廢水厭氧生物處理

1、環(huán)環(huán) 境境 生生 物物 技技 術(shù)術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) 厭氧生物處理的基本原理厭氧生物處理的基本原理第三節(jié)第三節(jié) 污水的厭氧生物處理方法污水的厭氧生物處理方法第四節(jié)第四節(jié) 厭氧和好氧技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用厭氧和好氧技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用厭氧處理厭氧處理好氧處理好氧處理中、高濃度中、高濃度低濃度低濃度7-45kg BOD/m3.d0.4-1.0 kg BOD/m3.d高質(zhì)燃料高質(zhì)燃料剩余污泥剩余污泥低低高出高出10倍倍200400:5:1100:5:15-20天天3-10小時(shí)小時(shí)廢水濃度廢水濃度有機(jī)容積負(fù)荷有機(jī)容積負(fù)荷主要副產(chǎn)物主要副產(chǎn)物能耗能耗BOD:N:P水力停留時(shí)間水力停留時(shí)間第一節(jié)第一節(jié)

2、 概述概述1. 定義 厭氧生物法也稱厭氧消化法或厭氧發(fā)酵法。是在無氧條件下，通過厭氧微生物（anaerobic microbes）(兼性菌和厭氧菌)的代謝作用降解污泥和廢水中的有機(jī)污染物，分解的終產(chǎn)物主要是沼氣(CH4 和CO2)。2. 發(fā)展歷程（1）早期發(fā)展 18811950年厭氧生物處理法始于19世紀(jì)末。 1881年法國(guó)人Louis Mouras 將簡(jiǎn)易的沉淀池改進(jìn)為污水處理構(gòu)筑物，降解生活污水中的懸浮物1895年出現(xiàn)的化糞池處理糞便污泥1904年出現(xiàn)的雙層沉淀池1950年出現(xiàn)高效的、可加溫和攪拌的厭氧消化反應(yīng)池，加快了厭氧技術(shù)的發(fā)展。以上，屬于傳統(tǒng)的厭氧反應(yīng)器。（2）第二代厭氧反應(yīng)器19

3、55年開發(fā)了厭氧接觸法新工藝，標(biāo)志著現(xiàn)代厭氧反應(yīng)器的開端。進(jìn)一步推動(dòng)了厭氧技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。上世紀(jì)60年代末，McCarty等開發(fā)了厭氧生物濾池(AF) 1974年荷蘭的Lettinga開發(fā)了上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）厭氧生物轉(zhuǎn)盤、 UASB+ AF 。（3）第三代厭氧反應(yīng)器 1980年Switzenbaum等推出了厭氧附著膜膨脹床反應(yīng)器（AAFEB）, 還有厭氧流化床（AFB）； 上世紀(jì)90年代后，出現(xiàn)了厭氧膨脹顆粒污泥床（EGSB）、內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器（IC）、升流式厭氧污泥床過濾器（UBF）。自上世紀(jì)30年代，厭氧消化過程被認(rèn)為由不產(chǎn)甲烷的發(fā)酵性細(xì)菌和產(chǎn)甲烷的細(xì)菌共同進(jìn)行的兩階段過程。

4、酸性發(fā)酵階段：發(fā)酵性細(xì)菌把復(fù)雜有機(jī)物進(jìn)行水解發(fā)酵，形成脂肪酸、醇類、CO2和H2； 甲烷發(fā)酵階段：由產(chǎn)甲烷菌將第一階段的發(fā)酵產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為CH4和CO2。1.1.兩階段理論：兩階段理論：參數(shù)參數(shù)產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)酸菌產(chǎn)酸菌對(duì)pH的敏感性敏感，最佳pH為6.8-7.2不太敏感，最佳pH為5.5-7.0氧化還原電位Eh -350mv（中溫），-560mv（高溫）0.40/COD0.40時(shí)為易生物降解； BODBOD5 5/COD0.30/COD0.30時(shí)為可生物降解； BODBOD5 5/COD0.30/COD0.30時(shí)為較難生物降解； BODBOD5 5/COD0.20/COD0.20時(shí)為不宜生物降

