(完整版)第三節(jié)污泥的厭氧消化

1、8.3 污泥的厭氧消化 厭氧消化法：在無(wú)氧的條件下，由兼性菌及專(zhuān)性 厭氧細(xì)菌降解有機(jī)物，最終產(chǎn)物是二氧化碳和甲 烷氣（biogas）,是污泥得到穩(wěn)定。 8.3.1厭氧消化的機(jī)理 （間歇實(shí)驗(yàn)） 二階段理論：產(chǎn)酸階段-產(chǎn)甲烷階段 四階段理論：水解、酸化、酸退、甲烷化 根據(jù)參與甲烷發(fā)酵的不同營(yíng)養(yǎng)類(lèi)群微生物對(duì)基質(zhì)的代謝厭氧 降解過(guò)程分為三個(gè)階段: 4% CH4 單糖 VFA CO2 H2 較高級(jí)的有機(jī)酸 HAc 復(fù)雜有機(jī)物卜 水解與發(fā)酵 （水解與發(fā)酵菌） 細(xì)菌原生動(dòng)物 真菌 2+COjTCH4+2H9 metliane 2CH3COOHT2CH4+2CO2 Acetic acid 生成甲烷 (產(chǎn)甲烷菌

2、) 第三階段 三階段理論 :Toenen et al (1970) Substrate flow in anaerobic digestion, 5th International Conference on water pollution research. San Francisco,CA.書(shū)上:Eryant 1979 20%52 少 生成乙酸與脫氫 （產(chǎn)氫產(chǎn)酸菌） 第一階段亠-第二階段- （纖維素分解菌 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌 甲烷桿菌球菌 碳水化合物分解菌 CH3CH2COOH+2H2OCH3COOH+3H2+CO2 蛋白質(zhì)分解菌，脂肪分解菌） 產(chǎn)酸菌是兼性厭氧菌和專(zhuān)性厭氧菌，對(duì)PH .VFA，

3、溫度變化適應(yīng)性強(qiáng), 増殖速度快；甲烷菌是專(zhuān)氧菌,PH=6474 對(duì)PH . VFA .腿變化敏感，増殖速度慢。 產(chǎn)甲烷階段的能量分析:（以乙酸鈉為例） 在好氧消化時(shí)： C2H3O2Na+2O2 NaHCO3+H2O+CO2+848.8 KJ /mol 在厭氧消化時(shí)： C2H3O2Na +H2 O NaHCO3+CH4+29.3 KJ /mol 在底物相同的條件下，厭氧消化產(chǎn)生的能量?jī)H 是好氧消化的1/20 - 1/30這些能量大部分都用 于維持細(xì)菌的生活,而只有很少能量由于細(xì)胞合 成（這就是厭氧法產(chǎn)生剩余污泥量少的緣故） 雖然厭氧消化過(guò)程是要經(jīng)歷多個(gè)階段，但是 在連續(xù)操作的厭氧消化反應(yīng)器中這幾

4、個(gè)階段同 時(shí)存在，并保持某種平衡狀態(tài). 8.3.2厭氧消化動(dòng)力學(xué)（與好氧相似） 甲烷發(fā)酵階段是厭氧消化速率的控制因素。 動(dòng)力學(xué)方程式： 有機(jī)物降解 dS _ kSX dtK $ + S 細(xì)菌增殖 dX -bX 有機(jī)物濃度與污泥泥齡的關(guān)系: 瓦(1+吃) 3c(Yk-b)-l 8.3.3厭氧消化池工作原理與影響因素 進(jìn)泥 oas 上清液 出泥 / 標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷厭氧消化池高負(fù)荷厭氧消化池 在厭氧消化池中3個(gè)階段同時(shí)存在，甲烷發(fā)酵階段的 速率最慢，因此甲烷發(fā)酵階段是厭氧消化反應(yīng)的控制因素, 影響厭氧消化池正常工作的主要因素如下： 1、溫度 中溫（30-35C）與高溫 （50-55C） mesophili

5、c and thermophilic 中溫消化：負(fù)荷=2.530 產(chǎn)氣量1-1.3 m3/m3 d,消化時(shí)間20d，滅菌率低 高溫消化:負(fù)荷=6-7kg/m3.d，產(chǎn)氣3-4 ,消化 時(shí)間10 d.滅菌率99% （消化時(shí)間：產(chǎn)氣量達(dá)到總量的9 0%所需 時(shí)間） a | OLR kg/m3 d& - biogas (m3/m3 d) (p euI、eu!)PTPIA scobjoo s 5 5 5 5 87654321 (IIP COIE bjo上) 25 30 35 40 45 50 55 60 Tempearture ( C) Fig. 822 Relationship among temp

