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)合運用厭氧和好氧技術(shù)的聯(lián)合運用 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 200400:5:1100:5:1 5-20天天3-10小時小時 廢水濃度廢水濃度 有機容積負荷有機容積負荷 主要副產(chǎn)物主要副產(chǎn)物 能耗能耗 BOD:N:P 水

2、力停留時間水力停留時間 第一節(jié)第一節(jié) 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世紀末。 1881年法國人Louis Mouras 將簡易的沉淀池改進為污水處理構(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池，加快了厭氧技 術(shù)的

3、發(fā)展。 以上，屬于傳統(tǒng)的厭氧反應器。 （2）第二代厭氧反應器 1955年開發(fā)了厭氧接觸法新工藝，標志著現(xiàn)代厭氧反應器的開端。進 一步推動了厭氧技術(shù)的應用和發(fā)展。 上世紀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器（UASB）厭氧 生物轉(zhuǎn)盤、 UASB+ AF 。 （3）第三代厭氧反應器 1980年Switzenbaum等推出了厭氧附著膜膨脹床反應器（AAFEB）, 還有厭氧 流化床（AFB）； 上世紀90年代后，出現(xiàn)了厭氧膨脹顆粒污泥床（EGSB）、內(nèi)循環(huán)反應器 （IC）、升流式厭氧污泥床過濾器（UBF）。 自上世紀30年

4、代，厭氧消化過程被認為由不產(chǎn)甲烷的發(fā)酵性細菌和產(chǎn)甲烷的細菌 共同進行的兩階段過程。 酸性發(fā)酵階段：發(fā)酵性細菌把復雜有機物進行水解發(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時為易生物降解； BODBOD5 5/COD0.30/COD0.30時為可生物降解； BODBOD5 5/COD0.30

5、/COD0.30時為較難生物降解； BODBOD5 5/COD0.20/COD0.20時為不宜生物降解。 按微生物生長狀態(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)化反應的總過程是否在同一反應器中并在 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 反應器等。 工作原理 2級(平流沉淀+厭氧污泥消化) 缺點：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，或為生活污水的預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

6、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，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)的停留時間一般為污水在池內(nèi)的停留時間一般為 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、匯總進滲水系統(tǒng)或由排水管網(wǎng)輸出、匯總進 入下一步處理?；S池入下一步處理。化糞池污泥要定時清污泥要定時清 理。理。 房屋下水管道房屋下水管道 化糞池化糞池

7、 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 器，是60年代末開發(fā)的新型高效厭氧處理裝置。濾池呈 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，當廢水通過填 料層時，在填料表面的厭氧生物膜作用下，廢水中的有 機物被降解，并產(chǎn)生沼氣，沼氣從池頂部排出。 v廢水從池底進入，從池上部排出，稱升 流式厭氧濾池； v廢水從池上部進入，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 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

8、兩相接觸面大，強化了傳質(zhì)過程，有機物去除速度快； v厭氧微生物總量沿池高度分布是很不均勻的，在池進水部位高。 對厭氧生物濾池采取如下改進： l出水回流； l部分充填載體； l采用軟性填料。 厭氧生物濾池的特點 v微生物固著生長為主，不易流失，因此不需污泥回流和攪拌設(shè)備； v當廢水中有機物濃度高時，特別是進水懸浮固體濃度和顆粒較大 時，進水部位容易發(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厭氧接觸法對懸浮物高的有機廢水(如肉類加工廢水等)效果

9、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，要進行適當攪拌以使污泥保持懸浮狀態(tài)。攪拌可以用機械方法， 也可以用泵循環(huán)池水。 厭氧接觸法的特點厭氧接觸法的特點: : 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； u消 化 池 的 容 積 負 荷 較 普 通 消 化 池 高 ， 中 溫 消 化 時 ， 一 般 為 2 - l0kgCOD/m3d，水力停留時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； 厭氧接觸法的特點厭氧接觸法的特點: : u可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液，

10、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行固液分離的缺點 脫氣沉降的方法脫氣沉降的方法: : l真空脫氣，由消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器（upflow anaerobic sludge blanket react

11、or)，簡稱UASB反 應器，是由荷蘭的G. Lettnga等人在70年代初研制開發(fā)的。 u污泥床反應器內(nèi)沒有人工載體，反應器內(nèi)微生物以自身聚集生長，為顆粒污泥狀 態(tài)存在，因而能達到高生物量和高效高負荷。 （2)2)工作原理工作原理 由圖可見，UASB工作時，廢水從反應器底部進入， 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，進入 反應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出，被分離的污 泥則自動滑落到懸浮污泥層。出水則從澄清區(qū)流出。 （3） UASB反應器的構(gòu)造和組成 （3） UASB反應器的構(gòu)造和組成 進水配水系統(tǒng)

12、 將廢水盡可能均勻地分配到整個反應器，并有水 力攪拌功能。 反應區(qū) 其中包括污泥床區(qū)和污泥懸浮層區(qū)，有機物主要在這里 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反應器的構(gòu)造和組成 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區(qū)的剩余污泥。 （4 4）特點）特點 優(yōu)點：有機負荷居第二代反應器之首,水力負荷滿足要求;污泥顆?；?使反應器對不利條件的抗性增強; 反應器內(nèi)污

13、泥濃度高 有機負荷高，水力停留時間短， 反應器內(nèi)設(shè)三相分離器，被沉淀區(qū)分離的污泥能自動回流到反應 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)省造價及避免堵塞問題。 缺點： 大型裝置內(nèi)會有短流現(xiàn)象（要求配水裝置性能要好） 進水SS要求200mg/L，以免對污泥顆?；焕驕p少反 應區(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，啟動時間長 對水質(zhì)和負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制形成的高生 物活性的一種生物聚體。 厭氧污泥的主

14、要聚集形式包括顆粒(granules)、 團體(pellets)、絮體（flocs)、 絮狀污泥(nocculent sludge)等。 團體和顆粒是結(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： 桿菌顆粒 絲菌顆粒 球菌顆粒 顆粒污泥的形成原理： 細菌很容易在惰性材料表面上附著并結(jié)團 污泥中存在大量的絲狀菌，具有較強的附著能力 消化可將水解酸化過程和甲烷化過程分開在兩個反應器內(nèi)分階段進行。 第一段的功能是： 水解和液化固態(tài)有機物為有機酸 緩沖和稀釋負荷沖擊與有害物質(zhì) 截留難降解的固態(tài)物質(zhì) 第二段

15、的功能是： 保持嚴格的厭氧條件和pH值，以利于甲烷菌的生長 降解、穩(wěn)定有機物，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)的特征是實現(xiàn)相的分離，方法主要有： 化學法：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； 物理法：采用選擇性的半透明膜使進入兩個反應器的基質(zhì)有顯 著的差別，以實現(xiàn)相的分離。 動力學控制法：利用產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在生長速率上的差異，控制 兩個反應器的水力停留時間，使產(chǎn)甲烷菌無法在產(chǎn)酸相中生

16、長。 目前應用的最多的相分離的方法，是最后一種，即動力學控制法。 但實際上，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)反應器內(nèi)循環(huán)反應器 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)合運用厭氧和好氧技術(shù)的聯(lián)合運用 好氧生物處理與厭氧生物處理是由不同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)合運用，實現(xiàn)高效治理廢水的目的。 v實際工業(yè)廢水中有機物的濃度較高，COD 可以達到幾萬甚至 幾十萬。 v高濃度有機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)合應用才能達到好的效果。 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 換換 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 10000 15000mg/L 初次沉淀池沉降后初次沉淀池沉降后COD 降低到降低到 10000mg/