厌氧生物处理工艺运行管理

厌氧生物处理工艺运行管理第1页/共53页H2、CO2、有机酸乙酸、丙酸、丁酸、乳酸和乙醇含可溶性、不溶性碳水化合物、脂肪、蛋白质的废水水解阶段溶解性单体（糖、氨基酸）发酵阶段产乙酸阶段H2、CO2、乙酸产甲烷阶段CH4、CO2（二）厌氧生物处理基本原理第2页/共53页（三）厌氧生物处理的主要特征1、主要优点：能耗低，且还可回收生物能（沼气）；污泥产量低；可间歇运行；负荷高，占地省；厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解的某些有机物进行降解或部分降解；第3页/共53页（三）厌氧生物处理的主要特征2、主要缺点：设备启动和处理时间长；对温度、pH等环境因素较敏感；出水水质较差，需进一步利用好氧法进行处理；气味较大；对氨氮的去除效果不好。第4页/共53页（四）好氧生物降解与厌氧生物降解的比较

好氧生物降解厌氧生物降解微生物种类:好氧微生物(较简)厌氧微生物(复杂)降解速率:快慢降解途径:碳降解氨降解碳降解对氧的要求:适当的溶解氧无溶解氧温度要求:常温常温-中温-高温环境条件:适应范围宽适应范围较窄营养物质:100:5:1200:5:1最终产物:H2O、CO2

CH4、H2O、CO2

基建费用:较低较高运行费用:较高较低、回收能源第5页/共53页二、上流式厌氧污泥床(UASB)反应器UpflowAnaerobicSludgeBedReactor,简称UASB反应器；70年代，荷兰Wageningen农业大学，Lettinga教授第6页/共53页国内厌氧反应器的应用（共219个项目）第7页/共53页（一）UASB反应器的工作原理与构造(1)进水配水系统(2)反应区

(3)三相分离器(4)出水系统沼气出水进水(5)集气罩悬浮污泥区颗粒污泥区第8页/共53页第9页/共53页1、进水配水系统脉冲式布水一管多孔式或分枝式配水一管一孔式配水第10页/共53页UASB反应器的布水装置——脉冲式布水北京市环科院应用于房亭酒厂的实例第11页/共53页UASB反应器的布水装置——一管多孔配水系统第12页/共53页UASB反应器的布水装置——一管多孔配水系统进水配水系统三相分离器第13页/共53页UASB反应器的布水装置——分枝式配水系统第14页/共53页UASB反应器的布水装置——一管一孔配水系统第15页/共53页2、三相分离器

三相分离器的基本构造第16页/共53页三相分离器的布置形式第17页/共53页UASB反应器中的三相分离器第18页/共53页UASB反应器的三相分离器——PAQUES第19页/共53页UASB反应器的三相分离器——BIOTHANE第20页/共53页3、UASB反应器中的沼气系统进水闸门井格栅一泵房转鼓过滤机调节池二泵房UASB排入下水道污泥脱水机污泥浓缩池污泥泵

北京啤酒厂废水处理工艺流程图污泥利用气水分离计量表水封气柜阻火器沼气利用第21页/共53页UASB反应器中的沼气系统——沼气柜第22页/共53页4、其它(1）出水系统：其作用是把沉淀区表层处理过的水均匀地加以收集，排出反应器。(2）浮渣清除系统：其功能是清除沉淀区液面和气室表面的浮渣，根据需要设置。(3）排泥系统：其功能是均匀地排除反应区的剩余污泥。(4）加热和保温；(5）防腐等第23页/共53页（二）UASB反应器的型式断面形状多为圆形或矩形，矩形断面便于三相分离器的设计和施工；常为钢结构或钢筋混凝土结构；一般不加热；多采用保温措施；必须采取防腐措施。主要有两种型式：

1）开敞式UASB反应器

2）封闭式UASB反应器第24页/共53页1、开敞式UASB反应器顶部不加密封，或仅加一层不密封的盖板；多用于处理中低浓度的有机废水；构造较简单，易于施工安装和维修。第25页/共53页2、封闭式UASB反应器顶部加盖密封;在液面与池顶之间形成了气室；适用于处理高浓度的有机废水；其池顶可以做成浮盖式。第26页/共53页（三）UASB反应器中的颗粒污泥（核心）

