污泥、污水厌氧生物处理

1、第六章 污水的厌氧生物处理 什么叫污水的厌氧生物处理？ 厌氧生物处理是利用厌氧微生物的代谢过程，在无须提供氧气的情况下，把有机物转化为无机物和少量的细胞物质，这些无机物主要包括大量的生物气（沼气）和水。沼气的主要成分是约2/3的甲烷气和约1/3的二氧化碳以及少量的H2、NH3、H2S，是一种可回收的能源。筑龙给排水第十章 污水的厌氧生物处理第一节 厌氧生物处理的基本原理 第二节 厌氧工艺的类型和发展 第三节 UASB厌氧反应器 筑龙给排水厌氧生物处理的基本原理 厌氧生物处理的早期目的和过程 厌氧生物处理机理 筑龙给排水厌氧生物处理的早期目的和过程早期的厌氧处理研究主要针对污泥消化，即将污泥中的

2、固态有机物降解为液态和气态的物质。污泥的消化过程明显分为两个阶段：固态有机物先液化，称液化阶段；接着降解产物气化，称气化阶段；整个过程历时半年以上。 筑龙给排水厌氧生物处理的早期目的和过程液化阶段：最显著的特征是液态污泥的PH值迅速下降，不到10d，降到最低值(例如在室温下，露在空气中的食物几天内就变馊发酸)，所以又称酸化阶段。污泥中的固态有机物如淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等，在无氧环境中降解时，转化为有机酸、醇、醛、水分子等液态产物和C02、H2、NH3、H2S等气体分子。由于转化产物中有机酸是主体，所以导致PH值下降。又由于产生的NH3溶解于水后产生的NH4OH具有碱性，产生中和反应并经过

3、长时间的过程后使PH值回升，并进入气化阶段。 筑龙给排水厌氧生物处理的早期目的和过程气化阶段：有机酸、醇、醛等中间产物在甲烷菌的作用下转化为生物气，也可称消化气，主体是CH4，因此气化阶段常称甲烷化阶段。该阶段除产生CH4外，还产生CO2和微量H2S。液化阶段：兼性厌氧菌作用，大量氢产生，也称氢发酵阶段，有机酸大量积累，pH迅速下降，污泥带有粘性，呈灰黄色，并发出恶臭，污泥称为酸性发酵污泥。气化阶段：专性厌氧菌作用，需隔绝光和空气，最佳pH值7.2-7.5，有机酸浓度不超过2000mg/L，最佳50500mg/L 碱度不应超过5000mg/L，最佳20003000mg/L 污泥呈黑色，稳定不易

4、腐化，无甚恶臭，易于脱水，这种污泥成为熟污泥或消化污泥。 筑龙给排水厌氧生物处理机理 筑龙给排水厌氧生物处理机理有机物的厌氧生物降解过程 : 厌氧生物处理是一个复杂的过程，大致可分为3个阶段：第一阶段：水解发酵阶段；第二阶段：产酸脱氢阶段；第三阶段：产甲烷阶段。有机物厌氧降解过程模式见下图： 筑龙给排水厌氧生物处理机理 厌氧降解模式图 筑龙给排水厌氧生物处理机理 1）水解发酵阶段 水解发酵阶段是将大分子不溶性复杂有机物在细胞外酶的作用下，水解成小分子溶解性高级脂肪酸(醇类；醛类、酮类等)，然后渗入细胞内，参与的微生物主要是兼性细菌与专性厌氧菌。兼性细菌的附带作用：是消耗掉污水带来的溶解氧，为专

5、性厌氧细菌的生长创造有利条件。此外还有真菌(毛霉Mucor，根霉Rhigopus，共头霉syncephastrum ,曲霉Aspergillus)以及原生动物(鞭毛虫，纤毛虫，变形虫)等。可统称为水解发酵菌。筑龙给排水厌氧生物处理机理 在该阶段，污水中三种有机物的分解情况如下：a. 碳水化合物水解成单糖，是最易分解的有机物，b. 含氮有机物水解产氨较慢，故蛋白质及非蛋白质的含氮化合物(嘌呤、嘧啶等)继碳水化合物及脂肪的水解后进行，经水解为脲，胨，肌酸，多肽后形成氨基酸；c. 脂肪的水解产物主要为甘油、醛等。 上述三种有机物的水解速率常数为：碳水化合物(纤维素为0.040.13，半纤维素为0.5

6、4)，脂肪为0.081.7，蛋白质为0.020.03。不溶性有机物的水解发酵速度较缓慢。 从水解速率常数可看出水解过程的快慢，不难理解不同的水质需有不同的水解停留时间。筑龙给排水厌氧生物处理机理 2）产酸脱氢阶段 产酸脱氢阶段是将第一阶段的产物降解为简单脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸等)并脱氢。奇数碳有机物还产生C02，如戊酸： CH3CH2CH2CH2COOH+2H20CH3CH2COOH+CH3COOH+2H2 CH3CH2COOH+2H20CH3COOH+3H2+C02参与该阶段作用的微生物是兼性或专性厌氧菌(产氢产乙酸菌以及硝酸盐还原菌NRB、硫酸盐还原菌SRB等)。故第二阶段的主要产物是简

