污水的厌氧生物处理

污水的厌氧生物处理第一页，共五十一页，编辑于2023年，星期三厌氧工艺的发展历史1881年2月，法国《宇宙》，莫拉斯（Mouras）将简易沉淀池加以改进而得到的“自动净化器”。1895年，英国卡麦隆（Cameron）获得腐化池专利。1899年，美国Clark提出应将污泥和水分离，再将污泥隔绝空气消化的想法。1904年，首先在英国汉普敦建成了双层沉淀池，将沉淀池下部改变为消化室。第二页，共五十一页，编辑于2023年，星期三主要优点有：(a)能量需求大大降低，还可产生能量；(b)污泥产量极低，沉降性好；(c)被降解的有机物种类多，应用范围广，主要用于处理高浓度有机废水，也可用于处理低浓度有机废水，也能处理某些好氧微生物难降解的物质；(d)对水温的适应范围广；(e)有机容积负荷率高；(f)营养盐类需要量少。厌氧法的缺点是；(a)厌氧设备启动时间长；(b)处理后的出水水质差，往往需进一步处理才能达标排放。第三页，共五十一页，编辑于2023年，星期三厌氧法与好氧法的比较类型优点缺点适用条件好氧法处理程度高负荷高占地面积少设备简单能耗高运行管力要求高可能发生污泥膨胀生物脱氮功能有限对营养物质有要求城市污水处理，有机工业废水处理。适用于大、中、小型污水处理厂。厌氧法能耗低适用范围广剩余污泥少可回收沼气耐冲击负荷对营养物要求低可间歇运行处理程度低，出水达不到排放要求水力停留时间长，占地面积大设备复杂启动时间长污水和污泥处理。特别适用于高浓度有机废水和污泥处理。第四页，共五十一页，编辑于2023年，星期三§6.1厌氧生物处理的基本原理传统上，污泥在脱水作最后处置前进行厌氧处理，称为污泥消化，“消化”也常作为厌氧处理的简称。早期的厌氧处理都是针对污泥消化的。厌氧的反应过程大致可以分为几个步骤：水解；酸化；乙酸化；甲烷化。产生气味的原因是原水中的N、S被还原为H2S、NH3等。第五页，共五十一页，编辑于2023年，星期三厌氧呼吸厌氧呼吸是在没有氧分子的情况下进行的生物氧化。厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统。反应最终受体是氧以外的有机物或无机物。根据最终受体不同，分为：发酵和无氧呼吸。1发酵：指供氢体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用，最终受体无需外加，就是供氢体分解的产物。氧化不彻底，能量少，故该类厌氧微生物消耗底物较多。2无氧呼吸：指以无机化合物（如：NO3-,NO2-,SO42-,S2O32-,CO2等）替代分子氧，作为最终受体的生物氧化作用。无氧呼吸可以使有机底物被彻底氧化，能量得以分级释放，产生的能量要远大于发酵过程。第六页，共五十一页，编辑于2023年，星期三废水的厌氧生物处理厌氧处理中的微生物群落主要是原核性质的，包括细菌和古细菌。厌氧生物处理的过程是一个多步骤的过程。复杂的可降解颗粒物蛋白质和碳水化合物脂肪氨基酸和单糖长链脂肪酸挥发性有机酸（丙酮酸和丁酸等）乙酸氢甲烷1234567水解发酵厌氧氧化2/31/3第七页，共五十一页，编辑于2023年，星期三影响因素（针对产气步骤）温度：低温消化（15－20℃），中温消化（35-38℃），高温消化（52-55℃），工艺中应采取保温及温控措施。pH：甲烷菌适宜pH：6.8-7.2，为此需要在线监控，投加石灰或Na2CO3中和微生物产生的酸。碳氮比C/N：一般要满足COD:N:P=800:5:1即可，实际处理液的C/N以(10－20):1为宜。缺氮磷可以通过施加化肥达到目的。硫化物：甲烷菌最佳生长需要11.5mg/L的硫（以H2S计）。目前高负荷反应器硫化物可以达到150－200mg/L。有毒物质：尤其是重金属的毒害作用很大，如果运行不顺利，可以考虑是否为重金属原因。搅拌和混合：要求适合的搅拌速度。污泥泥龄：较长的泥龄有利于厌氧微生物繁殖生存。第八页，共五十一页，编辑于2023年，星期三§6.2污水的厌氧生物处理方法停留时间一般为12－24小时，污泥大约半年清除一次，出水不能直接排放水体，常在绿地下设渗水系统排出。化粪池第九页，共五十一页，编辑于2023年，星期三普通消化池常采用圆柱形或蛋形。中温或高温消化时，需要对料液进行加热。为保持池内温度均匀，利于沼气释放，需要搅拌，一般每隔2－4小时搅拌一次。为节省能源，可采用二级消化工艺，二级消化池与普通消化池相同，但是不设搅拌，相当于沉淀池。第十页，共五十一页，编辑于2023年，星期三普通消化池污泥停留时间等于水利停留时间，停留时间较长（20-30天），反应池体积大，负荷低。按容积大小分可分为小型池（1000-2500m3），中型池（2500-5000m3），大型池（5000-10000m3）。按运行方式分类有一级和二级之分。消化池的搅拌主要有以下几种方式：水泵循环搅拌（设备简单，维修方便）；机械搅拌；沼气搅拌（可以提高沼气产量）。目前仍有应用，主要应用于：污泥稳定；高浓度有机工业废水；高悬浮物含量有机废水；难降解有机物工业废水等。第十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期三洛杉矶Hyperion污水处理厂蛋型厌氧消化池采纯氧曝气,每日约需纯氧220吨，生物反应池内MLSS维持在1,000~1,500mg/L，出水端溶氧值控制于5~10mg/L，水力停留时间约6小时，污泥停留时间约为1~1.5天

