废水厌氧处理技术.pptx
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1、废水厌氧生物处理技术第二节第二节 两相厌氧废水处理生物技术两相厌氧废水处理生物技术第三节第三节 第三代厌氧废水处理生物第三代厌氧废水处理生物技术技术第一节第一节 传统厌氧废水处理生物技术传统厌氧废水处理生物技术第四节第四节 硫酸盐废水厌氧处理生物硫酸盐废水厌氧处理生物技术技术第一节第一节 传统厌氧废水处理生物技术传统厌氧废水处理生物技术化粪池例图 用于处理来自厕所的粪便废水。曾广泛用于不设污水厂的合流制排水系统。还可用于郊区的别墅式建筑。一、化粪池废水定期或连续进入池中,经消化的污泥和废水分别由消化池底和上部排出,所产沼气从顶部排出。为了使进料和厌氧污泥充分接触、使所产的沼气气泡及时逸出而设有
2、搅拌装置,常用搅拌方式有三种:(1)池内机械搅拌;(2)沼气搅拌;(3)循环消化液搅拌。二、普通厌氧消化池 常用加热方式有三种:(1)废水在消化池外先经热交换器预热到定温再进入消化池;(2)热蒸汽直接在消化器内加热;(3)在消化池内部安装热交换管。普通消化池一般的负荷,中温为23kgCOD/m3d,高温为56kgCOD/m3d。普通消化池的特点是可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现,结构较简单。但缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置,消化器中难以保持大量的微生物细胞;对无搅拌的消化器,还存在料液的分层现象严重,微生物不能与料液均匀接触,温度也不均
3、匀,消化效率低等缺点。装填滤料的厌氧反应器。厌氧微生物以生物膜的形态生长在滤料表面,废水淹没滤料,在生物膜的吸附作用和微生物的代谢作用以及滤料的截留作用下,废水中有机污染物被去除。根据水流方向,可分为升流式和降流式两种形式。三、厌氧生物滤池 厌氧生物滤池的特点是:(1)由于填料为微生物附着生长提供广较大的表面积,滤池中的微生物量较高,又生物膜停留时间长,平均停留时间长达100天左右,因而可承受的有机容积负荷高,COD容积负荷为216kgCOD/m3d,且耐冲击负荷能力强;(2)废水与生物膜两相接触面大,强化了传质过程,因而有机物去除速度快;(3)微生物固着生长为主,不易流失,因此不需污泥回流和
4、搅拌设备;(4)启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短。但该工艺也存在一些问题:处理含悬浮物浓度高的有机废水,易发生堵塞,尤以进水部位更严重。滤池的清洗也还没有简单有效的方法。对于悬浮物较高的有机废水,可以采用厌氧接触法,它实际上是厌氧活性污泥法,不需要曝气而需要脱气。四、厌氧接触法 为了提高沉淀池中混合液的固液分离效果固液分离效果,目前采用以下几种方法脱气:(1 1)真空脱气)真空脱气,由消化池排出的混合液经真空脱气器,将污泥絮体上的气泡除去,改善污泥的沉淀性能;(2 2)热交换器急冷法)热交换器急冷法,将从消化池排出的混合液进行急速冷却,如中温消化液35冷到1525,可以控制污泥继续
5、产气,使厌氧污泥有效地沉淀;上页图是设真空脱气器和热交换器的厌氧接触法工艺流程;(3 3)絮凝沉淀)絮凝沉淀,向混合液中投加絮凝剂,使厌氧污泥易凝聚成大颗粒,加速沉降;(4 4)用超滤器代替沉淀池)用超滤器代替沉淀池,以改善固液分高效果。厌氧接触法的特点:(1)通过污泥回流,保持消化池内污泥浓度较高污泥浓度较高,一般为1015g/L,耐冲击能力强耐冲击能力强;(2)消化池的容积负荷较普通消化池高容积负荷较普通消化池高,中温消化时,一般为210kgCOD/m3d,水力停留时间比普通消化池大大缩短,如常温下,普通消化池为1530天,而接触法小于10天;(3)可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的