7、单脂肪酸，C02，碳酸根HCO3-，铵盐NH4+和HS-，H+等。此阶段速率较快。筑龙给排水厌氧生物处理机理 3）产甲烷阶段产甲烷阶段是将第二阶段的产物还原成CH4,参与作用的微生物是绝对厌氧菌(甲烷菌)。碳水化合物分解的主要反应式：(C6H1005)x+xH20 x(C6H1206)5(C6H1206) 6CH3CHOHCOOH + 4CH3CH2COOH + 3CH3COOH + CH3CH20H + 4C02+ 2H2 + H20 简化反应式为C6H1206一3CH3COOHCH3C00HCH4+C024H2+C02一CH4+2H20筑龙给排水厌氧生物处理机理 上述3个阶段，以产甲烷阶段

8、的反应速度最慢，为厌氧消化的限制阶段。与好氧氧化相比，厌氧生物处理产生的污泥量远少于好氧氧化。有的研究人员将厌氧过程分为四个阶段:水解、酸化、酸性减退(由于产生中间产物氨,中和了酸)、产甲烷阶段。参与厌氧反应的细菌，酸化阶段的统称产酸或酸化细菌，几乎包括所有的兼性细菌；甲烷化阶段的统称甲烷细菌，已经证实的已有80多种 筑龙给排水厌氧生物处理机理 厌氧反应的影响因素：1. pH值：应在6.87.2之间。污水和泥液中的碱度有缓冲作用，如果有足够的碱度中和有机酸，其pH值有可能维持在6.8之上，酸化和甲烷化两大类细菌就有可能共存，从而消除分阶段现象。此外，消化池池液的充分混合对调整pH值也是必要的。

9、2. 温度：应在3538（中温）和5255（高温）各有一个最适温度。从液温看，消化可在中温(3538)进行(称中温消化)，也可在高温(5255)进行(称高温消化)。但后者需要的热量比前者要高很多。筑龙给排水厌氧工艺的类型和发展 厌氧工艺的发展早期的厌氧消化工艺可以称为第一代厌氧消化工艺，以厌氧消化池为代表(图15-1)，属于低负荷系统由于厌氧微生物生长缓慢，世代时间长，故保持足够长的停留时间是厌氧消化工艺成功的关键条件。 筑龙给排水厌氧工艺的类型和发展 图15-1 污泥传统厌氧消化池示意图 筑龙给排水厌氧工艺的类型和发展 随着对厌氧发酵过程认识不断提高，人们认识到反应器内保持大量的微生物和尽可

10、能长的污泥龄是提高反应效率和反应器成败的关键。为此一个设计合理的厌氧处理系统可以在停留时间非常短和负荷比好氧处理高的条件下，获得较高的可生物降解有机物的去除效果。 仿照好氧活性污泥法，开发了厌氧接触工艺(图15-2)；增加微生物与废水的固液分离与回流，从而可提高消化池的污泥龄，与普通消化池相比，它的水力停留时间可大大缩短. 筑龙给排水厌氧工艺的类型和发展图15-2 传统厌氧接触工艺示意图 筑龙给排水厌氧工艺的类型和发展高速率厌氧处理系统必须满足的原则:能够保持大量的厌氧活性污泥和足够长的污泥龄；保持废水和污泥之间的充分接触。筑龙给排水厌氧工艺的类型和发展为了满足第一条原则，可以采用固定化(生物

11、膜)或培养沉淀性能良好的厌氧污泥(颗粒污泥)的方式来保持厌氧污泥。从而在采用高的有机和水力负荷时不发生严重的厌氧活性污泥流失。依照第一条原则，在20世纪70年代末期人们成功地开发了各种新型的厌氧工艺，例如，厌氧滤池(AF)、上流式厌氧污泥床反应器(UASB)、厌氧接触膜膨胀床反应器和厌氧流化床(FB)等。这些反应器的一个共同的特点是可以将固体停留时间与水力停留时间相分离，固体停留时间可以长达上百天。这使得厌氧处理高浓度污水的停留时间从过去的几天或几十天可以缩短到几小时或几天。这一系列厌氧反应器被称为第二代厌氧反应器。 筑龙给排水厌氧工艺的类型和发展高效厌氧处理系统需要满足的第二个条件是获得进水

12、和保持与污泥之间的良好接触。为了在厌氧反应器内满足这一条件，应该确保反应器布水的均匀性，这样才可最大程度地避免短流。从另一方面讲，厌氧反应器的混合来源于进水的混合和产气的扰动。但是对于进水在无法采用高的水力和有机负荷的情况下，UASB反应器的应用负荷和产气率受到限制；为获高的搅拌强度，必须采用高的反应器或采用出水回流，获得高的上升流速。正是对于这一问题的研究导致了第三代厌氧反应器的开发和应用。 筑龙给排水厌氧反应器的分类 (1) 第一代厌氧消化工艺 普通厌氧消化池； 厌氧接触工艺。(2) 第二代厌氧消化工艺 上流式厌氧污泥床(UASB)反应器； 厌氧滤床； 厌氧流化床反应器； 厌氧生物转盘；

