厭氧生物處理第四章

1、第四章 廢水與污泥的厭氧生物處理工藝廢水與污泥的厭氧生物處理第一節(jié) 概述v與好氧生物處理工藝相同，廢水與污泥的厭氧生物處理工藝也可以分為厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法。兩種方法沒有根本性的差別，主要差別在于微生物在反應(yīng)器內(nèi)的生長狀態(tài)。v在厭氧活性污泥法處理工藝中，微生物懸浮生長在反應(yīng)器內(nèi)的混合液中，外觀為絮狀污泥。v在厭氧生物膜法處理工藝中，微生物附著生長在人為提供的填料（載體）表面，外觀為膜狀覆蓋。第一節(jié) 概述v長期以來，厭氧生物處理工藝一直以厭氧活性污泥法為主，特別是在處理污泥和含大量懸浮物的污水時，一般均采用厭氧活性污泥法。v厭氧活性污泥法經(jīng)歷了較長的發(fā)展歷程，從歷史悠久的普通厭氧消化池，

2、衍生出厭氧接觸工藝、升流式厭氧污泥床（UASB）、厭氧擋板式反應(yīng)器（ABR）等多種處理工藝。v由于厭氧微生物處于懸浮生長狀態(tài)，容易隨出水帶出反應(yīng)器。因此，在厭氧活性污泥法處理工藝的研究、設(shè)計過程中，把很大的注意力放在了氣、液、固三相分離上。所以，三相分離器是厭氧活性污泥法處理工藝的主要工藝特征之一。第一節(jié) 概述v在反應(yīng)器內(nèi)，充填各種不同類型的供微生物附著生長的填料（載體）是生物膜法處理工藝的主要工藝特征之一。v厭氧生物膜法的典型處理工藝：v厭氧生物濾池（AF）v厭氧生物流化床（AFB）v厭氧膨脹顆粒污泥床（AEGSB）v厭氧生物轉(zhuǎn)盤（ARBC）第一節(jié) 概述v與傳統(tǒng)的厭氧活性污泥法相比，厭氧生物

3、膜法具有很多特點：1.由于填料（載體）的比表面積很大，單位容積反應(yīng)器中的微生物量增大，容積負荷率比普通消化池高23倍。2.污水通過反應(yīng)器時，液膜與生物膜處于相對運動狀態(tài)，強化了相間的傳質(zhì)效果，去除效率高。3.微生物在反應(yīng)器內(nèi)固著生長，不易隨水流失，泥齡長，出水懸浮物少，不存在浮渣問題，運轉(zhuǎn)管理方便。4.不需設(shè)置特別設(shè)計的三相分離器，結(jié)構(gòu)簡單。5.可處理濃度很低的有機污水，適用范圍廣。6.污水中懸浮物含量高，或填料（載體）選擇運用不當時，易堵塞。第二節(jié) 普通消化池v工作原理：v普通消化池（Conventional Anaerobic Digester）常用于污泥和高濃度有機污水處理。v污泥（或污

4、水）間歇投配到消化池內(nèi)進行厭氧消化。經(jīng)消化的污泥（或污水）分別由消化池底部和上部排出，進入后續(xù)處理構(gòu)筑物。產(chǎn)生的沼氣由消化池頂部排出，進入沼氣罐儲存。v為了使微生物與營養(yǎng)料均勻接觸，必須設(shè)置攪拌設(shè)備，定期對混合液進行攪拌。v進行中溫或高溫厭氧消化時，需對發(fā)酵料液進行加熱。一般采用間接加熱方式。v普通消化池的特點是在一個池內(nèi)實現(xiàn)厭氧發(fā)酵反應(yīng)和三相分離過程。第二節(jié) 普通消化池v工作原理：v普通消化池（Conventional Anaerobic Digester）常用于污泥和高濃度有機污水處理。v污泥（或污水）間歇投配到消化池內(nèi)進行厭氧消化。經(jīng)消化的污泥（或污水）分別由消化池底部和上部排出，進入后

