水处理课件-厌氧生物处理

第十九章厌氧生物处理课程内容1、厌氧生物处理基本原理2、厌氧消化的影响因素与控制要求3、两级厌氧与两相厌氧处理4、厌氧生物处理工艺与反应器5、厌氧生物处理的运行管理6、思考题7、习题厌氧生物处理基本原理厌氧消化三阶段理论废水处理工艺中的厌氧微生物厌氧消化机理和厌氧处理技术厌氧消化三阶段理论根据厌氧消化三阶段理论，复杂有机物的厌氧消化过程主要包括液化、产酸和产甲烷三个阶段，由多种相互依存的细菌群来完成复杂的基质混合物最终转化为甲烷和二氧化碳，并合成自身细胞物质。每一阶段各有其独特的微生物类群，液化阶段起作用的细菌主要包括纤维素分解菌、脂肪分解菌、蛋白质水解菌；产酸阶段起作用的细菌主要是菌产氢产乙酸细菌群，利用液化阶段的产物产生乙酸、氢气和二氧化碳等；产甲烷阶段是甲烷菌利用乙酸、丙酸、甲醇等化合物为基质，将其转化成甲烷，其中乙酸和H2/CO2是其主要基质。

Bryant认为厌氧消化经历四个阶段：先是水解阶段，固态有机物被细菌的胞外酶水解；第二阶段是酸化；第三阶段是在进入甲烷化阶段之前，代谢中间液态产物都要乙酸化，称乙酸化阶段；第四阶段是甲烷化阶段。厌氧消化两阶段第一阶段普通厌氧菌碳水化合物、脂肪、蛋白质消化有机酸、乙醇、乙醛第二阶段绝对厌氧菌甲烷二氧化碳消化细胞合成新细胞酶细胞合成厌氧消化两阶段示意图废水处理工艺中的厌氧微生物在厌氧消化系统中微生物主要分为两大类：非产甲烷菌（non-menthanogens）和产甲烷细菌（menthanogens）。表19-1产酸菌和产甲烷菌的特性参数参数产甲烷菌产酸菌对pH的敏感性敏感，最佳pH为6.8~7.2不太敏感，最佳pH为5.5~7.0氧化还原电位Eh<-350mv(中温)，<-560mv(高温)<-150~200mv对温度的敏感性最佳温度：30~38℃，50~55℃最佳温度：20~35℃厌氧消化机理和厌氧处理技术厌氧消化的影响因素与控制要求甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制阶段，因此厌氧反应的各项影响因素也以对甲烷菌的影响因素为准。

温度因素生物固体停留时间（污泥龄）与负荷搅拌和混合营养与C/N比氨氮有毒物质酸碱度、pH值和消化液的缓冲作用温度因素温度与有机物负荷、产气量关系见图19－3消化温度与消化时间的关系见图19－4厌氧消化中的微生物对温度的变化非常敏感，温度的突然变化，对沼气产量有明显影响，温度突变超过一定范围时，则会停止产气。根据采用消化温度的高低，可以分为常温消化（10~30℃）、中温消化（35℃左右）和高温消化（54℃左右）。温度与有机物负荷、产气量关系消化温度与消化化时间的关系生物固体停留时时间（污泥龄））与负荷搅拌和混合搅拌可使消化物物料分布均匀，，增加微生物与与物料的接触，，并使消化产物物及时分离，从从而提高消化效效率、增加产气气量。同时，对对消化池进行搅搅拌，可使池内内温度均匀，加加快消化速度，，提高产气量。。消化池在不搅搅拌的情况下，，消化料液明显显地分成结壳层层、清液层、沉沉渣层，严重影影响消化效果。。污水处理厂污污泥厌氧消化池池的厌氧消化搅搅拌方法包括气气体搅拌、机械械搅拌、泵循环环等。