设有18座圆柱型及18座蛋型消化槽，消化温度控制在95°F，污泥停留时间约15天，产气量每天可达740万立方英呎，其中甲烷含量约64﹪，每日需供给Scattergood蒸气发电厂作为燃料，以交换该电厂提供优惠电价，1.3美元/KWh(市价9美元/KWh)第十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期三旧金山Oceanside水污染控制厂之蛋型厌氧消化槽池Oceanside水污染控制厂之生物处理系统系采纯氧活性污泥法，生物反应池共三池，每池分为六槽。共设有4个蛋型消化槽，每座消化槽容积为750,000加仑，采单段中温操作，操作温度约为95°F，停留时间约为24天。每槽产气量约为100,000立方英呎，产出瓦斯气体主要作为锅炉及发电机之燃料，目前每日可提供厂内约1/2之用电。第十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期三北京市高碑店污水处理厂

污泥消化池污泥处理采用中温两级消化技术，消化后经脱水的泥饼外运作为农业和绿化的肥源。消化过程中产生的沼气,用于发电可解决厂内部分用电。

规模为日

处理污水100万立方米，占北京市污水总量40%。一级处理包括格栅、泵房、曝气沉砂池和矩形平流式沉淀池；二级处理采用空气曝气活性污泥法。第十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期三水解反应器优点：不需要密封，搅拌，三相分离器出水可生化性好，减少后续反应时间出水没有不良气味池体积小，节省基建费用污泥量少，污水、污泥一次性处理，不需要中温消化。项目COD(mg/L)BOD(mg/L)SS(mg/L)溶解性COD比例%BOD5/COD原污水493.3170.2277.450.80.345水解出水278.4115.245.377.80.414工艺特点：污染物数量质量变化；有机物数量显著减少；污水可生化性提高。原污水与水解出水水质比较第十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期三水解-好氧联合处理工艺流程第十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期三厌氧接触法污泥浓度要求很高，在12000－15000mg/L左右；污泥回流量很大，一般是废水流量的2－3倍。厌氧接触法对悬浮物高的有机废水（如肉类加工废水）效果很好，中温消化经过6－12小时，BOD5去除率可达90％以上。第十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期三存在问题及解决方法该工艺存在的问题有：(a)厌氧反应器排出的混合液中的污泥由于附着大量的气泡在沉淀池中易于上浮到水面而被出水带走；(b)进入沉淀他的污泥仍有产甲烷菌在活动．并产生沼气，使已沉下的污泥上翻，影响出水水质、降低回流污泥的浓度。对此采取措施有：(a)在反应器和沉淀池之间设脱气器．尽可能脱除沼气；(b)在反应器与沉淀池之间设冷却器，抑制产甲烷菌的活动；(c)在沉淀池投加混凝剂：(d)用超滤（或膜分离器）代替沉淀池。第十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期三厌氧生物滤池

