污水的厭氧生物處理優(yōu)秀課件

水污染控制工程

第十五章污水的厭氧生物處理厭氧生物處理——概述厭氧污水污泥處理技術的發(fā)展1860年法國的Muras將簡易沉淀池改為污泥處理構筑物；1895年英國Cameron進一步改進為腐化池；1903年英國的Travis首先建成了雙層沉淀池；1906年德國的Imhoff發(fā)明Imhoff雙層沉淀池；1912年英國的伯明翰市建了第一個消化池；1920年英國Watson建成最早二級消化池，同時利用了沼氣；1925－1926年在德國、美國相繼建成較標準的消化池。厭氧生物處理法或厭氧消化法：在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學作用，對有機物進行生物降解的過程。厭氧生物處理法的處理對象是：高濃度有機工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動植物殘體及糞便等。第一節(jié)厭氧法的基本原理若有機物的降解產(chǎn)物主要是有機酸，則此過程稱為不完全的厭氧消化，簡稱為酸發(fā)酵或酸化。若進一步將有機酸轉化為以甲烷為主的生物氣，此全過程稱為完全的厭氧消化，簡稱為甲烷發(fā)酵或沼氣發(fā)酵。厭氧生物處理法的處理對象是：高濃度有機工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動植物殘體等。厭氧生物處理的方法和基本功能有二：（1）酸發(fā)酵的目的是為進一步進行生物處理提供生物降解的基質(zhì)；（2）甲烷發(fā)酵的目的是進一步降解有機物和生產(chǎn)氣體燃料。完全的厭氧生物處理工藝因兼有降解有機物和生產(chǎn)氣體燃料的雙重功能，因而得到了廣泛的發(fā)展和應用。厭氧法的基本原理1、水解酸化階段（產(chǎn)酸或酸化細菌）厭氧法的基本原理2、產(chǎn)氣階段（甲烷細菌）

乙酸化階段甲烷化階段厭氧法的影響因素

甲烷發(fā)酵階段是厭氧消化反應的控制階段，因此厭氧反應的各項影響因素也以對甲烷菌的影響因素為準。一、溫度條件溫度是影響微生物生存及生物化學反應最重要的因素之一。各類微生物適宜的溫度范圍是不同的，一般認為，產(chǎn)甲烷菌的溫度范圍為5～60℃，在35℃(中溫消化，20d)和53℃（高溫消化，10天）上下可以分別獲得較高的消化效率，溫度為40～45℃時，氧消化效率較低。溫度的急劇變化和上下波動不利于厭氧消化作用。短時間內(nèi)溫度升降5℃，沼氣產(chǎn)量明顯下降，波動的幅度過大時，甚至停止產(chǎn)氣。溫度的波動，不僅影響沼氣產(chǎn)量，還影響沼氣中的甲烷含量，此其高溫消化對溫度變化更為敏感。

三、氧化還原電位

無氧環(huán)境是嚴格厭氧的產(chǎn)甲烷菌繁殖的最基本條件之一，產(chǎn)甲烷菌對氧和氧化劑非常敏感。產(chǎn)甲烷菌初始繁殖的環(huán)境條件是氧化還原電位不能高于-330mV。在厭氧消化全過程中，不產(chǎn)甲烷階段可在兼氧條件下完成，氧化還原電位為+0.1～-0.1V，而在產(chǎn)甲烷階段，氧化還原電位須控制為-0.3～-0.35V（中溫消化）與-0.56～0.6V（高溫消化），常溫消化與中溫相近。產(chǎn)甲烷階段氧化還原電位的臨界值為-0.2V。

