生物處理法-厭氧生物處理1詳解課件

6.4厭氧生物處理法

（Anaerobicbiologicalprocess）

UASB系統(tǒng)

6.4.1厭氧消化法概述6.4.1.1

厭氧消化法在無氧條件下，通過厭氧微生物包括兼氧微生物的作用，將污水中的各種有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化為甲烷和CO2等物質(zhì)的過程，故也稱為厭氧生化法。過去，它多用于城市污水處理廠的污泥，有機(jī)廢料以及部分高濃度有機(jī)廢水的處理，在構(gòu)筑物形式上主要采用普通消化池。由于存在水力停留時(shí)間長(zhǎng)，有機(jī)負(fù)荷低等缺點(diǎn)，較長(zhǎng)時(shí)期限制了它在廢水處理中的應(yīng)用。上世紀(jì)70年代以來，世界能源的短缺日益突出，能產(chǎn)生能源的厭氧技術(shù)受到重視，研究和實(shí)踐不斷深入，開發(fā)了各種新型的工藝和設(shè)備，大幅度提高了厭氧生化法的效率。目前厭氧生化法不僅可以處理有機(jī)污泥和高濃度有機(jī)廢水，也能處理中、低濃度的有機(jī)廢水，包括城市生活污水(除磷）。它是環(huán)境工程與能源工程中的一項(xiàng)重要技術(shù)。6.4.1.2

厭氧消化法的發(fā)展6.4.2厭氧消化法的基本原理厭氧消化處理是一個(gè)復(fù)雜的微生物化學(xué)過程，依靠三大主要的細(xì)菌:即水解產(chǎn)酸細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌的聯(lián)合作用完成。因而厭氧消化過程也可大致地分為三個(gè)連續(xù)的階段，即水解產(chǎn)酸細(xì)菌階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌階段和產(chǎn)甲烷細(xì)菌階段。厭氧消化水解產(chǎn)酸細(xì)菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)氣階段第一階段：水解產(chǎn)酸

（anaerobic）階段

復(fù)雜的大分子、不容性有機(jī)物先在胞外酶的下水解為小分子、溶解性有機(jī)物，然后滲入細(xì)胞內(nèi)，分解產(chǎn)生有機(jī)酸、醇和醛等,但以高級(jí)脂肪酸為主。在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌的作用下，第一階段產(chǎn)生的各種有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為乙酸和氫，在降解奇數(shù)碳有機(jī)酸時(shí)還形成CO2.

CH3CH2CH2CH2COOH+2H2O=CH3CH2COOH＋CH3COOH＋2H2CH3CH2COOH＋2H2O=CH3COOH＋3H2+CO2第二階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸(acetogenic)階段第三階段：產(chǎn)甲烷(methanogenic)階段此過程由不同的產(chǎn)甲烷菌完成，一組把氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷，另一組從乙酸或乙酸鹽脫羧產(chǎn)生甲烷，前者約占總量的l/3后者約占2/3

4H2+CO2=CH4+2H2O(占1/3)CH3COOH=2CH4＋2CO2(占2/3)7厭氧消化的三個(gè)階段和COD轉(zhuǎn)化率

上述三階段的反應(yīng)速度依廢水的性質(zhì)而異，在含纖維素，果膠和脂肪等污染物為主的廢水中，第一步水解反應(yīng)為控制步驟；簡(jiǎn)單的糖類、淀粉、氨基酸和一般的蛋白質(zhì)能被微生物迅速分解，對(duì)于含這類有機(jī)物的廢水，第三步產(chǎn)甲烷反應(yīng)為控制步驟。雖然厭氧消化過程可分為以上三個(gè)階段，但在厭氧反應(yīng)器中，三個(gè)階段是同時(shí)進(jìn)行的，并保持某種程度上的動(dòng)態(tài)平衡。6.4.3厭氧消化工藝70年代以來，厭氧生物處理法的研究進(jìn)展很快，開發(fā)出了許多新的廢水厭氧處理工藝，如：

上流式厭氧污泥床反應(yīng)器厭氧流化床反應(yīng)器厭氧生物轉(zhuǎn)盤厭氧活性碳過濾法等傳統(tǒng)消化池厭氧接觸法上流式厭氧污泥床反應(yīng)器本課程主要介紹三種基本的工藝6.4.3.1傳統(tǒng)消化池(化糞池conventionaldigester)1）構(gòu)造