5、解。 按微生物生長(zhǎng)狀態(tài)分為厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法； 按投料、出料及運(yùn)行方式分為分批式、連續(xù)式和半連續(xù)式； 根據(jù)厭氧消化中物質(zhì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的總過程是否在同一反應(yīng)器中并在同一工藝條件下完成，又可分為一步厭氧消化與兩步厭氧消化等； 厭氧活性污泥法包括普通消化池、厭氧接觸工藝、上流式污泥床反應(yīng)器等。工作原理2級(jí)(平流沉淀+厭氧污泥消化)缺點(diǎn)：污泥量少、易被帶出，靜態(tài)消化 用于處理來自廁所的糞便廢水，或?yàn)樯钗鬯念A(yù)處理液固分離處理污泥處理污泥及厭氧殺寄生蟲及病菌。曾廣泛用于不設(shè)污水廠的合流制排水系統(tǒng)。還可用于郊區(qū)的別墅式建筑。生活污水處理系統(tǒng)示意圖生活污水處理系統(tǒng)示意圖 房屋下水管道廢水排入化糞池，

6、房屋下水管道廢水排入化糞池，一些固體物質(zhì)沉淀析出，并發(fā)生厭氧一些固體物質(zhì)沉淀析出，并發(fā)生厭氧分解。分解。 污水在池內(nèi)的停留時(shí)間一般為污水在池內(nèi)的停留時(shí)間一般為1224h1224h，澄清后的水流到分配槽，澄清后的水流到分配槽，出出水不能直接排入水體水不能直接排入水體，常在綠地下設(shè)，常在綠地下設(shè)滲水系統(tǒng)或由排水管網(wǎng)輸出、匯總進(jìn)滲水系統(tǒng)或由排水管網(wǎng)輸出、匯總進(jìn)入下一步處理?；S池入下一步處理?；S池污泥要定時(shí)清污泥要定時(shí)清理。理。房屋下水管道房屋下水管道化糞池化糞池分配槽分配槽滲水系統(tǒng)滲水系統(tǒng) 厭氧濾池（anaerobic filter又稱厭氧固定膜反應(yīng)器，是60年代末開發(fā)的新型高效厭氧處理裝置。濾

7、池呈圓柱形，池內(nèi)裝放填料，池底和池頂密封。 厭氧微生物附著于填料的表面生長(zhǎng)，當(dāng)廢水通過填料層時(shí)，在填料表面的厭氧生物膜作用下，廢水中的有機(jī)物被降解，并產(chǎn)生沼氣，沼氣從池頂部排出。v廢水從池底進(jìn)入，從池上部排出，稱升流式厭氧濾池； v廢水從池上部進(jìn)入，以降流的形式流過填料層，從池底部排出，稱降流式厭氧濾池。 厭氧生物濾池的特點(diǎn)v在厭氧生物濾池中，厭氧微生物大部分存在于生物膜中，少部分以厭氧活性污泥的形式存在于濾料的孔隙中； v廢水與生物膜兩相接觸面大，強(qiáng)化了傳質(zhì)過程，有機(jī)物去除速度快；v厭氧微生物總量沿池高度分布是很不均勻的，在池進(jìn)水部位高。對(duì)厭氧生物濾池采取如下改進(jìn)： l出水回流； l部分充填

8、載體； l采用軟性填料。 厭氧生物濾池的特點(diǎn)v微生物固著生長(zhǎng)為主，不易流失，因此不需污泥回流和攪拌設(shè)備； v當(dāng)廢水中有機(jī)物濃度高時(shí)，特別是進(jìn)水懸浮固體濃度和顆粒較大時(shí)，進(jìn)水部位容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。 在消化池后設(shè)沉淀池，將沉淀污泥回流至消化池，形成了厭氧接觸法（anaerobic contact process)。n厭氧接觸法實(shí)質(zhì)上是厭氧活性污泥法，不需要曝氣而需要脫氣。n厭氧接觸法對(duì)懸浮物高的有機(jī)廢水(如肉類加工廢水等)效果很好，懸浮顆粒成為微生物的載體，并且很容易在沉淀池中沉淀。n在混合接觸池中，要進(jìn)行適當(dāng)攪拌以使污泥保持懸浮狀態(tài)。攪拌可以用機(jī)械方法，也可以用泵循環(huán)池水。厭氧接觸法的特點(diǎn)厭氧接

