厌氧生物处置市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、1/10/10厌氧生物处理第1页主要内容一、概述/厌氧生物处理法基本原理二、厌氧生物处理分类（6种经典工艺形式,UASB为主）三、厌氧微生物培养和驯化四、厌氧生物处理运行管理 (UASB法）第2页3/10/10一、厌氧生物处理法基本原理1、厌氧微生物处理净化机理废水厌氧处理是指在无分子氧条件下，经过厌氧微生物（包含兼氧微生物）作用，将废水中各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质过程，也称厌氧消化。与好氧过程根本区分在于不以分子态氧作为受氢体。第3页4/10/10废水厌氧生物处理过程是一个复杂微生物化学过程，它是依靠三大主要类群细菌：水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和甲烷细菌三种细菌联合作用完

2、成。三个过程以下：2、厌氧生物处理法基本过程第4页5/10/10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。产氢产乙酸阶段 -对第一阶段产物转化为乙酸和氢，不溶解有机物变溶解性有机物。产甲烷阶段 -将乙酸、乙酸盐、二氧化碳和氢，转化为甲烷。 第5页6/10/10第6页7/10/103、厌氧微生物处理影响原因温度低温区（1030）、中温区（3035 ） 高温区（5060 ）在056甲烷细菌对温度并没有特定温度限制，但经过在一定温度范围内驯化后产甲烷菌对温度改变敏感，尤其是高温菌。pH 6.87.2（6.57.5） (甲烷细菌6.87.2 ，产酸细菌4.58 ）挥发酸200800m

3、g/L，超出mg/L严重酸化有毒物质重金属和一些阳离子营养物质配比碳：氮：磷=200300： 5：1搅拌使温度、底物和甲烷菌分布均匀，防止消化池表面结壳， 加速消化气释放。第7页8/10/104、厌氧生物处理特点应用范围广各种浓度有机废水及一些难降解有机物能耗低不需充氧，沼气可作为能源负荷高有机负荷210kgBOD/（m3d)剩下污泥少氮磷营养需要量较少有杀菌效果 第8页9/10/10二、厌氧生物处理分类（几个经典工艺形式）厌氧接触法厌氧生物滤池UASB法厌氧流化床两相厌氧法水解酸化法 第9页10/10/10工艺1：厌氧接触法工艺流程见图64： 脱 气脱气第10页11/10/10工艺特点： 允

4、许废水中含有较多悬浮固体， 泥水接触充分 消化池内污泥浓度高，运行稳定操作简单 气泡粘附在污泥上，影响污泥沉降 中温时，有机负荷 25kgCOD/(m3d), 属于中低负荷第11页/10/10工艺2：厌氧生物滤池厌氧生物滤池类似于好氧生物滤池，池内放置填料，但池顶密封第12页13/10/10第13页14/10/10厌氧滤池又称厌氧固定膜反应器，是60年代末开发新型高效厌氧处理装置，其工艺如图15-19所表示。滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。厌氧微生物附着于填料表面生长，当废水经过填料层时，在填料表面厌氧生物膜作用下，废水中有机物被降解；并产生沼气，沼气从池顶部排出。滤池中生物膜不停

5、地进行新陈代谢，脱落生物膜随出水流出池外。废水从池底进入，从池上部排出，称升流式厌氧滤池；废水从池上部进入，以降流形式流过填料层，从池底部排出，称降流式厌氧滤池。进水系统需考虑易于维修而又使布水均匀，并有一定水力冲刷强度。对直径较小厌氧滤池惯用短管布水，对直径较大厌氧滤池多用可拆卸多孔管布水，见示意图15-20。第14页厌氧生物滤池特点因为填料为微生物附着生长提供广较大表面积，滤池中微生物量较高，生物膜停留时间长，平均停留时间长达100天左右，因而可承受有机容积负荷高，COD容积负荷为216kgCOD/m3d，且耐冲击负荷能力强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微生

6、物固着生长为主，不易流失，所以不需污泥回流和搅拌设备开启或停顿运行后再开启比前述厌氧工艺法时间短。缺点：处理含悬浮物浓度高有机废水，易发生堵塞，尤以进水部位更严重。滤池清洗也还没有简单有效方法。15/10/10第15页16/10/10工艺3：UASB法 上流式厌氧污泥床反应器，简称UASB反应器，它是国内外发展最快一个厌氧处理技术。 由荷兰传入，80年代起国内大量应用 第16页17/10/10UASB反应器结构如图66第17页 UASB布置结果示意图布水区反应区三相分离区超高第18页升流式厌氧污泥床在结构第19页20/10/101、UASB工艺特点：反应器内颗粒污泥形成，使反应器内污泥浓度大幅