1、颗粒污泥的外观：

形状多种多样，呈卵形、球形、丝状等；平均直径为1mm,一般为0.1~2mm，最大可达3~5mm；颜色多为黑色、灰色、灰白色，其它还有淡黄色、暗绿色、红色等；第27页/共53页2、颗粒污泥的组成各类微生物、无机物、胞外多聚物等，VSS/SS一般为70~90%；主体是微生物，包括水解发酵菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌，或硫酸盐还原菌等，细菌总数为1~4×1012个/gVSS；优势产甲烷菌有：索氏甲烷丝菌、马氏和巴氏甲烷八叠球菌等；C、H、N的比例：C：40~50%、H：7%、N：10%；灰分含量受接种污泥、进水水质等的影响，为8~55%；其中的FeS、Ca2+等对于颗粒的稳定性有着重要的作用。第28页/共53页高温颗粒污泥中温颗粒污泥第29页/共53页（四）UASB反应器的工程实例

1、北京啤酒厂第30页/共53页2、驻马店华中制药厂第31页/共53页

直接启动：用颗粒污泥接种；间接启动：用絮状污泥启动，首先需要培养颗粒污泥：①接种污泥：厌氧消化污泥，好氧活性污泥等；接种量为6~8kgVSS/m3（反应器有效容积）；②水力上升流速0.4~1.0m/h，产生水力分级作用，淘汰絮状污泥和分散的细小污泥；③第一阶段（启动与污泥活性提高阶段）：污泥负荷应低于0.1~0.2kgCOD/kgTS.d，有机负荷应小于2kgCOD/m3.d，运行时间约需1~1.5个月；第二阶段（颗粒污泥形成阶段）：有机负荷一般控制在2~5kgCOD/(m3·d)，污泥负荷为0.2~0.4kgCOD/(kgTS·d)，运行时间约需1~1.5个月；第三阶段（污泥床形成阶段）：有机负荷大于5kgCOD/(m3·d)。

④溶解性COD去除率大于80%时，应及时提高负荷；进水浓度过高时，可回流或稀释；（五）UASB反应器的投产启动和颗粒污泥的培养第32页/共53页颗粒污泥形成初期时的扫描电镜照片（运行第77天）第33页/共53页颗粒污泥基本成熟后的扫描电镜照片（运行第120天）第34页/共53页颗粒污泥成熟后的扫描电镜照片（运行180天）第35页/共53页（六）UASB反应器运行管理1、进水营养比的控制2、进水中悬浮固体的控制3、有毒有害物质4、温度的控制5、碱度与挥发酸浓度的控制6、沼气产量及其组分每日应对以下指标进行监测：进水量、进出水水质（COD、BOD、SS、pH、VFA等）、污泥浓度、温度、产气量、气体成分等。第36页/共53页三、两相厌氧消化工艺1、工艺流程产酸相产甲烷相出水进水第37页/共53页在单相反应器中，存在着产酸过程与产甲烷过程的平衡，维持两类微生物之间的协调与平衡十分不易；两相厌氧消化工艺就是为了克服单相厌氧消化工艺的上述缺点而提出的；两个反应器中分别培养发酵细菌和产甲烷菌，并控制不同的运行参数，使其分别满足各自的最适生长条件；反应器可采用前述任一种反应器，二者可相同也可不同。第38页/共53页

两相工艺最本质的特征是实现相的分离，方法主要有：①化学法：投加抑制剂(氯仿、CCl4）或向产酸反应器中供给一定量的氧气或调整氧化还原电位或将产酸反应器pH调在较低的水平，利用产甲烷菌比产酸菌对环境敏感的特点，抑制产甲烷菌在产酸相中的生长；②物理法：采用选择性的半透膜（通透有机酸的半透膜）使进入两个反应器的基质有显著的差别，以实现相的分离；③动力学控制法：利用产酸菌（10－30min)和产甲烷菌(4-6d）在生长速率上的差异，控制两个反应器的水力停留时间不同，使产甲烷菌无法在产酸相中生长；2、相的分离第39页/共53页有机负荷比单相工艺明显提高；产甲烷相中的产甲烷菌活性得到提高，产气量增加；运行更加稳定，承受冲击负荷的能力较强；当废水中含有SO42-等抑制物质时，其对产甲烷菌的影响由于相的分离而减弱；对于复杂有机物（如纤维素等），可提高其水解反应速率，因而提高了其厌氧消化的效果。

