第章厌氧生物处理省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第1515章章 厌氧生物处理厌氧生物处理 重点重点：厌氧生物处理机理、两级厌氧生物处理与两厌氧生物处理机理、两级厌氧生物处理与两 相厌氧生物处理、升流式厌氧污泥床（相厌氧生物处理、升流式厌氧污泥床（UASB 法法)、厌氧颗粒污泥形成及其性质。、厌氧颗粒污泥形成及其性质。难点难点：生物接触氧化法，厌氧生物处理机理、生物接触氧化法，厌氧生物处理机理、UASB法、厌氧颗粒污泥形成及其性质。法、厌氧颗粒污泥形成及其性质。第1页15.7 固着生长厌氧生物处理法固着生长厌氧生物处理法15.1 概述概述15.2 厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理15.3 厌氧微生物生态学厌氧微生物生态学 15.4 升流式厌氧污泥层工艺升流式厌氧污泥层工艺15.5 两相厌氧生物处理两相厌氧生物处理15.6 悬浮生长厌氧生物处理法悬浮生长厌氧生物处理法15.8 厌氧生物处理工艺运行管理厌氧生物处理工艺运行管理 第2页15.1 概述概述 厌氧生物处理：厌氧生物处理：在无氧条件下，利用厌氧微生物生在无氧条件下，利用厌氧微生物生 命活动，将各种有机物转化为甲烷、二氧化碳等过命活动，将各种有机物转化为甲烷、二氧化碳等过 程。程。厌氧生物处理后面经常要连接好氧生物处理厌氧生物处理后面经常要连接好氧生物处理第3页 最早厌氧生物处理最早厌氧生物处理15.1.1 厌氧生物处理发展厌氧生物处理发展 进入上世纪进入上世纪50、60年代，尤其是年代，尤其是70年代中后期，伴随世界范围能源年代中后期，伴随世界范围能源危机加剧，人们对利用厌氧消化过程处理有机废水研究得以强化，相继危机加剧，人们对利用厌氧消化过程处理有机废水研究得以强化，相继出现了一批被称为当代高速厌氧消化反应器处理工艺，从此厌氧消化工出现了一批被称为当代高速厌氧消化反应器处理工艺，从此厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理，真正成为一个能够与好氧生物处理工艺开始大规模地应用于废水处理，真正成为一个能够与好氧生物处理工艺相提并论废水生物处理工艺。这些被称为当代高速厌氧消化反应器厌艺相提并论废水生物处理工艺。这些被称为当代高速厌氧消化反应器厌氧生物处理工艺又被统一称为氧生物处理工艺又被统一称为“第二代厌氧生物反应器第二代厌氧生物反应器”，它们主要特，它们主要特点有：点有：HRT大大缩短，有机负荷大大提升，处理效率大大提升；大大缩短，有机负荷大大提升，处理效率大大提升；主主要包含：厌氧接触法、厌氧滤池（要包含：厌氧接触法、厌氧滤池（AF）、上流式厌氧污泥床（）、上流式厌氧污泥床（UASB）反应器、厌氧流化床（反应器、厌氧流化床（AFB）、）、AAFEB、厌氧生物转盘（、厌氧生物转盘（ARBC）和挡）和挡板式厌氧反应器等；板式厌氧反应器等；HRT与与SRT分离，分离，SRT相对很长，相对很长，HRT则能够较则能够较短，反应器内生物量很高。短，反应器内生物量很高。处理法最早用于处理城市污水处理厂沉淀污泥，以后用于处理高浓度有机处理法最早用于处理城市污水处理厂沉淀污泥，以后用于处理高浓度有机废水。普通厌氧生物处理法主要缺点是水力停留时间长，普通需要废水。普通厌氧生物处理法主要缺点是水力停留时间长，普通需要2030d。发展厌氧生物处理发展厌氧生物处理第4页 当代厌氧生物处理当代厌氧生物处理 进入进入20世纪世纪90年代以后，伴随以颗粒污泥为主要特点年代以后，伴随以颗粒污泥为主要特点UASB反应反应器广泛应用，在其基础上又发展起来了一样以颗粒污泥为根本颗粒污器广泛应用，在其基础上又发展起来了一样以颗粒污泥为根本颗粒污泥膨胀床（泥膨胀床（EGSB）反应器和厌氧内循环（）反应器和厌氧内循环（IC）反应器。其中）反应器。其中EGSB反应器利用外加出水循环能够使反应器内部形成很高上升流速，提升反应器利用外加出水循环能够使反应器内部形成很高上升流速，提升反应器内基质与微生物之间接触和反应，能够在较低温度下处理较低反应器内基质与微生物之间接触和反应，能够在较低温度下处理较低浓度有机废水，如城市废水等；而浓度有机废水，如城市废水等；而IC反应器则主要应用于处理高浓度反应器则主要应用于处理高浓度有机废水，依靠厌氧生物过程本身所产生大量沼气形成内部混合液充有机废水，依靠厌氧生物过程本身所产生大量沼气形成内部混合液充分循环与混合，能够到达更高有机负荷。