第7章污水的厌氧生物处理.ppt

第七章 污水的厌氧生物处理,厌氧工艺的发展历史,1881年2月，法国宇宙，莫拉斯（Mouras）将简易沉淀池加以改进而得到的“自动净化器”。 1895年，英国卡麦隆（Cameron）获得腐化池专利。 1899年，美国Clark提出应将污泥和水分离，再将污泥隔绝空气消化的想法。 1904年，首先在英国汉普敦建成了双层沉淀池，将沉淀池下部改变为消化室。,主要优点有： (a)能量需求大大降低，还可产生能量； (b)污泥产量极低，沉降性好； (c)被降解的有机物种类多，应用范围广，主要用于处理高浓度有机废水，也可用于处理低浓度有机废水，也能处理某些好氧微生物难降解的物质； (d)对水温的适应范围广； (e)有机容积负荷率高； (f)营养盐类需要量少。,厌氧法的缺点是； (a)厌氧设备启动时间长； (b)处理后的出水水质差，往往需进一步处理才能达标排放。,厌氧法与好氧法的比较,§6.1 厌氧生物处理的基本原理,传统上，污泥在脱水作最后处置前进行厌氧处理，称为污泥消化，“消化”也常作为厌氧处理的简称。早期的厌氧处理都是针对污泥消化的。 厌氧的反应过程大致可以分为几个步骤：水解；酸化；乙酸化；甲烷化。 产生气味的原因是原水中的N、S被还原为H2S、NH3等。,厌氧呼吸,厌氧呼吸是在没有氧分子的情况下进行的生物氧化。厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统。 反应最终受体是氧以外的有机物或无机物。 根据最终受体不同，分为：发酵和无氧呼吸。,1 发酵：指供氢体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用，最终受体无需外加，就是供氢体分解的产物。 氧化不彻底，能量少，故该类厌氧微生物消耗底物较多。,2 无氧呼吸：指以无机化合物（如：NO3-,NO2-,SO42-,S2O32-,CO2等）替代分子氧，作为最终受体的生物氧化作用。无氧呼吸可以使有机底物被彻底氧化，能量得以分级释放，产生的能量要远大于发酵过程。,废水的厌氧生物处理,厌氧处理中的微生物群落主要是原核性质的，包括细菌和古细菌。厌氧生物处理的过程是一个多步骤的过程。,复杂的可降解颗粒物,蛋白质和碳水化合物,脂肪,氨基酸和单糖,长链脂肪酸,挥发性有机酸 （丙酮酸和丁酸等）,乙酸,氢,甲烷,1,2,3,4,5,6,7,水解,发酵,厌氧氧化,2/3,1/3,影响因素（针对产气步骤）,温度：低温消化（1520），中温消化（35-38），高温消化（52-55），工艺中应采取保温及温控措施。 pH：甲烷菌适宜pH：6.8-7.2，为此需要在线监控，投加石灰或Na2CO3中和微生物产生的酸。 碳氮比C/N：一般要满足COD:N:P=800:5:1即可，实际处理液的C/N 以(1020):1为宜。缺氮磷可以通过施加化肥达到目的。 硫化物：甲烷菌最佳生长需要11.5mg/L的硫（以H2S计）。目前高负荷反应器硫化物可以达到150200mg/L。 有毒物质：尤其是重金属的毒害作用很大，如果运行不顺利，可以考虑是否为重金属原因。 搅拌和混合：要求适合的搅拌速度。 污泥泥龄：较长的泥龄有利于厌氧微生物繁殖生存。,§6.2 污水的厌氧生物处理方法,停留时间一般为1224小时，污泥大约半年清除一次，出水不能直接排放水体，常在绿地下设渗水系统排出。,化粪池,普通消化池,常采用圆柱形或蛋形。 中温或高温消化时，需要对料液进行加热。 为保持池内温度均匀，利于沼气释放，需要搅拌，一般每隔24小时搅拌一次。 为节省能源，可采用二级消化工艺， 二级消化池与普通消化池相同，但是不设搅拌，相当于沉淀池。,普通消化池,污泥停留时间等于水利停留时间，停留时间较长（20-30天），反应池体积大，负荷低。 按容积大小分可分为小型池（1000-2500m3），中型池（2500-5000m3），大型池（5000-10000m3）。按运行方式分类有一级和二级之分。,消化池的搅拌主要有以下几种方式：水泵循环搅拌（设备简单，维修方便）；机械搅拌；沼气搅拌（可以提高沼气产量）。,目前仍有应用，主要应用于：污泥稳定；高浓度有机工业废水；高悬浮物含量有机废水；难降解有机物工业废水等。,洛杉矶Hyperion污水处理厂蛋型厌氧消化池,采纯氧曝气,每日约需纯氧220吨，生物反应池内MLSS维持在1,0001,500mg/L，出水端溶氧值控制于510 mg/L，水力停留时间约6小时，污泥停留时间约为11.5天,设有18座圆柱型及18座蛋型消化槽，消化温度控制在95°F，污泥停留时间约15天，产气量每天可达740万立方英呎，其中甲烷含量约64，每日需供给Scattergood蒸气发电厂作为燃料，以交换该电厂提供优惠电价，1.3美元/KWh (市价9美元/KWh),旧金山Oceanside水污染控制厂之蛋型厌氧消化槽池,Oceanside水污染控制厂之生物处理系统系采纯氧活性污泥法，生物反应池共三池，每池分为六槽。