机械搅拌拌时机械搅拌器器安装在消化池池液面以下，定定位于上、中、、下层皆可，如如果料液浓度高高，安装要偏下下一些；泵循环环指用泵使沼气气池内的料液循循环流动，以达达到搅拌的目的的；气体搅拌，，将消化池产生生的沼气，加压压后从池底部冲冲入，利用产生生的气流，达到到搅拌的目的。。机械搅拌适合合于小的消化池池，液搅拌和气气搅拌适合于大大、中型的沼气气工程。营养与C/N比比厌氧消化原料在在厌氧消化过程程中既是产生沼沼气的基质，又又是厌氧消化微微生物赖以生长长、繁殖的营养养物质。这些营营养物质中最重重要的是碳素和和氨素两种营养养物质，在厌氧氧菌生命活动过过程中需要一定定比例的氮素和和碳素。表19-4给出了常用沼气气发酵原料的碳碳氮比。原料C/N比过高，，碳素多，氮素素养料相对缺乏乏，细菌和其他他微生物的生长长繁殖受到限制制，有机物的分分解速度就慢、、发酵过程就长长。若C/N比比过低，可供消消耗的碳素少，，氮素养料相对对过剩，则容易易造成系统中氨氨氮浓度过高，，出现氨中毒。。各种废物的碳氮氮比（C/N））原料碳氮比原料碳氮比大便(6~10):1厨房垃圾25:1小便0.8:1混合垃圾34:1牛厩肥18:1初沉池污泥5:1鲜马粪24:1二沉池污泥10:1鲜羊粪29:1鲜猪粪13:1氨氮厌氧消化过程中中，氮的平衡是是非常重要的因因素。消化系统统中的由于细胞胞的增殖很少，，故只有很少的的氮转化为细胞胞，大部分可生生物降解的氮都都转化为消化液液中的氨氮，因因此消化液中氨氨氮的浓度都高高于进料中氨氮氮的浓度。实验验研究表明，氨氨氮对厌氧消化化过程有较强的的毒性或抑制性性，氨氮以NH4+及NH3等形式存在于于消化液中，NH3对产甲烷烷菌的活性有比比NH4+更强强的抑制能力。。有毒物质挥发性脂肪酸（（VFA是消化化原料酸性消化化的产物，同时时也是甲烷菌的的生长代谢的基基质。一定的挥挥发性脂肪酸浓浓度是保证系统统正常运行的必必要条件，但过过高的VFA会会抑制甲烷菌的的生长，从而破破坏消化过程。。有许多化学物质质能抑制厌氧消消化过程中微生生物的生命活动动，这类物质被被称为抑制剂。。抑制剂的种类类也很多，包括括部分气态物质质、重金属离子子、酸类、醇类类、苯、氰化物物及去垢剂等。。对厌氧消化具有有抑制作用的物物质对厌氧消化具有有抑制作用的物物质抑制物质浓度/(mg/L)抑制物质浓度/(mg/L)挥发性脂肪酸>2000Na3500～5500氨氮1500～3000Fe1710溶解性硫化物>200Cr6+3Ca2500～4500Cr3+500Mg1000～1500Cd150K2500～4500酸碱度、pH值值和消化液的缓缓冲作用厌氧微生物的生生命活动、物质质代谢与pH有有密切的关系，，pH值的变化化直接影响着消消化过程和消化化产物，不同的的微生物要求不不同的pH值，，过高或过低的的pH对微生物物是不利的，表表现在：1．由于pH的的变化引起微生生物体表面的电电荷变化，进而而影响微生物对对营养物的吸收收；2．pH除了对对微生物细胞有有直接影响外，，还可以促使有有机化合物的离离子化作用，从从而对微生物产产生间接影响，，因为多数非离离子状态化合物物比离子状态化化合物更容易渗渗入细胞；3．pH强烈地地影响酶的活性性，酶只有在最最适宜的pH值值时才能发挥最最大活性，不适适宜的pH值使使酶的活性降低低，进而影响微微生物细胞内的的生物化学过程程。两级厌氧与两相相厌氧处理两级厌氧生物处处理两相厌氧生物处处理两级厌氧生物处处理两级消化：根据据沼气产生的规规律（图19-6）设计。