厌氧生物处理

第15章废水的厌氧处理TheAnaerobicProcesses1主要内容第一节：厌氧生物处理的基本原理第二节污水的厌氧生物处理方法第三节厌氧法的影响因素第四节厌氧生物处理法的设计2第一节：厌氧生物处理的基本原理废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化(anaerobicdigestion)。与好氧过程的根本区别：不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。3厌氧过程可分为四阶段：生化阶段ⅠⅡⅢ物态变化液化（水解）酸化（1）酸化（2）气化生化过程大分子不溶态有机物转化为小分子溶解态有机物小分子溶解态有机物转化为（H2+CO2）及A、B两类产物B类产物转化为（H2+CO2）及乙酸等CH4、CO2等菌群发酵细菌产氢产乙酸细菌甲烷细菌发酵工艺甲烷发酵酸发酵——4液化阶段显著特征是液态污泥的pH值迅速下降，不到10d，降到最低值；产物中有机酸是主体，在一个月左右，达到最高值。气化阶段产生消化气，主体是CH4，因此气化阶段常称甲烷化阶段，CO2也相当多，还有微量H2S。5在工程技术上，研究甲烷细菌的通性是重要的，这将有助于打破厌氧生物处理过程分阶段的现象，从而最大限度地缩短处理过程的历时。影响甲烷细菌生长重要环境因素：pH值和温度。PH值应在6．8—7．2，最适温度在35℃一38℃和52℃一55℃各有一个。产乙酸细菌和产甲烷细菌之间严格的共生关系：甲烷细菌是专性厌氧的与产酸菌相比．甲烷茵对温度、pH值、有毒物质等更为敏感。因此有人提出，考虑到这种共生关系，反应器中的剪切力要注意控制，不能在系统内进行连续的剧烈搅拌甲烷菌6第二节污水的厌氧生物处理方法化粪池厌氧生物滤池厌氧接触法上流式厌氧污泥床反应器分段厌氧处理法7化粪池是最早的厌氧生物处理构筑物8厌氧滤池（anaerobicfilter又称厌氧固定膜反应器，是60年代末开发的新型高效厌氧处理装置。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的表面生长，当废水通过填料层时，在填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。厌氧生物滤池进水可采用升流式，也可以采用降流式9厌氧生物滤池厌氧生物滤池的特点：缺点：厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均匀的，在池进水部位高。当废水中有机物浓度高时，特别是进水悬浮固体浓度和颗粒较大时，进水部位容易发生堵塞现象。改进：出水回流；部分充填载体；采用软性填料。优点：10滤池池中中的的微微生生物物量量较较高高，，可可承承受受的的有有机机容容积积负负荷荷高高，，COD容积积负负荷荷为为2-16kgCOD/(m3·d)，且耐耐冲冲击击负负荷荷能能力力强强；；废水水与与生生物物膜膜两两相相接接触触面面大大，，强强化化了了传传质质过过程程，，因因而而有有机机物物去去除除速速度度快快；；微生生物物固固着着生生长长为为主主，，不不易易流流失失，，因因此此不不需需污污泥泥回回流流和和搅搅拌拌设设备备；；启动动或或停停止止运运行行后后再再启启动动比比前前述述厌厌氧氧工工艺艺法法时时间间短短。。