第六章污废水处理设施培训-厌氧生物处理

第六章厌氧生物处理一、概述（一）厌氧生物处理技术的发展（二）厌氧生物处理法的基本原理1.净化机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，也称厌氧消化。厌氧消化过程：可划分为三个连续阶段（图6-1，6-2）水解酸化阶段产氢产乙酸阶段产甲烷阶段2.影响因素温度；细菌对温度的适应性可分为低温、中温和高温三个区：低温消化10℃～30℃；中温消化30℃~35℃；高温消化50℃～56℃pH；甲烷细菌生长适宜的pH范围在6.8～7.2之间，产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pH在4.5～8之间。pH值对产甲烷菌活性的影响有毒物质；主要的有毒物质是有毒有机物、重金属和某些阴离子（表6-1）对有机物来说，带醛基、双键、氯取代基、苯环等结构，往往具有抑制性。有毒物质的最高容许浓度与处理系统的运行方式、污泥驯化程度、废水特性、操作控制条件等因素有关。营养物质的配比；

BOD:N:P＝（200～300）:5:1

好氧中相应比值为：100:5:1

碳氮比例对厌氧消化的影响最为重要搅拌上流式厌氧污泥床可通过液流扩散方式进行搅拌另外，运行中注意安全。厌氧工艺的有关术语（1）上流速度（表面速度或表面负荷）（2）水力停留时间（HRT）（3）反应器中的污泥量（4）反应器的有机负荷（OLR）：分为容积负荷（VLR）和污泥负荷（SLR）。（5）污泥体积指数（SVI）（6）污泥的比产甲烷活性（7）反应器内的污泥停留时间（SRT）:亦称泥龄。（二）厌氧生物处理的特点1.优点：（1）应用范围广：高、中、低有机废水，难降解有机废水（2）能耗低：无需充氧，沼气可资源化，动力消耗仅是好氧的1/10。（3）负荷高：有机容积负荷2～4kgBOD/m3.d（好氧）；2～10kgBOD/m3.d（厌氧）（4）剩余污泥量少：0.4～0.6kg/1kgCOD（好氧）

0.02～0.1kg/1kgCOD（厌氧）且污泥浓缩性和脱水性较好。（5）氮、磷营养需要量较少：BOD:N:P=100:5:1(好氧)BOD:N:P=200:5:1(厌氧)（6）杀菌效果好：有一定杀菌作用，可杀死寄生虫卵和病毒等。2.缺点（1）启动、处理时间长：生物生长缓慢，设备启动和处理时间长。（2）出水难以达标排放：需串连好氧处理（3）操作控制复杂：对环境要求比好氧严格，操作控制因素较复杂。（三）应用适用于高、中、低浓度有机废水，某些难降解的有机废水用厌氧生化是可降解的。厌氧生物处理法的主要处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。（四）分类厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器、分段严氧消化法等。厌氧生物膜法包括厌氧生物滤池、厌氧流化床、厌氧生物转盘等。1、普通厌氧消化池普通消化池又称传统或常规消化池。消化池常用密闭的圆柱形池，废水定期或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别由消化池底和上部排出，所产沼气从顶部排出。池径从几米至三、四十米，柱体部分的高度约为直径的1/2，池底呈圆锥形，以利排泥。为使进水与微生物尽快接触，需要一定的搅拌。常用搅拌方式有三种：池内机械搅拌；沼气搅拌；循环消化液搅拌。普通消化池的特点是:可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较简单。缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，消化器中难以保持大量的微生物细胞。对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象严重，微生物不能与料液均匀接触的问题。温度不均匀，消化效率低2.厌氧接触法为了克服普通消化池不能持留或补充厌氧活性污泥的缺点，在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法。厌氧接触氧化法的工艺流程为：