9、觸法的特點(diǎn): :u通過污泥回流，保持消化池內(nèi)污泥濃度較高，一般為10-15g/L，耐沖擊能力強(qiáng)； u消 化 池 的 容 積 負(fù) 荷 較 普 通 消 化 池 高 ， 中 溫 消 化 時(shí) ， 一 般 為 2 -l0kgCOD/m3d，水力停留時(shí)間比普通消化池大大縮短，如常溫下，普通消化池為15-30天，而接觸法小于10天；厭氧接觸法的特點(diǎn)厭氧接觸法的特點(diǎn): :u可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液，不存在堵塞問題； u混合液經(jīng)沉降后，出水水質(zhì)好， u但需增加沉淀池、污泥回流和脫氣等設(shè)備 u厭氧接觸法存在混合液難于在沉淀池中進(jìn)行固液分離的缺點(diǎn)脫氣沉降的方法脫氣沉降的方法: :l真空脫氣，由消

10、化池排出的混合液經(jīng)真空脫氣器(真空度為0.005 MPa)，將污泥絮體上的氣泡除去，改善污泥的沉降性能； l熱交換器急冷法，將從消化池排出的混合液進(jìn)行急速冷卻。 l絮凝沉降，向混合液中投加絮凝劑，使厭氧污泥易凝聚成大顆粒，加速沉降； l用超濾器代替沉淀池，以改善固液分離效果。（1 1）概述）概述u上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（upflow anaerobic sludge blanket reactor)，簡(jiǎn)稱UASB反應(yīng)器，是由荷蘭的G. Lettnga等人在70年代初研制開發(fā)的。u污泥床反應(yīng)器內(nèi)沒有人工載體，反應(yīng)器內(nèi)微生物以自身聚集生長(zhǎng)，為顆粒污泥狀態(tài)存在，因而能達(dá)到高生物量和高效高負(fù)荷。（2)

11、2)工作原理工作原理由圖可見，UASB工作時(shí)，廢水從反應(yīng)器底部進(jìn)入，與污泥床層的高濃度顆粒污泥接觸，污染物被分解產(chǎn)生沼氣。污水、污泥和沼氣一起向上流動(dòng)，進(jìn)入反應(yīng)器的上部的三相分離器，完成氣、液、固三相的分離。被分離的消化氣從上部導(dǎo)出，被分離的污泥則自動(dòng)滑落到懸浮污泥層。出水則從澄清區(qū)流出。（3） UASB反應(yīng)器的構(gòu)造和組成（3） UASB反應(yīng)器的構(gòu)造和組成進(jìn)水配水系統(tǒng) 將廢水盡可能均勻地分配到整個(gè)反應(yīng)器，并有水力攪拌功能。 反應(yīng)區(qū) 其中包括污泥床區(qū)和污泥懸浮層區(qū)，有機(jī)物主要在這里被厭氧菌所分解。三相分離器 由沉淀區(qū)、回流縫和氣封組成，其功能是把沼氣、污泥和液體分開。 UASB反應(yīng)器的構(gòu)造和組成

12、出水系統(tǒng) 其作用是把沉淀區(qū)表層處理過的水均勻地加以收集，排出反應(yīng)器。氣室 也稱集氣罩，其作用是收集沼氣。浮渣清除系統(tǒng) 其功能是清除沉淀區(qū)液面和氣室表面的浮渣，根據(jù)需要設(shè)置。排泥系統(tǒng) 其功能是均勻地排除反應(yīng)區(qū)的剩余污泥。 （4 4）特點(diǎn)）特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：有機(jī)負(fù)荷居第二代反應(yīng)器之首,水力負(fù)荷滿足要求;污泥顆?；?使反應(yīng)器對(duì)不利條件的抗性增強(qiáng);反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高有機(jī)負(fù)荷高，水力停留時(shí)間短，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)三相分離器，被沉淀區(qū)分離的污泥能自動(dòng)回流到反應(yīng) 區(qū)，一般無污泥回流設(shè)備；無混合攪拌設(shè)備污泥床內(nèi)不填載體，提高了容積利用率，節(jié)省造價(jià)及避免堵塞問題。缺點(diǎn)：大型裝置內(nèi)會(huì)有短流現(xiàn)象（要求配水裝置性能要好）進(jìn)水SS要

