水污染控制工程-第十章-厌氧生物处理1市公开课一等奖百校联赛优质课金奖名师赛课获奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,厌氧生物处理,安徽工业大学建筑工程学院,.10.27,1/41,第十章 污水厌氧生物处理,什么叫污水厌氧生物处理？,厌氧生物处理是利用厌氧微生物代谢过程，在无须提供氧气情况下，把有机物转化为无机物和少许细胞物质，这些无机物主要包含大量生物气（沼气）和水。沼气主要成份是约2/3甲烷气和约1/3二氧化碳以及少许H,2,、NH,3,、H,2,S，是一个可回收能源。,2/41,第十章 污水厌氧生物处理,第一节 厌氧生物处理基本原理,第二节 厌氧工艺类型和发展,第三节 UASB厌氧反应器,3/41,厌氧生物处理基本原理,厌氧生物处理早期目标和过程,厌氧生物处理机理,4/41,厌氧生物处理早期目标和过程,早期厌氧处理研究主要针对污泥消化，即将污泥中固态有机物降解为液态和气态物质。,污泥消化过程显著分为两个阶段：固态有机物先液化，称,液化阶段,；接着降解产物气化，称,气化阶段,；整个过程历时六个月以上。,5/41,厌氧生物处理早期目标和过程,液化阶段,：,最显著特征是液态污泥PH值快速下降，不到10d，降到最低值(比如在室温下，露在空气中食物几天内就变馊发酸)，所以又称,酸化阶段,。污泥中固态有机物如淀粉、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C0,2,、H,2,、NH,3,、H,2,S等气体分子。因为转化产物中有机酸是主体，所以造成PH值下降。又因为产生NH,3,溶解于水后产生NH,4,OH含有碱性，产生中和反应并经过长时间过程后使PH值回升，并,进入,气化阶段,。,6/41,厌氧生物处理早期目标和过程,气化阶段,：,有机酸、醇、醛等中间产物在甲烷菌作用下转化为生物气，也可称消化气，主体是CH,4,，所以气化阶段常称甲烷化阶段。该阶段除产生CH,4,外，还产生CO,2,和微量H,2,S,。,液化,阶段,兼性厌氧菌作用，大量氢产生，也称氢发酵阶段，有机酸大量积累，pH快速下降，污泥带有粘性，呈灰黄色，并发出恶臭，污泥称为酸性发酵污泥。,气化,阶段,：,专性厌氧菌作用，需隔绝光和空气，最正确pH值7.2-7.5，有机酸浓度不超出mg/L，最正确50500mg/L 碱度不应超出5000mg/L，最正确3000mg/L 污泥呈黑色，稳定不易腐化，无甚恶臭，易于脱水，这种污泥成为熟污泥或消化污泥。,7/41,厌氧生物处理机理,8/41,厌氧生物处理机理,有机物厌氧生物降解过程:,厌氧生物处理是一个复杂过程，大致可分为3个阶段：,第一阶段：水解发酵阶段；,第二阶段：产酸脱氢阶段；,第三阶段：产甲烷阶段。有机物厌氧降解过程模式见下列图：,9/41,厌氧生物处理机理,厌氧降解模式图,10/41,厌氧生物处理机理,1）水解发酵阶段,水解发酵阶段是将大分子不溶性复杂有机物在细胞外酶作用下，水解成小分子溶解性高级脂肪酸(醇类；醛类、酮类等)，然后渗透细胞内，参加微生物主要是兼性细菌与专性厌氧菌。,兼性细菌附带作用：是消耗掉污水带来溶解氧，为专性厌氧细菌生长创造有利条件。另外还有真菌(毛霉Mucor，根霉Rhigopus，共头霉syncephastrum,曲霉Aspergillus)以及原生动物(鞭毛虫，纤毛虫，变形虫)等。可统称为水解发酵菌。,11/41,厌氧生物处理机理,在该阶段，污水中三种有机物分解情况以下：,a.碳水化合物水解成单糖，是最易分解有机物，,b.含氮有机物水解产氨较慢，故蛋白质及非蛋白质含氮化合物(嘌呤、嘧啶等)继碳水化合物及脂肪水解后进行，经水解为脲，胨，肌酸，多肽后形成氨基酸；,c.脂肪水解产物主要为甘油、醛等。,上述三种有机物水解速率常数为：碳水化合物(纤维素为0.040.13，半纤维素为0.54)，脂肪为0.081.7，蛋白质为0.020.03。不溶性有机物水解发酵速度较迟缓。,从水解速率常数可看出水解过程快慢，不难了解不一样水质需有不一样水解停留时间。,12/41,厌氧生物处理机理,2）产酸脱氢阶段,产酸脱氢阶段是将第一阶段产物降解为简单脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸等)并脱氢。