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第三章废水的生物化学处理方法一、废水生物处理过程中的微生物二、微生物的呼吸类型及相应的生物处理方法三、微生物的生长规律和影响因素第二节好氧悬浮生长系统处理技术第一节废水处理的微生物学基础第三节好氧附着生长系统处理技术第四节厌氧生物处理技术(1)UASB反应器的工作原理2、上流式污泥床工艺(UASB)工作原理:①废水自反应器底部进水。②通过一个高浓度污泥床,污水中的有机物在此进行厌氧分解,转化为消化气。③在污泥床上部形成污泥悬浮层。④反应器上部是固、液、气三相分离装置生物体:以0.1-4毫米的小颗粒存在。UASB反应器运行成功的关键是要形成沉淀性能良好的高活性的颗粒状污泥床。混和:是由上升水流和消化气搅动完成的。利用多个进水口可使水流分布均匀,混合充分。不适用于高浓度悬浮固体废水,进水的TSS应控制在500mg/L以下。(2)UASB反应器运行的前提条件

A、反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥。B、由产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌作用。C、设计合理的三相分离器,这使沉淀性能良好的污泥能保留在反应器内。(3)UASB工艺的特点

A、消化液携带的污泥能自动返回反应区内。

B、产气的搅拌作用使污泥床不断运动从而废水混合很好。C、没有任何填料的UASB反应器有很大的空间容纳污泥。

D、反应器内设反应器上部设有气-液-固三相分离器

E、没有填料的UASB反应器在投资和运行成本上更节省、更节能,同时操作相对简单易于控制。

但其还有一些缺点:①反应器内有短流现象,影响处理能力;②进水中的悬浮物应比普通消化池低得多,特别是难消化的有机物固体不宜太高,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;③初次启动时间长,对水质和负荷突然变化比较敏感。(4)UASB反应器的构造三相分离器:A、三相分离器满足的要求①沉淀室的斜壁倾角约为500,以利于污泥下滑;②水流在沉淀室内的表面负荷率低于0.7m3/m2.h,在沉淀室底部的进水口处,表面符合率保持在2.0m3/m2.h以下。③处于气室液-气界面上的污泥要浸于水中。④应防止气室内出现大量气泡。B、三相分离器的工作原理①气、液、固混合物上流至三相分离器;②污泥返回反应器,溶解的沼气释放;③随水流进入沉淀室的污泥经浓缩后返回反应器。C、三相分离器的特点①沉淀室的底板可充当气体分离器;②反应器与沉淀室合为一体,无需另外空间,整个工艺过程连续完成;③沉淀室分离的污泥可直接返回反应器内,无需机械设备;④污泥始终保留在系统内,可减轻外界环境带来的不利影响。D、三相分离器正常工作的条件①在水、泥混合物进入沉淀室前,必须把气泡分开;②为避免水、泥混合物在沉淀室内继续产气,必须适当控制污泥在沉淀室中的滞留时间,并使反应器流出液有较高的净化程度;③污泥沉淀后,常积聚于沉淀室底部,沉淀室的进水口处应有一定的流速,以促使污泥返回反应器内。

进水系统A、布水点的设置B、进料方式水封:调节气室高度的作用(5)UASB反应器的操作运行A、UASB反应器初次起动的操作原则①选取性能优良的接种污泥,以保证反应器有较好的微生物种源;②控制合适的反应器环境,以促进厌氧微生物(特别是产甲烷细菌)的增殖;③控制工艺条件,以促使污泥的颗粒化。

B、工艺条件的控制接种污泥接种污泥具有以下作用:①可供微生物附着的载体物质微粒对刺激和发动细胞的聚集是有益的;②种泥的比产甲烷活性对启动的影响不大。尽管浓度大于60gTSS/L的稠消化污泥的产甲烷活性小于较稀的消化污泥,前者却更有利于UASB的初次启动;③添加部分颗粒污泥或破碎的颗粒污泥,了可提高颗粒化过程。废水性质(6)反应器污泥流失的原因及控制对策通常反应器的污泥流失可分为三种情况。①

沉淀室中的悬浮污泥层表面保持在出水堰以下,污泥的流失量低于污泥的增长量;②

在有机质负荷率相对稳定的条件下,悬浮污泥层升至出水堰处,此时应及时排放剩余污泥;③

由于冲击负荷或水质突变,污泥过度膨胀,导致污泥大量流失。控制对策:①对于污泥过量积累,控制的措施较简单,只需排弃过量部分即可;②对于污泥过量流失,则需通过控制工艺条件来加以抑制。通常,调节有机质负荷是控制污泥过量流失的主要方法,而提高污泥沉淀性能则是防止污泥流失的根本途径。从控制来说,有机质负荷控制容易在短期内收效,而提高污泥沉淀性能则需较长的时间。为了弥补启动中污泥过量流失的,可在UASB反应器后设置沉淀池,沉淀池的容积无需很大,能满足HRT2-3h即可。增设沉淀池的好处是:①

可加速污泥的积累、缩短启动时间;②

去除悬浮物,提高出水水质;③

遇冲击负荷时,可回收流失的污泥,保持工艺运行的稳定性;④

污泥返回反应器进一步分解,可减少污泥排放量。3、两相厌氧工艺

为了充分发挥各类厌氧消化微生物的活性,提高厌氧反应器的处理效率,并改善其工作性能而研制开发了两相厌氧消化(Two-phaseanaerobicdigestion)工艺.