这些反应器又被统一称为分循环与混合，能够到达更高有机负荷。这些反应器又被统一称为“第三代厌氧生物反应器第三代厌氧生物反应器”。第5页 早期厌氧生物反应器早期厌氧生物反应器 1881年法国年法国Mouras自动净化器：自动净化器：1891英国英国Moncriff装有填料升流式反应器：装有填料升流式反应器：1895年，英国设计化粪池（年，英国设计化粪池（Septic Tank）；）；1905，德，德Imhoff池（称隐化池、双层沉淀池）池（称隐化池、双层沉淀池）特点有：特点有：处理废水同时，也处理从废水沉淀下来污泥；处理废水同时，也处理从废水沉淀下来污泥；前几个构筑物因为废水与污泥不分隔而影响出水前几个构筑物因为废水与污泥不分隔而影响出水水质；水质；双层沉淀池则有了很大改进，有上层沉淀池和下双层沉淀池则有了很大改进，有上层沉淀池和下层消化池；层消化池；停留时间很长，出水水质也较停留时间很长，出水水质也较 后两种反应器曾在英、美、德、法等国得到广泛后两种反应器曾在英、美、德、法等国得到广泛推广，在我国当前仍有应用推广，在我国当前仍有应用 第6页15.1.2 厌氧生物处理特点厌氧生物处理特点 与废水好氧生物处理工艺相比，废水厌氧生物处理工艺含有以下主与废水好氧生物处理工艺相比，废水厌氧生物处理工艺含有以下主要优点：要优点：能耗降低，而且还能够回收生物能（沼气）；因为厌氧生物处能耗降低，而且还能够回收生物能（沼气）；因为厌氧生物处 理工艺无需为微生物提供氧气，所以不需要鼓风曝气，降低了理工艺无需为微生物提供氧气，所以不需要鼓风曝气，降低了 能耗，而且厌氧生物处理工艺在大量降低废水中有机物同能耗，而且厌氧生物处理工艺在大量降低废水中有机物同 时，还会产生大量沼气。时，还会产生大量沼气。污泥产量很低；产酸菌产率污泥产量很低；产酸菌产率Y为为0.150.34kgVSS/kgCOD，产甲烷菌产率产甲烷菌产率Y为为0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物左右，而好氧微生物 产率约为产率约为0.250.6kgVSS/kgCOD。厌氧微生物能够使生物不能降解一些有机物进行降解或部分厌氧微生物能够使生物不能降解一些有机物进行降解或部分 降解；对于一些含有难降解有机物废水，利用厌氧工艺进行降解；对于一些含有难降解有机物废水，利用厌氧工艺进行 处理能够取得更加好处理效果。处理能够取得更加好处理效果。主要优点主要优点第7页 厌氧生物处理过程中所包括到生化反应过程较为复杂。厌氧生物处理过程中所包括到生化反应过程较为复杂。厌氧微生物尤其是其中产甲烷细菌对温度、厌氧微生物尤其是其中产甲烷细菌对温度、pH等环境原因非常等环境原因非常 敏感。敏感。厌氧生物处理出水水质仍通常较差，普通需要利用好氧工艺进行厌氧生物处理出水水质仍通常较差，普通需要利用好氧工艺进行 深入处理；深入处理；厌氧生物处理气味较大；厌氧生物处理气味较大；对氨氮去除效果不好，还可能因为原废水中含有有机氮在厌对氨氮去除效果不好，还可能因为原废水中含有有机氮在厌 氧条件下转化造成氨氮浓度上升。氧条件下转化造成氨氮浓度上升。主要缺点主要缺点第8页 我国高浓度有机工业废水排放量巨大，这些废水浓度高、多含我国高浓度有机工业废水排放量巨大，这些废水浓度高、多含有大量碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物；我国当前有大量碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物；我国当前水体污染物还主要是有机污染物以及营养元素水体污染物还主要是有机污染物以及营养元素N、P污染；当前高污染；当前高浓度有机工业废水处理特点是：能源昂贵、土地价格剧增、剩下浓度有机工业废水处理特点是：能源昂贵、土地价格剧增、剩下污泥处理费用也越来越高。污泥处理费用也越来越高。能将有机污染物转变成沼气并加以利用；能将有机污染物转变成沼气并加以利用；运行能耗低；运行能耗低；有机负荷高，占地面积少；有机负荷高，占地面积少；污泥产量少，剩下污泥处理费用低；等等；厌氧工艺污泥产量少，剩下污泥处理费用低；等等；厌氧工艺 综合效益表现在环境、能源、生态三个方面。综合效益表现在环境、能源、生态三个方面。我国厌氧技术特点我国厌氧技术特点 我国厌氧工艺技术特点我国厌氧工艺技术特点第9页15.1.3 厌氧生物处理发展趋势厌氧生物处理发展趋势 开发厌氧生物处理新工艺用来治理有机污水污染，无疑是一个开发厌氧生物处理新工艺用来治理有机污水污染，无疑是一个含有良好经济效益含有良好经济效益方法方法。