厌氧生生物滤滤池优点11厌氧接接触法法在混合合接触池池（消消化池池）后设沉淀池池，将沉沉淀污污泥回回流至至消化化池，，形成成了厌氧接接触法法（anaerobiccontactprocess)。厌氧接接触法法工艺艺特点12特点通过污污泥回回流，，保持持消化化池内内污泥泥浓度度较高高，一一般为为10-15g/L，耐冲击击能力力强；；消化池池的容容积负负荷较较普通通消化化池高高，水力停停留时时间比比普通通消化化池大大大缩缩短，，如常温温下，，普通通消化化池为为15-30天天，而而接触触法小小于10天天；可以直直接处处理悬悬浮固固体含含量较较高或或颗粒粒较大大的料料液，，不存存在堵堵塞问问题；；混合液液经沉沉降后后，出出水水水质好好，需增加加沉淀淀池、、污泥泥回流流和脱脱气等等设备备厌氧接接触法法存在在混合合液难难于在在沉淀淀池中中进行行固液液分离离的缺缺点。厌氧接接触法法13上流式式厌氧氧污泥泥床反反应器器由反应区区、沉淀区区和气室三部分分组成成。上流式式厌氧氧污泥泥床的的池形形有圆圆形、、方形形、矩矩形。。小型型装置置常为为圆柱柱形，，底部部呈锥锥形或或圆弧弧形。。大型装装置为为便于于设置置气、、液、、固三三相分分离器器，则则一般般为矩矩形，，高度度一般般为3-8m，其中污污泥床床1-2m，污泥悬悬浮层层2-4m，多用钢钢结构构或钢钢筋混混凝土土结构构，（UASBupflowanaerobicsludgeblanketreactor)14

UASB布置结果示意图布水区反应区三相分离区超高1516需要全全图cad图纸1718特点反应器器内污污泥浓浓度高高，一般平平均污污泥浓浓度为为30-40g/L，污泥床床中的的污泥泥由活活性生生物量量占70-80％的的高度度发展展的颗粒污污泥。有机负负荷高高，水力停停留时时间短短。中温消消化，，COD容积负负荷一一般为为10-20kgCOD/（m3·d））；反应器器内设设三相相分离离器，，被沉淀淀区分分离的的污泥泥能自自动回回流到到反应应区，，一般般无污污泥回回流设设备；；无混合合搅拌拌设备备。投产运运行正正常后后，利利用本本身产产生的的沼气气和进进水来来搅动动污泥床床内不不填载载体，节省造造价及及避免免堵塞塞问题题。反应器器内有有短流流现象象，影响处处理能能力。。运行启启动时时间长长，对水质质和负负荷突突然变变化比比较敏敏感。。上流式式厌氧氧污泥泥床反反应器器19将水解酸酸化过过程和和甲烷烷化过过程分分开在在两个个反应应器内内进行行。第一段段：完完成水水解和和液化化固态态有机机物为为有机机酸；；缓冲冲和稀稀释负负荷冲冲击与与有害害物质质，并并截留留难降降解的的固态态物质质。反应器器可采采用简简易非非密闭闭装置置、在在常温温、较较宽pH值范围围条件件下运运行。。第二段段：保保持严严格的的厌氧氧条件件和pH值，以以利于于甲烷烷菌的的生长长；降降解、、稳定定有机机物，，产生生含甲甲烷较较多的的消化化气。。第二步步反应应器则则要求求严格格密封封、严严格控控制温温度和和pH值范围围。