目的：节省能量量（节省污泥加加温与搅拌的部部分能量）特点：第一级：：加热（33～～35℃）、搅搅拌；第二级：不加热热（20～26℃）、不搅拌拌（可视为污泥泥浓缩池用）。。消化时间与产气气率关系曲线两相厌氧生物处处理两相厌氧消化：：根据消化机理理设计。目的：改善厌氧氧消化条件，从从而减少池容与与能耗。特点：第一相：n=100%；t停停=1d处于水解与发酵酵、产氢产乙酸酸阶段（即消化化的第一、二阶阶段）。需加热、搅拌。。第二相：n=（（15～17））%；；处于产甲烷阶段段（即消化的第第三阶段）需加加热、搅拌。优点：（1）总容积积小（2）加热耗耗热量少，搅拌拌能耗少（3）运行管管理方便厌氧生物处理工工艺与反应器普通厌氧消化池池厌氧接触工艺厌氧生物滤池厌氧生物转盘UASB与厌氧氧膨胀颗粒污泥泥床反应器厌氧膨胀床与厌厌氧流化床反应应器厌氧折流板式反反应器高温厌氧处理工工艺普通厌氧消化池池池形：圆柱形和和蛋形两种。构造：主要包括括污泥的投配、、排泥及溢流系统，沼气排出、收收集与贮气设备、搅拌设备及加温设备等。溢流系统贮气设备加温设备厌氧接触工艺流程（图19－10）主要特征：在厌厌氧反应器后设设沉淀池，污泥泥进行回流，结结果使厌氧反应应器内能维持较较高的污泥浓度度，可大大降低低水力停留时间间。厌氧生物物接触法法厌氧生物物滤池是装填滤滤料的厌厌氧反应应器。厌厌氧微生生物以生生物膜的的形态生生长在滤滤料表面面，废水水淹没地地通过滤滤料，在在生物膜膜的吸附附作用和和微生物物的代谢谢作用以以及滤料料的截留留作用下下，废水水中有机机污染物物被去除除。产生生的沼气气则聚集集于池顶顶部罩内内，并从从顶部引引出。处处理水则则由旁侧侧流出。。为了分分离处理理水挟出出的生物物膜，一一般在滤滤池后需需设沉淀淀池。可分为升流式和和降流式式两种形式式升流式和和降流式式厌氧生生物滤池池厌氧生物物转盘由盘片、、密封的的反应槽槽、转轴轴及驱动动装置等等组成特点：1）微微生物浓浓度高，，可承受受高的有有机物负负荷；2）废废水在反反应器内内按水平平方向流流动，勿勿需提升升废水，，节能；；3）勿勿需处理理水回流流，与厌厌氧膨胀胀床和流流化床相相较既节节能又便便于操作作；4）处处理含悬悬浮固体体较高的的废水，，不存在在堵塞问问题；5）由由于转盘盘转动，，不断使使老化生生物膜脱脱落，使使生物膜膜经常保保持较高高的活性性；6）有有承受冲冲击负荷荷的能力力，处理理过程稳稳定性较较强；7）可可采用多多级串联联，各级级微生物物处于最最佳生存存条件下下；8）便便于运行行管理。。厌氧生物物转盘构构造图厌氧生物物转盘构构造UASB与厌氧氧膨胀颗颗粒污泥泥床反应应器特点：1）污泥泥床内生生物量多多，折合合浓度可可达20～30g/L；2）容积积负荷率率高，在在中温发发酵条件件下，一一般情况况下可达达10kgCOD/(m3··d)左左右甚至至能够高高达15～40kgCOD/(m3·d)，废废水在反反应器内内的水力力停留时时间较短短，因此此所需池池容大大大缩小。。3）设备备简单，，运行方方便，勿勿需设沉沉淀池呵呵污泥回回流装置置，不需需填充填填料，也也不需在在反应区区内设机机械搅拌拌装置，，造价相相对较低低，便于于管理，，而且不不存在堵堵塞问题题。