13、其它，如厌氧混合反应器和厌氧折流反应器。(3) 第三代厌氧反应器和其他改进工艺 厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器； 厌氧复合床反应器(AF+UASB)； 水解工艺和两阶段厌氧消化(水解+EGSB)工艺。 筑龙给排水厌氧消化池 化粪池是最普及的厌氧消化池，用于处理来自厕所的粪便污水。 如教材P196所示为化粪池的一种构造形式。 厌氧消化池的形式见图15-1，污水或污泥定期或连续加入消化池，经消化的污泥和污水分别从消化池底部和上部排出，所产的沼气从顶部排出。 通常是间断进料，也有采用连续进料方式的。为了使进料和厌氧污泥密切接触而设有搅拌装置，一般情况下每隔2-4h搅拌一次。在排放消化液时，通常

14、停止搅拌，待沉淀分离后从上部排出上清液。目前，消化工艺被广泛地应用于城市污水厂的污泥处理上。筑龙给排水厌氧接触反应器 厌氧接触工艺(图15-2)的反应器是完全混合的，排出的混合液首先在沉淀池中进行固液分离，可以采用沉淀池或气浮处置。污水由沉淀池上部排出，沉淀下的污泥回流至消化池；这样做既保证污泥不会流失，又可提高消化池内的污泥浓度；从而在一定程度上提高了设备的有机负荷率和处理效率。与普通消化池相比，它的水力停留时间可以大大缩短。厌氧接触工艺在我国已成功地应用于酒精糟液的处理上。 筑龙给排水厌氧滤池 厌氧滤池(AF)是在Coulter等人(1955)工作的基础上由Young和McCarty于19

15、69年重新开发的。厌氧滤池是在反应器内充填有各种类型的固体填料，如卵石、炉渣、瓷环、塑料等来处理有机废水。废水向上流动通过反应器的厌氧滤池称为升流式厌氧滤池；当有机物的浓度和性质适宜时采用的有机负荷COD可高达1020kg/(m3d)。另外还有下流式厌氧滤池。污水在流动过程中生长并保持与厌氧细菌的填料相接触；因为细菌生长在填料上，不随出水流失。在短的水力停留时间下可取得长的污泥龄，平均细胞停留时间可以长达100天以上。厌氧滤池的缺点是载体相当昂贵，据估计载体的价格与构筑物建筑价格相当。其另一个缺点是如采用的填料不当，在污水中悬浮物较多的情况下，容易发生短路和堵塞，这是AF工艺不能迅速推广的原因

16、。 筑龙给排水厌氧滤池上流式厌氧滤池 下流式厌氧滤池 升流式厌氧污泥床反应器 图l5-3 上流式和下流式厌氧滤池和升流式厌氧污泥床反应器 筑龙给排水升流式厌氧污泥床反应器 升流式厌氧污泥床(UASB)反应器是由Lettinga在20世纪70年代开发的。待处理的废水被引入UASB反应器的底部，向上流过由絮状或颗粒状污泥组成的污泥床(图15-3)。随着污水与污泥相接触而发生厌氧反应，产生沼气并引起污泥床扰动。在污泥床产生的气体中有一部分附着在污泥颗粒上，自由气泡和附着在污泥颗粒上的气泡上升至反应器的顶部。污泥颗粒上升撞击到脱气挡板的底部，这引起气泡释放；脱气的污泥颗粒沉淀回到污泥层的表面。自由气体

17、和从污泥颗粒释放的气体被收集在反应器顶部的集气室内。液体中包含一些剩余的固体物和生物颗粒进入到沉淀室内，剩余固体和生物颗粒从液体中分离并通过反射板落回到污泥层的上面。筑龙给排水流化床和膨胀床系统 流化床系统由Jcris在1982年开发，厌氧流化床是一种具有很大比表面积的惰性载体颗粒的反应器，厌氧微生物在其上附着生长。它的一部分出水回流，使载体颗粒在整个反应器内处于流化状态(图15-4)。最初采用的颗粒载体是沙子，但随后采用低密度载体如无烟煤和塑料物质以减少所需的液体上升流速，从而减少提升费用。由于流化床使用了比表面积很大的填料，使得厌氧微生物浓度增加。根据流速大小和颗粒膨胀程度可分成膨胀床和流

18、化床，流化床一般按20一40的膨胀率运行。膨胀床运行流速应控制在比初始流化速度略高的水平，相应的膨胀率为520。固定膜膨胀床(AAFEB)反应器床仅膨胀1020(Jewen，1982)。由于载体重量较大，为便于介质颗粒流化和膨胀需要大量的回流，这增加了运行过程的能耗；并且其三相分离特别是固液分离比较困难，要求较高的运行和设计水平，所以实际应用较少。筑龙给排水流化床和膨胀床系统图15-4 厌氧流化床反应器 筑龙给排水厌氧生物转盘反应器 厌氧生物转盘是与好氧生物转盘相类似的装置。在这种反应器中，微生物附着在惰性(塑料)介质上，介质可部分地或全部浸没在废水中(图15-5a)。介质在废水中转动时，可适