厌氧接触法的特点:（a）通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为10～15g/L，耐冲击能力强（b）消化池的容积负荷较普通消化池高；（c）可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，不存在堵塞问题；（d）混合液经沉降后，出水水质好；（e）但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备；（f）厌氧接触法存在混合液难于在沉淀池中进行固液分离的缺点。3.厌氧生物滤池法（又称厌氧固定膜反应器）构造：类似于一般的好氧生物滤池厌氧滤池是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。特点：优点：处理能力较高，出水SS较低，操作方便，设备简单，滤池内可以保持很高的微生物浓度而不需要搅拌设备，不需要另设泥水分离设备。缺点：滤料费用较贵，滤料容易堵塞，尤其是在滤池下部生物膜浓度很大，容易堵塞；滤池的清洗也还没有简单有效的方法。因此，它主要适用于含悬浮物很低的溶解性有机物污染的废水。4.上流式厌氧污泥床反应器法（UASB）上流式厌氧污泥床反应器（简称UASB反应器）是由荷兰的G.Lettnga等人在70年代初研制开发的。污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器。由反应区、沉淀区和气室三部分组成。5.厌氧流化床法工艺流程图6-7特点载体比表面积大；

b.载体处于流化状态，床层不易堵塞，因而适合各种高低浓度废水的处理；c.有机物净化速度快；d.床内生物膜停留时间较长，剩余污泥量少；e.占地少，结构紧，投资省等。6.两相厌氧法工艺过程与原理②特点优点：耐冲击负荷能力强，运行稳定；两阶段反应不在同一反应器中进行，互相影响小，可更好地控制工艺条件；消化效率高，尤其适合处理含悬浮固体多、难消化降解的高浓度有机废水。

缺点：设备较多，流程和操作复杂。7.水解（酸化）法工艺原理与特征影响因素

a.pH；

b.水温；

c.底物的种类和形态；

d.污泥生物固体停留时间；

e.水力停留时间。二、上流式厌氧污泥床（UASB）反应器（一）UASB反应器结构主要包括主体部分和水封及沼气处理（收集、应用或处理）等附属设施。1.反应区（1）厌氧污泥床a.容积一般占总容积30％，对处理效率起极为重要的作用。

降解量占总降解量70％～90％，有效降解产生大量沼气b.具有很高的污泥生物量40000～80000mg/L污泥由活性生物（或细菌）的量占70％～80％以上高度发展的颗粉污泥组成。c.沉降速度1.2～1.4cm/s。污泥体积指数为10～20ml/g。生物相组成复杂，杆菌、球菌、丝状菌为主。d.小沼气泡不断累积合并成大气泡，上升降整床层良好混合。（2）污泥悬浮层在污泥床上部由于气体搅动而形成污泥浓度相对较小的悬浮层。a.占总容积70％，污泥浓度低于污泥床，1.50～3.00*104mg/Lb.由高度絮凝污泥组成，非颗粒状，沉速<颗粒污泥沉速污泥体积指数30～40mL/g，靠上升气泡得到良好混合污泥悬浮层中絮凝污泥浓度自下而上逐渐减小分布（状态）担负UASB反应器总有机降解量的10～30％2.分离区（1）沉淀区a.沉淀位于顶部，作用：使由于水流夹带而随上升水流进入分离（出水）区的固相颗粒（悬浮层带入的絮凝污泥）在此沉淀下来。沿底部斜壁滑下，回到反应区（经悬浮层），污泥不流式，确保污泥床污泥浓度。b.气泡与集气室：通过合理调整沉淀区水位高度，保证集气室的有效空间高度，防止空间破坏。气泡带着污泥和水上升进入分离区，气泡碰到折射板折向四周，由于密度小，穿过水层进入气室。c.溢流堰：经三相分离后的出水由溢流堰上部排出，从而实现三相分离。（2）三相分离器最重要的设备，设计优劣影响运行工艺及处理效果。国内外研究较多，尚未有公认比较成熟的推荐方法。原因：①流动状态较复杂，影响因素多，某些监控测定难；②有些类型属于专利产品；③现行应用的形式较多，难以评定。3.进、配水系统（布水系统）（1）作用重要性：关键部分之一，合理设计对反应器有良好运行至关重要。兼有配水和水力搅拌作用。泥与水充分接触，充分利用厌氧污泥，防沟流和死角。沼气有一定搅拌作用，一定程度尚可防止沟流形成。因此产气量越大，沟流形成可能性就越小，反之亦然。（2）设备已有各式各样成功的布水系统，但多数专利，设计参数未公开。（3）进水方式①进水方式与选择原则A.方式：a.间隙式进水；b.脉冲式进水；c.连续均匀进水；d.连续进水和间隙回流相结合。B.选择原则：依据：进水浓度与进水流量通常采用:c进水浓度很高时，HRT长，Q小才采用a,b,d等。②布水点的布置（图6-11、6-12）布水点数量a.一管一点式：一根布水管线仅为一个布水点供水优点：易均匀布水，水头损失小，不易堵塞，便于观察，较理想。b.一管多点式：一根布水管线进入反应器后，直接（或分支后）以穿孔管形式成为多个布水点供水。（四）UASB主要设计参数有机负荷（反应器有效容积），简称容积负荷，kgCOD/(m3.d)

