污水的厌氧生物处理

污水的厌氧生物处理第1页/共69页2

污水厌氧生物处理的发展过程早期发展1881~1950年第二代厌氧反应器

1955年开发了厌氧接触法新工艺，标志着现代厌氧反应器的开端。

第三代厌氧反应器1980年Switzenbaum等推出了厌氧附着膜膨胀床反应器（AAFEB）,还有厌氧流化床（AFB）。1概述第2页/共69页3第3页/共69页4第4页/共69页5第5页/共69页6第6页/共69页7第7页/共69页82厌氧法的基本原理

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(anaerobicmicrobes)(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(methane)和二氧化碳(carbondioxide)等物质的过程，也称为厌氧消化(anaerobicdigestion)。对批量污泥静置考察，可以见到污泥的消化过程明显分为两个阶段。固态有机物先是液化，称液化阶段；接着降解产物气化，称气化阶段；在常温下，整个过程历时半年以上。第8页/共69页9传统的厌氧消化理论为两阶段理论第一阶段：酸化阶段，最显著的特征是液态污泥的pH值迅速下降。污泥中的固态有机物或污水中的大分子化合物，如淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等，在无氧环境中降解时，转化为有机酸、醇、醛、水分子等液态产物和CO2、H2、NH3、H2S等气体分子，气体大多溶解在泥液中。转化产物中有机酸是主体。低pH值有抑制细菌生长的作用，NH3的溶解产物NH4OH有中和作用。第9页/共69页10第二阶段：气化阶段，由低分子的有机酸经微生物作用转化为气体，气体类似沼泽散发的气体，可称沼气，主体是CH4，CO2也相当多，还有微量H2、H2S等，因此气化阶段常称甲烷化阶段。第10页/共69页11第11页/共69页12第12页/共69页13第13页/共69页14甲烷菌的微生物学特征简介：甲烷菌属于古菌中的一类。古菌（Archaeobacteria）与原核生物极其接近。研究利用基因分析手段（DNA的G+C%，16SrRNA碱基顺序比较）发现，有一些特点与真核生物相同。第14页/共69页15古菌的特点形态：薄、扁平、直角几何形态；细胞结构：组分特异性；含有内含子；代谢：特殊的辅酶，代谢多样性；

呼吸类型：多为厌氧；

繁殖速度：比细菌慢；生活习性：适应极端环境。第15页/共69页16古菌的分类

按照生活习性和生理特性分为三大类：

产甲烷菌，嗜热嗜酸菌，极端嗜盐菌

《伯杰氏系统细菌学手册》分为五大群：

产甲烷古菌，古生硫酸盐还原菌，极端嗜盐菌，无细胞壁古生菌，极端嗜热硫代谢菌第16页/共69页173厌氧法的工艺和设备按微生物生长状态分为厌氧活性污泥法(anaerobicactivatedsludge)和厌氧生物膜法(anaerobicslime)；

按投料、出料及运行方式分为分批式(batch)、连续式(continuous)和半连续式(semi-continuous)；根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为一步厌氧消化(onestagedigestion)与两步厌氧消化(twostagedigestion)等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等。第17页/共69页183．1普通厌氧消化池普通消化池又称传统或常规消化池(conventionaldigester)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：(a)池内机械搅拌；(b)沼气搅拌；(c)循环消化液搅拌。第18页/共69页19螺旋桨(机械)搅拌的消化池第19页/共69页20第20页/共69页21第21页/共69页22化粪池

化粪池用于处理来自厕所的粪便污水。广泛用于不设污水厂的合流制排水系统。例如，郊区的别墅式建筑。下图是化粪池的一种构造方式。第22页/共69页23第23页/共69页243．2厌氧滤池

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。第24页/共69页25第25页/共69页26第26页/共69页27第27页/共69页28（b）废水与生物膜两相接触面大，强化了传质过程，因而有机物去除速度快（c）微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污泥回流和搅拌设备；（d）启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短。（e）处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发生堵塞，尤以进水部位更严重。滤池的清洗也还没有简单有效的方法。第28页/共69页29主要缺点：

滤料费用较贵

滤料容易堵塞主要优点：

处理能力较高滤池内可以保持很高的微生物浓度不需另设泥水分离设备、出水SS较低设备简单、操作方便第29页/共69页303．3厌氧接触法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（anaerobiccontactprocess)。厌氧接触法工艺动画第30页/共69页31厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法，不需要曝气而需要脱气。厌氧接触法对悬浮物高的有机废水(如肉类加工废水等)效果很好，悬浮颗粒成为微生物的载体，并且很容易在沉淀池中沉淀。在混合接触池中，要进行适当搅拌以使污泥保持悬浮状态。搅拌可以用机械方法，也可以用泵循环池水。第31页/共69页32第32页/共69页33第33页/共69页34第34页/共69页353．4上流式厌氧污泥床反应器UASB3.4.1概述3.4.2基本特点（优点、缺点）3.4.3UASB的构造和组成3.4.4颗粒污泥3.4.5UASB的设计（1）容积（2）配水（3）排泥的设计（4）结构设计的要求（5）三相分离器设计3.4.6UASB的启动第35页/共69页36上流式厌氧污泥床反应器（upflowanaerobicsludgeblanketreactor)，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人工载体，反应器内微生物以自身聚集生长，为颗粒污泥状态存在，因而能达到高生物量和高效高负荷。3.4.1概述第36页/共69页37第37页/共69页38UASB反应器示意图第38页/共69页39第39页/共69页40第40页/共69页413.4.2上流式厌氧污泥床反应器的基本特点