19、当限制生物膜的厚度。剩余污泥和处理后的水从反应器排除。 筑龙给排水厌氧生物转盘反应器 ab 图15-5 厌氧生物转盘和厌氧折流反应器 筑龙给排水厌氧折流反应器 折流反应器结构如图15-5b所示。由于折板的阻隔使污水上下折流穿过污泥层，造成了反应器推流的性质，并且每一单元相当于一个单独的反应器，各单元中微生物种群分布不同，可以取得好的处理效果。 筑龙给排水厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器 荷兰Wageningen农业大学进行了关于厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器的研究。EGSB反应器实际上是(改进的)UASB反应器，其运行在高的上升流速下使颗粒污泥处于悬浮状态，从而保持了进水与污泥颗粒的

20、充分接触。EGSB反应器的特点是颗粒污泥床通过采用高的上升流速(与小于12m/h的UASB反应器相比)即612m/h，运行在膨胀状态。EGSB特别适于低温和低浓度污水。当沼气产率低、混合强度低时，在此条件下较高的进水动能和颗粒污泥床的膨胀高度将获得比“通常的” UASB反应器好的运行结果。EGSB反应器由于采用高的上升流速因而不适于颗粒有机物的去除。进水悬浮固体“流过”颗粒污泥床并随出水离开反应器，胶体物质被污泥絮体吸附而部分去除。 筑龙给排水厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器 厌氧内循环反应器(IC): IC工艺是基于UASB反应器颗粒化和三相分离器的概念而改进的新型反应器，属于EGSB的

21、一种。厌氧内循环反应器(IC)可以看成是由两个UASB反应器的单元相互重叠而成。它的特点是在一个高的反应器内将沼气的分离分两个阶段。底部一个处于极端的高负荷，上部一个处于低负荷。 筑龙给排水厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器 厌氧升流式流化床工艺(UFB BIOBED): 厌氧升流式流化床工艺是由Bio-thane系统国际公司所开发的一种新型反应器。其起源于Biothane公司的厌氧流化床，在其设计的生产性流化床装置上，由于强烈的水力和气体剪切作用，形成载体的生物膜脱落十分厉害，无法保持生物膜的生长。相反地，在运行过程中形成了厌氧颗粒污泥，因此在实际运行中将厌氧流化床转变为EGSB运行形式；

22、UFB是其商品名称，在文献上有时该公司也称其为EGSB反应器；这从另一方面给出了厌氧流化床不成功的例子，因此它是EGSB反应器的一种。它可以在极高的水、气上升流速(两者都可达到57m/h)下产生和保持颗粒污泥，所以不需采用载体物质。由于高的液体和气体的上升流速造成了进水和污泥之间的良好混合状态，因此系统可以采用CODl530kg/(m3d)的高负荷。 筑龙给排水厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器 图l5-6 厌氧内循环(IC)反应器示意图 图l5-7 Biobed厌氧反应器示意图 筑龙给排水复合床反应器(UASB+AF) 许多研究者为了充分发挥升流式厌氧污泥床与厌氧滤池的优点，采用了将两种工

23、艺相结合的反应器结构，被称为复合床反应器(UASB+AF)，也称为UBF反应器。复合床反应器的结构见图15-8，一般是将厌氧滤池置于污泥床反应器的上部。一般认为这种结构可发挥AF和UASB反应器的优点，改善运行效果。 当处理含颗粒性有机物组分的污水(如生活污水)时，采用两级厌氧工艺可能更有优势：第一级是絮状污泥的水解反应器并运行在相对低的上升流速下。颗粒有机物在第一级被截留，并部分转变为溶解性化合物，重新进入到液相而在随后的第二个反应器内消化。筑龙给排水复合床反应器(UASB+AF)图l5-8 厌氧复合床(AF+UASB)反应器图示 筑龙给排水水解酸化 水解酸化反应器即水解池，可以在短的停留时

24、间(HRT=2.5h)和相对高的水力负荷下获得高的悬浮物去除率(SS去除率平均为85),并可以改善和提高原污水的可生化性和溶解性，以利于好氧后处理工艺。其COD去除率相对UASB较低，仅有40一50 筑龙给排水5流化床和膨胀床系统 厌氧流化床是一种具有很大比表面积的惰性载体颗粒的反应器，厌氧微生物在其上附着生长。它的一部分出水回流，使载体颗粒在整个反应器内处于流化状态。最初采用的颗粒载体是沙子，但随后采用低密度载体如无烟煤和塑料物质以减少所需的液体上升流速，从而减少提升费用。由于流化床使用了比表面积很大的填料，使得厌氧微生物浓度增加。根据流速大小和颗粒膨胀程度可分成膨胀床和流化床，流化床一般按