5、續(xù)處理構(gòu)筑物。產(chǎn)生的沼氣由消化池頂部排出，進入沼氣罐儲存。v為了使微生物與營養(yǎng)料均勻接觸，必須設(shè)置攪拌設(shè)備，定期對混合液進行攪拌。v進行中溫或高溫厭氧消化時，需對發(fā)酵料液進行加熱。一般采用間接加熱方式。v普通消化池的特點是在一個池內(nèi)實現(xiàn)厭氧發(fā)酵反應(yīng)和三相分離過程。第二節(jié) 普通消化池v消化池的攪拌：v循環(huán)攪拌：v水泵循環(huán)消化液進行攪拌，為了強化攪拌效果，可在池內(nèi)設(shè)射流器。v循環(huán)攪拌設(shè)備簡單，維修方便。v與池外間接加熱結(jié)合，在循環(huán)管路上設(shè)加熱套管。v低揚程，大流量。能耗：0.005 kW/m3。v機械攪拌：v池內(nèi)設(shè)攪拌葉輪，由防爆電機、減速器驅(qū)動。v密封、防爆要求嚴格，加工精度要求高，維修困難。v

6、能耗： 0.0065 kW/m3。第二節(jié) 普通消化池v消化池的攪拌：v沼氣攪拌：v沼氣壓縮機循環(huán)沼氣進行攪拌，為了強化攪拌效果，可在池內(nèi)設(shè)擴散、混流裝置。v沼氣攪拌效果好，可提高沼氣產(chǎn)量。v沼氣壓縮機防爆要求嚴格，國產(chǎn)設(shè)備不過關(guān)。v能耗：0.0050.008 kW/m3。v聯(lián)合攪拌：v循環(huán)攪拌與沼氣攪拌聯(lián)合使用，常見搭配方式。v三種攪拌方式同時使用，保證攪拌效果。v能耗高，設(shè)備多，維修量大。第二節(jié) 普通消化池v消化池的種類：v池體外形：v圓柱型：傳統(tǒng)池型。v卵型：新型消化池，設(shè)計合理，特點突出，建造困難。v池體容積：v小型：5000 m3。v池頂結(jié)構(gòu)：v固定蓋式：普通池型，防止沼氣壓力過大損壞

7、頂蓋。v浮動蓋式：沼氣壓力恒定，水封是關(guān)鍵。第二節(jié) 普通消化池v消化池的缺點：v效率低：v負荷低，水力停留時間（HRT）長。v池子容積大。v能耗大：v加熱。v攪拌。v操作管理復(fù)雜：v工藝條件控制要求苛刻。v微生物增殖緩慢。v設(shè)備多，隱患大，防火、防爆要求高。第二節(jié) 普通消化池v 消化池的改進：v 兩級消化工藝：v 基本原理：v 主要特點：v 兩相消化工藝：v 基本原理：v 主要特點：v 厭氧接觸工藝：v 基本原理：v 主要特點：根據(jù)中溫消化的運行經(jīng)驗，在消化的前8天，產(chǎn)生的沼氣量占全部產(chǎn)氣量的80%左右，而一般中溫消化的水力停留時間為20天左右，在整個消化過程中，為維持產(chǎn)甲烷細菌所需的適宜溫度

8、（3335），則需耗費大量的熱能。因此，目前污泥中溫消化常按兩級消化進行設(shè)計，即在消化池總?cè)莘e不變的前提下，將消化池按容積比例（1:1, 2:1, 3:2）分為兩級。第一級消化池按普通消化池設(shè)計，采用加熱和攪拌設(shè)備。第二級消化池不加熱，不攪拌，依靠剩余熱量繼續(xù)消化。 第二節(jié) 普通消化池v 消化池的改進：v 兩級消化工藝：v 基本原理：v 主要特點：v 兩相消化工藝：v 基本原理：v 主要特點：v 厭氧接觸工藝：v 基本原理：v 主要特點：1) 總?cè)莘e不增加，且第二級消化池被簡化，建設(shè)費用大幅度降低。2) 第二級消化池不加熱，不攪拌，能耗和運行費用大幅度降低。3) 第二級消化池沼氣產(chǎn)量低，可不設(shè)

9、沼氣收集設(shè)施。4) 第二級消化池不攪拌，可兼作污泥后濃縮池。第二節(jié) 普通消化池v 消化池的改進：v 兩級消化工藝：v 基本原理：v 主要特點：v 兩相消化工藝：v 基本原理：v 主要特點：v 厭氧接觸工藝：v 基本原理：v 主要特點： 如前所述，厭氧消化過程可分為水解發(fā)酵、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和甲烷發(fā)酵三個階段，各階段的菌種、對環(huán)境的要求、分解過程、分解速度及最終產(chǎn)物都不相同，造成運行管理方面的諸多不便。近來出現(xiàn)的兩相厭氧消化工藝是根據(jù)消化機理，將消化過程的第一、第二階段與第三階段分別在兩個消化池中進行。第二節(jié) 普通消化池v 消化池的改進：v 兩級消化工藝：v 基本原理：v 主要特點：v 兩相消化工藝：

