有机废水的厌氧生物处理

有机污水的厌氧处理

contents厌氧生物处理的生化过程1厌氧处理的优缺点2厌氧反应器的发展与应用3厌氧颗粒污泥的结构、特点及形成机理4总结5厌氧发酵的生物过程甲烷的生物合成有3种途径，包括以乙酸为底物，以H2/CO2为底物，以甲基类化合物为底物的生物合成过程。研究表明，以乙酸为底物产生的甲烷占自然界产甲烷量的67%产甲烷菌能量消耗低，且可回收能源

废水有机物达一定浓度后，沼气能量可以抵偿消耗能量。研究表明，当原水BOD5达到1500mg/L时，采用厌氧处理即有能量剩余。有机物浓度愈高，剩余能量愈多。一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。

每去除1kgCOD可产生12.5MJ甲烷，折合1.5kWh电能（假设电能转化效率为40%）厌氧处理的优点

厌氧工艺与好氧工艺能量比较（100吨/d，废水浓度10gCOD/L，水温20度）能量厌氧好氧曝气产生甲烷废水升温到30度净能量（KJ/d）-1.9×10612.5×1066-4.2×108.3×10-1.9×1066低污泥产率

厌氧处理的污泥产率仅为好氧处理的1/6～1/10高容器负荷，反应器体积小，节省占地空间

厌氧工艺有机负荷可高达：25—35kgCOD/m3d

好氧工艺有机负荷：0.5—3.0kgCOD/m3d污泥易贮存

厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以季节性或间歇性运转。厌氧处理的优点开发紧凑、低耗、高效的生化反应器一直是我们追求的目标厌氧生物法不能去除废水中的氮和磷厌氧法启动过程较长运行管理比较复杂卫生条件差厌氧处理去除有机物不彻底有待克服的问题

最初的厌氧反应器采用污泥与废水完全混合的模式,污泥停留时间(SRT)与水力停留时间(HRT)相同,厌氧微生物浓度低,处理效果差。一般其容积负荷在4～5kgCOD/(m3·d)以下。HRT一般为7~20天。污水、污泥定期或连续加入消化池，经消化后的污泥和污水分别由消化池底部和上部排出。所产生的沼气则有顶部排出。为了使污水和微生物充分接触，消化池中设搅拌装置，定时搅拌池内容物。厌氧反应器的发展与应用第1代厌氧反应器普通厌氧消化池

第2代厌氧反应器

第二代厌氧反应器的共同特点是：分离了污泥停留时间和水力停留时间，其污泥停留时间可达上百天，从而使得高浓度有机废水处理的停留时间从过去的几天、几十天缩短到几小时或几天。UASB上流式厌氧污泥床反应器（upflowanaerobicsludgeblanketreactor)UASB反应器示意图UASB反应器的构造与组成(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悬浮污泥区颗粒污泥区矩形反应器三相分离器圆形反应器三相分离器宏大淀粉厂采用组合式三相分离器冀东制药厂采用多级组合式三相分离器用玻璃钢制成的三相分离器第3代高效厌氧反应器

EGSB反应器

IC反应器——更高的处理负荷——更高的处理效率厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB，ExpandedGranularSludgeBed）内循环式反应器（IC，InternalCyclicReactor）EGSB反应器结构示意图

沼气进水出水IIIIIIVV循环水污泥床IⅥI.配水系统II.反应区III.三相分离器IV.沉淀区Ⅴ出水系统Ⅵ出水循环系统

InfluentEffluentRecycleSludgeBedEffluentsettlergascapbiogasgasbubblesludgegranuleExpandedGranularSludgeBed

EGSB的设计思想是：在设有性能良好的布水系统的条件下，通过部分出水回流、采用高的高径比提高反应器中液体的上升流速。EGSB采用出水回流技术,反应器内的液体具有较高的上升流速,且出水回流可稀释硫酸盐及其它有毒有害物质的浓度,污水与微生物之间可充分接触,能承受较大的有机负荷,有效避免反应器内死角和短流的产生。应用EGSB反应器处理低温低浓度污水和高浓度或有毒、难降解工业废水,COD去除率较高,具有其它厌氧反应器不可比拟的优势,可广泛应用于多种污水处理工程。在高水力负荷条件下,EGSB反应器内颗粒污泥的粒径较大、凝聚和沉降性能好、机械强度也较高进水升流管配水系统降流管第一层三相分离器第二层三相分离器第一反应区第二反应区出水气液分离器沼气

内循环厌氧反应器（InternalCirculation，IC）是基于UASB基础上，由荷兰某公司于20世纪80年代中期开发成功的第三代高效废水厌氧处理反应器。反应器的构造特点具有很大的高径比，而反应器通常高达16-25m。内循环式（IC）反应器

1.