分段厌厌氧处处理法法20接触消消化池池-上上流式式污泥泥床两两步消消化工工艺热交换换器被废水水加热热到需需要的的温度度水解产产酸反反应，，控制制条件件之产产生脂脂肪酸酸，尽尽量不不产生生沼气气沉降分分离，，去除除不溶溶性有有机物物产甲烷烷阶段段，使使第一一步反反应产产生的的有机机酸生生成甲甲烷和和二氧氧化碳碳等最最终产产物21纤维填填料厌厌氧滤滤池和和上流流式厌厌氧污污泥床床复合合法工工艺22两步厌厌氧法法具有有如下下特点点:（a）耐冲击击负荷荷能力力强，，运行行稳定定，避避免了了一步步法不不耐高高有机机酸浓浓度的的缺陷陷；（b）两阶段段反应应不在在同一一反应应器中中进行行，互互相影影响小小，可可更好好地控控制工工艺条条件；；（c）消化效效率高高，尤尤其适适于处处理含含悬浮浮固体体多、、难消消化降降解的的高浓浓度有有机废废水。。（d）但两步步法设设备较较多，，流程程和操操作复复杂。。23其它厌厌氧处处理法法厌氧生生物转转盘：：构造与与好氧氧生物物转盘盘相似似，不同之之处在在于盘盘片大大部分分(70％以以上)或全全部部浸没没在废废水中中，整整个生生物转转盘设设在一一个密密闭的的容器器内。。厌氧挡挡板反反应器器：从研究究厌氧氧生物物转盘盘发展展而来来的，，生物物转盘盘不转转动即即变成成厌氧氧挡板板反应应器。。同时，，厌氧氧挡板板反应应器实实质上上是一一系列列升流流式厌厌氧污污泥床床，但但不设设三相相分离离器。24厌氧生生物转转盘示示意图图特点：：微生物物浓度度高勿需处处理水水回流流生物膜膜经常常保持持较高高的活活性耐冲击击负荷荷，处处理过过程稳稳定性性强可采用用多级级串连连，各各级微微生物物处于于最佳佳生存存条件件运行管管理方方便盘片成成本较较高25厌氧挡挡板反反应器器示意意图特点：：反应器器启动动期短短。实实验表表明接接种一一个月月，就就有颗颗粒污污泥形形成，，两个个月可可稳定定运行行。避免厌厌氧滤滤池等等堵塞塞问题题避免UASB因污泥泥膨胀胀而发发生污污泥流流失问问题不需要要搅拌拌不需要要载体体26第三节节厌厌氧法法的影影响因因素温度条条件pH值氧化还还原电电位有机负负荷厌氧活活性污污泥搅拌和和混合合废水的的营养养比有毒物物质27温度对对厌氧氧消化化过程程的影影响28pH值产酸细细菌对对酸碱碱度不不及甲甲烷细细菌敏敏感，，其适适宜的的pH值范围围较广广，在在4.5-8.0之之间。。产甲烷烷菌要要求环环境介介质pH值在中中性附附近，，最适适宜pH值为7.0-7.2，pH6.6-7.4较为适适宜。。在厌氧氧法处处理废废水的的应用用中，，由于于产酸酸和产产甲烷烷大多多在同同一构构筑物物内进进行，，故为为了维维持平平衡，，避免免过多多的酸酸积累累，常常保持持反应应器内内的pH值在6.5-7.5(最最好在在6.8-7.2)的范范围内内。29氧化还原电电位（ORP）厌氧环境主主要以体系系中的氧化化还原电位位反映。高温厌氧消消化系统：：适宜氧化还还原电位为为-500～-600mV；中温厌氧消消化系统及及浮动温度度厌氧消化化系统：氧化还原电电位应低于于-300～-380mV。产酸细菌：：对氧化还原原电位的要要求不甚严严格，甚至至可在+100～-100mV的兼性条件件下生长繁繁殖；甲烷细菌：：最适宜的氧氧化还原电电位为-350mV或更低。就大多数生生活污水的的污泥及性性质相近的的高浓度有有机废水而而言，只要要严密隔断断于空气的的接触，即即可保证必必要的值。。30有机负荷在厌氧法中中，有机负负荷通常指指容积有机机负荷，简简称容积负荷，即消化器器单位有效效容积每天天接受的有有机物量（kgCOD/m3·d)。对悬浮生长长工艺，也也有用污泥负荷表达的，即即kgCOD/(kg污泥·d)。