近年来，污水厌氧处理工艺发展十分快。近年来，污水厌氧处理工艺发展十分快速，各种新工艺、新方法不停出现，包含有厌氧接触法、升流式速，各种新工艺、新方法不停出现，包含有厌氧接触法、升流式厌氧污泥床、档板式厌氧法、厌氧生物池、厌氧膨胀床和流化床、厌氧污泥床、档板式厌氧法、厌氧生物池、厌氧膨胀床和流化床、厌氧生物转盘等。厌氧生物转盘等。大家都在为提升生物处理能力和稳定性路径努力着：大家都在为提升生物处理能力和稳定性路径努力着：1.提升生物持有量提升生物持有量 2.利用厌氧生物处理中微生物种群特点，实现相分离。利用厌氧生物处理中微生物种群特点，实现相分离。返回返回第10页15.2 厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理15.2.1 复杂有机物厌氧降解复杂有机物厌氧降解 传统观念两阶段理论传统观念两阶段理论1.酸性发酵阶段酸性发酵阶段脂肪酸；脂肪酸；2.稳定发酵阶段稳定发酵阶段甲烷和甲烷和CO23.发酵：指氢供体和受氢体都是有机化合物生物氧化作用。发酵：指氢供体和受氢体都是有机化合物生物氧化作用。4.产生有还原性有机物；产生有还原性有机物；CH3COCOOH2CO2+CH3CHO 2CH3COOH2CH4+2CO2第11页 发展中观点三阶段理论发展中观点三阶段理论1.水解阶段：碳水化合物（脂肪、蛋白质）在水解阶段：碳水化合物（脂肪、蛋白质）在水解发酵菌水解发酵菌作用下转化作用下转化 为糖类、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳；为糖类、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳；2.产酸产乙酸阶段：脂肪酸在产酸产乙酸阶段：脂肪酸在产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌作用下转化成作用下转化成H2、CO2、乙酸、乙酸 CH3CH2COOHCO2+CH3COOH+H23.产甲烷阶段：最终两组生理不一样产甲烷阶段：最终两组生理不一样产甲烷菌产甲烷菌，有共同产物，有共同产物 4H2+CO2CH4+2H2O （1/3）CO2还原还原 2CH3COOH2CH4+2CO2 （2/3）乙酸脱羧）乙酸脱羧 复杂有机物复杂有机物较高级有机酸较高级有机酸H2乙酸乙酸CH44%76%24%52%28%72%生成甲烷生成甲烷生成乙酸与脱氢生成乙酸与脱氢水解与发酵水解与发酵20%第12页 最新观点四阶段厌氧生物代谢过程最新观点四阶段厌氧生物代谢过程1.酸性发酵阶段酸性发酵阶段脂肪酸；脂肪酸；2.稳定发酵阶段稳定发酵阶段甲烷和甲烷和CO23.发酵：指氢供体和受氢体都是有机化合物生物氧化作用。发酵：指氢供体和受氢体都是有机化合物生物氧化作用。4.产生有还原性有机物；产生有还原性有机物；CH3COCOOH2CO2+CH3CHO 2CH3COOH2CH4+2CO2第13页15.2.2 水解阶段水解阶段 定义定义 复杂非溶解性有机物质在产酸细菌胞外水解酶作用下转复杂非溶解性有机物质在产酸细菌胞外水解酶作用下转 化为简单溶解性单体或二聚体过程。化为简单溶解性单体或二聚体过程。影响原因影响原因 温度，水力停留时间，有机物质组成成份，有机物质温度，水力停留时间，有机物质组成成份，有机物质 颗粒大小；颗粒大小；pH值；氨浓度；水解产物浓度。值；氨浓度；水解产物浓度。15.2.3 产酸发酵阶段产酸发酵阶段 微生物微生物 细菌、原生生物和真菌细菌、原生生物和真菌微絮凝、发酵细菌微絮凝、发酵细菌 主要微生物主要微生物 纤维素分解菌纤维素分解菌最主要一步；产物最主要一步；产物CO2，H2，已醇；，已醇；碳水化合物分解菌碳水化合物分解菌丙酮乙醇，乙酸（杆状菌生化絮凝）；丙酮乙醇，乙酸（杆状菌生化絮凝）；蛋白质水解蛋白质水解-生成氨基酸、（棱菌生化絮凝）生成氨基酸、（棱菌生化絮凝）脂肪分解菌脂肪分解菌脂肪酸（弧菌生化絮凝）脂肪酸（弧菌生化絮凝）第14页15.2.4 产氢产乙酸阶段产氢产乙酸阶段 主要微生物：主要微生物：产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌 产物：产物：乙酸、甲烷、乙酸、甲烷、CO2、H215.2.5 产甲烷阶段产甲烷阶段在厌氧消化产甲烷菌时：在厌氧消化产甲烷菌时：C2H3O2Na+2O2 NaHCO3+CH4+29.3kj/mol 主要微生物：主要微生物：产甲烷菌产甲烷菌 产物：产物：甲烷甲烷 特征特征：细胞增殖极少，（甲烷细菌不繁殖，数量少，消化时间：细胞增殖极少，（甲烷细菌不繁殖，数量少，消化时间 长）；食物不足；产生能量仅为好氧长）；食物不足；产生能量仅为好氧1/20-1/30。