13、求200mg/L，以免對(duì)污泥顆粒化不利或減少反 應(yīng)區(qū)的有效容積，甚至引起堵塞在沒有顆粒污泥接種的情況下，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)對(duì)水質(zhì)和負(fù)荷突然變化比較敏感要求水溫高些，最好35左右。（5 5）顆粒污泥）顆粒污泥定義：顆粒污泥（Granular Sludge)是由菌體多樣的自身固定化機(jī)制形成的高生物活性的一種生物聚體。厭氧污泥的主要聚集形式包括顆粒(granules)、 團(tuán)體(pellets)、絮體（flocs)、絮狀污泥(nocculent sludge)等。團(tuán)體和顆粒是結(jié)構(gòu)緊密的聚集體，這些聚集體沉降后呈現(xiàn)固定的形態(tài)。絮體和絮狀污泥則是具有蓬松結(jié)構(gòu)的聚集體，這些聚集體沉降后無固定形態(tài)。三種類型的顆粒污泥

14、： 桿菌顆粒 絲菌顆粒 球菌顆粒顆粒污泥的形成原理：細(xì)菌很容易在惰性材料表面上附著并結(jié)團(tuán)污泥中存在大量的絲狀菌，具有較強(qiáng)的附著能力消化可將水解酸化過程和甲烷化過程分開在兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)分階段進(jìn)行。 第一段的功能是： 水解和液化固態(tài)有機(jī)物為有機(jī)酸 緩沖和稀釋負(fù)荷沖擊與有害物質(zhì) 截留難降解的固態(tài)物質(zhì)第二段的功能是： 保持嚴(yán)格的厭氧條件和pH值，以利于甲烷菌的生長(zhǎng) 降解、穩(wěn)定有機(jī)物，產(chǎn)生含甲烷較多的消化氣 截留懸浮固體，以改善出水水質(zhì)二段式厭氧處理法可以采用不同構(gòu)筑物予以組合。例如對(duì)懸浮物高的工業(yè)廢水，采用厭氧接觸法與上流式厭氧污泥床反應(yīng)器串聯(lián)的組合，其流程如下圖。在兩相厭氧工藝中，最本質(zhì)的特征是實(shí)現(xiàn)相

15、的分離，方法主要有： 化學(xué)法：投加抑制劑或調(diào)整氧化還原電位，抑制產(chǎn)甲烷菌在產(chǎn)酸相中的生長(zhǎng)； 物理法：采用選擇性的半透明膜使進(jìn)入兩個(gè)反應(yīng)器的基質(zhì)有顯著的差別，以實(shí)現(xiàn)相的分離。 動(dòng)力學(xué)控制法：利用產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在生長(zhǎng)速率上的差異，控制兩個(gè)反應(yīng)器的水力停留時(shí)間，使產(chǎn)甲烷菌無法在產(chǎn)酸相中生長(zhǎng)。 目前應(yīng)用的最多的相分離的方法，是最后一種，即動(dòng)力學(xué)控制法。但實(shí)際上，很難做到相的完全分離。厭氧膨脹顆粒污泥床厭氧膨脹顆粒污泥床 內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器 升流式污泥床過濾器升流式污泥床過濾器EGSB IC UBF第四節(jié)第四節(jié) 厭氧和好氧技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用厭氧和好氧技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用 好氧生物處理與厭氧生物處理是由不同

16、的微生物種群起作用的，它們的生理特性不同，要求的環(huán)境條件不同，對(duì)污染物降解能力不同。因此，把好氧生物處理與厭氧生物處理合理組合，聯(lián)合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)高效治理廢水的目的。v實(shí)際工業(yè)廢水中有機(jī)物的濃度較高，COD 可以達(dá)到幾萬甚至幾十萬。 v高濃度有機(jī)廢水用一種方法很難處理到要求的水平。 v所以需要用厭氧和好氧處理方法聯(lián)合應(yīng)用才能達(dá)到好的效果。此處僅舉一例： 某制藥廠廢水的處理：廢廢水水 初次初次 沉 淀沉 淀池池?fù)Q換熱熱器器上流上流 式厭式厭 氧污氧污 泥床泥床生 物生 物接 觸接 觸氧 化氧 化池池二次 沉淀池出水污泥回流污泥回流沼氣沼氣凈化凈化沼氣沼氣 利用利用沉渣利用沉渣利用某制藥廠廢水處理工藝流程某制藥廠廢水處理工藝流程車間排水，車間排水， COD 1000