在污泥消化化中，有机机负荷习惯惯上以投配率或进料率表达，即每每天所投加加的湿污泥泥体积占消消化器有效效容积的百百分数。在通常的情情况下：厌氧消化化工艺处理理高浓度工业废水的的有机负荷荷：中温为2-3kgCOD/(m3·d)，在高温下为为4-6kgCOD/(m3·d)。上流式厌氧氧污泥床反反应器、厌厌氧滤池、、厌氧流化床等新型型厌氧工艺艺的有机负负荷在中温下为为5-15kgCOD/(m3·d)，可高达30kgCOD/(m3·d)。31各种反应器器要求的污污泥浓度不不尽相同，，一般介于于10～30gVSS/L之间。为了保持反反应器的生生物量不致致因流失而而减少，可可采用多种种措施：如安装三相相分离器、、设置挂膜膜介质、降降低水流速速度和回流流污泥量等等。污泥浓度32搅拌和混合合通过搅拌：：消除池内梯梯度，增加加食料与微微生物之间间的接触避免产生分分层，促进进沼气分离离。进料迅速与与池中原有有料液相混混匀。搅拌程度与与强度要适适当。搅拌的方法法：机械搅拌器器搅拌法消化液循环环搅拌法沼气循环搅搅拌法等沼气循环搅搅拌，还有有利于使沼沼气中的CO2作为产甲烷烷的底物被被细菌利用用，提高甲甲烷的产量量33废水的营养养比厌氧法中碳碳:氮:磷磷控制为200-300:5:1为宜宜。在碳、氮、、磷比例中中，碳氮比比例对厌氧氧消化的影影响更为重重要。研究究表明，合合适的C/N为10-18:1。。12．4．．8有毒物物质有毒物质有毒物质的的最高容许许浓度与处处理系统的的运行方式式、污泥驯驯化程度、、废水特性性、操作控控制条件等等因素有关关。34第四节厌厌氧生物处处理法的设设计厌氧生物处处理法的设设计包括：：流程和设备备的选择反应器和构构筑物的构构造和容积积的确定需热量的计计算和搅拌拌设备的设设计等35厌氧法特点点：优点：（1）应用用范围广好氧法一般般只适用于于中、低浓浓度有机废废水的处理理，而厌氧氧法既适用用于高浓度度有机废水水，又适用用于中、低低浓度有机机废水。有些有机物物对好氧生生物处理法法来说是难难降解的，，但对厌氧氧生物处理理是可降解解的，如固体有机机物、着色色剂蒽醌和和某些偶氮氮染料等。。（2）能能耗低好氧法需需要消耗耗大量能能量供氧氧，曝气气费用随随着有机机物浓度度的增加加而增大大，而厌厌氧法不不需要充充氧，而而且产生生的沼气气可作为为能源36厌氧法特特点：（3）负负荷高通常好氧氧法的有有机容积积负荷为为2-4kgBOD/(m3·d)，，而厌氧法法为2-lOkgCOD/(m3·d)，，高的可可达50kgCOD/(m3·d)。（4））剩余污污泥量量少，，且其其浓缩缩性、、脱水水性良良好好氧法法每去去除lkgCOD将产生生0.4-O.6kg生物量量，而而厌氧氧出去去除lkgCOD只产生生0.02-0.lkg生物量量，其其剩余余污泥泥量只只有好好氧法法的5％-20％。。同时，，消化化污泥泥在卫卫生学学上和和化学学上都都是稳稳定的的。因因此，，剩余余污泥泥处理理和处处置简简单、、运行行费用用低，，甚至至可作作为肥肥料、、饲料料或饵饵料利利用。（5））氮、、磷营营养需需要量量较少少好氧法法一般般要求求BOD:N:P为l00:5:1，而厌氧氧法的的BOD:N:P为l00:2.5:0.5，37厌氧法法特点点：（6））有杀杀菌作作用厌氧处处理过过程有有一定定的杀杀菌作作用，，可以以杀死死废水水和污污泥中中的寄寄生虫虫卵、、病毒毒等。。