水质工程学电子课件-工业废水生物处理1

水质工程学〔下〕电子教案辽宁工程技术大学建工学院市政系第14章工业废水的生物处理14.1工业废水的可生化性14.2工业废水好氧生物处理14.3工业废水厌氧生物处理重点：厌氧生物处理机理、两级厌氧生物处理与两相厌氧生物处理、升流式厌氧污泥床〔UASB法)、厌氧颗粒污泥的形成及其性质。难点：生物接触氧化法，厌氧生物处理机理、UASB法、厌氧颗粒污泥的形成及其性质。14.1工业废水的可生化性BOD5:COD:工业废水的生物处理，通常以COD为设计和运行的水质指标，可生化性指标：BOD5/COD比值，大于0.45，适于生化，0.2左右，需驯化。14.2工业废水好氧生物处理

活性污泥法和生物膜法14.3.1概述

厌氧生物处理：在无氧的条件下，利用厌氧微生物的生命活动，将各种有机物转化为甲烷、二氧化碳等的过程。

厌氧生物处理后面常常要连接好氧生物处理14.3工业废水厌氧生物处理

最早的厌氧生物处理一、厌氧生物处理的开展进入上世纪50、60年代，特别是70年代的中后期，随着世界范围的能源危机的加剧，人们对利用厌氧消化过程处理有机废水的研究得以强化，相继出现了一批被称为现代高速厌氧消化反响器的处理工艺，从此厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理，真正成为一种可以与好氧生物处理工艺相提并论的废水生物处理工艺。这些被称为现代高速厌氧消化反响器的厌氧生物处理工艺又被统一称为“第二代厌氧生物反响器〞，它们的主要特点有：①HRT大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率大大提高；②主要包括：厌氧接触法、厌氧滤池〔AF〕、上流式厌氧污泥床〔UASB〕反响器、厌氧流化床〔AFB〕、厌氧附着膜膨胀床反响器〔AAFEB〕、厌氧生物转盘〔ARBC〕和挡板式厌氧反响器等；③HRT与SRT别离，SRT相对很长，HRT那么可以较短，反响器内生物量很高。1881年由法国的LouisMouras所创造的“自动净化器〞开始的，最早用于处理城市污水处理厂的沉淀污泥，后来用于处理高浓度有机废水。普通厌氧生物处理法的主要缺点是水力停留时间长，一般需要20～30d。开展的厌氧生物处理

现代的厌氧生物处理进入20世纪90年代以后，随着以颗粒污泥为主要特点的UASB反响器的广泛应用，在其根底上又开展起来了同样以颗粒污泥为根本的颗粒污泥膨胀床〔EGSB〕反响器和厌氧内循环〔IC〕反响器。其中EGSB反响器利用外加的出水循环可以使反响器内部形成很高的上升流速，提高反响器内的基质与微生物之间的接触和反响，可以在较低温度下处理较低浓度的有机废水，如城市废水等；而IC反响器那么主要应用于处理高浓度有机废水，依靠厌氧生物过程本身所产生的大量沼气形成内部混合液的充分循环与混合，可以到达更高的有机负荷。这些反响器又被统一称为“第三代厌氧生物反响器〞。二、厌氧生物处理的特点

与废水的好氧生物处理工艺相比，废水的厌氧生物处理工艺具有以下主要优点：①适合于污泥及高浓度有机废水的处理；②能耗降低，而且还可以回收生物能〔沼气〕；因为厌氧生物处理工艺无需为微生物提供氧气，所以不需要鼓风曝气，减少了能耗，而且厌氧生物处理工艺在大量降低废水中的有机物的同时，还会产生大量的沼气。③污泥产量很低；产酸菌的产率Y为0.15~0.34kgVSS/kgCOD，产甲烷菌的产率Y为0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物的产率约为0.25~0.6kgVSS/kgCOD。④可以使生物不能降解的一些有机物进行降解或局部降解；对于某些含有难降解有机物的废水，利用厌氧工艺进行处理可以获得更好的处理效果。⑤新工艺可达高负荷。

主要优点①生化反响过程较为复杂；②处理设备启动时间长；20～30d③厌氧微生物特别是其中的产甲烷细菌对温度、pH等环境因素非常敏感；④出水水质仍通常较差，一般需要利用好氧工艺进行进一步的处理；⑤气味较大；⑥对氨氮的去除效果不好；还可能由于原废水中含有的有机氮在厌氧条件下的转化导致氨氮浓度的上升。

主要缺点

我国高浓度有机工业废水排放量巨大，这些废水浓度高、多含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物；我国当前的水体污染物还主要是有机污染物以及营养元素N、P的污染；目前的形势是：能源昂贵、土地价格剧增、剩余污泥的处理费用也越来越高。