奇数碳有机物还产生C0,2,，如戊酸：,CH,3,CH,2,CH,2,CH,2,COOH+2H,2,0CH,3,CH,2,COOH+CH,3,COOH+2H,2,CH,3,CH,2,COOH+2H,2,0CH,3,COOH+3H,2,+C0,2,参加该阶段作用微生物是兼性或专性厌氧菌(产氢产乙酸菌以及硝酸盐还原菌NRB、硫酸盐还原菌SRB等)。故第二阶段主要产物是简单脂肪酸，C0,2,，碳酸根HCO,3,-,，铵盐NH,4,+,和HS,-,，H,+,等。此阶段速率较快。,13/41,厌氧生物处理机理,3）产甲烷阶段,产甲烷阶段是将第二阶段产物还原成CH4,参加作用微生物是绝对厌氧菌(甲烷菌)。,碳水化合物分解主要反应式：,(C,6,H,10,0,5,),x,+xH,2,0 x(C,6,H,12,0,6,),5(C,6,H,12,0,6,),6CH,3,CHOHCOOH+4CH,3,CH,2,COOH+3CH,3,COOH+CH,3,CH,2,0H+4C0,2,+2H,2,+H,2,0,简化反应式为,C,6,H,12,0,6,一3CH,3,COOH,CH,3,C00HCH,4,+C0,2,4H,2,+C0,2,一CH,4,+2H,2,0,14/41,厌氧生物处理机理,上述3个阶段，以产甲烷阶段反应速度最慢，为厌氧消化限制阶段。与好氧氧化相比，厌氧生物处理产生污泥量远少于好氧氧化。,有研究人员将厌氧过程分为四个阶段:,水解、酸化,、,酸性减退,(因为产生中间产物氨,中和了酸)、,产甲烷,阶段。,参加厌氧反应细菌，酸化阶段统称产酸或酸化细菌，几乎包含全部兼性细菌；甲烷化阶段统称甲烷细菌，已经证实已经有80各种,15/41,厌氧生物处理机理,厌氧反应影响原因：,1.,pH,值：应在6.87.2之间。污水和泥液中碱度有缓冲作用，假如有足够碱度中和有机酸，其pH值有可能维持在6.8之上，酸化和甲烷化两大类细菌就有可能共存，从而消除分阶段现象。另外，消化池池液充分混合对调整pH值也是必要。,2.,温度,：应在3538（中温）和5255（高温）各有一个最适温度。从液温看消化可在中温(3538)进行(称中温消化)，也可在高温(5255)进行(称高温消化)。但后者需要热量比前者要高很多。,16/41,厌氧工艺类型和发展,厌氧工艺发展,早期厌氧消化工艺能够称为,第一代厌氧消化工艺,，以厌氧消化池为代表(图15-1)，属于低负荷系统,因为厌氧微生物生长迟缓，世代时间长，故保持足够长停留时间是厌氧消化工艺成功关键条件。,17/41,厌氧工艺类型和发展,图15-1 污泥传统厌氧消化池示意图,18/41,厌氧工艺类型和发展,伴随对厌氧发酵过程认识不停提升，人们认识到反应器内保持大量微生物和尽可能长污泥龄是提升反应效率和反应器成败关键。为此一个设计合理厌氧处理系统能够在停留时间非常短和负荷比好氧处理高条件下，取得较高可生物降解有机物去除效果。,仿照好氧活性污泥法，开发了厌氧接触工艺(图15-2)；增加微生物与废水固液分离与回流，从而可提升消化池污泥龄，与普通消化池相比，它水力停留时间可大大缩短.,19/41,厌氧工艺类型和发展,图15-2 传统厌氧接触工艺示意图,20/41,厌氧工艺类型和发展,高速率厌氧处理系统必须满足标准:,能够保持大量厌氧活性污泥和足够长污泥龄；,保持废水和污泥之间充分接触。,21/41,厌氧工艺类型和发展,为了满足第一条标准，能够采取固定化(生物膜)或培养沉淀性能良好厌氧污泥(颗粒污泥)方式来保持厌氧污泥。从而在采取高有机和水力负荷时不发生严重厌氧活性污泥流失。依照第一条标准，在20世纪70年代末期人们成功地开发了各种新型厌氧工艺，比如，厌氧滤池(AF)、上流式厌氧污泥床反应器(UASB)、厌氧接触膜膨胀床反应器和厌氧流化床(FB)等。,这些反应器一个共同特点是能够将固体停留时间与水力停留时间相分离，固体停留时间能够长达上百天。这使得厌氧处理高浓度污水停留时间从过去几天或几十天能够缩短到几小时或几天。这一系列厌氧反应器被称为,第二代厌氧反应器,。,22/41,厌氧工艺类型和发展,高效厌氧处理系统需要满足第二个条件是取得进水和保持与污泥之间良好接触。为了在厌氧反应器内满足这一条件，应该确保反应器布水均匀性，这么才可最大程度地防止短流。从另首先讲，厌氧反应器混合起源于进水混合和产气扰动。不过对于进水在无法采取高水力和有机负荷情况下，UASB反应器应用负荷和产气率受到限制；为获高搅拌强度，必须采取高反应器或采取出水回流，取得高上升流速。