6、料液直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液,不存在堵塞问题;(4)混合液经沉淀后,出水水质好出水水质好,但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备。厌氧接触法还存在混合液难于在沉淀池中进行固液分离的缺点。在反应器的上部设置了气、固、在反应器的上部设置了气、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反应器底部设置了均匀布水系统统 反应器内的污泥能形成颗粒污反应器内的污泥能形成颗粒污泥泥 特点:直径为特点:直径为0.10.5cm,湿,湿比重为比重为1.041.08;具有良好的沉;具有良好的沉降性和很高的产甲烷活性。降性和很高的产甲烷活性。升流式厌氧污泥床集生物反应与沉淀于一体的厌氧反应
7、器,升流式厌氧污泥床集生物反应与沉淀于一体的厌氧反应器,污水从下部流入,通过布水系统、厌氧颗粒污泥层、三相分离污水从下部流入,通过布水系统、厌氧颗粒污泥层、三相分离器,污水从上部溢流堰流出。器,污水从上部溢流堰流出。五、上流式厌氧污泥床反应器(UASB)1、启动阶段的目的:、启动阶段的目的:污泥适应将要处理废水中的有机物污泥适应将要处理废水中的有机物 污泥具有很好的沉降性污泥具有很好的沉降性2、启动时要遵守的原则:启动时要遵守的原则:最初污泥负荷不要太高最初污泥负荷不要太高 在挥发酸未能有效分解之前,不应增加反应器负荷在挥发酸未能有效分解之前,不应增加反应器负荷 控制厌氧细菌的生存环境控制厌氧
8、细菌的生存环境 种泥量要尽量多种泥量要尽量多 控制一定的上升流速控制一定的上升流速3、形成颗粒污泥的过程:形成颗粒污泥的过程:启动与提高污泥活性阶段启动与提高污泥活性阶段 形成颗粒污泥阶段形成颗粒污泥阶段 逐渐形成颗粒污泥层阶段逐渐形成颗粒污泥层阶段UASB反应器初次启动的操作原则1.三种类型的颗粒污泥:三种类型的颗粒污泥: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.颗粒污泥的形成原理:颗粒污泥的形成原理:细菌很容易在惰性材料表面上附着并结团。细菌很容易在惰性材料表面上附着并结团。污泥中存在大量的丝状菌,具有较强的附着能力。污泥中存在大量的丝状菌,具有较强的附着能力。颗粒污泥形成的原理
9、1.接种污泥接种污泥2.废水的性质废水的性质3.反应器的工艺条件反应器的工艺条件4.不同的出水乙酸浓度可以决定优势菌种不同的出水乙酸浓度可以决定优势菌种1.温度温度2.底物在传质过程中所能进入颗粒内部的深度底物在传质过程中所能进入颗粒内部的深度3.有机负荷的高低有机负荷的高低4.如果低负荷忽然增加负荷将使颗粒污泥破碎如果低负荷忽然增加负荷将使颗粒污泥破碎5.用较大的上升气流与产气量可选择性的洗出较小的颗粒污泥。用较大的上升气流与产气量可选择性的洗出较小的颗粒污泥。影响污泥颗粒化的因素影响颗粒污泥直径大小的因素 颗粒污泥的物理性质颗粒污泥的物理性质 1.形状不规则形状不规则2.颜色呈灰黑色或褐黑
10、色,包裹灰白色生物膜颜色呈灰黑色或褐黑色,包裹灰白色生物膜3.相对密度在相对密度在1.01-1.05左右左右4.污泥指数与颗粒大小有关污泥指数与颗粒大小有关5.颗粒污泥在反应器中的沉降速率为颗粒污泥在反应器中的沉降速率为0.3-0.8m/h 颗粒污泥的成分颗粒污泥的成分 1.微生物及其分泌物微生物及其分泌物 微生物:各类产酸细菌和产甲烷细菌,产酸细菌在颗粒外部,产甲烷微生物:各类产酸细菌和产甲烷细菌,产酸细菌在颗粒外部,产甲烷 细菌在颗粒污泥内部细菌在颗粒污泥内部2.惰性物质惰性物质3.金属离子金属离子 颗粒污泥的活性颗粒污泥的活性 采用最大比底物利用速率表示,不同底物培养的颗粒污泥的活性不同