四、有機負荷在一定范圍內(nèi)，隨著有機負荷的提高，產(chǎn)氣率趨向下降，而消化器的容積產(chǎn)氣量則增多。若有機負荷過高，則產(chǎn)酸率將大于用酸（產(chǎn)甲烷）率，揮發(fā)酸將累積而使pH值下降、破壞產(chǎn)甲烷階段的正常進行，嚴重時產(chǎn)甲烷作用停頓，系統(tǒng)失敗，并難以調(diào)整復蘇。此外，有機負荷過高，則過高的水力負荷還會使消化系統(tǒng)中污泥的流失速率大于增長速率而降低消化效率。若有機負荷過低，物料產(chǎn)氣率或有機物去除率雖可提高，但容積產(chǎn)氣率降低，反應器容積將增大，使消化設備利用效率降低，投資和運行費用提高。

五、厭氧活性污泥

厭氧活性污泥主要由厭氧微生物及其代謝的和吸附的有機物、無機物組成。厭氧活性污泥的濃度和性狀與消化的效能有密切的關系。性狀良好的污泥是厭氧消化效率的基礎保證。厭氧活性污泥的性質(zhì)主要表現(xiàn)為它的作用效能與沉淀性能，前者主要取決于活微生物的比例及其對廢物的適應性和活微生物中生長速率低的產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量是否達到與不產(chǎn)甲烷菌數(shù)量相適應的水平。活性污泥的沉淀性能與污泥的凝聚性有關、與好氧處理一樣，厭氧活性污泥的沉淀性能也以SVI衡量。

七、廢水的營養(yǎng)比(C/N)

一般認為，厭氧法中碳:氮:磷控制為300～200:5:1為宜。此比值大于好氧法中100:5:1，這與厭氧微生物對碳素養(yǎng)分的利用率較好氧微生物低有關。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例對厭氧消化的影響更為重要。在厭氧處理時提供氮源，除滿足合成菌體所需之外，還有利于提高反應器的緩沖能力。若氮源不足，不僅厭氧菌增殖緩慢，而且消化液緩沖能力降低。相反，若氮源過剩，氮不能被充分利用，將導致系統(tǒng)中氨的過分積累，抑制產(chǎn)甲烷菌的生長繁殖，使消化效率降低。

八、有毒物質(zhì)抑制物質(zhì)濃度/(mg/L)危害揮發(fā)性脂肪酸>2000導致PH下降氨氮150～300抑制消化過程溶解性硫化物>200抑制產(chǎn)甲烷過程重金屬離子與酶結合變性氫氧化物絮凝九、生物固體停留時間（污泥齡）定義：與好氧同但消化池污泥齡等于水力停留時間。由于產(chǎn)甲烷菌生長慢，厭氧消化需要較長的污泥齡。厭氧生物處理——主要構筑物及工藝化糞池厭氧法的工藝和設備一、普通厭氧消化池在一個消化池內(nèi)進行酸化，甲烷化和固液分離。設備簡單。反應時間長，池容積大。污泥易隨水流帶走，消化器內(nèi)難以保持大量的微生物細胞。攪拌方式有三種：池內(nèi)機械攪拌；沼氣攪拌；循環(huán)消化液攪拌。容積負荷為2~6kgCOD/m3?d

常用加熱方式有三種：（1）廢水在消化池外先經(jīng)熱交換器預熱到定溫再進入消化池；（2）熱蒸汽直接在消化器內(nèi)加熱；（3）在消化池內(nèi)部安裝熱交換管。普通消化池一般的負荷，中溫為2～3kgCOD/m3·d,高溫為5～6kgCOD/m3·d。普通消化池的特點是可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液。厭氧消化反應與固液分離在同一個池內(nèi)實現(xiàn)，結構較簡單。但缺乏持留或補充厭氧活性污泥的特殊裝置，消化器中難以保持大量的微生物細胞；對無攪拌的消化器，還存在料液的分層現(xiàn)象嚴重，微生物不能與料液均勻接觸，溫度也不均勻，消化效率低等缺點。為了提高沉淀池中混合液的固液分離效果，目前采用以下幾種方法脫氣：（1）真空脫氣，由消化池排出的混合液經(jīng)真空脫氣器，將污泥絮體上的氣泡除去，改善污泥的沉淀性能；（2）熱交換器急冷法，將從消化池排出的混合液進行急速冷卻，如中溫消化液35℃冷到15～25℃，可以控制污泥繼續(xù)產(chǎn)氣，使厭氧污泥有效地沉淀；上圖是設真空脫氣器和熱交換器的厭氧接觸法工藝流程；（3）絮凝沉淀，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；（4）用超濾膜代替沉淀他，以改善固液分高效果。