25、20一40的膨胀率运行。膨胀床运行流速应控制在比初始流化速度略高的水平，相应的膨胀率为520。筑龙给排水6厌氧生物转盘反应器 图15-5 厌氧生物转盘 在厌氧生物转盘这种反应器中，微生物附着在惰性(塑料)介质上，介质可部分地或全部浸没在废水中(图15-5)。介质在废水中转动时，可适当限制生物膜的厚度。剩余污泥和处理后的水从反应器排除。筑龙给排水7厌氧折流反应器 图15-6 折流反应器结构如图15-6所示。由于折板的阻隔使污水上下折流穿过污泥层，造成了反应器推流的性质，并且每一单元相当于一个单独的反应器，各单元中微生物种群分布不同，可以取得好的处理效果。筑龙给排水8厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)

26、反应器 EGSB反应器实际上是改进的UASB反应器，其运行在高的上升流速下使颗粒污泥处于悬浮状态，从而保持了进水与污泥颗粒的充分接触。EGSB反应器的特点是颗粒污泥床通过采用高的上升流速(与小于12m/h的UASB反应器相比)即612m/h，运行在膨胀状态。EGSB特别适于低温和低浓度污水。当沼气产率低、混合强度低时，在此条件下较高的进水动能和颗粒污泥床的膨胀高度将获得比“通常的”UASB反应器好的运行结果。EGSB反应器由于采用高的上升流速因而不适于颗粒有机物的去除。进水悬浮固体“流过”颗粒污泥床并随出水离开反应器，胶体物质被污泥絮体吸附而部分去除。下面是两种不同类型的EGSB反应器：筑龙给

27、排水 a厌氧内循环反应器(IC) IC工艺是基于UASB反应器颗粒化和三相分离器的概念而改进的新型反应器，属于EGSB的一种。厌氧内循环反应器(IC)可以看成是由两个UASB反应器的单元相互重叠而成。它的特点是在一个高的反应器内将沼气的分离分两个阶段。底部一个处于极端的高负荷，上部一个处于低负荷。筑龙给排水 b厌氧升流式流化床工艺(UFB BIOBED) 厌氧升流式流化床工艺是由Bio-thane系统国际公司所开发的一种新型反应器。它可以在极高的水、气上升流速(两者都可达到57m/h)下产生和保持颗粒污泥，所以不需采用载体物质。由于高的液体和气体的上升流速造成了进水和污泥之间的良好混合状态，因

28、此系统可以采用CODl530kg/(m3d)的高负荷。筑龙给排水筑龙给排水9复合床反应器(UASB+AF) 许多研究者为了充分发挥升流式厌氧污泥床与厌氧滤池的优点，采用了将两种工艺相结合的反应器结构，被称为复合床反应器(UASB+AF)，也称为UBF反应器。复合床反应器的结构见图15-8，一般是将厌氧滤池置于污泥床反应器的上部。一般认为这种结构可发挥AF和UASB反应器的优点，改善运行效果。 当处理含颗粒性有机物组分的污水(如生活污水)时，采用两级厌氧工艺可能更有优势：第一级是絮状污泥的水解反应器并运行在相对低的上升流速下。颗粒有机物在第一级被截留，并部分转变为溶解性化合物，重新进入到液相而在

29、随后的第二个反应器内消化。 筑龙给排水10水解酸化 水解酸化反应器即水解池，可以在短的停留时间(HRT=2.5h)和相对高的水力负荷下获得高的悬浮物去除率(SS去除率平均为85),并可以改善和提高原污水的可生化性和溶解性，以利于好氧后处理工艺。其COD去除率相对UASB较低，仅有40一50，筑龙给排水第三节 UASB厌氧反应器一. UASB反应器的原理1.结构形式图15-9为UASB的结构形式。筑龙给排水2工作原理 废水引入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水与污泥颗粒的接触过程。在厌氧状态下产生的沼气(主要是甲烷和二氧化碳)引起了内部的循环，这对于颗粒

30、污泥的形成和维持有利。 在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上，附着和没有附着的气体向反应器顶部上升。上升到表面的污泥碰击三相分离器气体发射板的底部，引起附着气泡的污泥絮体脱气。气泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，产生的气体被收集到反应器顶部的集气室。三相分离器挡板的作用为气体反射器和防止沼气气泡进入沉淀区，以免引起沉淀区的紊动，阻碍颗粒沉淀。包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体经过分离器缝隙进入沉淀区。 由于分离器的斜壁沉淀区的过流面积在接近水面时增加，因此上升流速在接近排放点降低。由于流速降低污泥絮体在沉淀区可以絮凝和沉淀。累积在三相分离器上的污泥絮体在一定程度将超过其保持在斜壁上的摩擦力

31、，其将滑回到反应区，这部分污泥又可与进水有机物发生反应。筑龙给排水二、UASB反应器的构成 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。三、三相分离器的原理1三相分离器的功能 在UASB反应器中的三相分离器是UASB反应器最有特点和最重要的装置。它同时具有两个功能： 能收集从分离器下的反应室产生的沼气； 使得在分离器之上的悬浮物沉淀下来。 上述两种功能均要求三相分离器的设计避免沼气气泡上升到沉淀区，如其上升到表面将引起出水混浊，降低沉淀效率，并且损失了所产生的沼气。筑龙给排水 2设计三相分离器的原则是： (1) 间