(AF升流式，DSFF降流式)密封的水池，优点有：处理能力较高；微生物浓度高，出水SS较低，设备简单、操作方便；缺点：滤料费用较贵；滤料容易堵塞，尤其是下部，而且堵塞后没有有效的清洗方法。第十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期三填料的选择填料是厌氧生物滤池的主体，要满足以下条件：比表面极大；表面粗糙；保证机械强度；价格低廉；选择合适的形状、空隙度和颗粒尺寸；常用填料基本上与好氧接触氧化工艺基本相同，主要有:实心块状填料：如碎石、砾石等，容易发生堵塞和短流。空心填料：多用塑料制成，呈圆柱形或球形，可以减少滤料层的堵塞现象。蜂窝或波纹板填料：塑料波纹板和蜂窝填料，质量轻、稳定，不易堵塞。软性或半软性填料：半软性聚乙烯、弹性聚苯乙烯滤料，软性尼龙纤维滤料。比表面积和空隙率较大。第二十页，共五十一页，编辑于2023年，星期三厌氧生物转盘优点有：(a)微生物浓度高，可承受高额的有机物负荷，相应的去除率可达90％左右；(b)废水水平流动．也不需要回流，可以节约能源；(c)由于转盘的转动，不断使老化的生物膜脱落，以保持生物膜的活性；(d)可采用多级串联，使各级微生物处于最佳的生存条件。主要缺点是盘片成本高，整个装置造价很高。该反应器的设计按负荷法设计。第二十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期三升流式厌氧污泥床（UASB）升流式厌氧污泥床（UASB），由荷兰Dr.GatzeLettinga在20世纪70年代研发的，是集生物反应与沉淀于一体，主要构造包括：污泥床、污泥悬浮层、沉淀区、三相分离器及进水系统。SS<4000-5000mg/L第二十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期三UASB工艺控制进水基质营养比：C：N：P=250：5：1。进水SS小于4000-5000mg/L，启动阶段应小于2000mg/L。氨氮一般小于1000mg/L，50-200mg/L有利于微生物生长。硫酸根浓度应小于5000mg/L。有毒物种类临界浓度（mg/L）苯酚1500-3000对苯酚750-1250临苯酚2000-4000吡啶5000-80001-萘酚100-700苯胺5000-6000第二十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期三厌氧颗粒污泥三个阶段：启动与污泥活性提高阶段，COD有机负荷控制在2.0kg/m3d以下。形成阶段，COD有机负荷应控制在2.0-5.0kg/m3d污泥床形成阶段，COD有机负荷大于5kg/m3d类似于结晶过程，增加CaCO3等不溶性无机盐有助于颗粒污泥的形成。颗粒污泥形成条件包括：水质、有机负荷、pH等，但水利条件是主要的原因，即升流式运行方式。第二十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期三第二十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期三EchucaWastewaterTreatmentPlantA3-phaseseparatordeviceatthetopofthechamberTheUASBreactorsareanenclosedchambersystemapproximately6metresdeep澳大利亚Coliban水公司TheFETisa35metrediameterby4.15metredeep第二十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期三TreatmentPerformanceFlowEqualisationtank(FET)VolatileFattyAcids(VFA,s)第二十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期三我国部分USAB反应器运行数据废水种类温度℃反应器容积m3COD负荷kg/m3d进水CODｍｇ／ＬCOD去除率％研究应用单位味精废水酒精过滤液柠檬酸废水酿造废水啤酒废水30－32高温35常温常温4.624664.88*2405.522.320.34.29－1312150900－280020000－360002000－60001500－300088.5919082.485中科院广州能源研究所北京环境保护科学研究院常州环境工程设计研究院北京环境保护研究所北京啤酒厂第二十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期三IC（InternalCirculation）反应器克服了UASB污泥流失的问题。与UASB相比，可以处理更高浓度废水，运行负荷及处理能力高于UASB反应器。第二十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期三IC反应器处理啤酒废水参数企业名称沈阳华润雪花啤酒上海富士达啤酒厂北京啤酒厂反应器类型ICICUASB反应器容积（m3）704002000反应器高度（m）1620.5——进水COD（mg/L）430020002000进水SS（mg/L）290100-600500COD容积负荷（kg/m3d）25-30154.3HRT（h）4.2211.2COD去除率（%）80——>80温度中温——中温第三十页，共五十一页，编辑于2023年，星期三厌氧膨胀床(EGSB)和厌氧流化床(UFB)特点：(a)床内具有很高的微生物浓度(一般为30gMLVSS/L左右)，有机物容积负荷率较大，水力停留时间短，具有较好的耐冲击负荷能力，运行稳定；(b)膨胀或流化的载体可避免堵塞；(c)床内生物固体停留时间长．运行稳定，剩余污泥少；(d)可用于处理高浓度有机废水，也可用于处理低浓度的城市废水。缺点：(a)为保证载体膨胀或流化，能耗较大；(b)系统的设计运行要求高。一般膨胀率为10－20％称为厌氧膨胀床，膨胀率为20－70％时称为厌氧流化床。第三十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期三Theexpandedgranularsludgebed(EGSB)reactor第三十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期三EGSB反应器工业应用情况废水类型反应器容积（m3）运行温度（℃）进水COD（mg/L）HRT（h）COD去除率（%）酒精废水2.530±2100-2000.09-2.183-98啤酒废水225.515-20666-8861.6-2.470-91屠宰废水2.7351440-42000.270蔗糖废水8.68550-1100490-97化工废水27530400001.8>98第三十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期三产酸菌和产甲烷菌的特性参数发酵产酸菌产甲烷菌种类多相对少生长速率快慢对pH的敏感性不太敏感（5.5-7）敏感（6.8-7.2）对温度敏感性20-35℃30-38℃；50-55℃对H2的敏感性敏感不太敏感对毒物的敏感性一般性敏感敏感第三十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期三厌氧转化过程的相分离理论水解酸化产乙酸产甲烷分阶段多项厌氧反应器技术（StagedMulti-PhaseAnaerobicReactorSMPA)在各级分隔空间中培养适宜的厌氧微生物，适应底物及环境防止各个单独空间中独立发展形成的污泥相混合各个单独空间所产生的气体相互隔开各个单独空间的流态趋于完全混合，而工艺流程趋于近推流，即复合流态，使系统有更高的处理效果。第三十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期三厌氧折流反应器（ABR）容易产生短流、死区及生物固体的流失等问题。第三十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期三厌氧折流反应器（ABR）第三十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期三厌氧折流反应器（ABR）优点指标主要优点反应器结构结构简单、无运动部件、无需机械混合装置、造价低、容积利用率高、不易堵塞、污泥床膨胀程度较低、反应器总高度、投资成本和运转费用低。生物量特性对生物体的沉降性能没有特殊要求、污泥产率低、剩余污泥量少、泥龄长、污泥无需载体表面生长、无需后续沉淀池进行泥水分离。工艺运行水利停留时间短，可以间歇运行、耐水力负荷和有机负荷能力强，对进水中的有毒有害物质具有良好的承受力、可以长时间运行而无须排泥。第三十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期三ABR反应器与其他反应器性能比较反应器类型废水类型反应器容积（L）容积负荷（kgBOD/m3d）COD去除率（%）AFBR制酒废水——572AF糖浆废水——1829UASB屠宰废水331185UASB糖浆废水852377ABR制酒废水6.33.591ABR糖浆废水1652077第三十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期三ABR运行中注意的问题回流：稀释进水中的有毒物质，提高前段pH，减少泡沫。低浓度废水：采用短HRT。高浓度废水：采用长HRT。高SS废水：增大第一室容积，截留SS。温度：35-25℃之间降温没有影响。但低于25度将使反应速度降低。第四十页，共五十一页，编辑于2023年，星期三部分厌氧处理工艺的比较构筑物类型优点缺点厌氧消化池可适应高SS浓度负荷低，需要较大池容积接触消化适应中等SS浓度中等负荷，运行管理复杂UASB工艺适应高或低浓度COD，负荷高，运行简单颗粒污泥培养需要技巧，不适应高SS浓度废水厌氧滤池适应高或低浓度COD，运行简单SS浓度高时有堵塞危险厌氧塘投资少，实际不需要维护占地面积大，产生臭味，不能回收沼气第四十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期三§6.3厌氧生物处理法的设计设计内容包括：流程和设备的选择：