优点：有机负荷居第二代反应器之首,水力负荷满足要求;污泥颗粒化后使反应器对不利条件的抗性增强;在一定的水力负荷下，可以靠反应器内产生的气体来实现污泥与基质的充分接触。（a）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为30-40g/L，其中底部污泥床(sludgebed)污泥浓度60-80g/L，污泥悬浮层(sludgeblanket)污泥浓度5-7g/L；第41页/共69页42污泥床中的污泥由活性生物量占70-80％的高度发展的颗粒污泥(sludgegranules)组成，颗粒的直径一般在0.5-5.0mm之间，颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征。（b）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷在小试验和中型试验中可高达20-40kgCOD/（m3·d）在大型生产装置中可达到6-8kgCOD/（m3·d）。（c）反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；简化了工艺，节约了投资和运行费用。

（d）无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动；第42页/共69页43（e）污泥床内不填载体，提高了容积利用率，节省造价及避免堵塞问题。缺点：（a）大型装置内会有短流现象（要求配水装置性能要好）（b）进水SS要求≤200mg/L，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞（c）在没有颗粒污泥接种的情况下，启动时间长（d）对水质和负荷突然变化比较敏感（e）要求水温高些，最好35℃左右。第43页/共69页44由图可见，UASB工作时，废水从反应器底部进入，与污泥床层的高浓度颗粒污泥接触，污染物被分解产生沼气。污水、污泥和沼气一起向上流动，进入反应器的上部的三相分离器，完成气、液、固三相的分离。被分离的消化气从上部导出，被分离的污泥则自动滑落到悬浮污泥层。出水则从澄清区流出。3.4.3UASB的构造和组成第44页/共69页45第45页/共69页46第46页/共69页47UASB反应器的组成(1)进水配水系统将废水尽可能均匀地分配到整个反应器，并有水力搅拌功能。(2)反应区其中包括污泥床区和污泥悬浮层区，有机物主要在这里被厌氧菌所分解。(3)三相分离器由沉淀区、回流缝和气封组成，其功能是把沼气、污泥和液体分开。第47页/共69页48(4)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。(5)气室也称集气罩，其作用是收集沼气。(6)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。(7)排泥系统其功能是均匀地排除反应区的剩余污泥。第48页/共69页49厌氧污泥的主要聚集形式包括颗粒(granules)、团体(pellets)、絮体（flocs)、絮状污泥(nocculentsludge)等。定义：团体和颗粒是结构紧密的聚集体。这些聚集体沉降后呈现固定的形态。絮体和絮状污泥则是具有蓬松结构的聚集体，这些聚集体沉降后无固定形态。3.4.4厌氧颗粒污泥第49页/共69页503.4.5UASB的设计

（1）UASB反应器容积的确定

进水容积负荷法

V——反应器有效容积，m3

；

Q——废水流量，m3

／d；

So——进水COD或BOD5浓度，g／mL；

NV——COD或BOD5容积负荷，kg／(m3．d)NV

与水温、水质、污染物可生化性有关，一般取6~8kgCOD/m3．d第50页/共69页51（2）进水配水系统的设计（3）排泥系统设计（4）UASB反应器的结构设计要求第51页/共69页52（5）三相分离器设计

三相分离器的基本构造：三相分离器的型式是多种多样的，但其三项主要功能均为气液分离、固液分离和污泥回流；主要组成部分为气封、沉淀区和回流缝。第52页/共69页53第53页/共69页54第54页/共69页553.4.6升流式厌氧污泥床反应器的启动

UASB反应器的启动可分为两个阶段:接种污泥在适宜的驯化过程中获得一个合理分布的微生物群体。这种合理分布群体的大量生长、繁殖启动具体过程如下：

第55页/共69页564厌氧法的影响因素控制厌氧处理效率的基本因素有两类:一类是基础因素，包括微生物量(污泥浓度)、营养比、混合接触状况、有机负荷等；另一类是环境因素，如温度、pH值、氧化还原电位、有毒物质等。产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，对于一般工业废水，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。第56页/共69页574．1温度条件各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，产甲烷菌的温度范围为25-60℃。在35℃和53℃上下可以分别获得较高的消化效率，温度为40-45℃时，厌氧消化效率较低。据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可分为常温消化、中温消化和高温消化三种类型。

第57页/共69页58温度对厌氧消化过程的影响第58页/共69页59第59页/共69页60第60页/共69页61第61页/共69页624．5厌氧活性污泥厌氧活性污泥主要由厌