10、v 基本原理：v 主要特點：v 厭氧接觸工藝：v 基本原理：v 主要特點：1) 厭氧消化分階段在最佳環(huán)境條件下進行，消化速度快，效果好。2) 由于效率提高，水力停留時間縮短（第一相約1d，第二相66.5d），消化池總?cè)莘e可減少一半，建設(shè)費用大幅度降低。3) 由于消化池容積小，加熱、攪拌等能耗和運行費用大幅度降低。4) 兩相環(huán)境條件互不干擾，便于運行管理。 第二節(jié) 普通消化池v 消化池的改進：v 兩級消化工藝：v 基本原理：v 主要特點：v 兩相消化工藝：v 基本原理：v 主要特點：v 厭氧接觸工藝：v 基本原理：v 主要特點： Schroepter(1955)認識到在厭氧處理設(shè)備內(nèi)保持大量污泥

11、的重要性，他仿照好氧活性污泥法，在消化池后增設(shè)沉淀池回收污泥。污泥回流到消化池，使池內(nèi)污泥量提高，設(shè)備處理效率提高，稱為厭氧接觸工藝。第二節(jié) 普通消化池v 消化池的改進：v 兩級消化工藝：v 基本原理：v 主要特點：v 兩相消化工藝：v 基本原理：v 主要特點：v 厭氧接觸工藝：v 基本原理：v 主要特點：1) 厭氧接觸工藝只是普通消化池的簡單改進，易于改造實施。2) 由于消化池內(nèi)污泥濃度增大，效率提高，水力停留時間縮短，消化池總?cè)莘e可大幅度減少，建設(shè)費用和運行費用相應(yīng)降低。3) 可以間斷運行，操作簡便。4) 厭氧污泥沉淀效果差。而且，由于污泥產(chǎn)氣過程仍在繼續(xù)，工作環(huán)境較差。 第三節(jié) 升流式厭

12、氧污泥床v升流式厭氧污泥床（Upflow Anaerobic Sludge Bed，簡稱UASB）反應(yīng)器是荷蘭農(nóng)業(yè)大學19741978年間研制出來的一種高效厭氧生物反應(yīng)器。據(jù)1993年的報道，國外至少已有300多座生產(chǎn)規(guī)模處理裝置在運行，其中設(shè)備最大容積達15600m3。 第三節(jié) 升流式厭氧污泥床vUASB反應(yīng)器的工作原理v工作原理示意圖：v反應(yīng)區(qū)v分離區(qū)v反應(yīng)器運行的三個重要前提：v反應(yīng)器內(nèi)形成沉降性能良好的顆粒污泥或絮狀污泥v由產(chǎn)氣和進水的均勻分布所形成的良好的自然攪拌作用v設(shè)計合理的三相分離器，使沉淀性能良好的污泥能夠保留在反應(yīng)器內(nèi) 第三節(jié) 升流式厭氧污泥床vUASB反應(yīng)器的工作原理v工

13、作原理示意圖：v反應(yīng)區(qū)v分離區(qū)v反應(yīng)器運行的三個重要前提：v反應(yīng)器內(nèi)形成沉降性能良好的顆粒污泥或絮狀污泥v由產(chǎn)氣和進水的均勻分布所形成的良好的自然攪拌作用v設(shè)計合理的三相分離器，使沉淀性能良好的污泥能夠保留在反應(yīng)器內(nèi) 第三節(jié) 升流式厭氧污泥床vUASB反應(yīng)器的主要特點：vUASB產(chǎn)生的剩余顆粒污泥在常溫下可保存很長時間而不損失活性，因此，UASB采用剩余污泥接種，可使反應(yīng)器啟動時間縮短到幾天之內(nèi)。v產(chǎn)氣的攪拌作用使污泥床不斷運動而與廢水良好混合， 因此，UASB一般不易形成溝流。v由于沒有填料，UASB有更大的空間容納污泥，容積負荷比其它厭氧處理工藝更高。v由于沒有填料，UASB在投資和運行成