①能将有机污染物转变成沼气并加以利用；②运行能耗低；③有机负荷高，占地面积少；④污泥产量少，剩余污泥处理费用低；等等；厌氧工艺的综合效益表现在环境、能源、生态三个方面。

厌氧生物处理技术是我国水污染控制的重要手段

厌氧工艺的突出优点是：

三、厌氧生物处理的开展趋势开发厌氧生物处理新工艺用来治理有机污水的污染，无疑是一种具有良好经济效益的方法。近年来，污水厌氧处理工艺开展十分迅速，各种新工艺、新方法不断出现，包括有厌氧接触法、升流式厌氧污泥床、档板式厌氧法、厌氧生物池、厌氧膨胀床和流化床、厌氧生物转盘等。大家都在为提高生物处理能力和稳定性的途径努力着：1.提高生物的持有量2.利用厌氧生物处理中微生物种群的特点，实现相别离。14.3.2厌氧生物处理的根本原理复杂有机物的厌氧降解

传统观念－－两阶段理论1.酸性发酵阶段——脂肪酸；2.甲烷发酵阶段——甲烷和CO2发酵：指氢供体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用。产生有复原性的有机物；CH3COCOOH→2CO2+CH3CHO2CH3COOH→2CH4+2CO2开展中观点－－三阶段理论1.水解阶段：碳水化合物〔脂肪、蛋白质〕在水解发酵菌作用下转化为糖类、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳；2.产氢产乙酸阶段：脂肪酸在产氢产乙酸菌作用下转化成H2、CO2、乙酸CH3CH2COOH→CO2+CH3COOH+H23.产甲烷阶段：最后两组生理不同的产甲烷菌，有共同的产物4H2+CO2→CH4+2H2O〔1/3〕CO2复原2CH3COOH→2CH4+2CO2〔2/3〕乙酸脱羧复杂有机物较高级有机酸H2乙酸CH44%76%24%52%28%72%生成甲烷生成乙酸与脱氢水解与发酵20%最新观点－－四阶段厌氧生物代谢过程一、早期的厌氧生物反响器①1881年法国Mouras的自动净化器：②1891英国Moncriff的装有填料的升流式反响器：③1895年，英国设计的化粪池〔SepticTank〕；④1905，德Imhoff池〔称隐化池、双层沉淀池〕特点有：①处理废水同时，也处理从废水沉淀下来的污泥；②前几种构筑物由于废水与污泥不分隔而影响出水水质；③双层沉淀池那么有了很大改进，有上层沉淀池和下层消化池；④停留时间很长，出水水质也较差⑤后两种反响器曾在英、美、德、法等国得到广泛推广，在我国目前仍有应用14.3.3厌氧生物处理设备化粪池例图二、升流式厌氧污泥床工艺在反响器的上部设置了气、固、液三相别离器；反响器底部设置了均匀布水系统反响器内的污泥能形成颗粒污泥特点：直径为0.1~0.5cm，湿比重为1.04~1.08；具有良好的沉降性和很高的产甲烷活性。〔一〕UASB工艺的工作原理升流式厌氧污泥床集生物反响与沉淀于一体的厌氧反响器，污水从下部流入，通过布水系统、厌氧颗粒污泥层、三相别离器，污水从上部溢流堰流出。〔二〕颗粒污泥形成的原理及主要工艺条件

颗粒污泥形成的原理1.三种类型的颗粒污泥：杆菌颗粒丝菌颗粒球菌颗粒2.颗粒污泥的形成原理：细菌很容易在惰性材料外表上附着并结团。污泥中存在大量的丝状菌，具有较强的附着能力。UASB反响器初次启动的操作原那么1、启动阶段的目的：污泥适应将要处理废水中的有机物污泥具有很好的沉降性2、启动时要遵守的原那么：最初污泥负荷不要太高在挥发酸未能有效分解之前，不应增加反响器负荷控制厌氧细菌的生存环境种泥量要尽量多控制一定的上升流速3.形成颗粒污泥的过程：启动与提高污泥活性阶段形成颗粒污泥阶段逐渐形成颗粒污泥层阶段1.接种污泥2.废水的性质3.反响器的工艺条件4.不同的出水乙酸浓度可以决定优势菌种

影响污泥颗粒化的因素

影响颗粒污泥直径大小的因素1.温度2.底物在传质过程中所能进入颗粒内部的深度3.有机负荷的上下4.如果低负荷突然增加负荷将使颗粒污泥破碎5.用较大的上升气流与产气量可选择性的洗出较小的颗粒污泥。〔三〕颗粒污泥的性质