,共设有4个蛋型消化槽，每座消化槽容积为750,000加仑，采单段中温操作，操作温度约为95°F，停留时间约为24天。每槽产气量约为100,000立方英呎，产出瓦斯气体主要作为锅炉及发电机之燃料，目前每日可提供厂内约1/2之用电。,北京市高碑店污水处理厂 污泥消化池,污泥处理采用中温两级消化技术，消化后经脱水的泥饼外运作为农业和绿化的肥源。消化过程中产生的沼气,用于发电可解决厂内部分用电。,规模为日 处理污水100万立方米，占北京市污水总量40%。一级处理包括格栅、泵房、曝气沉砂池和矩形平流式沉淀池；二级处理采用空气曝气活性污泥法。,水解反应器,优点： 不需要密封，搅拌，三相分离器 出水可生化性好，减少后续反应时间 出水没有不良气味 池体积小，节省基建费用 污泥量少，污水、污泥一次性处理，不需要中温消化。,工艺特点：污染物数量质量变化；有机物数量显著减少；污水可生化性提高。,原污水与水解出水水质比较,水解-好氧联合处理工艺流程,厌氧接触法,污泥浓度要求很高，在1200015000mg/L左右； 污泥回流量很大，一般是废水流量的23倍。 厌氧接触法对悬浮物高的有机废水（如肉类加工废水）效果很好，中温消化经过612小时，BOD5去除率可达90以上。,存在问题及解决方法,该工艺存在的问题有： (a)厌氧反应器排出的混合液中的污泥由于附着大量的气泡在沉淀池中易于上浮到水面而被出水带走； (b)进入沉淀他的污泥仍有产甲烷菌在活动并产生沼气，使已沉下的污泥上翻，影响出水水质、降低回流污泥的浓度。 对此采取措施有： (a)在反应器和沉淀池之间设脱气器尽可能脱除沼气； (b)在反应器与沉淀池之间设冷却器，抑制产甲烷菌的活动； (c)在沉淀池投加混凝剂： (d)用超滤（或膜分离器）代替沉淀池。,厌氧生物滤池 (AF升流式，DSFF降流式),密封的水池，优点有：处理能力较高；微生物浓度高，出水SS较低，设备简单、操作方便； 缺点：滤料费用较贵；滤料容易堵塞，尤其是下部，而且堵塞后没有有效的清洗方法。,填料的选择,填料是厌氧生物滤池的主体，要满足以下条件： 比表面极大；表面粗糙；保证机械强度；价格低廉；选择合适的形状、空隙度和颗粒尺寸； 常用填料基本上与好氧接触氧化工艺基本相同，主要有: 实心块状填料：如碎石、砾石等，容易发生堵塞和短流。 空心填料：多用塑料制成，呈圆柱形或球形，可以减少滤料层的堵塞现象。 蜂窝或波纹板填料：塑料波纹板和蜂窝填料，质量轻、稳定，不易堵塞。 软性或半软性填料：半软性聚乙烯、弹性聚苯乙烯滤料，软性尼龙纤维滤料。比表面积和空隙率较大。,厌氧生物转盘,优点有： (a)微生物浓度高，可承受高额的有机物负荷，相应的去除率可达90左右； (b)废水水平流动也不需要回流，可以节约能源； (c)由于转盘的转动，不断使老化的生物膜脱落，以保持生物膜的活性； (d)可采用多级串联，使各级微生物处于最佳的生存条件。,主要缺点是盘片成本高，整个装置造价很高。该反应器的设计按负荷法设计。,升流式厌氧污泥床（UASB）,升流式厌氧污泥床（UASB），由荷兰Dr. Gatze Lettinga在20世纪70年代研发的，是集生物反应与沉淀于一体 ，主要构造包括：污泥床、污泥悬浮层、沉淀区、三相分离器及进水系统。,SS4000-5000mg/L,UASB工艺控制,进水基质营养比：C：N：P=250：5：1。 进水SS小于4000-5000mg/L，启动阶段应小于2000mg/L。 氨氮一般小于1000mg/L，50-200mg/L有利于微生物生长。 硫酸根浓度应小于5000mg/L。,厌氧颗粒污泥,三个阶段： 启动与污泥活性提高阶段，COD有机负荷控制在2.0kg/m3d以下。 形成阶段，COD有机负荷应控制在2.0-5.0kg/m3d 污泥床形成阶段，COD有机负荷大于5kg/m3d,类似于结晶过程，增加CaCO3等不溶性无机盐有助于颗粒污泥的形成。,颗粒污泥形成条件包括：水质、有机负荷、pH等，但水利条件是主要的原因，即升流式运行方式。