7、度提升，水力停留时间大大缩短，加上UASB内设三相分离器而省去了沉淀池，又不需要搅拌设备和填料，从而使结构简单。与厌氧接触法比，有以下优点：运行费用低、投资省、效果好、耐冲击负荷、适应pH和温度改变、结构简单及便于操作等适合用于几乎全部有机污水第20页2、UASB结构组成污泥床反应器内没有载体，是一个悬浮生长型消化器，其结构如图6-9所表示。由反应区、沉淀区和气室三部分组成。反应区由污泥层和悬浮层组成。在反应器底部是浓度较高污泥层，在污泥床上都是浓度较低悬浮污泥层，通常把污泥层和悬浮层统称为反应区21/10/10第21页22/10/10在反应区上部设有气、液、固三相分离器废水从污泥床底部进入，

8、与污泥床中污泥进行混合接触，微生物分解废水中有机物产生沼气，微小沼气泡在上升过程中，不停合并逐步形成较大气泡。因为气泡上升产生较强烈搅动，在污泥床上部形成悬浮污泥层。气、水、泥混合液上升至三相分离器内，沼气气泡碰到分离器下部反射板时，折向气室而被有效地分离排出；污泥和水则经孔道进入三相分离器沉淀区，在重力作用下，水和泥分离，上清液从沉淀区上部排出，沉淀区下部污泥沿着斜壁返回到反应区内。在一定水力负荷下，绝大部分污泥颗粒能保留在反应区内，使反应区含有足够污泥量。反应区中污泥层高度约为反应区总高度1/3，但其污泥量约占全部污泥量2/3以上。因为污泥层中污泥量比悬浮层大，底物浓度高，酶活性也高，有机

9、物代谢速度较快，所以，大部分有机物在污泥层被去除。研究结果表明，废水经过污泥层已经有80以上有机物被转化，余下再经过污泥悬浮层处理，有机物总去除率达90以上。即使悬浮层去除有机物量不大，不过其高度对混合程度、产气量和过程稳定性至关主要。所以，应确保适当悬浮层乃至反应区高度。第22页3.UASB结构形式上流式厌氧污泥床池形有圆形、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。则普通为矩形，高度普通为38m，其中污泥床12m，污泥悬浮层24m，多用钢结构或钢筋混凝土结构，三相分离器可由多个单元组合而成。当废水流量较小，浓度较高时，需要沉淀区面积小，沉淀

10、区面积和池形可与反应区相同，当废水流量较大，浓度较低时，需要沉淀面积大，为使反应区过流面积不致太大，可采取沉淀区面积大于反应区，即反应器上都面积大于下部面积池形。23/10/10第23页4、三相分离器24/10/10第24页设置气、液、固三相分离器是上流式厌氧污泥床主要结构特征，它对污泥床正常运行和取得良好出水水质起十分主要作用。上流式厌氧污泥床三相分离器结构有各种型式，到当前为止，大型生产上采取三相分离器多为专利。图15-17是几个三相分离器示意图，图中（c）、（d）分别为德国专利结构，其特点是使混合液上升和污泥回流严格分开, 有利于污泥絮凝沉淀和污泥回流，图中c设有浮泥挡板，使浮渣不能进入

11、沉淀区。25/10/10第25页普通来说，三相分离器应满足以下条件（1）沉淀区斜壁角度50度，使沉淀在斜底上污泥不积聚，尽快滑回反应区内（2）沉淀区表面负荷应在0.7m3/m2h以下，混合液进入沉淀区前，经过入流孔道（缝隙）流速小于2m/h；（3）应预防气泡进入沉淀区影响沉淀; （4）应预防气室产生大量泡沫；并控制好气室高度，预防浮渣堵塞出气管，确保气室出气管通畅无阻。从实践来看，气室水面上总是有一层浮渣，其厚度与水质相关。所以，在设计气室高度时，应考虑浮渣层高度。另外还需考虑浮渣排放。26/10/10第26页5.布水系统27/10/10第27页28/10/10上流式厌氧污泥床混合是靠上流水流