厭氧接觸法的特點：（1）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；（2）消化池的容積負荷較普通消化池高，中溫消化時，一般為2～10kgCOD/m3·d，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；（3）可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液，不存在堵塞問題；（4）混合液經(jīng)沉淀后，出水水質(zhì)好，但需增加沉淀池、污泥回流和脫氣等設備。厭氧接觸法還存在混合液難于在沉淀池中進行固液分離的缺點。三、厭氧生物濾池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。濾池中的生物膜不斷地進行新陳代謝，脫落的生物膜隨出水流出池外。廢水從池底進入，從池上部排出，稱升流式厭氧濾池；廢水從池上部進入，從池底部排出，稱降流式厭氧濾池。

四、上流式厭氧污泥床反應器廢水從污泥床底部進入，與污泥床中的污泥進行混合接觸，微生物分解廢水中的有機物產(chǎn)生沼氣，微小沼氣泡在上升過程中，不斷合并逐漸形成較大的氣泡。由于氣泡上升產(chǎn)生較強烈的攪動，在污泥床上部形成懸浮污泥層。氣、水、泥的混合液上升至三相分離器內(nèi)，沼氣氣泡碰到分離器下部的反射板時，折向氣室而被有效地分離排出；污泥和水則經(jīng)孔道進入三相分離器的沉淀區(qū)，在重力作用下，水和泥分離，上清液從沉淀區(qū)上部排出，沉淀區(qū)下部的污泥沿著斜壁返回到反應區(qū)內(nèi)。上流式厭氧污泥床反應器的特點是：（1）反應器內(nèi)污泥濃度高，一般平均污泥濃度為30～40g/L；（2）有機負荷高，水力停留時間短，中溫消化，COD容積負荷一般為10～20kgCOD/m2·d；（3）反應器內(nèi)設三相分離器，被沉淀區(qū)分離的污泥能自動回流到反應區(qū)，一般無污泥回流設備；（4）無混合攪拌設備。投產(chǎn)運行正常后，利用本身產(chǎn)生的沼氣和進水來攪動；（5）污泥床內(nèi)不填載體，節(jié)省造價及避免堵塞問題。但反應器內(nèi)有短流現(xiàn)象，影響處理能力；進水中的懸浮物應比普通消化池低得多，特別是難消化的有機物固體不宜太高；運行啟動時間長，對水質(zhì)和負荷變化比較敏感。

六、厭氧轉盤和擋板反應器

厭氧生物轉盤的構造與好氧生物轉盤相似。不同之處在于盤片大部分(70％以上)或全部浸沒在廢水中，為保證厭氧條件和收集沼氣，整個生物轉盤設在一個密閉的容器內(nèi)。厭氧生物轉盤由盤片，密封的反應槽、轉軸瓦驅(qū)動裝置等組成，其構造如圖所示。對廢水的凈化靠盤片表面的生物膜和懸浮在反應槽中的厭氧菌完成，產(chǎn)生的沼氣從反應櫓頂排出。由于盤片的轉動，作用在生物膜上的剪力可將老化的生物膜剝落，在水中呈懸浮狀態(tài)，隨水流出槽外。厭氧擋板反應器是從研究厭氧生物轉盤發(fā)展而來的，生物轉盤不轉動即變成厭氧擋板反應器。擋板反應器與生物轉盤相比，可減少盤的片數(shù)和省去轉動裝置。其工藝流程如圖15-24所示。在反應器內(nèi)垂直于水流方向設多塊擋板來維持較高的污泥濃度。擋板把反應器分為若干上向流和下向流室，上向流室比下向流室寬，便于污泥的聚集。通往上向流的擋板下部邊緣處加50的導流板，便于將水送至上向流室的中心，使泥水充分混合。因而無需混合攪拌裝置，避免了厭氧濾池和厭氧流化床的堵塞問題和能耗較大的缺點，啟動期比上流式厭氧污泥床短。