升流式厌厌氧污泥泥床在构构造升流式厌厌氧污泥泥床在构构造升流式厌厌氧污泥泥床反应应器厌氧膨胀胀床与厌厌氧流化化床反应应器两相厌氧氧流化床床工艺流流程（如如图19－－13所示）特点：1）细颗颗粒的填填料为微微生物附附着生长长提供比比较大的的比表面面积，使使床内具具有很高高的微生生物浓度度，一般般为30gVSS/L左右，，因此有有机物容容积负荷荷较高，，一般为为10～～40kgCOD/(m3·d)，水力力停留时时间短，，耐冲击击负荷能能力强，，运行稳稳定；2）载体体处于膨膨胀状态态，能防防止载体体堵塞；；3）床内内生物固固体停留留时间较较长，运运行稳定定，剩余余污泥量量少；4）既可可用于高高浓度有有机废水水的厌氧氧处理，，也可用用于低浓浓度的城城市污水水处理。。缺点：1）载体体流化能能耗较大大；2）系统统的设计计要求高高。两相厌氧氧流化床床工艺流流程厌氧折流流板式反反应器厌氧折流流板式反反应器的的构造和和工艺流流程（（如图19-14所所示）特点：1）反应应器启动动期短。。试验表表明，接接种一个个月后，，就有颗颗粒污泥泥形成，，两个月月就可以以投入稳稳定运行行；2)避避免了厌厌氧滤池池、厌氧氧膨胀床床和厌氧氧流化床床的堵塞塞问题；；3）避免免了升流流式厌氧氧污泥床床因污泥泥膨胀而而发生污污泥流失失问题；；4）不需需要混合合搅拌装装置；5）不需需载体。。厌氧折流流板式反反应器工工艺流程程高温厌氧氧处理工工艺优点：细细菌生长长速率高高，通常常细菌在在55℃℃时的生生长速率率是30℃时的的2～3倍，即即其产甲甲烷活性性较高；；病原菌菌的去除除率较高高，经高高温厌氧氧消化的的污泥和和出水可可用于灌灌溉和施施肥；剩剩余污泥泥产率低低，虽然然高温下下细菌的的生长速速率高，，但其衰衰亡速率率也高，，所以净净污泥产产率低；；高温时时水的黏黏度低，，有利于于处理时时的混合合及污泥泥沉降。。主要影响响因素：：温度度和pH值、、有机负负荷、挥挥发性脂脂肪酸、、微生物物载体实例：某糟液废废水高温温厌氧处处理工艺艺某糟液废废水高温温厌氧处处理工艺艺糟液废水水解调节池配水系统泵高温UASB进锅炉混凝沉淀池SBR系统达标排放污泥混合池污泥混合池污泥脱水滤饼外运沼气厌氧生物物处理的的运行管管理运行管理理安全操作作事项维护保养养技术指标标运行管理理消化池内内，应按按一定投投配率投投加新鲜鲜污泥，，并定时时排放消消化污泥泥；池外外加温且且为循环环搅拌的的消化池池，投泥泥和循环环搅拌应应同时进进行；新新鲜污泥泥投到消消化池，，应充分分搅拌，，并应保保持消化化温度恒恒定；用用沼气搅搅拌污泥泥宜采用用单池进进行。在在产气量量不足或或在启动动期间搅搅拌无法法充分进进行时，，应采用用辅助措措施搅拌拌；消化化池污泥泥必须在在2～5h之之内充分分混合一一次；消消化池中中的搅拌拌不得与与排泥同同时进行行；应监监测产气气量、pH值值、脂肪肪酸、总总碱度和和沼气成成分等数数据，并并根据监监测数据据调整消消化池运运行工况况；热交交换器长长期停止止使用时时，必须须关闭通通往消化化池的进进泥闸阀阀，并将将热交换换器中的的污泥放放空；二二级消化化池的上上清液应应按设计计要求定定时排放放；消化化池前栅栅筛上的的杂物，，必须及及时清捞捞并外运运；消化化池溢流流管必须须通畅，，并保持持其水封封高度。。环境温温度低于于0℃时时，应防防止水封封结冰；；消化池池启动初初期，搅搅拌时间间和次数数可适当当减少。。运行数数年的消消化池的的搅拌次次数和时时间可适适当增多多和延长长。