（7））污泥泥易贮贮存厌氧活活性污污泥可可以长长期贮贮存，，厌氧氧反应应器可可以季季节性性或间间歇性性运转转。缺点：：厌氧设设备启启动和和处理理所需需时间间比好好氧设设备长长；出水往往往达达不到到排放放标准准，需需要进进一步步处理理，厌氧处处理系系统操操作控控制因因素较较为复复杂。。厌氧过过程会会产生生气味味对空空气有有污染染38一、流流程和和设备备的选选择包括：：工艺艺和设设备的的选择择；消消化温温度等等。几种厌厌氧处处理法法的比比较：：39二、厌厌氧反反应器器的设设计反应器器的设设计可可以在在模型型试验验的基基础上上，按按照所所得的的参数数值进进行计计算，，也可可以按按照类类似废废水的的经验验值：：反应器器容积积：对于传传统消消化法法：消消化时时间1－5d，负荷：：1－－3kg(COD)/m3.d，，BOD5去除率率50％－－90％。。厌氧生生物滤滤池或或厌氧氧接触触法，，消化化时间间0.5-3d，负荷：：3－－10kg(COD)/m3.d。。上流式式厌氧氧污泥泥床可可采用用更高高负荷荷。消化气气的产产气量量一般般按0.4－0.5Nm3/kg(COD)采用中中温消消化，40消化池池所需需热量量包括括：将将废水水提高高到池池温所所需热热量和和补偿偿池体体所散散失的的热量量。三、消消化池池热量量的计计算对于一一般钢钢筋混混凝土土池子子，外外面加加设绝绝缘层层，f(值约为为20－25KJ／／h．m2·℃)。池体散散失热热量：：41第四节节厌氧和和好氧氧技术术的联联合运运用简简介高浓度度有机机废水水用一一种方方法很很难处处理到到要求求的水水平。。所以以需要要用厌厌氧和和好氧氧处理理方法法联合合应用用才能能达到到好的的效果果。某制制药药厂厂废废水水的的处处理理工工艺艺：：42废水水初次次沉淀淀池池换热热器器上流流式厌厌氧污污泥床床生物物接接触触氧氧化化池池二次次沉淀淀池池出水水污泥泥回回流流沼气气净净化化沼气气利用用沉渣渣利利用用某制制药药厂厂废废水水处处理理工工艺艺流流程程43采用用厌厌氧氧与与好好氧氧工工艺艺相相结结合合的的工工艺艺，，还还可可以以达达到到生生物物脱脱氮氮、、脱脱磷磷的的目目的的首先先，，由由亚亚硝硝酸酸菌菌将将氨氨态态氮氮转转化化为为亚亚硝硝酸酸盐盐：：NH4＋＋O2＋HCO3-NO2-＋H2CO3＋H2O＋＋亚硝硝酸酸菌菌再由由硝硝酸酸菌菌将将亚亚硝硝酸酸盐盐转转化化为为硝硝酸酸盐盐：：NO2-＋NH4+＋H2CO3＋HCO3-＋O2NO3-＋H2O＋＋硝酸酸菌菌44反硝硝化化即即脱脱氮氮，，是是在在缺缺氧氧条条件件下下，，通通过过脱脱氮氮菌菌的的作作用用，，将将亚硝硝酸酸盐盐和和硝硝酸酸盐盐还还原原成成氮氮气气，该该反反应应过过程程中中，，反反硝硝化化菌菌需需要要有有机机碳碳源源（（如如甲甲醇醇））作作电电子子供供体体，，利利用用NO3-中的的氧氧进进行行缺缺氧氧呼呼吸吸，，反反应应过过程程可可表表示示如如下下：：NO3-＋CH3OH＋＋H2CO3N2＋H2O＋＋HCO3-＋微生生物物细细胞胞NO2-＋CH3OH＋＋H2CO3N2＋H2O＋＋HCO3-＋微生生物物细细胞胞45亚硝硝酸酸菌菌和和硝硝酸酸菌菌都都是是化化能能自自养养菌菌。。硝硝化化反反应应需需在在好好氧氧条条件件下下进进行行并并以以氧氧作作为为电电子子受受体体。。反