11、采用最大比底物利用速率表示,不同底物培养的颗粒污泥的活性不同颗粒污泥的性质 1.进水配水系统,将进入反应器的废水均匀地分配到反应器整个横断进水配水系统,将进入反应器的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,反应区内存留大量具有良好凝聚和沉淀性能的污泥,在池底部反应区,反应区内存留大量具有良好凝聚和沉淀性能的污泥,在池底部 形成颗粒污泥层。废水从厌氧污泥床底部流入,与颗粒污泥层中的污泥形成颗粒污泥层。废水从厌氧污泥床底部流入,与颗粒污泥层中的污泥 进行混合接触,污泥中的微生物分解有机物,同时产生的微小沼气气泡进行混合接触,污泥中的微生物
12、分解有机物,同时产生的微小沼气气泡 不断地放出。微小气泡在上升过程中,不断合并,逐渐形成较大的气不断地放出。微小气泡在上升过程中,不断合并,逐渐形成较大的气 泡。在颗粒污泥层上部,由于沼气的泡。在颗粒污泥层上部,由于沼气的 搅动,形成一个污泥浓度较小的悬浮搅动,形成一个污泥浓度较小的悬浮 污泥层。污泥层。3.三相分离器,其功能是将气体、固体和三相分离器,其功能是将气体、固体和 液体三相进行分离。液体三相进行分离。4.集气室,其功能是收集产生的沼气,并集气室,其功能是收集产生的沼气,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,均匀收集处理水并将处理水排出系统,均匀收集
13、处理水并将 其排出反应器。其排出反应器。UASB反应器的构造 1.UASB 反应器设计计算的主要内容有:反应器设计计算的主要内容有:池型选择、有效容积以及各主要部位尺寸的确定;池型选择、有效容积以及各主要部位尺寸的确定;进水配水系统、出水系统、三相分离器等主要设备的设计计算;进水配水系统、出水系统、三相分离器等主要设备的设计计算;其它设备和管道如排泥和排渣系统等的设计计算其它设备和管道如排泥和排渣系统等的设计计算2.有效容积及主要构造尺寸的确定:有效容积及主要构造尺寸的确定:UASB 反应器的有效容积,一般将沉淀区和反应区的总容积作为反应器的有效容积,一般将沉淀区和反应区的总容积作为 反应器的
14、有效容积进行考虑,多采用进水容积负荷法确定,即:反应器的有效容积进行考虑,多采用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。UASB的设计计算3.三相分离器的设计:三相分离器的设计:三相分离器的基本原理与构造三相分离器的基本原理与构造 在在UASB 反应器中三相分离器可以有以下几种布置形式反应器中三相分离器可以有以下几种布置形式 沉淀区的设计:要求表面负荷应小于沉淀区的设计:要求表面负荷应小于1.0m3/m2.d;集气罩斜面的坡;集气罩斜面的坡
15、 度应为度应为5560;沉淀区的总水深应不小于;沉淀区的总水深应不小于1.5m,废水在沉淀区的,废水在沉淀区的 停留时间应在停留时间应在1.52.0h 之间;之间;回流缝的设计;回流缝的设计;气液分离效果的计算与校核;气液分离效果的计算与校核;三相分离器的设计要点三相分离器的设计要点 上升流速上升流速4.出水系统的设计:出水系统的设计:5.浮渣清除系统的设计:浮渣清除系统的设计:6.排泥系统设计:排泥系统设计:7.其他设计中应考虑的问题:加热和保温;沼气的收集、贮存和利用;其他设计中应考虑的问题:加热和保温;沼气的收集、贮存和利用;防腐;防腐;8.UASB 的布水系统:的布水系统:为使底物与污