進(jìn)水出水排泥沼氣浮渣污泥水活性層消化池常用密閉的圓柱形池，廢水定期或連續(xù)進(jìn)入池中，經(jīng)消化的污泥和廢水分別由消化池底和上部排出，所產(chǎn)沼氣從頂部排出。池徑從幾米至三、四十米，柱體部分的高度約為直徑的1/2，池底呈圓錐形，以利排泥。2)特點(diǎn)

A：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低.B：一般在消化池內(nèi)不設(shè)攪拌設(shè)備，因而池內(nèi)污泥有分層現(xiàn)象，僅一部分池容積起有機(jī)物分解作用，池底部容積主要用于貯存和濃縮污泥。污水與厭氧微生物的接觸較差，處理效率低，污水停留時(shí)間短，一般作為預(yù)處理。D:溫度不均勻，消化效率低6.4.3.2厭氧接觸工藝

(anaerobiccontactprocess）

為了克服普通消化池不能停留或補(bǔ)充厭氧活性污泥的缺點(diǎn)，在消化池后設(shè)沉淀池，將部分污泥回流至消化池，形成厭氧接觸法。它的流程類似于傳統(tǒng)的好氧活性污泥法,但消化中用機(jī)械方法或泵循環(huán)等進(jìn)行攪拌。1）構(gòu)造

為了在厭氧反應(yīng)器中維持較多的生物，為了防止已生成的微生物隨水流走，有人研制了厭氧濾池。這種濾池中填滿了不同種類的填料，與一般的好氧生物濾池相同。整個(gè)填料浸沒在水中，頂部密封，一般是從底部進(jìn)水，頂部出水。由于厭氧微生物附著在填料表面，不隨水流走，細(xì)胞的平均停留時(shí)間（污泥齡）可長(zhǎng)達(dá)100天左右。

6.4.3.3厭氧濾池(教材上第二代）1）構(gòu)造

進(jìn)水出水沼氣填料1）特點(diǎn)

A：池內(nèi)有較高的微生物濃度(一般為10-15g/L)，處理能力較高，出水的SS較低。

根據(jù)對(duì)一些有機(jī)廢水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)溫度在25－35oC時(shí)，使用碎石填料時(shí)，厭氧生物濾池的容積負(fù)荷可達(dá)到3－6kgCOD/(m3.d);

使用塑料填料時(shí)，容積負(fù)荷可達(dá)到3－10kgCOD/(m3.d)。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10B：缺點(diǎn)是易堵塞，特別是濾池下部的生物膜較厚時(shí)。因此，它主要用于含懸浮物很低的溶解性有機(jī)廢水。

9.3.4

上流式厭氧污泥床反應(yīng)器

（UpflowAnoerobicSludgeBed，UASB）

1）結(jié)構(gòu)UASB是由荷蘭Wageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)的教授Letting等人于1972－1978年研發(fā)出來的，于80年代初在高濃度有機(jī)工業(yè)廢水的處理中得到日趨廣泛的應(yīng)用沉淀區(qū)三相分離器廢水自下而上地通過厭氧污泥床，床體底部是一層沉淀性能很好的污泥層，中部是一層懸浮層，上部是澄清區(qū)。澄清區(qū)設(shè)有三相分離器，用以完成氣、液、固三相的分離；被分離的消化氣由上部導(dǎo)出，被分離的污泥則自動(dòng)落到下部的反應(yīng)區(qū)。厭氧消化產(chǎn)生的微小氣泡，對(duì)污泥床有緩慢的攪拌作用。污泥床位于整個(gè)UASB反應(yīng)器的底部，污泥床內(nèi)具有很高的污泥生物量，其污泥濃度（MLSS）一般為40－80g/L，其中顆粒狀活性生物量占70－80％以上，正常運(yùn)行UASB中的顆粒污泥的粒徑一般在0.5-5mm之間，具有量好的沉降性能，其沉降速度一般在1.2-1.4cm/s,其典型的污泥容積指數(shù)（SVI）為10－20ml/g.有機(jī)負(fù)荷高，水力停留時(shí)間短，中溫消化，COD容積負(fù)荷一般為10-20kgCOD/(m3·d)

A)污泥床污泥層一般占整個(gè)USAB反應(yīng)器容積的30%左右，但它對(duì)USAB的整體處理效率起著極為重要的作用，它對(duì)有機(jī)物的降解占整個(gè)反應(yīng)器全部降解量的70－90％。污泥床對(duì)有機(jī)物的如此有效降解作用，使得在污泥床內(nèi)產(chǎn)生大量的沼氣，微小沼氣氣泡經(jīng)過不斷的積累、合并而逐漸形成較大的氣泡，并通過其上升的作用而將整個(gè)污泥床層得到良好的混合。要使USAB反應(yīng)器內(nèi)維持較高的生物量，使反應(yīng)器有較高的容積負(fù)荷，關(guān)鍵是厭氧污泥的顆?；?，污泥的顆?；彩荱SAB的基本特征。9.3.4