6、earture , OLR and biogas production 60 50 40 P j 30 I 20 10 45 30 90 105 120 、 7 1 M ” 60 digestion time(day) Fig.8-23 Relationship between tempearture and digestion time 2、生物固體停留時(shí)間（SRT）與污泥投配率 完全混合消化池的水力停留時(shí)間等于污泥 齡（無(wú)回流，有攪拌，完全混合） 泥齡的表達(dá)式與活性污泥法相同 SRT =池中總生物量/每日排出的生物量 從動(dòng)力學(xué)知道有機(jī)物降解是污泥泥齡的函數(shù)，泥 齡二水力停留時(shí)間，所以以水力

7、停留時(shí)間設(shè)計(jì)消 化池消化池的水力停留時(shí)間以污泥投配率的倒 V n x 100% V 數(shù)表示： 式中：V=每日投配的新鮮污泥量，m3/d vm肖化池的有效體積， 11污泥投配率，%o 1/n是水力停留時(shí)間，do n.T, VFAT, pH l,biog as I,digestion/ worse n. I, VFAl, pHT,biogasT,digestion? well n=5-8% for mosephilic digestion of sludge, HRT= 20-12.5 d 3、攪拌和混合細(xì)菌與底物的混合 泵混合，水射器，消化氣攪拌，混合攪拌 4、營(yíng)養(yǎng)與C/N比 C/N= 10-2

8、0： 1C 一為反應(yīng)過(guò)程提供能源， 二為合成新細(xì)胞（5： 1） C5H7NO3 c/nT,氮不足，消化液緩沖能力低，ph/； C/N太低，N T； phT,錢(qián)鹽積累，會(huì)抑制消 化 5、氮的守恒與轉(zhuǎn)化 保持N平衡，有機(jī)Nl, NH3T, N2，細(xì)胞N 6、有毒物質(zhì)很小量 重金屬離子對(duì)甲烷消化的抑制（表8-15） 陰離子的毒害作用：SO2-4+8H+S2-+4H2O SO2-4 5000mg/LH2S 的腐蝕作用 氨的毒害作用： NH3+H2OTNH+4+OH- NH4HCO3T, phT NH+4 （離子態(tài)）ch4, co2 水解酸化速率很快，停留時(shí)間Id （投配率 100%）；第二相消化池投配

9、率15-17%停留時(shí)間 6-6.5 d Acidification Methanogenesis （使厭氧生化反應(yīng)的各階段處于最優(yōu)條件下運(yùn) 行，系統(tǒng)處理效率高，總池容小，加溫和攪拌能 耗少，運(yùn)行管理方便，消化更徹底） 8.3.6消化池的運(yùn)行管理 污泥培養(yǎng)與馴化方式：逐步、一次培養(yǎng) 運(yùn)行時(shí)檢測(cè)指標(biāo)：產(chǎn)氣率，污泥含水率，VSS, 有機(jī)物降解程度，VFA,總堿度，NH3 控制參數(shù)：攪拌強(qiáng)度，排泥量，沼氣氣壓 （1000-2000Pa）o 8.3.7污泥好氧消化 機(jī)理：污泥的好氧內(nèi)源呼吸 C5H7NO2+7O2 T 5CO2+3H2O+H+NO 3 適用小泥量； 特點(diǎn)：無(wú)臭，有機(jī)物降解程度高，上清液C

10、OD 低，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單， 缺點(diǎn)：能耗大，無(wú)沼氣利用。 思考題: 1.在一般的消化池中,能不能觀察到明顯的污泥 消化的3個(gè)階段？為什么? 2.試述污泥厭氧消化的3階段理論。 3. 扼要討論影響厭氧消化的主要因素。 4. 比較污泥厭氧消化和好氧消化的優(yōu)缺點(diǎn)。 5. 試述厭氧消化池的攪拌作用和方式。 沼氣利用：沼氣成分見(jiàn)表8-17, P376 消化池加溫，發(fā)電，民用 86污泥的干化與脫水 濃縮池-消化池排泥(95-97%) 濃縮池直接排泥- (95-97%)-干化或機(jī)械 脫水最終處置 、 污泥自然干化 人工與自然濾層干化場(chǎng) 人工濾層干化場(chǎng)： ttt- 也 干化場(chǎng)脫水特點(diǎn)及影響因素： 靠滲透、蒸發(fā)、與