14、本上更節(jié)省，能耗低，操作維護相對簡易。第四節(jié) 厭氧生物濾池v厭氧濾池（Anaerobic Filter，簡稱AF）是世界上最早使用的污水生物處理構(gòu)筑物之一。1891年，Scott-Moncrieff在英格蘭建成了第一座使用石質(zhì)載體的池子，池子上部是濾層，污水自下而上通過濾層，使污水得到凈化。雖然這座池子只供處理10人生活污水，也未冠以厭氧生物濾池之名，但實質(zhì)上可以稱作厭氧生物濾池的首次應(yīng)用實例。到20世紀60年代，美國的McCarty等人將厭氧生物濾池發(fā)展成為第一個高速厭氧反應(yīng)器，容積負荷可達10-15kgCOD/m3.d。 第四節(jié) 厭氧生物濾池v厭氧生物濾池的工作原理v工作原理示意圖：v填料

15、v生物固定化技術(shù)v反應(yīng)器運行的主要工藝特征：v填料固定，微生物附著生長，不隨水流失，不需回流。v生物相沿填料高度分布，各自有優(yōu)勢菌群生長。v生物濃度高，抗沖擊負荷及抗毒物負荷能力強。v填料會造成堵塞、溝流問題，且使工藝造價增高。 污水污水處理水處理水沼氣沼氣填料填料厭氧濾池厭氧濾池第四節(jié) 厭氧生物濾池v厭氧生物濾池的工作原理v工作原理示意圖：v填料v生物固定化技術(shù)v反應(yīng)器運行的主要工藝特征：v填料固定，微生物附著生長，不隨水流失，不需回流。v生物相沿填料高度分布，各自有優(yōu)勢菌群生長。v生物濃度高，抗沖擊負荷及抗毒物負荷能力強。v填料會造成堵塞、溝流問題，且使工藝造價增高。 第五節(jié) 厭氧生物流化

16、床v厭氧流化床反應(yīng)器（Anaerobic Fludized Bed Reactor，簡稱AFBR）是借鑒流態(tài)化技術(shù)的一種生物反應(yīng)裝置。它以小粒徑載體（石英砂、活性炭、沸石、塑料顆粒等，粒徑多在0.20.7mm）為流化粒料，污水作為流化介質(zhì)，當污水以升流式通過粒料床體時，污水上升流速使顆粒載體呈流化狀態(tài)，污水與表面生長厭氧生物膜的顆粒載體不斷接觸反應(yīng)，達到厭氧生物反應(yīng)處理污水的目的。 第五節(jié) 厭氧生物流化床v厭氧流化床的主要特點：v流態(tài)化能夠最大程度使厭氧污泥與污水接觸v顆粒與流體相對運動速度高，液膜擴散阻力小。此外，顆粒表面生物膜厚度小，傳質(zhì)作用強。因此，生物化學過程進行較快，污水在反應(yīng)器內(nèi)的

17、水力停留時間短，處理效率高。v克服了厭氧生物濾池存在的堵塞和溝流問題。v高容積負荷使反應(yīng)器體積減小，同時，由于其高度與直徑比例大于其它厭氧反應(yīng)器，因此，厭氧生物流化床占地面積小。 第五節(jié) 厭氧生物流化床v厭氧流化床存在的主要問題：v為了實現(xiàn)良好的流態(tài)化并使污泥與填料不致從反應(yīng)器流失，必須使生物膜顆粒保持均勻的形狀、大小和密度，但這在工程上是難以實現(xiàn)的，因此，穩(wěn)定的流態(tài)化液難以保證。v為了獲得高的水流速度以保證流態(tài)化，流化床需要大量的回流水，導致能耗增大，成本提高。v流化床設(shè)計中的一個重要問題是底部進水的均勻分布，盡管出現(xiàn)了多種布水方式，但在生產(chǎn)規(guī)模的設(shè)備中，均勻布水是非常困難的。 第六節(jié) 水解（酸化）工藝v水解（酸化）工藝與厭氧發(fā)酵的區(qū)別：v水解（酸化）工藝將厭氧反應(yīng)控制在水解、酸化階段，此階段的微生物主要是水解、產(chǎn)酸菌。在水解階段，固體物質(zhì)降解為溶解性物質(zhì)，大分子物質(zhì)降解為小分子物質(zhì)。在產(chǎn)酸階段，碳水化合物降解為脂肪酸。由于反應(yīng)交叉進行，速度快，兩個階段難以分開，工程上用作好氧生物處理的預(yù)處理。v不需要密閉，不需要三相分離器，不需要加熱，便于維護運行。v由于反應(yīng)控制在酸化階段，無不良氣味產(chǎn)生。v水解（酸化）工藝反應(yīng)速度快，池體容積小，造價低。v由于固體物質(zhì)的降解，污泥的VSS降低，剩余污泥量少。第六節(jié) 水解（酸化）工藝v水解（酸化）工藝的主要功能：v溶解性有機物比例顯著增