正是对于这一问题研究造成了,第三代厌氧反应器,开发和应用。,23/41,厌氧反应器分类,(1),第一代,厌氧消化工艺,普通厌氧消化池；,厌氧接触工艺。,(2),第二代,厌氧消化工艺,上流式厌氧污泥床(UASB)反应器；,厌氧滤床；,厌氧流化床反应器；,厌氧生物转盘；,其它，如厌氧混合反应器和厌氧折流反应器。,(3),第三代,厌氧反应器和其它改进工艺,厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器；厌氧复合床反应器(AF+UASB)；,水解工艺和两阶段厌氧消化(水解+EGSB)工艺。,24/41,厌氧消化池,化粪池,是最普及厌氧消化池，用于处理来自厕所粪便污水。,如教材P196所表示为化粪池一个结构形式。,厌氧消化池形式见图15-1，污水或污泥定时或连续加入消化池，经消化污泥和污水分别从消化池底部和上部排出，所产沼气从顶部排出。,通常是间断进料，也有采取连续进料方式。为了使进料和厌氧污泥亲密接触而设有搅拌装置，普通情况下每隔2-4h搅拌一次。在排放消化液时，通常停顿搅拌，待沉淀分离后从上部排出上清液。当前，消化工艺被广泛地应用于城市污水厂污泥处理上。,25/41,厌氧接触反应器,厌氧接触工艺,(图15-2)反应器是完全混合，排出混合液首先在沉淀池中进行固液分离，能够采取沉淀池或气浮处置。污水由沉淀池上部排出，沉淀下污泥回流至消化池；这么做既确保污泥不会流失，又可提升消化池内污泥浓度；从而在一定程度上提升了设备有机负荷率和处理效率。与普通消化池相比，它水力停留时间能够大大缩短。厌氧接触工艺在我国已成功地应用于酒精糟液处理上。,26/41,厌氧滤池,厌氧滤池,(AF)是在Coulter等人(1955)工作基础上由Young和McCarty于1969年重新开发。厌氧滤池是在反应器内充填有各种类型固体填料，如卵石、炉渣、瓷环、塑料等来处理有机废水。废水向上流动经过反应器厌氧滤池称为升流式厌氧滤池；当有机物浓度和性质适宜时采取有机负荷COD可高达1020kg/(m3d)。另外还有下流式厌氧滤池。污水在流动过程中生长并保持与厌氧细菌填料相接触；因为细菌生长在填料上，不随出水流失。在短水力停留时间下可取得长污泥龄，平均细胞停留时间能够长达100天以上。厌氧滤池缺点是载体相当昂贵，据预计载体价格与构筑物建筑价格相当。其另一个缺点是如采取填料不妥，在污水中悬浮物较多情况下，轻易发生短路和堵塞，这是AF工艺不能快速推广原因。,27/41,厌氧滤池,上流式厌氧滤池,下流式厌氧滤池,升流式厌氧污泥床反应器,图l5-3 上流式和下流式厌氧滤池和升流式厌氧污泥床反应器,28/41,升流式厌氧污泥床反应器,升流式厌氧污泥床(UASB),反应器是由Lettinga在20世纪70年代开发。待处理废水被引入UASB反应器底部，向上流过由絮状或颗粒状污泥组成污泥床(图15-3)。伴随污水与污泥相接触而发生厌氧反应，产生沼气并引发污泥床扰动。在污泥床产生气体中有一部分附着在污泥颗粒上，自由气泡和附着在污泥颗粒上气泡上升至反应器顶部。污泥颗粒上升撞击到脱气挡板底部，这引发气泡释放；脱气污泥颗粒沉淀回到污泥层表面。自由气体和从污泥颗粒释放气体被搜集在反应器顶部集气室内。液体中包含一些剩下固体物和生物颗粒进入到沉淀室内，剩下固体和生物颗粒从液体中分离并经过反射板落回到污泥层上面。,29/41,流化床和膨胀床系统,流化床系统由Jcris在1982年开发，,厌氧流化床,是一个含有很大比表面积惰性载体颗粒反应器，厌氧微生物在其上附着生长。它一部分出水回流，使载体颗粒在整个反应器内处于流化状态(图15-4)。最初采取颗粒载体是沙子，但随即采取低密度载体如无烟煤和塑料物质以降低所需液体上升流速，从而降低提升费用。因为流化床使用了比表面积很大填料，使得厌氧微生物浓度增加。依据流速大小和颗粒膨胀程度可分成膨胀床和流化床，流化床普通按20一40膨胀率运行。膨胀床运行流速应控制在比初始流化速度略高水平，对应膨胀率为520。固定膜膨胀床(AAFEB)反应器床仅膨胀1020(Jewen，1982)。因为载体重量较大，为便于介质颗粒流化和膨胀需要大量回流，这增加了运行过程能耗；而且其三相分离尤其是固液分离比较困难，要求较高运行和设计水平，所以实际应用较少。