3、工艺特点第40页/共53页四、水解（酸化）－好氧生物处理工艺（一）基本概念从原理上讲，水解（酸化）是厌氧消化过程的第一、二两个阶段。但水解（酸化）－好氧处理工艺中的水解（酸化）段和厌氧消化的目标不同，因此是两种不同的处理方法。水解（酸化）处理系统中的水解（酸化）段的目的，对于城市污水是将原水中的非溶解态有机物截留并逐步转变为溶解态有机物；对于工业废水处理，主要将其中难生物降解物质转变为易生物降解物质，提高废水可生化性，以利于后续的好氧生物处理。第41页/共53页水解（酸化）－好氧生物处理工艺（二）水解酸化与其它厌氧消化工艺的区别混合厌氧消化中水解、酸化的目的是为混合厌氧消化过程中的甲烷化阶段提供基质。两相厌氧消化中的产酸段是将混合厌氧消化中的产酸段与产甲烷段分开，以便形成各处的最佳环境。第42页/共53页项目工艺厌氧消化两相厌氧产酸段水解-好氧水解段氧化还原电位＜-300mV-300~-100mV＜＋50mVpH值6.8~7.26.0~6.55.5~6.5温度控制控制不控制优势菌厌氧菌兼性菌＋厌氧菌兼性菌产气中CH4含量大量少量极少最终产物CH4/CO2CH4/CO2、乙酸、少量低碳酸水溶性基质（各种有机酸、醇）、CO2三种工艺比较第43页/共53页（三）水解－好氧生物处理工艺的特点1、水解池与厌氧UASB工艺启动方式不同水解池的启动采用动力学控制措施，通过调整水力停留时间，利用水解细菌、产酸菌与甲烷菌生长速度不同，利用水的流动造成甲烷菌在反应器中难于繁殖的条件。采用城市污水直接培养成熟的水解污泥外观呈黑色，结构密实。污泥中杂质较多，VSS/MLSS底部为57.5%，上部为55.1%。污泥层的平均污泥浓度为15g/L，污泥层在2.5～3.5m之间。在高倍显微镜下发现细菌的形态以长短杆菌为主。系统中微生物主要是兼性微生物。2、水解池可取代初沉池

在停留时间相当的情况下，水解池对悬浮物的去除率显著高于初沉池，平均出水SS只有50mg/L，其COD、BOD5、蛔虫卵的去除率也显著地高于初沉池。因初沉池的去除率受水质影响较大，出水水质波动范围较大，而水解池出水水质比较稳定。第44页/共53页3、较好的抗有机负荷冲击能力进水浓度越高，COD去除率越高。进水平均浓度为500mg/L时，COD去除率在45%。4、可改变污水中有机物形态及性质，有利于后续好氧处理一般城市污水可沉COD占总COD的50%左右，经水解处理后基本上去除了可沉性COD，所以水解工艺适用于污水中含悬浮状COD比例较高的废水。在运转中经常出现水解池出水溶解性COD、BOD值高于进水的情况，这说明反应中有相当数量的不溶性有机物溶解于水中，在10～20℃条件下去除悬浮物有48%发生水解。第45页/共53页5、在低温下仍有较好的去除效果水解池即使在最低水温（10℃）时仍可稳定运行。水解反应器之所以在低温条件如此高的去除率，因为水解池属于升流式污泥床反应器，这种反应器能保持有大量的水解活性污泥，污泥平均浓度达到15g/L，由于生物量大，所以可以补偿由于温度造成的不利影响。从工艺特点上讲，大量水解活性污泥形成的污泥层，在有机物通过时将其吸附截留，这延长了污染物在池内的停留时间，从而保证了去除率。6、可以同时达到对剩余污泥的稳定水解池中污泥的水解率可高达50%，排出系统污泥量比初沉池－消化池联合系统低30%。同时水解污泥沉降性能优于初沉污泥和曝气池污泥。在浓缩8～12h下，水解污泥的含水率可从98.5%降到90%，浓缩后污泥可直接脱水。第46页/共53页（四）水解池的构造1、池型

水解池一般可采用矩形或圆形结构。对于单个池子，圆形反应器节省造价，当建立两个或两相以上反应器时，矩形反应器可以采用共用壁，节省造价。反应器的经济高度一般在4～6m之间。矩形池长宽比在2：1以下较为合适。反应器的单池宽度＜10m比较合适。水解反应器的升流速度一般控制在0.5至1.8m/h。可挂填料也可不挂，挂填料可以形成厌氧膜，增大污水与污泥的接触面积）第47页/共53页水解酸化池第48页/共53页2、配水系统配水系统的均匀性是水解池工作良好的重要保证。水解池的进水系统有多种形式：一管一孔配水方式、一管多孔配水方式、分枝式配水方式、虹吸式布水。采用穿孔管布水器（一管多孔或分枝状）时，不宜采用大阻力配水系统，需反冲洗装置，采用停水分池分段反冲。用液体反冲时，压力为100～200kPa，流量为正常进水量的3～5倍；用气体反冲时，反冲压力大于100kPa，气水比为(5～10)：1。3、出水收集设备水解池出水堰与沉淀池出水装置相同，即在集水槽上加设三角堰；出水装置应设在水解池顶部，尽可能均匀地收集处理的废水；采用矩形反应器时，出水采用几组平行出水堰的多槽出水方式；采用圆形反应器量，可采用放射状的多槽出水方式。出水负荷参考二沉池负荷，堰上水头＞25mm，水面位于齿1/2