11、人工撇除脫水。 滲透.85% （2-3d） 蒸發(fā)75% （1數(shù)周） 如果有降雨要考慮減去污泥吸收的雨量（蓋蓋的不計(jì)） 影響因素：氣候（降雨、濕度、風(fēng)速、年冰凍期） 污泥性質(zhì)：消化污泥易脫水；生污泥較難滲水 干化場(chǎng)設(shè)計(jì)： 計(jì)算干化場(chǎng)面積面積負(fù)荷（1/1山a） （m/年）=1-1.5 m/（生污泥）/5 m/年（消化污泥） 污泥塘:半年-1年（0.5-1.0 ni） 二、機(jī)械脫水 （一）機(jī)械脫水前的污泥調(diào)理（節(jié)） 污泥中的固體物質(zhì)主要是膠體微粒，與水的親和力很強(qiáng)（負(fù) 電荷），若不作適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，脫水將非常困難。在污泥脫水 前進(jìn)行預(yù)處理，是污泥粒子改變物化性質(zhì)，破壞污泥的膠體結(jié) 構(gòu)，減少其與水的親和

12、力，從而改善其脫水性能，這個(gè)過(guò)程稱(chēng) 為污泥的調(diào)理或調(diào)節(jié)或調(diào)質(zhì)。常用調(diào)理方法：化學(xué)加藥、熱處 理、冷凍、等。最常用是化學(xué)加藥調(diào)理（調(diào)節(jié)人 化學(xué)加藥調(diào)理：在污泥中加入混凝劑、助凝劑等，使污泥 凝聚，提高脫水性能。（聚丙烯酰胺PAM） l%o投藥量與污泥 性質(zhì)有關(guān)污泥比阻。 （表 8-20 ） 污泥比阻：比阻的物理意義是單位干重泥餅的 阻力，比阻越大，污泥越難過(guò)濾，其脫水性能 越差。（適當(dāng)值：（0.1-0.4） 10-9 S2/g （二）機(jī)械脫水的方法與基本原理 方法：真空吸濾、壓濾和離心脫水 原理：靠過(guò)濾介質(zhì)兩面的壓力差作為推動(dòng) 力，使污泥水分被強(qiáng)制分離。 推動(dòng)力：1）污泥本身厚度的靜壓（如干化場(chǎng)

13、） 2）過(guò)濾介質(zhì)一面的負(fù)壓（真空吸濾法） 3）加壓污泥把水分壓過(guò)介質(zhì)（壓濾） 4）離心力（離心脫水） 過(guò)濾基本方程P386 V 2PA2 PA 第一項(xiàng)克服濾餅阻力；第二項(xiàng)克服過(guò)濾介質(zhì) 的阻力。式中：r比阻，通過(guò)污泥脫水實(shí)驗(yàn)確定。做 t/Vv直線。求出比阻 (三) 機(jī)械脫水方法： 真空過(guò)濾脫水機(jī)(60-80%) 壓濾脫水機(jī)：板框壓濾機(jī)(使污泥在壓力 下通過(guò)濾板濾布)(45-80%) 帶式壓濾機(jī)(把壓力施加在濾布上，用濾 布的壓力和張力使污泥脫水)(78-85%) 離心脫水機(jī)(80-85%) 設(shè)計(jì)中根據(jù)產(chǎn)品樣本選用設(shè)備。 污泥的干燥與焚燒 進(jìn)一步降低污泥含水率20%-干燥器肥料 焚燒：不能做為農(nóng)肥

14、時(shí)(或含有毒)焚燒：焚燒爐 污泥堆肥 污泥堆肥是有機(jī)物的好氧發(fā)酵的產(chǎn)物。在有氧的條件下, 利用嗜溫菌、嗜熱菌的作用，使污泥中水分及大量有有機(jī) 物質(zhì)好氧分解。 污泥 1/221天2天 1/230天 二幗氣堆月匸_ 電百Tg巴料 城市垃圾、木屑50-70 C 稻草 污泥的最終處置(Disposal) 農(nóng)用、種花、種草；建筑材料（磚、纖維板） 填埋；填海 第九章城市污水廠設(shè)計(jì) （簡(jiǎn)單介紹） 城市污水水質(zhì)特征：（COD, BOD, SS, N, P） 污水廠設(shè)計(jì)水量與污水廠處理規(guī)模 工業(yè)廢水與城市污水處理的矛盾 分散與集中處理的矛盾 設(shè)計(jì)步驟： 可行性研究，初步設(shè)計(jì)，擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)，施工圖 污水廠廠址的