32、隙和出水面的截面积比影响到进入沉淀区和保持在污泥相中的絮体的沉淀速度。(2) 分离器相对于出水液面的位置确定反应区(下部)和沉淀区(上部)的比例。在多数UASB反应器中内部沉淀区是总体积的1520。(3) 三相分离器的倾角要使固体可滑回到反应器的反应区，在实际中是4560之间。这个角度也确定了三相分离器的高度，从而确定了所需的材料。(4) 分离器下气液界面的面积确定了沼气的释放速率。适当的释放率大约是13m3(m2h)。速率低有形成浮渣层的趋势，非常高导致形成气沫层，两者都导致堵塞释放管。 筑龙给排水四、布水系统要求 进水系统兼有配水和水力搅拌的功能，需要满足如下原则： (1)进水装置的设计使

33、分配到各点的流量相同，确保单位面积的进水量基本相同，防止发生短路等现象。 (2) 很容易观察进水管的堵塞，当堵塞发现后，必须很容易被清除。 (3) 应尽可能满足污泥床水力搅拌的需要，保证进水有机物与污泥迅速混合，防止局部产生酸化现象。 为确保进水等量地分布在池底，每个进水管仅与一个进水点相连接是最理想状态。如图15-10所示。筑龙给排水 图15-10 连续流布水器筑龙给排水五沼气的处理 厌氧反应器中产生的沼气从污泥的表面散逸出来，聚集在反应器的上部。集气室建于厌氧反应器的顶部，顶部的集气室应有足够尺寸和高度，以保持一定的容积，并保持气室的气密性，防止沼气外逸和空气渗入（为什么？）。 沼气中含有

34、饱和蒸汽和硫化氢，具有一定的腐蚀性。对于混凝土结构的气室应进行防腐蚀处理，喷涂涂料，或内衬环氧树脂玻璃布等。对于钢结构的集气室除进行防腐处理外，还应防止电化学腐蚀（为什么？）。沼气由集气室的最高处用管道引出，集气室至贮气柜间的沼气管称为输气管，贮气柜至用户之间的沼气管称为配气管。沼气管道一般采用防腐镀锌钢管或铸铁管。在沼气管道上的适当地点应设水封罐，以便调整和稳定压力，在厌氧UASB反应器、贮气柜、压缩机、锅炉房等构筑物之间起隔绝作用。筑龙给排水第六节 水解酸化1 水解工艺的基本原理 水解工艺属于升流式厌氧污泥床反应器技术范畴，伯力特等人根据微生物的生理种群，提出了厌氧消化三阶段理论，该理论是

35、当前较为公认的理论模式。第一阶段，是在水解与发酵细菌作用下，使碳水化合物，蛋白质和脂肪水解发酵转化成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等；第二阶段，是在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化成氢、二氧化碳和乙酸；第三阶段，是通过两组生理上不同的产甲烷菌的作用，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组是对乙酸脱羧产生甲烷。从原理上讲，水解是厌氧消化过程的第一、二两个阶段。筑龙给排水 水解反应器将厌氧消化控制在反应时间较短的水解(酸化)段，将污水中悬浮有机污染物溶解、可溶有机物中部分复杂污染物（长链分子）转化成小分子有机物，使其易于穿越细胞膜而被细胞吸收。水解作用的最终产物主要是短链的挥发性

36、酸，如乙酸、丙酸、戊酸和己酸等。 在水解反应器中，起作用的主要是兼氧微生物，它们在自然界中的数量较多，繁殖速度较快。因此水解反应器可在较短的停留时间（HRT=2.5h）和相对高的水力负荷下（1.0m3/m2h）获得较高的有机物和悬浮物去除率。 筑龙给排水2.水解池的结构和运行 结构：水解池内分污泥床区和清水层区，待处理污水由反应器底部进入池内，并通过带反射板的布水器与污泥床快速而均匀地混合。污泥床较厚，类似于过滤层，从而将进水中的颗粒物质与胶体物质迅速截留和吸附。 运行：由于污泥床内含有高浓度的兼氧微生物，在池内缺氧条件下，被截留下来的有机物质在大量水解产酸菌作用下，将不溶性有机物水解为溶解性

37、物质，将大分子、难于生物降解的物质转化为易于生物降解的物质（如有机酸类）；经过水解后的污水可生化性进一步提高，并通过清水区而排出池外并进入后续好氧系统进一步处理。在水解酸化池中，主要以兼氧微生物为主，另含有部分甲烷菌。水解酸化池中COD的降低，主要是由于微生物的生长过程中吸收有机污染物作为营养物质，以及大分子物质降解为有机酸过程中产生二氧化碳，同时还包括硫酸盐的还原、氢气的产生及少量的甲烷化过程等所致。筑龙给排水3水解酸化池的特点 水解（酸化）工艺具有以下特点： 在城市污水处理中，多功能的水解（酸化）池较功能专一的传统初沉池对各类有机物的去除效率高，节能降耗。 水解（酸化）池对各类有机物的去除