进水IC反应器由两个USAB反应器上下叠加串联构成,高度可达16m~25m,高径比一般为4-8,由5个基本部分组成:混合区、颗粒污泥膨胀床区、精处理区、内循环系统和出水区。其中内循环系统是IC工艺的核心部分,由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和泥水下降管等组成。2.废水首先进入反应器底部的混合区,并与来自泥水下降管的内循环泥水混合液充分混合后进入颗粒污泥膨胀床进行COD的生化降解,此处的COD容积负荷很高,大部分COD在此处被降解,产生大量沼气,沼气由一级三相分离器收集。由于沼气气泡形成过程中对液体所做的膨胀功产生了气体提升作用。使得沼气、污泥和水的混合物沿沼气提升管上升至反应器顶部的气液分离器,沼气在该处与泥水分离并被导出处理系统。泥水混合物则沿着泥水下降管进入反应器底部的混合区,并与进水充分混合后进入污泥膨胀床区,形成所谓的内循环。3.根据不同的进水COD负荷和反应器的不同构造,内循环流量可达进水流量的0.5-20倍。经颗粒污泥膨胀床区处理后的污水除一部分参与内循环外,其余污水通过一级三相分离器后,进入精处理区的颗粒污泥床区进行剩余COD降解与产沼气过程,提高和保证了出水水质。内循环厌氧反应器（IC反应器）一种高效高负荷的厌氧生物反应器；利用厌氧产生沼气形成提升作用；通过内循环提高反应器中段的厌氧微生物量；通过内循环加强微生物与基质的接触，提高反应效率。InternalCirculationSwitzerland,20mheight厌氧氨氧化Anammox厌氧颗粒污泥的结构、特点及形成机理

颗粒污泥是厌氧微生物在不依赖惰性载体的情况下，依靠自我固定化，形成的一种结构紧密的污泥聚集体，它是一个具有自我平衡的微生物系统。表观形状物理化学特性颗粒结构颗粒污泥特点形成机理颗粒污泥多种多样，在不同基质中或不同操作条件下，培养出的颗粒污泥在外型、组成菌群、密实程度等方面有所不同。大小：初期，颗粒较小，通常直径在0.12～0.14mm．成熟后，直径一般在0.2～1.5mm之间，大部分在0.8mm以上，可大至7mm

颜色：通常是黑色或灰色，取决于处理条件，特别是与Fe，Ni，Co等金属的硫化物有关形态：不同温度下有所差异，常温颗粒污泥表面较光滑，有孔隙，污泥表面菌体排列较紧密，菌体较饱满，颗粒污泥中心有明显的空洞。

表观形状沉降性能：颗粒污泥的沉降速度一般为18~50m/h，随着直径的增大，沉降速度随之增大。抗压机械强度为0.26×105~1.51×105湿密度为1.03~1.08g/cm3，一般为1.05g/cm3理化特性有机组分

以VSS浓度计无机组分

主要是钙、钾和铁等无机化合物。随废水性质的不同，无机物的含量可达10%~60%（干重)胞外多聚物主要是由蛋白质和多聚糖组成，也发现有少量脂类。EPS太多会阻碍传质，形成空心丸化学组成颗粒结构提高沉降性能，保持高污泥浓度，提高了污泥负荷，减少了占地面积。实现了HRT和SRT的分离，厌氧颗粒污泥能长期滞留在反应器内，具有很长的SRT和很短的HRT，使反应器有很高的处理效能。厌氧颗粒污泥形成后，产甲烷菌主要集中在颗粒的内部，而水解发酵菌和产酸菌主要在颗粒的表层，这种结构为产甲烷菌提供一个保护层或缓冲层，有利于产甲烷菌的生长。厌氧颗粒污泥是个微小的生态群落，各类细菌之间距离相对很近，可提高种间氢的转移速率，具有高的产甲烷活性。厌氧颗粒污泥的形成，使EGSB和IC的开发成为可能。颗粒特点

有一些无机物的晶体（CaCO3）形成颗粒污泥的中心，微生物和有机物在上面发生沉积和自凝聚，从而形成颗粒污泥。123"spaghetti"理论钙晶核理论选择压理论在UASB的启动阶段，由于升流式污泥床的水力筛分作用将一部分分散悬浮的生物絮体排出反应器，使相对密度大的颗粒污泥保持在反应器内形成机理

总结生物制氢‘‘‘‘哈尔滨工业大学任南琪教授开创了具有我国自主知识产权的有机废水乙醇型发酵生物制氢技术。任南琪等人研究了在中温35℃条件下利用EGSB反应器处理高浓度糖蜜污水的生物制氢情况,将反应控制在乙醇型发酵阶段,经过近90天的运行达到高效、稳定的