处理工艺和设备的选择；消化温度；采用单级或两级消化等。反应器和构筑物的构造和容积的确定需热量的计算和搅拌设备的设计第四十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期三反应器容积的确定（容积负荷法）不同消化温度下消化池建议采用的有机负荷消化温度℃810152027303337有机容积负荷kg/(m3d)最小0.250.330.50.651.01.31.62.5最大0.350.470.70.951.41.82.33.5厌氧接触消化工艺建议采用的设计参数消化池沉淀池有机容积负荷kgCOD/(m3d)污泥负荷kgCOD/kgVSSdMLVSSg/L污泥回流比％水力表面负荷m3/m2h水力停留时间h2－60.256－10200－300不大于14第四十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期三UASB反应器在不同温度下的有机负荷温度℃有机负荷kgCOD/(m3d)可沉COD<5%可沉COD=30%-40%152－31.5－2204－62－3256－103－63010－156－9（SS去除一般）3515－209－14（SS去除较差）4020－2714－18（SS去除差）第四十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期三（水力停留时间法）不同温度下USAB、EGSB、AF反应器的允许水力停留时间温度℃水力停留时间HRT/h8m高反应器4m高反应器平均值峰值平均值峰值16－194－63－44－52.5－422－263－42－32.5－41.5－3>262－31.5－21.5－31.25－2中温和高温消化的有机负荷和消化时间消化温度挥发性有机负荷kgCOD/(m3d)产气量m3/m3d消化时间d中温消化0.6－1.51－1.320－30高温消化2.0－2.83.0－4.01