(1)工艺流程

系统由两个厌氧反应器串联组成。废水中的有机质先在第一个反应器中水解产酸,所形成的产物再用作第二个反应器的进料,并转化为沼气。两个反应器之后可设沉淀分离装置,分别用于各自的污泥沉淀和回流。

(2)两相厌氧消化机理

单相厌氧消化中,产酸和产甲作用被放置于相同的物理和化学条件下进行,单相厌氧消化器的处理效率较低,工作稳定性较差。

两相厌氧消化工艺并非是单相厌氧消化工艺的简单分离;相反,单相厌氧消化工艺也不是两相厌氧消化工艺的简单结合,它们所涉及的微生物生态和生态生理作用明显有别。

(3)两相厌氧消化工艺的操作和性状A、操作两相厌氧消化工艺操作的主要任务之一,就是要实现产酸相和产甲烷相的分离。

建立产酸相的技术有三种,即:①抑制剂法在产酸相中使用对产甲烷菌进行选择性抑制。

②渗析法 利用通透有机酸的选择性半透膜可使产酸相和产甲烷相分开

③动力学控制法 通过对废水在反应器的水力停留时间的调节可以动力学控制产酸菌和产甲烷菌的生长。B、运行性状

产酸菌主要为兼性厌氧菌,对氧的适应性较强;而产甲烷菌则均为严格厌氧菌,对氧反应敏感;此外,它们适应的pH值和Eh值范围,以及所能耐受的VFA浓度都不相同。

(4)两相厌氧消化的特点与传统的单相厌氧消化工艺相比,具有特点:A、两相分离提高了产甲烷菌的活性。B、两相分离提高反应器运行的稳定性。

C、两相分离为定向生成中间产物提供了条件。

D、两相厌氧法的上述工艺特点带来了如下优点:①避免了传统单相工艺中微生物之间的抑制和代谢产物对微生物的抑制③能够处理单相厌氧工艺不宜处理的几类废水。

④适宜处理含高浓度悬浮固体的废水②不致于引起产甲烷相发生酸败

(5)两相厌氧反应器的选择和构造

两相厌氧工艺反应器选择和设计的主要原则是,产酸器尽可能构造简单化而降低基建费用;产甲烷器则必须选择运行稳定的高产反应器。产酸反应器

多选用完全混合式的厌氧接触反应器作为产酸器。产甲烷反应器

作为产甲烷器的构筑物有上流式厌氧滤器(AF)、上流式厌氧污泥床反应器(UASB)、上流式厌氧污泥床滤器(UBF)

4、厌氧流化床工艺

固体流态化是一项改善固体颗粒与流体之间接触,并使其呈现流体状的技术。其广泛应用于石油、化工、冶金和煤炭等部门。

厌氧流化床工艺是借鉴流化技术的一种生物反应装置,其反应器称为厌氧流床反应器(AnaerobicFluidizedBedReactor,AFBR),是属于新型高效的有机废水厌氧处理工艺。

(1)工艺流程

(2)工作原理A、载体的流态化

①固定床阶段

②浓相流化阶段③稀相流化阶段B、流态化的作用C、生物颗粒的形成及其对废物的去除(3)工艺特点

(1)流态化能最大程度使厌氧污泥与被处理的废水接触。(2)载体处于流化状态,防止载体堵塞,对高、中、低浓度废水均表现出好的性能;(3)床内生物膜停留时间较长,剩余污泥量少;(4)载体流化时,废水与微生物之间接触面大,同时两者相对运动速度快,从而具有较高的有机质净化速度;(5)结构紧凑,占地少以及基建投资省等优点。

同时也存在一些缺点:(1)为了实现良好的流态化并使污泥和填料不致于在反应器中流失,必须使生物膜颗粒保持均匀的形状、大小和密度,但这几乎是很难做到的,因此稳定的流态化也难以保证;(2)为了取得高的上流速度以保证流态化,流化床反应器需要大量的回流水,导致能耗加大,成本上升;(3)装置构造较复杂,操作条件要求高,应用前景不太乐观。

5、管道厌氧消化工艺

该工艺是为了将持留高度活性污泥、两相厌氧消化和推流式水力流态等有利于提高反应器效能的优良性状,兼蓄于同一处理系统中,使之运行稳定高效;为了节省动力,降低能耗,简化操作,便于管理;也为了减少主体设施的总面积,解决企业建造废水处理系统土地紧张等问题,而研制开发的。7、厌氧与好氧联合工艺废水先经缺氧池,再进好氧池;好氧池混合液和沉淀池污泥同时回流至缺氧池。(1)A/O(Anoxic/Oxic)工艺A1/O工艺的特点(1)是流程简单、构筑物少、只有一个污泥回流系统和混合液回流系统,基建费用可大大节省;(2)反硝化不需外加碳源,降低了运行费用。A1/O工艺的好氧池在缺氧池之后,污水中的有机碳被反硝化菌所利用,可减轻其后好氧池的有机负荷;(但有时CODcr并没有降低,为什么?)(3)好氧池可以进一步去除反硝化残留的有机污染物,提高出水水质。(4)反硝化反应产生的碱度可以补偿好氧池中进行硝化反应对碱度

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