38、率远远高于传统的初沉池，其COD、BOD、SS去除率分别达到25-30%、15-25%、65-75%，从数量上降低了对后续处理构筑物的负荷。水解池用较短的时间和较低的能耗完成了部分有机污染物的净化过程较常规工艺节能35-40%。 污泥量减少，污泥稳定 水解（酸化）工艺较常规初沉工艺污泥量减少了25-30%，整个工艺的剩余污泥最终从水解酸化池排除，由于采用厌氧处理技术，在处理水的同时，也完成了对大部分污泥的减容处理，使得污水、污泥处理一体化，简化了传统处理工艺流程，水解（酸化）池内污泥龄达1520d，污泥稳定，剩余污泥量少，容易处理与处置。 基建费用低，运转管理方便 水解（酸化）工艺基建费用较常

39、规初沉池基建费用低，且不需要大量的水下设备维护，处理效果稳定，管理方便。筑龙给排水4. 水解（酸化）池的计算（1）水解（酸化）池池体计算 a.有效池容V有效的计算 水解（酸化）池有效池容V有效是根据污水在池内的水力停留时间计算的。水解（酸化）池内水力停留时间需根据污水可生化性、进水有机物浓度、当地的平均气温情况综合而定，一般为2.54.5hr。对于待处理污水可生化性较好，且工程建设地处南方，气温较高，一般设计中水力停留时间取中间值HRT=3.5hr。例某工程设计流量Q=1667m3/h，取HRT=3.5hr，则有效池容为： V有效=QT式中： V有效水解酸化池的有效容积，单位m3; Q进入水解

40、酸化池的废水平均流量, 单位m3/h； T废水在水解酸化池中的水力停留时间，单位hr;本工程Q=1667 m3/h；T=3.5hr，代入公式后：V有效=QHRT=16673.5=5834.5(m3)。筑龙给排水b. 水解池中的流速及高度的计算 为了保持处理的高效率，必须保持池内足够多的活性污泥，同时要使进入反应器的废水尽量快地与活性污泥均匀混合，增加活性污泥与进水有机物的接触，这就要求上升流速越高越好。但过高的上升流速又会破坏活性污泥层对进水中SS的生物截留作用，并对活性污泥床进行冲刷，从而将活性污泥带入反应器的出水系统中，使活性污泥流失并使出水效果变差，所以保持合适的上升流速是必要的。 根据

41、实际工程经验，水解酸化池内上升流速v上升一般控制在0.81.8m/h较合适。本工程的上升流速v上升取1.6m/h，所以水解酸化池的有效高度为： H1= V上升HRT=1.63.5=5.6m 为了保证污水进入池内后能与活性污泥层快速均匀地混合，所以本设计在池体下部专门设有多槽布水区。每条布水槽的截面为上宽下窄的梯形，其高度为0.9m，下部水力流速为2.2m/h，上部水力流速为1.6m/h。 池内实际有效高度为：H有效= H1+0.9=6.5m，加上池内超高取0.5m，水解池实际总高度为H= H有效+0.5=6.5+0.5=7m。筑龙给排水c. 池体平面尺寸的确定 按有效池容计算，水解池有效截面积

42、为：S截面1= V有效/ H有效=5834.56.5=897.62(m2) 按上升流速计算，水解池有效截面积为：S截面2= Q/ V上升=16671.6=1041.875(m2)由于S截面2S截面1，水解池实际截面积取S截面= 1041.875(m2) 考虑到有效截面积太大不利于布水，同时考虑到设备检修、池体清洗，拟将水解池分成四格，每格截面积为：S单池=1041.8754=260.47(m2)，取单格池宽10m，则单格池长26m。 水解（酸化）池的四格为联体建造，并在每两格间设计有一条管廊，管廊长度为26m，净宽为3.3m，用于布水、排泥管及阀门的安装。筑龙给排水（2） 水解（酸化）反应池布

43、水系统的设计 本工程选用带反射翼板的单孔反射布水器的一管多孔配水方式，沿配水槽槽长方向间隔布置配水干管，干管两侧沿槽宽方向对称布置配水支管。每根配水支管下部间隔开有布水孔，布水孔正对池底，布水孔两侧安装有45。反射翼板（导流板），使出水均匀散布于池底。 配水支管的布置应满足下列条件： a. 配水支管出水口向下距池底约20cm，位于所服务面积的中心，一般单孔服务面积约0.51.5m2。 b. 出水孔最小孔径25mm，以免进水中的杂物堵塞孔眼，孔口流速不小于1.5m/s。 c. 出水孔处须设45。反射翼板（导流板），使出水均匀散布于池底，出水孔正对池底。 d. 为增加出水孔的流速，有条件时可采用脉