12、和消化过程中产生沼气泡来完成。普通采取多点进水，使进水较均匀地分布在污泥床断面上。常采取穿孔管布水和脉冲进水。图15-18是德国专利所介绍进水系统平面分布及配水设备示意图。在反应器底平面上均匀设置许多布水管（管口高度不一样），从水泵来水经过配水设备流进布水管，从管口流出。配水设备是由一根可旋转配水管与配水槽组成，配水槽为一圆环形，配水槽分隔为若干单元，每个与一经过反应器布水管相连。从水泵来水管与可旋转配水管相连接。工作时配水管旋转，在一定时间间隔内，污水流进配水槽一个单元，由此流进一根布水管进入反应器。这种有水对反应器来说是连续进水，而对每个布水点而言，则是间隙进水，布水管瞬间流量与整个反应器

13、流量相等。第28页6.材料与防腐腐蚀起源：酸碱腐蚀、电化学腐蚀、二氧化碳对混凝土腐蚀气液分离区防腐和液下区域7.排泥设备：控制污泥龄8.加热设备：间接加热和直接加热（分罐外和罐内两种）9.沼气利用：搜集、处理、储存、输配、燃烧利用29/10/10第29页工艺4：厌氧流化床厌氧流化床工艺是借鉴流态化技术一个生物反应装置，它以小粒径载体为流化粒料，废水作为流化介质，当废水以升流式经过床体时，与床中附着于载体上厌氧微生物膜不停接触反应，到达厌氧生物降解目标，产生沼气，于床顶部排出。厌氧流化床工艺流程如图15-22所表示。30/10/10第30页31/10/10厌氧流化床工艺特点：载体颗粒细，比表面积

14、大，可高达3000m2/m3左右，使床内含有很高微生物浓度，所以有机物容积负荷大，普通为1040kgCOD/m3d，水力停留时间短，含有较强耐冲击负荷能力，运行稳定载体处于流化状态，无床层堵塞现象，对高、中、低浓度废水均表现出很好效能载体流化时，废水与微生物之间接触面大，同时二者相对运动速度快，强化了传质过程，从而含有较高有机物净化速度第31页32/10/10床内生物膜停留时间较长，剩下污泥量少结构紧凑、占地少以及基建投资省等。但载体流化耗能较大，且对系统管理技术要求较高为了降低动力消耗和预防床层堵塞，可采取：（1）间歇性流化床工艺，即以固定床与流化床间歇性交替操作。固定床操作时，不需回流，在

15、一定时间间歇后，又开启回流泵，回流化床运行；（2）尽可能取质轻、粒细载体，如粒径2030m、相对密度1.051.2g/cm3载体，保持低回流量，甚至免去回流就可实现床层流态化。第32页工艺5：两相厌氧法 两相厌氧消化法是一个由上述厌氧反应器组合工艺系统。厌氧消化反应分别在两个独立反应器中进行，每一反应器完成一个阶段反应，比如一为产酸阶段，另一为产甲烷阶段；故又称两段厌氧消化法。 按照所处理废水本质情况，两步能够采取同类型或不一样类型消化反应器。如对悬浮固体含量多高浓度有机废水，第一步反应器可选不易堵塞、效率稍低反应装置，经水解产酸阶段后上清液中悬浮固体浓度降低，第二步反应器可采取新型高效消化器

16、，流程见图15-25。33/10/10第33页34/10/10依据不产甲烷菌与产甲烷菌代谢特征及适应环境条件不一样，第一步反应器可采取简易非密闭装置、在常温、较宽pH值范围条件下运行；第二步反应器则要求严格密封、严格控制温度和pH值范围。第34页两步厌氧法含有以下特点耐冲击负荷能力强，运行稳定，防止了一步法不耐高有机酸浓度缺点；两阶段反应不在同一反应器中进行，相互影响小，可更加好地控制工艺条件；消化效率高，尤其适于处理含悬浮固体多、难消化降解高浓度有机废水。但两步法设备较多，流程和操作复杂35/10/10第35页36/10/10工艺6：水解（酸化）法工艺原理与特征:原理：是指有机物（底物）在进

17、入微生物细胞前，在胞外进行生物化学反应。特征：1、微生物经过释放胞外自由酶或连接在细胞外壁上 固定酶来完成生物催化反应。 2、生物催化反应主要表现为大分子物质断链和水溶。第36页37/10/10酸化其原理与特征：基本特征是微生物代谢产物主要为各种有机酸（如乙酸、丙酸、丁酸）。水解和酸化无法截然分开，这是因为水解菌实际上是一个有水解能力发酵细菌。假如废水中同时存在不溶性和溶解性有机物时，水解和酸化更时不可分割地同时进行。在实际工程中，应使酸化过程控制在最小范围，因为酸化使混合液pH下降太多时，不利于水解进行。第37页38/10/10影响水解（酸化）过程主要原因pH：最正确5.56.5水温：102