,Echuca Wastewater Treatment Plant,A 3-phase separator device at the top of the chamber,The UASB reactors are an enclosed chamber system approximately 6 metres deep,澳大利亚 Coliban水公司,The FET is a 35 metre diameter by 4.15 metre deep,Treatment Performance,Flow Equalisation tank (FET) Volatile Fatty Acids (VFA,s ),我国部分USAB反应器运行数据,IC（Internal Circulation）反应器,克服了UASB污泥流失的问题。 与UASB相比，可以处理更高浓度废水，运行负荷及处理能力高于UASB反应器。,IC反应器处理啤酒废水,厌氧膨胀床(EGSB)和厌氧流化床(UFB),特点： (a)床内具有很高的微生物浓度(一般为30gMLVSS/L左右)，有机物容积负荷率较大，水力停留时间短，具有较好的耐冲击负荷能力，运行稳定； (b)膨胀或流化的载体可避免堵塞； (c)床内生物固体停留时间长运行稳定，剩余污泥少； (d)可用于处理高浓度有机废水，也可用于处理低浓度的城市废水。 缺点：(a)为保证载体膨胀或流化，能耗较大；(b)系统的设计运行要求高。,一般膨胀率为1020称为厌氧膨胀床，膨胀率为2070时称为厌氧流化床。,The expanded granular sludge bed (EGSB) reactor,EGSB反应器工业应用情况,产酸菌和产甲烷菌的特性,厌氧转化过程的相分离理论,水解酸化,产乙酸,产甲烷,分阶段多项厌氧反应器技术 （Staged Multi-Phase Anaerobic Reactor SMPA),在各级分隔空间中培养适宜的厌氧微生物，适应底物及环境 防止各个单独空间中独立发展形成的污泥相混合 各个单独空间所产生的气体相互隔开 各个单独空间的流态趋于完全混合，而工艺流程趋于近推流，即复合流态，使系统有更高的处理效果。,厌氧折流反应器（ABR）,容易产生短流、死区及生物固体的流失等问题。,厌氧折流反应器（ABR）,厌氧折流反应器（ABR）优点,ABR反应器与其他反应器性能比较,ABR运行中注意的问题,回流：稀释进水中的有毒物质，提高前段pH，减少泡沫。 低浓度废水：采用短HRT。 高浓度废水：采用长HRT。 高SS废水：增大第一室容积，截留SS。 温度：35-25之间降温没有影响。但低于25度将使反应速度降低。,部分厌氧处理工艺的比较,§6.3厌氧生物处理法的设计,设计内容包括： 流程和设备的选择： 处理工艺和设备的选择；消化温度；采用单级或两级消化等。 反应器和构筑物的构造和容积的确定 需热量的计算和搅拌设备的设计,反应器容积的确定,（容积负荷法）,不同消化温度下消化池建议采用的有机负荷,厌氧接触消化工艺建议采用的设计参数,UASB反应器在不同温度下的有机负荷,（水力停留时间法）,不同温度下USAB、EGSB、AF反应器的允许水力停留时间,中温和高温消化的有机负荷和消化时间,消化池需热量计算,厌氧生物处理特别是甲烷化，需要较高的反应温度。一般需要对投加的废水加温和对反应池保温。,消化池所需要的热量包括： 1.将废水提高到池温所需的热量； 2.补偿池壁、池盖所散失的热量。,c废水比热，约为4200kJ/m3； K传热系数，kJ/(h·m2·)； A散热面积，m2；,消化池内外壁温度，,例题,某地区设计人口为900，000人，人均污水量为120L/d，采用传统活性污泥工艺处理，泥龄为10天，曝气池中MLSS为3000mg/L，水力停留时间为5小时，污泥含水率为98，污泥试图采用厌氧消化工艺处理，停留时间为20天，试估算污泥消化池的有效容积。,例题,某污水处理厂采用传统活性污泥工艺处理城市污水，投产3年出水效果一直保持稳定。近期由于来水水质波动，发现曝气池有臭味发出，而且污泥发黑，并且在二沉池有大块的黑色污泥上浮。 试画出该厂的工艺流程简图。 请根据上述条件分析事故原因，提出可行的解决办法。 另外该厂二期扩建计划正在筹备之中，二期建成后除了处理该城市污水以外，还要接收该市某食品加工厂的有机废水，水量为现有城市污水的1/4，COD、氨氮、有机磷浓度均很高。根据你目前学到的知识，提出你认为合理的改建扩建计划，使其达到处理要求。,Gatze Lettinga荣获2007泰勒环境成就奖 Gatze Lettinga发明的UASB处理法，应用在全世界3/4的厌氧污水处理厂中，并且Gatze Letting没有申请专利而将这种技术免费普及。,泰勒奖评委会认为Lettinga的工作“为世界特别是发展中国家提供了一种污水处理的极优秀的工艺。”,“UASB反应器概念对所有人都是公开的，特别是对发展中国家的人民，这是我一直期望的” Gatze Lettinga,