44、冲间隙进水。 根据上述原则，本工程水解酸化池的布水管设计示意图见下图： 筑龙给排水筑龙给排水（3） 出水收集系统 水解酸化池的出水收集系统与常规二沉池的出水收集系统类似，即采用三角堰汇水槽出水，出水负荷参考二沉池负荷计算，在出水堰前宜设置浮渣挡板。但考虑到水解池为长方形结构，且单池面积过大，所以出水采用多组平行出水堰的多槽出水方式，最终四格池的出水汇集到总出水槽，并经管道流入后续处理设施。筑龙给排水（4） 排泥系统 一般在水解酸化反应器中，污泥层上部的污泥活性较差，而底部又可能截留有无机杂质，所以排泥应在污泥层上部和反应器底部进行，一般均利用水压排泥。 总的来说，水解酸化池的排泥系统设计建议满

45、足以下条件： a.水解酸化池中污泥层的高度一般在2.54m，清水区高度在污泥层顶面以上1.52.5m。本设计中污泥层高度设定约3.6m，清水区高度约2m。 b.污泥的排放可采用定时排泥，日排泥夏季一般12次，冬季一般每2天排1次。具体排泥次数最好根据泥层界面高度和污泥浓度综合而定，或根据实际运行经验而定。 c.最好在反应器中设置泥层界面仪和污泥浓度计，可根据泥层高度或污泥浓度确定排泥时间。 d.剩余污泥的排泥点宜设在污泥层中上部，底部应设无机颗粒物质和沙砾排放点。排泥宜设置穿孔管多点排泥，底部排泥管可与进水布水管合用。筑龙给排水第一章 绪 论1. 研究背景2. ASBR反应器的工艺特性和特点3

46、. 反应器的设计4. 研究内容 污泥的脱水与利用 主要内容 污泥的分类 污泥的浓缩 污泥的脱水 污泥的利用筑龙给排水第一章 绪 论1. 研究背景2. ASBR反应器的工艺特性和特点3. 反应器的设计4. 研究内容 一、污泥污泥的分类及其指标1、 污泥的分类 污泥根据其来源可分为：（1）初次沉淀污泥 污水一级处理过程中产生的污泥（2）剩余活性污泥和腐殖污泥 污水二级处理过程中产生的污泥（3）熟污泥（或称消化污泥） 初次沉淀、二次沉淀和剩余污泥经消化处理（4）化学污泥 化学法处理污水所产生的污泥筑龙给排水第一章 绪 论1. 研究背景2. ASBR反应器的工艺特性和特点3. 反应器的设计4. 研究内

47、容 2、测定指标（1）污泥含水率与含固率当含水率变化时，可近似地用下式计算污泥体积：式中V1，V2分别是含水率pw1、 pw2时的湿污泥的体积。筑龙给排水第一章 绪 论1. 研究背景2. ASBR反应器的工艺特性和特点3. 反应器的设计4. 研究内容 （2）挥发性固体和灰分 挥发性固体（或称灼烧减重，用VSS表示）是指污泥中在600的燃烧炉中能被燃烧，并以气体逸出的那部分固体。它通常表示污泥中有机物的量，单位mg/L。 灰分（或称灼烧残渣）表示污泥中无机物的含量。（3）可消化程度 可消化程度表示污泥中可被消化降解的有机物数量。筑龙给排水第一章 绪 论1. 研究背景2. ASBR反应器的工艺特性

48、和特点3. 反应器的设计4. 研究内容 （4）湿污泥相对密度 湿污泥相对密度等于湿污泥质量与同体积水的质量之比，其中湿污泥质量等于污泥所含水分质量与干固体质量之和。（5）污泥中有毒有害物质 如：病菌、病毒、寄生虫卵、重金属等筑龙给排水第一章 绪 论1. 研究背景2. ASBR反应器的工艺特性和特点3. 反应器的设计4. 研究内容 二、污泥浓缩的方法 污泥的含水率很高，一般为96%99.8%，体积很大，增加了对污泥处理、利用及输送的难度，所以必须先进行浓缩。 污泥中所含水分可分为以下几种： 颗粒间空隙水（约70%） 颗粒间毛细管内的水（约20%） 污泥颗粒吸附水和颗粒内部水（约10%） 筑龙给排

49、水第一章 绪 论1. 研究背景2. ASBR反应器的工艺特性和特点3. 反应器的设计4. 研究内容 筑龙给排水第一章 绪 论1. 研究背景2. ASBR反应器的工艺特性和特点3. 反应器的设计4. 研究内容 浓缩法 自然干化法 机械脱水法 干燥与焚烧法降低污泥含水率的方法：筑龙给排水第一章 绪 论1. 研究背景2. ASBR反应器的工艺特性和特点3. 反应器的设计4. 研究内容1、重力浓缩 重力浓缩是污泥浓缩处理中使用最广泛和最简便的一种浓缩方法。优点：运行费用低缺点：浓缩池体积大，浓缩时间长可能引起污泥腐 化；上清液BOD浓度较高，若回流到污水处理系统中，将增加其BOD负荷筑龙给排水第一章 绪 论1. 研究背景2. ASBR反应器的工艺特性和特点3. 反应器的设计4. 研究内容 重力浓缩法的分类: 重力浓缩法按照运行方式可分为连续式和间歇式两种。前者常采用沉淀池的形式，一般为竖流式（或辐流式），多用于大、中型污水处理厂；后者可建