗不致失调，形成挥发酸的积累。为保持系统的平衡，有机负荷不能过高。 厌氧生物处理可采用比好氧生物处理高得多的有机负荷，一般厌氧法为745 kgBOD/m3 d，好氧法为0.41.0 kgBOD/m3 d 。,13,1 厌氧生物处理的基本原理,按降解机理分段：,2. 厌氧消化的影响因素,（6）搅拌和混合 混合搅拌是提高消化效率的工艺条件之一。没有搅拌的厌氧消化器内，常有料液分层现象。搅拌可消除分层，促进

9、基质与微生物间的传质速度和甲烷、二氧化碳等产物的逸出速度。 搅拌的方法一般有：泵加水射器搅拌法；消化气循环搅拌法和混合搅拌法等。,14,1 厌氧生物处理的基本原理,按降解机理分段：,2. 厌氧消化的影响因素,（7）有毒物质 重金属 重金属离子对甲烷消化的抑制作用有两个方面：与酶结合，产生变性物质，使酶的作用消失；某些重金属离子及其氢氧化物的絮凝作用，使酶沉淀。 阴离子的毒害作用 主要是指硫化物。 硫酸盐浓度超过5000mg/L，即有抑制作用。 硫过多，消化液中过多的H2S将释放出进入消化气中，降低消化气质量并腐蚀管道。 氨的毒害作用 当NH4+浓度超过150mg/L时，消化受到抑制。 氧 氧对

10、甲烷菌的毒害可分为两个阶段，即抑菌阶段和杀菌阶段。,15,2 污水的厌氧生物处理方法,16,一般地，可用BOD5/COD值作为有机物生物降解性的评价指标： BOD5/COD0.40时为易生物降解； BOD5/COD0.30 时为可生物降解； BOD5/COD0.30 时为较难生物降解； BOD5/COD0.20时为不宜生物降解。,17,2 污水的厌氧生物处理方法,按降解机理分段：,1. 化粪池,化粪池用于处理来自厕所的粪便污水。广泛用于不设污水厂的合流制排水系统。例如，郊区的别墅式建筑。居民区和办公楼也常设化粪池。 下图是化粪池的一种构造方式。污水首先进入第一室，池水一般分为三层，上层为浮渣层

11、，下层为污泥层，中间为水流，然后，进入第二室，底泥和浮渣被第一室截留。,18,生活污水处理系统示意图,房屋下水管道废水排入化粪池，一些固体物质沉淀析出，并发生厌氧分解。 污水在池内的停留时间一般为1224h，澄清后的水流到分配槽，出水不能直接排入水体，常在绿地下设渗水系统或由排水管网输出、汇总进入下一步处理。化粪池污泥要定时清理。,房屋下水管道,化粪池,分配槽,渗水系统,19,2 污水的厌氧生物处理方法,按降解机理分段：,对于悬浮物较高的有机废水，可以采用厌氧接触法，它实际上是厌氧活性污泥法，消化池后设沉淀池。 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，也可以用泵

12、循环池水。,厌氧接触法工艺流程,2. 厌氧接触法（anaerobic contact process ）,20,2 污水的厌氧生物处理方法,按降解机理分段：,厌氧接触法的主要特征是在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，使污泥停留时间与水力停留时间分开，厌氧反应器内能维持较高的污泥浓度，同时可大大降低水力停留时间。 式中 c生物固体平均停留时间，d； X反应器内微生物浓度，g/m3； V反应器容积，m3； Xe出水微生物浓度，g/m3； Q处理废水流量，m3/d X剩余污泥微生物浓度，g/m3 Q 剩余污泥排放量，m3/d,2. 厌氧接触法（anaerobic contact proces

13、s ）,21,2 污水的厌氧生物处理方法,按降解机理分段：,厌氧接触法存在的问题是，从厌氧反应器排出的混合液中的污泥由于附着大量气泡，在沉淀池中易于上浮到水面而被出水带走；进入沉淀池的污泥仍有产甲烷菌在活动，产生沼气，使已沉下的污泥上翻，固液分离效果不佳。 可采取的解决办法： （1）在反应器与沉淀池之间设真空脱气器，真空度为5000Pa，尽可能将混合液中的沼气脱除，但不能抑制产甲烷菌在沉淀池内继续产气； （2）在反应器与沉淀池之间设冷却器，使混合液的温度由35降至15，抑制甲烷菌的活动 ； （3）向沉淀池混合液中投加絮凝剂，使厌氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降； （4）用膜过滤代替沉淀池，以改善

14、固液分离效果。,2. 厌氧接触法（anaerobic contact process ）,22,2 污水的厌氧生物处理方法,按降解机理分段：,2. 厌氧接触法主要设计参数,容积负荷：26kgCODcr/(m3d) 混合液污泥浓度：10kgVSS/m3 污泥回流比：0.81.0,23,2 污水的厌氧生物处理方法,按降解机理分段：,3. 厌氧生物滤池（anaerobic filter ,AF）,厌氧生物滤池又称厌氧固定膜反应器（SFF），是60年代末开发的新型高效厌氧处理装置。 滤池多呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。,厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废水通过填料层时，在填料表面的厌氧生物

15、膜的吸附、微生物的代谢作用和滤料的截留作用下，废水中的有机物被降解，并产生沼气，沼气从池顶部排出。 根据进水的方向将厌氧固定膜反应器分为升流式（USFF）、降流式（DSFF）和平流式（LSFF）三种；根据填料填充的程度分为全充填型和部分充填型。 填料可采用拳状石质滤料，如碎石、卵石等，也可使用陶粒、塑料等填料。,升流式厌氧生物滤池,24,2 污水的厌氧生物处理方法,按降解机理分段：,3. 厌氧生物滤池（anaerobic filter ）,厌氧生物滤池的特点：,厌氧微生物大部分存在于生物膜中，少部分以厌氧活性污泥的形式存在于滤料的孔隙中，微生物的停留时间长，可超过100d，不易流失。冲击负荷对