反应方程式：反应方程式：第15页 理论产生甲烷量：理论产生甲烷量：1 1、糖类、脂类和蛋白质等有机物经过厌氧消化能转化为甲烷和、糖类、脂类和蛋白质等有机物经过厌氧消化能转化为甲烷和COCO2 2等等 气体，这么混合气体统称为沼气；产生沼气数量和成份取决于被消气体，这么混合气体统称为沼气；产生沼气数量和成份取决于被消化有机物化学组成，普通能够用下式进行估算：化有机物化学组成，普通能够用下式进行估算：2 2、理论上认为，、理论上认为，1 1gCODgCOD在厌氧条件下完全降解能够生成在厌氧条件下完全降解能够生成0.25 0.25 gCH4gCH4，相当于标准状态下甲烷气体体积为相当于标准状态下甲烷气体体积为0.350.35L L；沼气中；沼气中CO2CO2和和CH4CH4百分含量百分含量不但与有机物化学组成相关，还与其各自溶解度相关；因为一部分不但与有机物化学组成相关，还与其各自溶解度相关；因为一部分沼气（主要是其中沼气（主要是其中CO2CO2）会溶解在出水中而被带走，同时，一小部分）会溶解在出水中而被带走，同时，一小部分有机物还会被用于微生物细胞合成，所以实际产气量要比理论产气有机物还会被用于微生物细胞合成，所以实际产气量要比理论产气量小。量小。第16页15.2.6 其它厌氧生物处理过程其它厌氧生物处理过程 硫酸盐还原过程：硫酸盐还原过程：又叫硫酸盐呼吸或反硫化作用又叫硫酸盐呼吸或反硫化作用 1.定义：在厌氧条件下，化能异养型硫酸菌还原细菌利用废水中有机定义：在厌氧条件下，化能异养型硫酸菌还原细菌利用废水中有机 物作为电子供体，将氧化态硫化物还原为硫化物过程物作为电子供体，将氧化态硫化物还原为硫化物过程 2.硫酸盐在处理中危害：硫酸盐在处理中危害：（1）与产甲烷菌竞争底物，一直产甲烷菌生成。）与产甲烷菌竞争底物，一直产甲烷菌生成。（2）H2S对产甲烷菌和其它厌氧细菌抑制。影响沼气产量和利用。对产甲烷菌和其它厌氧细菌抑制。影响沼气产量和利用。3.处理方法：用两相厌氧生物处理工艺中产酸相先期还原硫酸菌。处理方法：用两相厌氧生物处理工艺中产酸相先期还原硫酸菌。反硝化与厌氧氨氧化：反硝化与厌氧氨氧化：1.无氧条件下存在：无氧条件下存在：NH4+和和NO2-化能异养型硫酸菌化能异养型硫酸菌2.定义：在厌氧条件下，过程为厌氧氨氧化定义：在厌氧条件下，过程为厌氧氨氧化3.有氧条件：有氧条件：NH4+NH2OH NO2-NO34.厌氧条件：厌氧条件：NO3-NO2-NO N2O N2返回返回第17页15.3 厌氧微生物生态学厌氧微生物生态学15.3.1 影响产酸细菌主要生态因子影响产酸细菌主要生态因子1.pH值：影响代谢速度及生长速度，而且影响发酵类型。值：影响代谢速度及生长速度，而且影响发酵类型。2.最适范围最适范围67，3.2.氧化还原电位氧化还原电位(ORP):影响生物种群中专性厌氧和兼性厌氧细菌影响生物种群中专性厌氧和兼性厌氧细菌4.百分比，最适范围百分比，最适范围200mV至至300mV5.3.碱度碱度:确保系统含有良好缓冲能力，防止确保系统含有良好缓冲能力，防止pH过低而造成一些厌过低而造成一些厌氧氧6.细菌受到抑制细菌受到抑制7.4.温度：厌氧微生物生长及代谢速率，最正确温度：厌氧微生物生长及代谢速率，最正确35摄氏度。摄氏度。8.5.水力停留时间和有机负荷：影响不是很大。水力停留时间和有机负荷：影响不是很大。甲烷阶段是厌氧消化速率控制阶段，以甲烷菌影响原因为主甲烷阶段是厌氧消化速率控制阶段，以甲烷菌影响原因为主第18页15.3.2 影响甲烷细菌主要生态因子影响甲烷细菌主要生态因子 温度原因温度原因 1、中温（、中温（30-36）2、高温（、高温（50-53）接触与搅拌接触与搅拌 1.搅拌作用：搅拌作用：加速热传加速热传均匀底物供给均匀底物供给将底物传质到细菌表面将底物传质到细菌表面提升负荷提升负荷 2.搅拌与不搅拌：产气量增加搅拌与不搅拌：产气量增加30%3.方法：泵方法：泵+水射器水射器 消化气循环消化气循环 混合搅拌法混合搅拌法 4.接触作用：提升传质速率，厌氧污泥与介质间液膜厚度，布接触作用：提升传质速率，厌氧污泥与介质间液膜厚度，布 水系统。水系统。第19页 生物固体停留时间（污泥龄）与负荷生物固体停留时间（污泥龄）与负荷 1.