颗粒污泥的物理性质

1.形状不规那么2.颜色呈灰黑色或褐黑色，包裹灰白色生物膜3.相对密度在1.01---1.05左右4.污泥指数与颗粒大小有关m/h

颗粒污泥的成分

1.微生物及其分泌物微生物：各类产酸细菌和产甲烷细菌，产酸细菌在颗粒外部，产甲烷细菌在颗粒污泥内部2.惰性物质3.金属离子

颗粒污泥的活性采用最大比底物利用速率表示，不同底物培养的颗粒污泥的活性不同〔四〕UASB反响器的结构设计原理UASB反响器的构造1.进水配水系统，将进入反响器的废水均匀地分配到反响器整个横断面，起到水力搅拌并均匀上升。2.反响区，反响区内存留大量具有良好凝聚和沉淀性能的污泥，在池底部形成颗粒污泥层。废水从厌氧污泥床底部流入，与颗粒污泥层中的污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解有机物，同时产生的微小沼气气泡不断地放出。微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡。在颗粒污泥层上部，由于沼气的搅动，形成一个污泥浓度较小的悬浮污泥层。3.三相别离器，其功能是将气体、固体和液体三相进行别离。4.集气室，其功能是收集产生的沼气，并将其导出气室送往沼气柜。5.处理水排出系统，均匀收集处理水并将其排出反响器。UASB反响器的设计计算1.UASB反响器设计计算的主要内容有：①池型选择、有效容积以及各主要部位尺寸确实定；②进水配水系统、出水系统、三相别离器等主要设备的设计计算；③其它设备和管道如排泥和排渣系统等的设计计算2.有效容积及主要构造尺寸确实定：UASB反响器的有效容积，一般将沉淀区和反响区的总容积作为反响器的有效容积进行考虑，多采用进水容积负荷法确定，即：V=Q×Si/Lv式中：Q——废水流量，m3/d；Si——进水有机物浓度，mgCOD/l；Lv——COD容积负荷，kgCOD/m3.d。3.三相别离器的设计：三相别离器的根本原理与构造在UASB反响器中三相别离器可以有以下几种布置形式①沉淀区的设计：要求外表负荷应小于1.0m3/m2.d；集气罩斜面的坡度应为55~60°；沉淀区的总水深应不小于1.5m，废水在沉淀区的停留时间应在1.5~2.0h之间；②回流缝的设计；③气液别离效果的计算与校核；三相别离器的设计要点上升流速4.出水系统的设计：5.浮渣去除系统的设计：6.排泥系统设计：7.其他设计中应考虑的问题：加热和保温；沼气的收集、贮存和利用；防腐；8.UASB的布水系统：为使底物与污泥能充分接触，布水应尽量，防止沟流，进水方式分为间歇式，脉冲式，连续均匀流，连续与间歇回流结合9.进水水质的特性：应考虑是否影响污泥的颗粒化，形成泡沫的浮渣、降解速率等问题。10.UASB的有机容积负荷：确定有机负荷，以及进水流量和进水COD，可确定反响器的有效容积。11.UASB的水封高度：控制一定的气囊高度可压破泡沫，可防止泡沫和浮泥进入排气系统。

UASB的特点①污泥的颗粒化使反响器内的平均浓度50gVSS/l以上，污泥龄一般为30天以上；②反响器的水力停留时间相应较短；③反响器具有很高的容积负荷；④不仅适合于处理高、中浓度的有机工业废水，也适合于处理低浓度的城市污水；⑤UASB反响器集生物反响和沉淀别离于一体，结构紧凑；⑥无需设置填料，节省了费用，提高了容积利用率；⑦一般也无需设置搅拌设备，上升水流和沼气产生的上升气流起到搅拌的作用；⑧构造简单，操作运行方便。〔五〕UASB反响器的假设干开展形式复合式厌氧反响器UBF复合厌氧法是在一个设备内由几种厌氧反响器复合而成一种厌氧处理法。目前开发的多为升流式厌氧污泥床和厌氧生物滤池复合而成的升流式厌氧污泥床过滤器。可分为无三相别离器的升流式厌氧污泥床过滤器(UBF)和有三相别离器的升流式厌氧污泥床过滤器(UASB+AF)。厌氧折流板反响器1.根本原理：反响器中设置多个垂直挡板，将反响器分隔为数个上向流和下向流的小室，使序流过这些小室；有人认为，厌氧挡板式反响器相当于多个UASB反响器的串联；当废水浓度过高时，可将处理后的出水回流。2.主要特点：与厌氧生物转盘相比，可省去转动装置；与UASB相比，可不设三相别离器而截流污泥；反响器启动运行时间较短，远行较稳定；不需设置混合搅拌装置；不存在污泥堵塞问题。