16、泥能充分接触,为使底物与污泥能充分接触,布水应尽量,避免沟流,进水布水应尽量,避免沟流,进水方式分为间歇式,脉冲式,连方式分为间歇式,脉冲式,连续均匀流,连续与间歇回流结续均匀流,连续与间歇回流结合合9.进水水质的特性:进水水质的特性:应考虑是否影响污泥的颗粒化,形成泡沫的浮渣、降解速率等问题。应考虑是否影响污泥的颗粒化,形成泡沫的浮渣、降解速率等问题。10.UASB 的有机容积负荷:的有机容积负荷: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,可确定反应器的有效容积。,可确定反应器的有效容积。11.UASB 的水封高度:的水封高度:控制一定的气囊高度可压破泡沫,控制
17、一定的气囊高度可压破泡沫,可避免泡沫和浮泥进入排气系统。可避免泡沫和浮泥进入排气系统。UASB反应器的特点是:(1)反应器内污泥浓度高,一般平均污泥浓度为3040g/L;(2)有机负荷高,水力停留时间短,中温消化,COD容积负荷一般为1020kgCOD/m2d;(3)反应器内设三相分离器,被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区,一般无污泥回流设备;(4)无混合搅拌设备。投产运行正常后,利用本身产生的沼气和进水来搅动;(5)污泥床内不填载体,节省造价及避免堵塞问题。但反应器内有短流现象,影响处理能力;进水中的悬浮物应比普通消化池低得多,特别是难消化的有机物固体不宜太高;运行启动时间长,对水质和负荷
18、变化比较敏感。厌氧流化床工艺是借鉴流态化技术的一种生物反应装置,它以小粒径载体为流化粒料,废水作为流化介质,当废水以升流式通过床体时,与床中附着于载体上的厌氧微生物膜不断接触反应,达到厌氧生物降解目的,产生沼气,于床顶部排出。流化床操作的首要满足条件是:上升流速即操作速度必须大于临界流态化速度,而小于最大流态化速度。上升流速应控制在1.21.5倍临界流化速度。六、厌氧流化床 一般认为膨胀率为一般认为膨胀率为1020称膨胀床,颗粒略呈膨胀状态,称膨胀床,颗粒略呈膨胀状态,但仍保持互相接触;膨胀率为但仍保持互相接触;膨胀率为2070时,称为流化床。时,称为流化床。特点:(1)载体颗粒细,比表面积大
19、载体颗粒细,比表面积大,可高达20003000m2/m3左右,使床内具有很高的微生物浓度,因此有机物容积负荷大,一般为1040kgCOD/m3d,水力停留时间短,具有较强的耐冲击负荷能力,运行稳定耐冲击负荷能力,运行稳定;(2)载体处于流化状态,无床层堵塞现象无床层堵塞现象,对高、中、低浓度废水均表现出较好的效能;(3)载体流化时,废水与微生物之间接触面大废水与微生物之间接触面大,同时两者相对运动速度快,强化了传质过程,从而具有较高的有机物净化具有较高的有机物净化速度速度;(4)床内生物膜停留时间较长生物膜停留时间较长,剩余污泥量少剩余污泥量少;(5)结构紧凑、占地少以及基建投资省结构紧凑、占
20、地少以及基建投资省等。但载体流化耗能较大,且对系统的管理技术要求较高。第二节第二节 两相厌氧废水处理生物技术两相厌氧废水处理生物技术 把产酸和产甲烷两个阶段分别在两个独立的反应器内进行。分别创造各自最佳的环境条件。第一段:水解和液化有机物为有机酸;缓冲和稀释负荷冲击与有害物质,并将截留难降解的固态物质。第二段:保持严格的厌氧条件和pH,以利于甲烷菌的生长;降解、稳定有机物,产生含甲烷较多的消化气,并截留悬浮固体,以改善出水水质。主要优点主要优点:与常规单相厌氧生物处理工艺相比,两相厌氧工艺主要具有如下优点:有机负荷比单相工艺明显提高;产甲烷相中的产甲烷菌活性得到提高,产气量增加;运行更加稳定,