停留时间停留时间 c=Mr/e 其中：其中：Mr 消化池内总生物量消化池内总生物量 e=Me/t 消化池每日排出生物量；消化池每日排出生物量；Me排出生物总量，排出生物总量，t排泥时间排泥时间 2.投配率投配率每日投加新鲜污泥体积占消化池有效容积百分数每日投加新鲜污泥体积占消化池有效容积百分数 营养物与营养物与C/NC/N比比 C5H7NO3即细胞合成即细胞合成C/N=5：1，要求，要求C/N=（10-20）：）：1 C/N高，细胞氮不足，水中缓冲能力下降，高，细胞氮不足，水中缓冲能力下降，PH下降下降 C/N低，氮量上升，铵盐积累，抑制消化低，氮量上升，铵盐积累，抑制消化第20页 有毒物质有毒物质 比如：重金属比如：重金属Cu2+、Hg2+1.重金属对甲烷消化抑制重金属对甲烷消化抑制 与酶结合，使酶作用消失与酶结合，使酶作用消失 RSH+Me+RSMe+H+Me及氢氧化物絮凝作用，使酶沉淀及氢氧化物絮凝作用，使酶沉淀 2.阴离子毒害作用阴离子毒害作用 如如S2-毒害作用毒害作用 pH 1.产甲烷菌产甲烷菌 6.6-7.5 2.缓冲剂缓冲剂:CO2和和 NH3（NH3、NH4+）H+HCO3-H2CO3组成缓冲液组成缓冲液 电离常数：电离常数：K+=H+HCO3-/H2CO3 pH=-lgK+lg(HCO3-/CH2CO3)应保持应保持mg/l碱度，预防碱度，预防pH下降，缓冲能力弱，下降，缓冲能力弱，脂肪酸是甲烷发酵产物，其浓度也应该在脂肪酸是甲烷发酵产物，其浓度也应该在 mgl左右；左右；第21页15.3.3 影响硫酸盐还原菌主要生态子影响硫酸盐还原菌主要生态子 温度温度 和产甲烷相同，中温段和高温段最活跃。和产甲烷相同，中温段和高温段最活跃。pH值值 适应范围较广，在适应范围较广，在6.5-8.0。条件条件 严格厌氧菌，好氧生物器内不可能生存。严格厌氧菌，好氧生物器内不可能生存。碳硫比：碳硫比：不应该小于不应该小于1.5 盐度：盐度：分为嗜盐性硫酸盐还原菌和非嗜盐性硫酸盐还原菌。分为嗜盐性硫酸盐还原菌和非嗜盐性硫酸盐还原菌。第22页15.3.4 厌氧生化反应动力学厌氧生化反应动力学 反应方程式反应方程式 其中：其中：-dS/dt底物去除速率，质量底物去除速率，质量/体积体积.时间；时间；k单位质量底物最大利用速率，质量单位质量底物最大利用速率，质量/细菌质量；细菌质量；S可降解底物，质量可降解底物，质量/体积；体积；Ks半速度常数，质量半速度常数，质量/底物体积，即在生长速率等于最底物体积，即在生长速率等于最 大生长速率大生长速率1/2时底物浓度；时底物浓度；X细菌浓度，质量细菌浓度，质量/体积；体积；dx/dt细菌增加速率，质量细菌增加速率，质量/体积体积时间；时间；Y细菌产率，细菌质量细菌产率，细菌质量/底物质量；底物质量；b细菌衰亡速率系数，细菌衰亡速率系数，d-1 甲烷阶段是厌氧消化速率控制原因，所以，厌氧消化动力学是以该阶甲烷阶段是厌氧消化速率控制原因，所以，厌氧消化动力学是以该阶段作为基础建立段作为基础建立第23页 厌氧反应方程式深入推导厌氧反应方程式深入推导 1/=（细菌净化增殖速率）（细菌净化增殖速率）1/d 代入代入dx/dt公式得到可降解底物量公式得到可降解底物量(mg/l)第24页15.3.5 厌氧生物处理过程中微生物优势种群演替厌氧生物处理过程中微生物优势种群演替 及相互关系及相互关系 推流式反应器：推流式反应器：1.产酸细菌为产甲烷细菌提供生长繁殖底物产酸细菌为产甲烷细菌提供生长繁殖底物2.产酸细菌为产甲烷细菌创造了适宜氧化还原电位产酸细菌为产甲烷细菌创造了适宜氧化还原电位3.产酸细菌为产甲烷细菌去除了有毒物质产酸细菌为产甲烷细菌去除了有毒物质4.产甲烷细菌为产酸细菌生化反应解除了反馈抑制产甲烷细菌为产酸细菌生化反应解除了反馈抑制5.产酸细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜产酸细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜pH值值 AFB、HPA、HOMA、HOMHOMA、HOM、HOAMHOAM、NHOAM 微生物相互关系：微生物相互关系：返回返回第25页15.4 升流式厌氧污泥层工艺升流式厌氧污泥层工艺 在反应器上部设置了气、固、在反应器上部设置了气、固、液三相分离器；液三相分离器；反应器底部设置了均匀布水系统反应器底部设置了均匀布水系统 反应器内污泥能形成颗粒污泥反应器内污泥能形成颗粒污泥 特点：直径为特点：直径为0.10.5cm，湿比，湿比重重 为为1.041.08；含有良好沉降性；含有良好沉降性 和很高产甲烷活性。和很高产甲烷活性。