18、0 反应速度影响不大底物种类和形态有很大影响：多糖蛋白质脂肪 ；对同类有机物，分子量愈大水解愈困难；颗粒有机物，粒径愈大，水解速度愈小；溶解性有机物愈多，水解愈快。污泥生物固体停留时间：适当。因污泥需更新。水力停留时间：停留时间愈长，水解愈彻底。 第38页39/10/10三、厌氧微生物培养和驯化1、培菌前准备工作厌氧消化系统开启，就是完成厌氧活性污泥培养或甲烷菌培养。当厌氧池经过满水试验和气密性试验后，便可开始甲烷菌培养。人员准备工艺、化验、设备、自控、仪表等相关专业技术人员各1人；接收过培训各岗位人员到位。 第39页40/10/10设备准备和其它准备工作搜集工艺设计图及设计说明、自控、仪表和

19、设备说明书等相关资料；检验化验室仪器、器皿、药品等是否齐全，方便开展水质分析；检验各构筑物及其从属设施尺寸、标高是否与设计相符，管道和构筑物中有没有堵塞物；检验总供电及各设备供电是否正常；检验设备能否正常开机，各种闸阀能否正常开启和关闭；检验仪表及控制系统是否正常；检验维修、维护工具是否齐全，惯用易损件有没有备件；准备适当絮凝剂。第40页41/10/102、培菌方法污泥厌氧消化中，甲烷菌培养和驯化方法有两种：接种培养法逐步培养法第41页42/10/10接种培养法（适合用于小型消化池） 接种污泥取自：已运行污水处理厂消化污泥 废坑塘中腐化有机底泥 人粪、牛粪、猪粪、酒糟或初沉污泥 大型污水处理厂

20、需接种量太大，可分组分别开启 第42页43/10/10接种步骤：(5个方面） 投入1030%厌氧菌种污泥（含 固35%）； 加入新鲜污泥至液面，然后通入蒸汽加热，升温速度1 /h（对大型消化池不可能，因锅炉供给不上），直到消化温度；如污泥呈酸性，加石灰调整pH至6.57.5；维持消化温度，稳定35d即可；配以新鲜污泥，转入正式运行。第43页44/10/10逐步培养法（指向消化池内逐步投入生污泥，使生污泥自行逐步转化为厌氧活性污泥过程） 普通需610个月，假如在池内污泥抵达一定数后，通蒸汽加温，控制升温速度1 /h，当池内温度升到预定温度时，可降低蒸汽量，保持温度不变，并逐日投加一定数量新鲜污泥

21、，直到设计液面时停顿加泥，整个成熟过程一直维持恒温，成熟时间约需3040d。污泥成熟后，即可投配新鲜污泥并转入正式运行。 第44页45/10/103、培菌注意事项加紧培养开启过程厌氧消化污泥加温控制污泥投加量早期3050%，60天后可逐步增加，若消化不了应降低。无需加入营养物沼气安全问题投泥前用氮气（不活泼气体）将输气管路系统中空气置换出去。第45页46/10/104、驯化 经过驯化使厌氧菌成为优势菌群。详细做法：提升高效厌氧污泥接种量；逐步提升负荷，降低污泥流失促进污泥快速增殖，使污泥适应废水水质。第46页47/10/10四、厌氧生物处理运行管理(UASB5个部分）UASB反应器运行三个主要

22、前提反应器内形成沉降性能良好颗粒污泥或絮状污泥由产气和进水均匀分布所形成良好自然搅拌作用设计合理三相分离器，这使沉淀性能良好污泥能保留在反应器内第47页48/10/101、水质分析项目与运行指标水质分析项目反应处理效果项目：进出水COD、VFA、进出水SS、进出水有毒物质（对应工业废水）反应污泥情况项目：污泥沉降比（SV%）、MLSS、MLVSS、SVI等；碱度ALK；挥发酸VFA，沼气产量；反应污泥营养和环境条件项目：氮磷、pH、水温等。第48页49/10/10测定频次进出水总COD、进出水SS 天天一次氮、磷、MLSS、SVI 定时测定统计进水量、剩下污泥量第49页50/10/10运行控制