七、分段厭氧法(兩相厭氧法)

酸化和甲烷化在兩個反應器進行。兩個反應器內(nèi)可以采用不同反應溫度。能承受較高負荷，耐沖擊，運行穩(wěn)定。但設備較多，操作復雜，不適合SS低的污水。第三節(jié)厭氧反應器的設計與管理

厭氧反應器的設計包括工藝設備的選型、反應器容積的計算和設備構造的確定等。本節(jié)主要介紹容積的計算。厭氧處理裝置的選擇，在很大程度上取決于廢水中的懸浮物含量、粒度和厭氧可降解性。如上流式厭氧污泥床反應器和厭氧生物濾池等新型厭氧反應器雖消化效能高，但在處理含懸浮固體物較多的污水時，卻不宜采用。隨著污水中懸浮物的增加，厭氧濾池的處理能力下降，逐漸接近其他工藝的處理能力，不僅如此，它還易于引起填料的堵塞；

厭氧反應器的容積是一個很重要的設計參數(shù)，計算厭氧反應器容積的方法很多，普遍采用的方法有有機物容積負荷法、水力停留時間法和動力學計算方法。

1．按有機物容積負荷和水力（固體）停留時間計算2．根據(jù)動力學模式計算

熱量平衡厭氧消化需要較高溫度，通常水溫達不到要求能源：消化氣，如不夠則需其它能源補充熱量計算：P285厭氧設備的運行管理一、厭氧設備的啟動

厭氧設備在進入正常運行之前應進行污泥的培養(yǎng)和馴化。厭氧活性污泥可以取自正在工作的厭氧處理構筑物或江河湖泊沼澤底，下水道及污水集積腐臭處等厭氧生境中的污泥，最好選擇同類物料厭氧消化污泥。在啟動過程中，控制升溫速度為1℃/h，達到要求溫度即保持恒溫；注意保持pH值在6.8～7.8之間；此外，有機負荷常常成為影響啟動成功的關鍵性因素。啟動的初始有機負荷因工藝類型、廢水性質(zhì)、溫度等的工藝條件以及接種污泥的性質(zhì)而異。

二、厭氧反應器運行中的欠平衡現(xiàn)象及其原因

保持厭氧消化作用的平衡性是厭氧消化系統(tǒng)運行管理的關鍵。厭氧消化過程易于出現(xiàn)酸化，即產(chǎn)酸量與用酸量不協(xié)調(diào)，這種現(xiàn)象稱為欠平衡。厭氧消化作用欠平衡時可以顯示出如下的癥狀；（1）消化液揮發(fā)性有機酸濃度增高；（2）沼氣中甲烷含量降低；（3）消化液pH值下降；（4）沼氣產(chǎn)量下降；（5）有機物去除率下降。諸癥狀中最先顯示的是揮發(fā)性有機酸濃度的增高，故它是一項最有用的監(jiān)視參數(shù)，有助于盡早地察覺欠平衡狀態(tài)的出現(xiàn)。其他癥狀則因其顯示的滯緩性,或者因其并非專一的欠平衡癥狀，故不如前者那樣靈敏有用。厭氧消化作用欠平衡的原因是多方面的，如：有機負荷過高；進水pH值過低或過高；堿度過低．緩沖能力差；有毒物質(zhì)抑制；反應溫應急劇波動；池內(nèi)有溶解氧及氧化劑存在等。一經(jīng)檢測到系統(tǒng)處于欠平衡狀態(tài)時，就必須立即控制并加以糾正，以避免欠平衡狀態(tài)進一步發(fā)展到消化作用停頓的程度?？蓵簳r投加石灰乳以中和積累的酸，但過量石灰乳能起殺菌作用。解決欠平衡的根本辦法是查明失卻平衡的原因，有針對性地采取糾正措施。

三、運行管理中的安全要求