15.4.1 USAB工艺工作原理工艺工作原理 升流式厌氧污泥床集生物反应与沉淀于一体厌氧反应器，污水升流式厌氧污泥床集生物反应与沉淀于一体厌氧反应器，污水从下部流入，经过布水系统、厌氧颗粒污泥层、三相分离器，污水从下部流入，经过布水系统、厌氧颗粒污泥层、三相分离器，污水从上部溢流堰流出。从上部溢流堰流出。第26页15.4.2 颗粒污泥形成原理及主要工艺条件颗粒污泥形成原理及主要工艺条件 颗粒污泥形成原理颗粒污泥形成原理1.三种类型颗粒污泥：三种类型颗粒污泥：杆菌颗粒杆菌颗粒丝菌颗粒丝菌颗粒球菌颗粒球菌颗粒2.颗粒污泥形成原理：颗粒污泥形成原理：细菌很轻易在惰性材料表面上附着并结团。细菌很轻易在惰性材料表面上附着并结团。污泥中存在大量丝状菌，含有较强附着能力。污泥中存在大量丝状菌，含有较强附着能力。第27页 UASB反应器首次开启操作标准反应器首次开启操作标准1、开启、开启阶阶段目段目标标：污污泥适泥适应应将要将要处处理理废废水中有机物水中有机物 污污泥含有很好沉降性泥含有很好沉降性2、开启、开启时时要恪守要恪守标标准：准：最初最初污污泥泥负负荷不要太高荷不要太高 在在挥发挥发酸未能有效分解之前，不酸未能有效分解之前，不应应增加反增加反应应器器负负荷荷 控制控制厌厌氧氧细细菌生存菌生存环环境境 种泥量要尽可能多种泥量要尽可能多 控制一定上升流速控制一定上升流速3.形成颗粒污泥过程：形成颗粒污泥过程：开启与提升污泥活性阶段开启与提升污泥活性阶段 形成颗粒污泥阶段形成颗粒污泥阶段 逐步形成颗粒污泥层阶段逐步形成颗粒污泥层阶段第28页1.接种接种污污泥泥2.废废水性水性质质3.反反应应器工器工艺艺条件条件4.不一不一样样出水乙酸出水乙酸浓浓度能度能够够决定决定优势优势菌种菌种 影响污泥颗粒化原因影响污泥颗粒化原因 影响颗粒污泥直径大小原因影响颗粒污泥直径大小原因1.温度温度2.底物在底物在传质过传质过程中所能程中所能进进入入颗颗粒内部深度粒内部深度3.有机有机负负荷高低荷高低4.假如低假如低负负荷突然增加荷突然增加负负荷将使荷将使颗颗粒粒污污泥破碎泥破碎5.用用较较大上升气流与大上升气流与产产气量可气量可选择选择性洗出性洗出较较小小颗颗粒粒污污泥。泥。第29页15.4.3 颗粒污泥性质颗粒污泥性质 颗粒污泥物理性质颗粒污泥物理性质 1.形状不形状不规则规则2.颜颜色呈灰黑色或褐黑色，包裹灰白色生物膜色呈灰黑色或褐黑色，包裹灰白色生物膜3.相相对对密度在密度在1.01-1.05左右左右4.污污泥指数与泥指数与颗颗粒大小相关粒大小相关5.颗颗粒粒污污泥在反泥在反应应器中沉降速率器中沉降速率为为0.3-0.8m/h 颗粒污泥成份颗粒污泥成份 1.微生物及其分泌物微生物及其分泌物 微生物：各微生物：各类产类产酸酸细细菌和菌和产产甲甲烷细烷细菌，菌，产产酸酸细细菌在菌在颗颗粒外部，粒外部，产产甲甲烷烷 细细菌在菌在颗颗粒粒污污泥内部泥内部2.惰性物惰性物质质3.金属离子金属离子 颗粒污泥活性颗粒污泥活性 采取最大比底物利用速率表示，不一采取最大比底物利用速率表示，不一样样底物培养底物培养颗颗粒粒污污泥活性不一泥活性不一样样第30页15.4.4 UASB反应器结构设计原理反应器结构设计原理 UASB UASB反应器结构反应器结构 1.进水配水系统，将进入反应器废水均匀地分配到反应器整个横断进水配水系统，将进入反应器废水均匀地分配到反应器整个横断 面，起到水力搅拌并均匀上升。面，起到水力搅拌并均匀上升。2.反应区，反应区内存留大量含有良好凝聚和沉淀性能污泥，在池底部反应区，反应区内存留大量含有良好凝聚和沉淀性能污泥，在池底部 形成颗粒污泥层。废水从厌氧污泥床底部流入，与颗粒污泥层中污泥形成颗粒污泥层。废水从厌氧污泥床底部流入，与颗粒污泥层中污泥 进行混合接触，污泥中微生物分解有机物，同时产生微小沼气气泡进行混合接触，污泥中微生物分解有机物，同时产生微小沼气气泡 不停地放出。微小气泡在上升过程中，不停合并，逐步形成较大气不停地放出。微小气泡在上升过程中，不停合并，逐步形成较大气 泡。在颗粒污泥层上部，因为沼气泡。在颗粒污泥层上部，因为沼气 搅动，形成一个污泥浓度较小悬浮搅动，形成一个污泥浓度较小悬浮 污泥层。污泥层。3.三相分离器，其功效是将气体、固体和三相分离器，其功效是将气体、固体和 液体三相进行分离。液体三相进行分离。4.集气室，其功效是搜集产生沼气，并集气室，其功效是搜集产生沼气，并 将其导出气室送往沼气柜。将其导出气室送往沼气柜。5.处理水排出系统，均匀搜集处理水并将处理水排出系统，均匀搜集处理水并将 其排出反应器。