16、其影响小。 反应器内各种不同类群的微生物自然分层固定，易使各类微生物得到最佳的环境，保持其高的活性。在水温2535时，有机负荷在3kg（COD）/m3d10kg（COD）/m3d以上，一般COD去除率可达80以上。厌氧固定膜反应器特别适用于处理低浓度的溶解性有机废水。 缺点： 厌氧微生物总量沿池高度分布很不均匀。 进水部位容易发生堵塞现象。,见教材第593页,25,2 污水的厌氧生物处理方法,按降解机理分段：,3. 厌氧生物滤池（anaerobic filter ）,厌氧生物滤池的改进措施：,（1）可采取处理水回流的措施 降低原废水悬浮固体与有机物的浓度，提高水力负荷，提高池内水流的上升速度，

17、减少滤料空隙间的悬浮物，减轻堵塞的可能性； 可使滤料层中的生物膜量趋于均匀分布，充分发挥滤池作用。 （2）为了防止堵塞可采用部分充填载体型结构方式。此外采用平流式厌氧滤池也有利于改善容易发生堵塞的不足。,污泥排放,沼气,出水,薄层填料,部分充填载体型结构的平流式厌氧滤池示意图,进水,26,2 污水的厌氧生物处理方法,按降解机理分段：,3. 厌氧生物滤池主要设计参数,滤 料：填充高度2m以上，比表面积100m2/m3以上， 填充率在2/3以上 滤池高度：3m以上 容积负荷：12kgCOD/（m3d）以下,27,2 污水的厌氧生物处理方法,按降解机理分段：,4. 升流式厌氧污泥床（UASB）,（1

18、）概述 上流式厌氧污泥床反应器（upflow anaerobic sludge blanket reactor)，简称UASB反应器。 废水由池底进入反应器，通过反应区气、液分离后混合液进入沉淀区进行固液分离，反应器内微生物以自身聚集生长，为颗粒污泥状态存在，因而能达到高生物量和高效高负荷，污泥床反应器内没有填料，不设搅拌，上升的水流和产生的沼气可满足搅拌要求 。,入水,三相分离器,沼气,升流式厌氧污泥床（USAB),沉淀区,反应区,出水,悬浮污泥区,颗粒污泥区,28,2 污水的厌氧生物处理方法,按降解机理分段：,4. 升流式厌氧污泥床（UASB）,（2）升流式厌氧污泥床的构造 进水配水系统

19、将进水均匀分配到反应器整个横断面； 起到水力搅拌的作用。 反应区 UASB的核心，包括颗粒污泥区和悬浮污泥区。 三相分离器（图） 由沉淀区、回流缝和气封组成，其功能是将沼气、污泥、废水等三相进行分离。 气室 也称集气罩，其功能是收集产生的沼气。,入水,三相分离器,沼气,升流式厌氧污泥床（USAB),沉淀区,反应区,出水,悬浮污泥区,颗粒污泥区,29,2 污水的厌氧生物处理方法,按降解机理分段：,4. 升流式厌氧污泥床（UASB）,（2）升流式厌氧污泥床的构造 出水排水系统 将沉淀区的上清液均匀地加以收集，并将其排出反应器。 排泥系统 均匀排泥，可进行均布多点排泥，可选择每10m2设一个排泥点。

20、 浮渣清除系统 浮渣清除可采用撇渣机或刮渣机清除，或采用人工清渣。,入水,三相分离器,沼气,升流式厌氧污泥床（USAB),沉淀区,反应区,出水,悬浮污泥区,颗粒污泥区,气室,30,2 污水的厌氧生物处理方法,按降解机理分段：,4. 升流式厌氧污泥床（UASB）,（3）颗粒污泥形成机理 所谓污泥颗粒化是指床中的污泥形态发生了变化，由絮状污泥变为密实、边缘圆滑的颗粒。 粒径为0.54mm。 形成机理： 晶核假说 微生物本身形成 A.电中和作用 B.胞外多聚物架桥作用,31,2 污水的厌氧生物处理方法,按降解机理分段：,5. 厌氧膨胀床和厌氧流化床,厌氧流化床是一种填有比表面积很大的惰性载体颗粒的反

21、应器，它的一部分出水回流，与进水混合后，进入池内向上流动，使载体颗粒在整个反应器内均匀分布。 根据颗粒膨胀程度可分为膨胀床和流化床。膨胀床运行流速控制在略高于初始流化速度，相应的膨胀率为520。 流化床一般按2070的膨胀率运行，这样颗粒不致流失并且生物膜与废水又充分接触。,32,2 污水的厌氧生物处理方法,按降解机理分段：,6. 厌氧生物转盘,厌氧生物转盘和好氧法生物转盘相似，不同之处在于盘片大部分或全部渗没在处理水中。为保证厌氧条件和收集沼气整个生物转盘设在密闭的容器内。,厌氧生物转盘的优点 （1）不需回流，运行中动力消耗及费用较低。 （2）运行管理简单，没有堵塞问题，可处理高浓的废水。 （3）转盘上微生物量很大，微生物停留时间长，水利停留时间短。 （4）工作稳定，耐冲击负荷能力强。,隔板,进水,出水,沼气,转轴,固定盘片,转动盘片,33,2 污水的厌氧生物处理方法,按降解机理分段：,6. 厌氧生物转盘,中温发酵条件下，有机物面积负荷可达0.04kgCOD/(m2(盘片)d),盘片总面积按负荷法进行计