安全操作作事项在投配污污泥、搅搅拌、加加热及排排放等项项操作前前，应首首先检查查各种工工艺管路路闸阀的的启闭是是否正确确，严禁禁跑泥、、漏气、、漏水；；每次蒸蒸汽加热热前，应应排放蒸蒸汽管道道内的冷冷凝水；；沼气管管道内的的冷凝水水应定期期排放；；消化池池排泥时时，应将将沼气管管道与贮贮气柜联联通；消消化池内内压力超超过设计计值时，，应停止止搅拌；；消化池池放空清清理应采采取防护护措施，，池内有有害气体体和可燃燃气体含含量应符符合规定定；操作作人员检检修和维维护加热热、搅拌拌等设施施时，应应采取安安全防护护措施；；应每班班检查一一次消化化池和沼沼气管道道闸阀是是否漏气气。维护保养养消化池的的各种加加热设施施均应定定期除垢垢、检修修、更换换；消化池池池体、沼沼气管道道、蒸气气管道和和热水管管道、热热交换器器及闸阀阀等设施施、设备备应每年年进行保保温检查查和维修修；寒冷季节节应做好好设备和和管道的的保温防防冻工作作；热交交换器管管路和闸闸阀处的的密封材材料应及及时更换换；正常运行行的消化化池，宜宜5年彻彻底清理理、检修修一次。。技术指标标序号项目运行参数1温度(℃)34±12投配率(%)4～83污泥含水率(%)进泥95～98出泥95左右4pH值7～85有机物分解率(%)大于306污泥沼气搅伴供气量m3/（m3·h）0.8m3/（m周长·h）4～57沼气搅拌（次/d）308沼气中主要气体成分(%)CH4>55；CO2<38；H2<2；H2S<0.01；N2<69产气率（m3气/m3泥）>510总碱度（mg/L）＞2000思考题1、污泥泥的最终终出路是是什么？？如何因因地制宜宜地考虑虑？2、污泥泥处置与与污水处处理之间间的关系系如何？？是如何何相互影影响的？？3、污泥泥处置流流程选择择和确定定要考虑虑什么问问题？和和污泥的的最终出出路有何何关系？？4、污泥泥处置有有哪些方方法？各各有什么么作用？？5、污泥泥含水率率从97.5%降至94%，，求污泥泥体积的的变化。。6、总生生化需氧氧量转为为甲烷的的过程中中，求每每公斤总总生化需需氧量经经消化后后能产生生的甲烷烷量。假假设起始始化合物物为葡萄萄糖。7、城市市污水处处理厂的的污泥为为什么要要进行消消化处理理？有哪哪些措施施可以加加速污泥泥消化过过程？什什么叫投投配率？？它的含含义是什什么？8、什么么是固体体通量、、沉降通通量、底底流通量量和进泥泥通量？？它们之之间的关关系如何何？9、极限限固体通通量的概概念？它它的用途途是什么么？10、简简述污泥泥浓缩的的三种理理论与其其试验方方法。11、污污泥分哪哪几类？？测定污污泥性能能的指标标是什么么？12、什什么叫污污泥的可可消化程程度？污污泥的过过滤性能能如何测测定？13、简简述消化化池的构构造及其其功能。。14、消消化池搅搅拌方法法和加热热方法各各有几种种？各有有何优缺缺点？15、绘绘图说明明沼气搅搅拌系统统和消化化池上部部溢流系系统的构构造与作作用。习题1、污泥泥脱水前前预处理理的方法法、优缺缺点及污污泥脱水水的种类类、优缺缺点。2、污泥泥比阻的的概念？？如何求求定污泥泥的比阻阻？为什什么要求求污泥的的比阻？？3、污泥厌厌氧消化的的机理？为为什么产甲甲烷阶段是是污泥厌氧氧消化的控控制阶段？？4、何谓二二级消化与与二相消化化？5、论述污污泥厌氧消消化的影响响因素，并并说明在操操作上应如如何进行控控制，以维维持较好的的消化进程