其排出反应器。第31页 UASB UASB反应器设计计算反应器设计计算1.UASB 反应器设计计算主要内容有：反应器设计计算主要内容有：池型选择、有效容积以及各主要部位尺寸确实定；池型选择、有效容积以及各主要部位尺寸确实定；进水配水系统、出水系统、三相分离器等主要设备设计计算；进水配水系统、出水系统、三相分离器等主要设备设计计算；其它设备和管道如排泥和排渣系统等设计计算其它设备和管道如排泥和排渣系统等设计计算2.有效容积及主要结构尺寸确实定：有效容积及主要结构尺寸确实定：UASB 反应器有效容积，普通将沉淀区和反应区总容积作为反应器有效容积，普通将沉淀区和反应区总容积作为 反应器有效容积进行考虑，多采取进水容积负荷法确定，即：反应器有效容积进行考虑，多采取进水容积负荷法确定，即：V=Q Si/Lv 式中：式中：Q废水流量，废水流量，m3/d；Si进水有机物浓度，进水有机物浓度，mgCOD/l；Lv COD 容积负荷，容积负荷，kgCOD/m3.d。第32页3.三相分离器设计：三相分离器设计：三相分离器基本原理与结构三相分离器基本原理与结构 在在UASB 反应器中三相分离器能够有以下几个布置形式反应器中三相分离器能够有以下几个布置形式第33页 沉淀区设计：要求表面负荷应小于沉淀区设计：要求表面负荷应小于1.0m3/m2.d；集气罩斜面坡；集气罩斜面坡 度应为度应为5560；沉淀区总水深应大于；沉淀区总水深应大于1.5m，废水在沉淀区，废水在沉淀区 停留时间应在停留时间应在1.52.0h 之间；之间；回流缝设计；回流缝设计；气液分离效果计算与校核；气液分离效果计算与校核；三相分离器设计关键点三相分离器设计关键点 上升流速上升流速4.出水系统设计：出水系统设计：5.浮渣去除系统设计：浮渣去除系统设计：6.排泥系统设计：排泥系统设计：7.其它设计中应考虑问题：加热和保温；沼气搜集、贮存和利用；其它设计中应考虑问题：加热和保温；沼气搜集、贮存和利用；防腐；防腐；第34页8.UASB 布水系统：布水系统：为使底物与污泥能充分接触，为使底物与污泥能充分接触，布水应尽可能，防止沟流，进布水应尽可能，防止沟流，进水方式分为间歇式，脉冲式，水方式分为间歇式，脉冲式，连续均匀流，连续与间歇回流连续均匀流，连续与间歇回流结合结合9.进水水质特征：进水水质特征：应考虑是否影响污泥颗粒化，形成泡沫浮渣、降解速率等问题。应考虑是否影响污泥颗粒化，形成泡沫浮渣、降解速率等问题。10.UASB 有机容积负荷：有机容积负荷：确定有机负荷，以及进水流量和进水确定有机负荷，以及进水流量和进水COD，可确定反应器有效容积。，可确定反应器有效容积。11.UASB 水封高度：水封高度：控制一定气囊高度可压破泡沫，控制一定气囊高度可压破泡沫，可防止泡沫和浮泥进入排气系统。可防止泡沫和浮泥进入排气系统。第35页 UASBUASB特点特点 污泥颗粒化使反应器内平均浓度污泥颗粒化使反应器内平均浓度50gVSS/l以上，污泥龄一以上，污泥龄一 般为般为30天以上；天以上；反应器水力停留时间对应较短；反应器水力停留时间对应较短；反应器含有很高容积负荷；反应器含有很高容积负荷；不但适合于处理高、中浓度有机工业废水，也适合于处理低不但适合于处理高、中浓度有机工业废水，也适合于处理低 浓度城市污水；浓度城市污水；UASB反应器集生物反应和沉淀分离于一体，结构紧凑；反应器集生物反应和沉淀分离于一体，结构紧凑；无需设置填料，节约了费用，提升了容积利用率；无需设置填料，节约了费用，提升了容积利用率；普通也无需设置搅拌设备，上升水流和沼气产生上升气流起普通也无需设置搅拌设备，上升水流和沼气产生上升气流起 到搅拌作用；到搅拌作用；结构简单，操作运行方便。结构简单，操作运行方便。第36页15.4.5 UASB反应器若干发展形式反应器若干发展形式 复合式厌氧反应器复合式厌氧反应器UBFUBF 复合厌氧法是在一个设备内由复合厌氧法是在一个设备内由几个厌氧反应器复合而成一个厌几个厌氧反应器复合而成一个厌氧处理法。当前开发多为升流式氧处理法。当前开发多为升流式厌氧污泥床和厌氧生物滤池复合厌氧污泥床和厌氧生物滤池复合而成升流式厌氧污泥床过滤器。而成升流式厌氧污泥床过滤器。可分为无三相分离器升流式厌氧可分为无三相分离器升流式厌氧污泥床过滤器污泥床过滤器(UBF)和有三相分离和有三相分离器升流式厌氧污泥床过滤器器升流式厌氧污泥床过滤器(UASB+AF)。第37页 厌氧折流板反应器厌氧折流板反应器1.