15、選擇 污水處理程度與處理工藝流程、處理方法確定 污水廠平面與高程布置 污水處理檢測(cè)、計(jì)量和自動(dòng)控制 第三篇工業(yè)廢水處理 第十章工業(yè)廢水處理概論 （本章自學(xué)） 思考題： 1工業(yè)廢水如何分類(lèi)和命名？ 2工業(yè)廢水會(huì)對(duì)環(huán)境造成哪些危害？ 3國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定什么是“第一類(lèi)污染 物”和“第二類(lèi)污染物” ？ 4工業(yè)廢水排入城市下水道有那些規(guī)定？ 5控制工業(yè)廢水污染源的基本途徑是什么？ 6如何選擇工業(yè)廢水處理方法？ 工業(yè)廢水的組成|： 生產(chǎn)污水：工藝排水，設(shè)備排水，地面排水 廠區(qū)生活污水： 潔凈廢水（間接循環(huán)冷卻水） 工業(yè)廢水的特征|： 1水質(zhì)水量變化大 2水質(zhì)復(fù)雜，含有毒、有害、有用污染物 工業(yè)廢水處

16、理方法：|物理法：調(diào)節(jié)、離心分離、沉淀、 過(guò)濾、除油 化學(xué)法：中和、化學(xué)沉淀、氧化還原 物理化學(xué)法：混凝、吸附、氣浮、離子交換、膜分離 生物處理法：好氧、厭氧 第十四章工業(yè)有機(jī)廢水的生物處理 生物處理最經(jīng)濟(jì)有效的方法cost-effective 第一節(jié)工業(yè)廢水的可生化性評(píng)價(jià) biodegradable, non-biodegiadable, easily （difficult） biodegradable 1、BOD5/COD 0.4501 BOD5/ThOD 0.3 2、微生物好氧速率（生物呼吸儀） 3、微生物脫氫酶活性測(cè)定 4、靜態(tài)或動(dòng)態(tài)降解試驗(yàn) 第二節(jié)工業(yè)廢水的生物處理工藝流程 易降解、

17、濃度較低、無(wú)毒的有機(jī)廢水好氧生物處理：活性污泥，生物膜 高濃度、難降解、有毒有害有機(jī)廢水厭氧生物處理（難降解向易降解轉(zhuǎn)化） 水質(zhì)要求高時(shí)，或?yàn)樘岣咛幚硇剩簠捬?好氧串聯(lián)工藝 懸浮、附著厭氧-好氧-物化 例如：盛澤印染污水廠 好氧最廣泛的形式：生物接觸氧化法（submerged bio-filtei） 厭氧處理法由于它具有：節(jié)能、剩余污泥量少、遠(yuǎn)行費(fèi)用低、管理簡(jiǎn)單、能夠處理高 濃度、難降解其至有毒廢水，厭氧技術(shù)在近二十年來(lái)得到了較快發(fā)展，而且在未來(lái)幾 十年中厭氧技術(shù)將會(huì)得到更大的發(fā)展。適應(yīng)面廣。 第二節(jié)新型的高效厭氧生物處理技術(shù) 厭氧法與好氧法比較的優(yōu)點(diǎn)： 應(yīng)用范圍廣， 有機(jī)負(fù)荷高（5-10COD/m3d20-30）,（好氧 2-4） 污泥產(chǎn)量低（好氧的1/6-1/10） 動(dòng)力消耗低（好氧活性污泥法的1/10） 被降解的有機(jī)物多 對(duì)水溫適應(yīng)范圍廣（好氧10-30C厭氧：10-50 0 缺點(diǎn)： 起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，出水水質(zhì)不如好氧，管理起來(lái)易受環(huán)境條件影響，認(rèn)識(shí)不足 厭氧接觸法（類(lèi)似與活性污泥法） 厭氧生物濾池和厭氧接觸氧化法 厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán) 厭氧檔板式反應(yīng)器 最熱