23、指标（表6-5）项目允许范围最正确范围pH6.47.86.57.5氧化还原电位ORP/mV490 550520530挥发性VFA（以乙酸计）/mg/L）50250050500碱度ALK（CaCO3计）/ mg/L）1000500015003000VFA/ALK0.10.50.10.3沼气中甲烷（CH4）体积含量55%60%沼气中CO2体积含量40%35%第50页51/10/102、UASB反应器开启（经验+理论）颗粒污泥化过程和优点 颗粒污泥有极好沉降性能，它能在很高产气量和高上流速度下保留在反应器内。所以使UASB反应器有更高有机负荷和水力负荷。普通絮状污泥UASB反应器负荷在10KgCOD

24、/（m3d)，而颗粒污泥使UASB反应器负荷在3050 10KgCOD/（m3d)。第51页52/10/10UASB反应器首次开启 首次开启通常指对一个新建UASB系统以未经驯化非颗粒污泥（比如污水厂污泥消化池消化污泥）接种，使反应器抵达设计负荷和有机物去除率过程，通常这一过程伴伴随颗粒化完成，所以也称之为污泥颗粒化。第52页53/10/10UASB反应器首次开启若干认识洗出污泥不再返回当进液COD浓度大于5000mg/L时采取出水循环或稀释进液逐步增加有机负荷，有机负荷增加应该在可降解COD能被去除80%之后再进行保持乙酸浓度一直低于1000mg/L；开启时稠型污泥接种量大约为1015KgV

25、SS/m3，小于40KgVSS/m3稀释消化污泥接种量可略为小些；低浓度废水有利于颗粒化形成，但当浓度也应该足够维持良好细菌生产条件，最小COD浓度应为1000mg/L；第53页54/10/10过量悬浮物会妨碍颗粒化形成；溶解性碳水化合物为主要底物废水VFA为主废水颗粒化过程快，当废水含有蛋白质时，应使蛋白质尽可能降解；高离子浓度（比如Ca2+、Mg2+）能引发化学沉淀（CaCO3、CaPHO4、MgNH4PO4），由此造成形成灰分含量高颗粒污泥；在中温范围，最正确温度3840，高温范围为 5060 ；在反应器内pH应一直保持在6.2以上；营养物质和微量元素应该满足微生物生长需要；毒性化合物应

26、该低于抑制浓度或给于污泥足够驯化时间。第54页55/10/10b) UASB首次开启过程UASB首次开启和颗粒化过程分为三个阶段：阶段1：即开启初始阶段负荷2KgCOD/（m3d)，污泥负荷0.5 1.5KgCOD/（KgVSSd）开始。这一阶段洗出污泥仅限于非常细小分散污泥，主要因为上升水流和少许沼气带出。阶段2：即当反应器负荷上升至25KgCOD/（m3d)，开启阶段。这阶段洗出污泥量增大，其中大多为絮状污泥。洗出原因是产气和上流速度增加引发污泥床膨胀。大量污泥洗出结果是在留下污泥中开始产生颗粒状污泥。后期因为颗粒污泥形成，洗出污泥降低。阶段3：这一阶段是指反应器负荷超出5KgCOD/（m

27、3d)以后。絮状污泥快速降低，而颗粒污泥加速形成，直到反应器内不再有絮状污泥存在。当反应器大部分被颗粒污泥充满时，其最大负荷能够超出50KgCOD/（m3d)。第55页56/10/10c) 首次开启过程一些关键点UASB反应器开启过程实质上是对菌种驯化、选择、增殖过程。所以在开启阶段应有一定目标和遵顺一些基本标准；对开启早期目标应明确。在UASB开启早期，尤其是第一阶段，不能够追求反应器处理效率、产气率改进和出水质量等。因为细菌尚处于活化、选择、驯化增殖过程中；进液浓度。COD浓度5000mg/L不需稀释；负荷增加操作方法。起步时0.5 1.5KgCOD/（m3d），当可生物降解COD去除率抵达80%后再逐步增大负荷。每次负荷增加不超出50%；开启前应了解废水特征。第56页57/10/10二次开启首次开启是指颗粒污泥以外污泥作为种泥，开启一个UASB反应器过程。需要一个较长开启时间，普通需23个月，甚至更长。二次开启是指用颗粒污泥来直接开启一个UASB反应器，此时所用颗粒污泥和其所处理废水，能够是同类和不一样类，其开启速度要比首次开启快得多，普通在一个月以内。二次开启时负荷与