基本原理：基本原理：反应器中设置多个垂直挡板，将反应反应器中设置多个垂直挡板，将反应器分隔为数个上向流和下向流小室，使器分隔为数个上向流和下向流小室，使序流过这些小室；有些人认为，厌氧挡序流过这些小室；有些人认为，厌氧挡板式反应器相当于多个板式反应器相当于多个UASB 反应器串反应器串联；当废水浓度过高时，可将处理后出联；当废水浓度过高时，可将处理后出水回流。水回流。2.主要特点：主要特点：与厌氧生物转盘相比，可省去转动装与厌氧生物转盘相比，可省去转动装置；与置；与UASB 相比，可不设三相分离器相比，可不设三相分离器而截流污泥；反应器开启运行时间较短，而截流污泥；反应器开启运行时间较短，远行较稳定；不需设置混合搅拌装置；远行较稳定；不需设置混合搅拌装置；不存在污泥堵塞问题。不存在污泥堵塞问题。第38页 厌氧往复层反应器厌氧往复层反应器 在在ABR反应器基础上加入机械搅拌，确保系统中污泥不沉降，同时反应器基础上加入机械搅拌，确保系统中污泥不沉降，同时进出水位置交替转换，确保反应器中污泥层生物相基本相同。进出水位置交替转换，确保反应器中污泥层生物相基本相同。内循环厌氧工艺内循环厌氧工艺 IC反应器能够看作是由两个反应器能够看作是由两个UASB反应器串联而成反应器串联而成,含有很大高含有很大高径比径比,普通为普通为48,其高度可达其高度可达1625m。IC反应器由反应器由5个基本部分个基本部分组成组成:混合区、污泥膨胀床区、内循混合区、污泥膨胀床区、内循环系统环系统,精处理区和沉淀区。其中内精处理区和沉淀区。其中内循环系统是循环系统是IC反应器工艺关键结构反应器工艺关键结构,它由一级三相分离器、沼气提升管、它由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和泥水下降管组成气液分离器和泥水下降管组成返回返回第39页15.5 两相厌氧生物处理两相厌氧生物处理 两相厌氧法是一个新型厌氧生物处理工艺，有机底物厌氧降解，能够分两相厌氧法是一个新型厌氧生物处理工艺，有机底物厌氧降解，能够分为产酸和产甲烷两个阶段。把这两个阶段反应分别在两个独立反应器内进为产酸和产甲烷两个阶段。把这两个阶段反应分别在两个独立反应器内进行。分别创造各自最正确环境条件，培养两类不一样微生物，并有旺盛生行。分别创造各自最正确环境条件，培养两类不一样微生物，并有旺盛生理功效活动，将这两个反应器串联起来，形成能够承受较高负荷率两相厌理功效活动，将这两个反应器串联起来，形成能够承受较高负荷率两相厌氧发酵系统。氧发酵系统。特点：特点：1.能够向产酸菌、乙酸菌、产甲烷菌分别提供各自最正确生长繁殖条能够向产酸菌、乙酸菌、产甲烷菌分别提供各自最正确生长繁殖条 件，使各个反应器到达最正确运行效果；件，使各个反应器到达最正确运行效果；2.当进水负荷有大幅度变动时，酸化反应器存在着一定缓冲作用，对当进水负荷有大幅度变动时，酸化反应器存在着一定缓冲作用，对 后续产甲烷反应器影响能够缓解，含有一定耐冲击负荷能力。后续产甲烷反应器影响能够缓解，含有一定耐冲击负荷能力。3.酸化反应器反应进程快，水力停留时间短，负荷率高，能够减轻产甲酸化反应器反应进程快，水力停留时间短，负荷率高，能够减轻产甲 烷反应器负荷。烷反应器负荷。15.5.1 两相厌氧生物处理原理两相厌氧生物处理原理第40页 两相厌氧生物处理技术两相厌氧生物处理技术在两相厌氧工艺中，最本质特征是实现相分离，方法主要有：在两相厌氧工艺中，最本质特征是实现相分离，方法主要有：化学法：投加抑制剂或调整氧化还原电位，抑制产甲烷菌在产化学法：投加抑制剂或调整氧化还原电位，抑制产甲烷菌在产 酸相中生长；酸相中生长；物理法：采取选择性半透明膜使进入两个反应器基质有显物理法：采取选择性半透明膜使进入两个反应器基质有显 著差异，以实现相分离；著差异，以实现相分离；动力学控制法：利用产酸菌和产甲烷菌在生长速率上差异，动力学控制法：利用产酸菌和产甲烷菌在生长速率上差异，控制两个反应器水力停留时间，使产甲烷菌控制两个反应器水力停留时间，使产甲烷菌 无法在产酸相中生长。无法在产酸相中生长。当前应用最多相分离方法，是最终一个，即动力学控制法。但实际当前应用最多相分离方法，是最终一个，即动力学控制法。但实际上，极难做到相完全分离。上，极难做到相完全分离。最适液相末端发酵产物选择最适液相末端发酵产物选择返回返回第41页15.6 悬浮生长厌氧生物处理法悬浮生长厌氧生物处理法15.6.1 完全混合完全混合 悬浮生长厌氧消化悬浮生长厌氧消化池池 完全混合悬浮生长厌氧完全混合悬浮生长厌氧消化池属完全混合搅拌槽式消化池属完全混合搅拌槽式反应器，没有污泥回流，水反应器，没有污泥回流，水力停留时间和固体停留时间