21、承受冲击负荷的能力较强;当废水中含有SO42-等抑制物质时,其对产甲烷菌的影响由于相的分离而减弱;对于复杂有机物(如纤维素等),可以提高其水解反应速率,因而提高了其厌氧消化的效果。在两相厌氧工艺中,最本质的特征是实现相的分离,方法主要有:化学法: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的生长;物理法:物理法:采用选择性的半透明膜使进入两个反应器的基质有显著的差别,以实现相的分离;动力学控制法:动力学控制法:利用产酸菌和产甲烷菌在生长速率上的差异,控制两个反应器的水力停留时间,使产甲烷菌无法在产酸相中生长。目前应用的最多的相分离的方法,是最后一种,即动力学控制法。但实际上,很
22、难做到相的完全分离。一、相分离的方法 一般来说,相分离的实现,对于整个处理工艺来说主要可以带来以下两个方面的好处:(a)可以提高产甲烷相反应器中污泥的产甲烷活性;(b)可以提高整个处理系统的稳定性和处理效果。两相厌氧系统中降解有机物的主要四类细菌在反应器运行过程中,表现出转化底物的不同规律性。(1)发酵细菌的产酸发酵作用 (2)产氢产乙酸菌的产氢产乙酸过程 (3)同型产乙酸菌的产乙酸作用 (4)产甲烷菌的产甲烷作用二、相分离的微生物学基础丁酸型发酵丁酸型发酵 许多研究结果表明,含有可溶性碳水化合物(如葡萄糖、蔗糖、乳糖、淀粉等)的废水产酸发酵过程的主要末端产物为丁酸、乙酸、H2、CO2和少量的
23、丙酸,并命名为丁酸型发酵。丁酸型发酵产物主要以丁酸和乙酸为主,两者之和一般占总发酵产物物质的量浓度的70-90,乙醇含量较低,在较低容积负荷下丁酸型发酵产物中丙酸和戊酸的含量也很低,气相产物中氢气的含量一般占总体积的12-34。有机废水产酸发酵原理从氧化还原反应平衡来看,以乙酸作为唯一终产物是不理想的,因为产乙酸过程中将产生相同当量的NADH+H+。由于乙酸生成途径无还原能力,所以当乙酸产率较高时,可导致NADH+H+大量过剩;同时,由于乙酸所形成的酸性末端过多,所以常因pH很低而产生负反馈作用。由以上两方面原因,出现产乙酸过程与丁酸循环机制耦联(即呈现丁酸型发酵)就不难理解了。但但是是因因为
24、为产产丁丁酸酸过过程程可可减减少少发发酵酵产产物物中中的的酸酸性性末末端端,所所以对加快葡萄糖的代谢进程有促进作用。以对加快葡萄糖的代谢进程有促进作用。丙酸型发酵类型丙酸型发酵类型 废水厌氧生物处理中,含氮有机化合物(如酵母膏、明胶、肉膏等)酸性发酵的主要末端产物为丙酸、乙酸、CO2和少量的丁酸等,并命名为丙酸型发酵。难降解碳水化合物(如纤维素)的厌氧发酵过程也常呈现丙酸型发酵 与产丁酸途径相比,产丙酸途径有利于NADH+H+的氧化,并且还原能力较强。丙酸型发酵的特点是气体产量很少,仅产生CO2。由于丙酸杆菌无氢化酶,因而在丙酸型发酵中无H2产生。乙醇型发酵乙醇型发酵 任南琪发现,在一定的环境
25、条件下,碳水化合物的产酸发酵末端产物主要形成了以乙醇、乙酸、CO2和H2为主,并有少量丁酸和丙酸的发酵类型,命名为乙醇型发酵。在产酸发酵反应器中典型的乙醇型发酵末端产物组成,除液相产物中主要以乙醇和乙酸为主外,气相中还存在大量的CO2和H2。因而这一发酵类型并非经典的酵母菌的乙醇发酵,而是丙酮酸走乙酰CoA旁路,在丙酮酸铁氧还原酶和氢化酶的作用下生成乙醇,并同时生成CO2、H2。1 接种污泥 种泥生物多样性 接种生物量 一般接种量越大,启动速度越快。接种时污泥总浓度应大于20 gTSSL才能保证快速启动并形成目标发酵类型。接种好氧泥或经曝气培养后的厌氧泥 不论何种发酵类型,启动时宜采用好氧活性
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