过高：产酸>产甲烷率，pH下降，破坏正常运行，污泥流失>增长速率；过低：产气率或有机物去除率提高，但容积产气率下降，容积增大，利用率降低中温消化时，取2-3kgCOD/（m3.d），高温4-6kgCOD/（m3.d），上流式厌氧污泥床反应器厌氧滤池，厌氧流化床等新型厌氧工艺的有机负荷在中温下为5～15kgCOD/（m3.d）UASB反应器有效容积计算公式：V=QS0/NVV=tQ=AH式中：V－反应器有效容积，m3；

Q－废水流量，m3/d；

S0－进水COD或BOD5浓度，g/L；

Nv－COD或BOD5容积负荷，Kg/(m3.d);A－反应器横截面积，m2；H－反应器有效高度，m；t－允许的最大水力停留时间，h或d。当废水浓度较低，V取决于水力停留时间；当废水浓度较高，V取决于容积负荷与进液浓度；容积负荷值与反应器的温度，废水性质和浓度有关，形成颗粒污泥一般通过实验确定。上流速度Q/A=H/tHmax

受Q/A限制进水配水系统要求：a.在底部均匀分配，防短路与不匀及沟流；

b.考虑水力搅拌和漏气搅拌对混合效果的影响，防酸化。UASB配水形式：表6-2，点数计算依据树枝管式，穿孔管式，多点多管三相分离器（GLS）：最有特点，最重要的装置图6-15a.设计的主要目标：分离和排放生物气；有效防止污泥流式；污泥通过斜板返回反应区；污泥膨胀时，防过量污泥进入沉降区；提高出水净化效果；防上浮颗粒污泥洗出。设计应考虑的问题：出水堰板前设置挡板；处理非常稀的废水时，常需要较复杂的三相分离器以保留尽量多的污泥；注意克服浮沫问题。b.设计原则间隙和出水面的截面积；分离器相对于出水液面的位置；三相分离器的倾角；分离器下气液界面的面积。c.主要功能：气液分离、固液分离和污泥回流主要组成：气封、沉淀区、回流缝设计内容：沉淀区设计、回流缝设计和气液分离设计d.设计要点出水系统浮渣清除系统：由集气室排出，搅拌下沉，可能存在，实例不多水封：H=H1-Hm=(h1+h2)-Hm材料与防腐：带涂层碳钢，聚丙烯的钢混凝土或拼装结构，GLS不锈钢或塑料臭气防护：反应器要封闭排泥设备：定期排泥，有排放口（底或GLS下0.5m）；均匀排泥（多设排泥口）穿孔管配水兼排泥。加热保温沼气利用：产气量估算，收集，贮存三、厌氧微生物的培养和驯化（一）培菌前准备人员准备设备与其他准备（二）培菌方法接种培养法逐步培养法（三）注意事项加快启动过程控制污泥投加量不加营养物质沼气安全问题（四）驯化：适应实际水质四、UASB运行管理运行三大前提：（1）反