,30/41,流化床和膨胀床系统,图15-4 厌氧流化床反应器,31/41,厌氧生物转盘反应器,厌氧,生物转盘,是与好氧生物转盘相类似装置。在这种反应器中，微生物附着在惰性(塑料)介质上，介质可部分地或全部浸没在废水中(图15-5a)。介质在废水中转动时，可适当限制生物膜厚度。剩下污泥和处理后水从反应器排除。,32/41,厌氧生物转盘反应器,a,b,图15-5 厌氧生物转盘和厌氧折流反应器,33/41,厌氧折流反应器,折流反应器,结构如图15-5b所表示。因为折板阻隔使污水上下折流穿过污泥层，造成了反应器推流性质，而且每一单元相当于一个单独反应器，各单元中微生物种群分布不一样，能够取得好处理效果。,34/41,厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器,荷兰Wageningen农业大学进行了关于,厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB),反应器研究。EGSB反应器实际上是(改进)UASB反应器，其运行在高上升流速下使颗粒污泥处于悬浮状态，从而保持了进水与污泥颗粒充分接触。EGSB反应器特点是颗粒污泥床经过采取高上升流速(与小于12m/hUASB反应器相比)即612m/h，运行在膨胀状态。EGSB尤其适于低温和低浓度污水。当沼气产率低、混合强度低时，在此条件下较高进水动能和颗粒污泥床膨胀高度将取得比“通常”UASB反应器好运行结果。EGSB反应器因为采取高上升流速因而不适于颗粒有机物去除。进水悬浮固体“流过”颗粒污泥床并随出水离开反应器，胶体物质被污泥絮体吸附而部分去除。,35/41,厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器,厌氧内循环反应器(IC):,IC工艺是基于UASB反应器,颗粒化,和,三相分离器,概念而改进新型反应器，属于EGSB一个。厌氧内循环反应器(IC)能够看成是由两个UASB反应器单元相互重合而成。它特点是在一个高反应器内将沼气分离分两个阶段。底部一个处于极端高负荷，上部一个处于低负荷。,36/41,厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器,厌氧升流式流化床工艺(UFB BIOBED):,厌氧升流式流化床工艺是由Bio-thane系统国际企业所开发一个新型反应器。其起源于Biothane企业厌氧流化床，在其设计生产性流化床装置上，因为强烈水力和气体剪切作用，形成载体生物膜脱落十分厉害，无法保持生物膜生长。相反地，在运行过程中形成了厌氧颗粒污泥，所以在实际运行中将厌氧流化床转变为EGSB运行形式；UFB是其商品名称，在文件上有时该企业也称其为EGSB反应器；这从另首先给出了厌氧流化床不成功例子，所以它是EGSB反应器一个。它能够在极高水、气上升流速(二者都可到达57m/h)下产生和保持颗粒污泥，所以不需采取载体物质。因为高液体和气体上升流速造成了进水和污泥之间良好混合状态，所以系统能够采取CODl530kg/(m3d)高负荷。,37/41,厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器,图l5-6 厌氧内循环(IC)反应器示意图,图l5-7 Biobed厌氧反应器示意图,38/41,复合床反应器(UASB+AF),许多研究者为了充分发挥升流式厌氧污泥床与厌氧滤池优点，采取了将两种工艺相结合反应器结构，被称为复合床反应器(UASB+AF)，也称为UBF反应器。复合床反应器结构见图15-8，普通是将厌氧滤池置于污泥床反应器上部。普通认为这种结构可发挥AF和UASB反应器优点，改进运行效果。,当处理含颗粒性有机物组分污水(如生活污水)时，采取两级厌氧工艺可能更有优势：第一级是絮状污泥水解反应器并运行在相对低上升流速下。颗粒有机物在第一级被截留，并部分转变为溶解性化合物，重新进入到液相而在随即第二个反应器内消化。,39/41,复合床反应器(UASB+AF),图l5-8 厌氧复合床(AF+UASB)反应器图示,40/41,水解酸化,水解酸化反应器即水解池，能够在短停留时间(HRT=2.5h)和相对高水力负荷下取得高悬浮物去除率(SS去除率平均为85),并能够改进和提升原污水可生化性和溶解性，以利于好氧后处理工艺。其COD去除率相对UASB较低，仅有40一50,41/41,