上流式厭氧污泥床反應(yīng)器

（UpflowAnoerobicSludgeBed，UASB）

1）結(jié)構(gòu)荷蘭的G.Lettnga等人在70年代初研制開發(fā)的

沉淀區(qū)三相分離器B)污泥懸浮層污泥懸浮層位于USAB床的中部。它占整個(gè)反應(yīng)器容積的70％左右，其中的污泥濃度低于污泥層，通常為15－30mg/l,由高度絮凝的污泥組成，一般為非顆粒狀污泥，其沉速要明顯小于顆粒污泥的沉速，污泥容積指數(shù)一般為30－40ml/g之間，靠來自污泥床中上升的氣泡使此懸浮層得到良好的混合。它擔(dān)負(fù)著整個(gè)USAB反應(yīng)器有機(jī)物降解量的10－30％。9.3.4

上流式厭氧污泥床反應(yīng)器

（UpflowAnoerobicSludgeBed，UASB）

1）結(jié)構(gòu)荷蘭的G.Lettnga等人在70年代初研制開發(fā)的

沉淀區(qū)三相分離器C)沉淀區(qū)

沉淀區(qū)位于UASB反應(yīng)器的上部，其作用是使得由于水流的夾帶作用而上升的流入出水區(qū)的固體顆粒在沉淀區(qū)沉淀下來，并沿沉淀區(qū)底部的斜壁滑下而重新回到反應(yīng)區(qū)內(nèi)，以保證反應(yīng)器中污泥不致流失以保證污泥床中污泥的濃度。9.3.4

上流式厭氧污泥床反應(yīng)器

（UpflowAnoerobicSludgeBed，UASB）

沉淀區(qū)三相分離器D)三相分離器

三相分離器一般設(shè)在沉淀區(qū)的下部。三相分離器主要由集氣器和折流擋板組成。有時(shí)也將沉淀裝置看作是它的組成部分之一。它的主要作用是將沼氣、固體和液體三相加以分離，將沼氣引入集氣室。將處理水引出出水區(qū)，固體顆粒導(dǎo)入反應(yīng)區(qū)。1.進(jìn)水

2.第一厭氧反應(yīng)室集氣罩

3.沼氣提升管

4.氣液分離器

5.沼氣導(dǎo)管

6.回流管

7.第二厭氧反應(yīng)室集氣罩

8．集氣管

9．沉淀區(qū)

10．出水管

11．氣封.進(jìn)水出水常見三相分離器30312）特點(diǎn)

氣、液、固三相的分離實(shí)現(xiàn)了一體化。通常情況下不會(huì)發(fā)生堵塞。生物固體的停留時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)100天。它的微生物濃度高因而可容許很高的有機(jī)負(fù)荷具有很高的處理能力和處理效率，適合各種高濃度的有機(jī)廢水的處理，是一項(xiàng)具有很大發(fā)展前景的污水厭氧處理工藝。它存在一些目前尚難以克服的問題，三相分離器的設(shè)計(jì)還沒有成熟的工藝。污泥的顆粒化對(duì)工藝的要求比較高。19.4厭氧和好氧生物處理法的比較應(yīng)用范圍廣好氧法因供氧的限制一般只適用于中、低濃度的有機(jī)廢水的處理，而厭氧生化法主要可以處理有機(jī)污泥和高濃度有機(jī)廢水，現(xiàn)也研究處理中、低濃度的有機(jī)廢水。有些物質(zhì)對(duì)好氧生物處理法是難降解的，但對(duì)厭氧生化法是可降解的，如固體有機(jī)物、蒽醌和某些偶氮染料等。2)能耗低，運(yùn)行成本低好氧法需要消耗大量的能量供氧，而厭氧法不需曝氣供氧，而且產(chǎn)生的沼氣可作為能源。當(dāng)原水BOD5達(dá)到1500mg/L時(shí)，采用厭氧處理即有能量剩余。有機(jī)物濃度愈高，剩余能量愈多。一般厭氧法的動(dòng)力消耗只有活性污泥法的1/10。3)剩余污泥量少，且其濃縮性、脫水性良好氧法每去除lkgCOD將產(chǎn)生0.4-0.6kg生物量，而厭氧出去除lkgCOD只產(chǎn)生0.02-0.lkg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5％－16%。4)氮、磷營(yíng)養(yǎng)需要量較少。好氧法一般要求BOD：N：P為100：5