内循环厌氧工艺IC反响器可以看作是由两个UASB反响器串联而成的,具有很大的高径比,一般为4~8,其高度可达16~25m。IC反响器由5个根本局部组成:混合区、污泥膨胀床区、内循环系统,精处理区和沉淀区。其中内循环系统是IC反响器工艺的核心构造,它由一级三相别离器、沼气提升管、气液别离器和泥水下降管组成三、两相厌氧生物处理两相厌氧法是一种新型的厌氧生物处理工艺，有机底物的厌氧降解，可以分为产酸和产甲烷两个阶段。把这两个阶段的反响分别在两个独立的反响器内进行。分别创造各自最正确的环境条件，培养两类不同的微生物，并有旺盛的生理功能活动，将这两个反响器串联起来，形成能够承受较高的负荷率的两相厌氧发酵系统。特点：1.能够向产酸菌、乙酸菌、产甲烷菌分别提供各自最正确的生长繁殖条件，使各个反响器到达最正确的运行效果；2.当进水负荷有大幅度变动时，酸化反响器存在着一定的缓冲作用，对后续的产甲烷反响器影响能够缓解，具有一定的耐冲击负荷的能力。3.酸化反响器反响进程快，水力停留时间短，负荷率高，能够减轻产甲烷反响器的负荷。〔一〕两相厌氧生物处理原理〔二〕两相厌氧生物处理技术在两相厌氧工艺中，最本质的特征是实现相的别离，方法主要有：①化学法：投加抑制剂或调整氧化复原电位，抑制产甲烷菌在产酸相中的生长；②物理法：采用选择性的半透明膜使进入两个反响器的基质有显著的差异，以实现相的别离；③动力学控制法：利用产酸菌和产甲烷菌在生长速率上的差异，控制两个反响器的水力停留时间，使产甲烷菌无法在产酸相中生长。目前应用的最多的相别离的方法，是最后一种，即动力学控制法。但实际上，很难做到相的完全别离。四、悬浮生长厌氧生物处理法〔一〕完全混合悬浮生长厌氧消化池完全混合悬浮生长厌氧消化池属完全混合搅拌槽式反响器，没有污泥回流，水力停留时间和固体停留时间相等，HRT一般为15－20d由于此工艺中生物持有量少，代谢速率慢，制约了厌氧处理技术应用于废水处理。〔二〕厌氧接触法厌氧接触法是在厌氧反响器后设沉淀池，污泥进行回流，使厌氧反响器内污泥能维持较高的污泥浓度，降低水力停留时间。特点：1.在反响器与沉淀池之间设脱气器，维持真空度，尽可能地将混合液中的沼气脱除。2.在反响器与沉淀池之间设冷却器，使混合液的温度由下降，以抑制产甲烷菌在沉淀池内活动。3.投加混凝剂，提高沉淀效果。五、固着生长厌氧生物处理法〔一〕升流式厌氧填充床反响器厌氧生物滤池是装填滤料的厌氧反响器。厌氧微生物以生物膜的形态生长在滤料外表，废水淹没滤料，在生物膜的吸附作用和微生物的代谢作用以及滤料的截留作用下，废水中有机污染物被去除。所处理的废水的COD浓度范围较宽，约在300~85000mg/l之间，处理效果良好，运行管理方便；与好氧生物滤池相似，厌氧生物滤池是装填有滤料的厌氧生物反响器，在滤料的外表形成了以生物膜形态生长的微生物群体，在滤料的空隙中那么截留了大量悬浮生长的厌氧微生物，废水通过滤料层向上流动或向下流动时，废水中的有机物被截留、吸附及分解转化为甲烷和二氧化碳等。分为升流式厌氧生物滤池、降流式厌氧生物滤池和升流式混合型厌氧生物滤池等三种形式升流式厌氧生物滤池，废水由底部进入，向上流动通过滤料层，处理水从滤池顶部旁侧升流式厌氧生物滤池中，生物量大局部以生物膜的形式附在滤料外表，少局部以厌氧活性污泥的形式存在于滤料的间隙中，它的生物总量比降流式厌氧生物滤池高，降流式厌氧生物滤池，处理水由滤池底部排出，沼气收集管仍设于池顶部上端，堵塞问题不如升流式厌氧生物滤池那样严重。特点：①生物固体浓度高，有机负荷高；②SRT长，可缩短HRT，耐冲击负荷能力强；③启动时间较短，停止运行后的再启动也较容易；④无需回流污泥，运行管理方便；⑤运行稳定性较好。而主要缺点是易堵塞，会给运行造成困难。〔二〕厌氧膨胀床与流化床反响器厌氧膨胀床和厌氧流化床内充填细小的固体颗粒填料，如石英砂、无烟煤、活性炭、陶粒和沸石等，填料粒径一般为0.2～lmm。废水从床底部流人，为使层膨胀，需将局部出水用循环泵进行回流，提高床内水流的上升流速。一般认为膨胀率为10％～20％称膨胀床，颗粒略呈膨胀状态，但仍保持互相接触；膨胀率为20％～70％时，称为流化床，颗粒在床中作无规那么自由运动。特点：1.细颗粒的填料为微生物附着生长提供比较