厌氧生物处理第五章.

第五章厌氧生物处理工艺的选择与设计废水与污泥的厌氧生物处理第一节概述厌氧生物处理工艺的优缺点厌氧生物处理工艺的优点：剩余污泥产量低，污泥处置费用少；所需的氮、磷营养物少；不需要充氧设备，动力能耗低；90％可生物降解的COD转化为甲烷——一种可利用的能源；可以季节性或间歇运行，污泥可以长期贮存；容积负荷高（10kgCOD/m3.d），有机物降解效率高（90％）。第一节概述厌氧生物处理工艺的优缺点厌氧生物处理工艺的缺点：生产运行的经验少，特别是国内；污泥增殖速度慢，工艺启动周期长；厌氧工艺多用于预处理，为了满足大多数水质标准，需要补充不同的后处理；对于各类不同的污水，工艺的最优化有待于进一步完善；对负荷的变化较敏感，存在多种干扰因素，控制条件比较苛刻。第一节概述复杂废水厌氧处理中的问题含有不溶解物质的废水含有引起浮沫或浮渣的化合物的废水含有导致沉淀的无机化合物的废水含有毒或抑制性化合物的废水含有难降解物质的废水污水中的不溶性悬浮物可不同程度影响厌氧过程，当悬浮物浓度超过某一范围后，像UASB这样的高速厌氧反应器将不再适用：1.悬浮物聚积在污泥中使污泥产甲烷活性降低，特别是难降解悬浮物的积累，对污泥活性影响较大。2.不溶解物与其包裹或吸附在一起的活性污泥会上浮形成浮渣层，从而导致严重的污泥流失。3.当采用絮状污泥接种时，新产生的细菌细胞将会附着在悬浮物表面，其结果是降低污泥颗粒化的速度甚至使颗粒化不能实现（流失）。当采用颗粒污泥接种时，悬浮物会降低颗粒污泥的生长速度和颗粒污泥的强度。4.相对密度较小的悬浮物长时间被截留在污泥床中可能会导致全部颗粒污泥突然被洗出反应器（如：水力负荷突然增大）。第一节概述复杂废水厌氧处理中的问题含有不溶解物质的废水含有引起浮沫或浮渣的化合物的废水含有导致沉淀的无机化合物的废水含有毒或抑制性化合物的废水含有难降解物质的废水污水中的蛋白质、脂肪和类脂物质会造成浮沫或浮渣问题，严重影响厌氧工艺的运行。在处理含有这类物质的废水时，可采取如下措施：1.以中等负荷运行，即反应器负荷应低于根据污泥活性计算得出的最大负荷的1/2。2.污泥和废水之间的混合应充分。就此而言，对于含高浓度类脂或脂肪的废水，膨胀颗粒污泥床（EGSB）由于UASB。3.在三相分离器的集气室和沉淀区表面设消沫喷水管；在沉淀区表面设浮沫撇除装置；在出水堰板前设置挡板（不锈钢筛网）。第一节概述复杂废水厌氧处理中的问题含有不溶解物质的废水含有引起浮沫或浮渣的化合物的废水含有导致沉淀的无机化合物的废水含有毒或抑制性化合物的废水含有难降解物质的废水当污水含有较高浓度的Ca2+时，会在厌氧过程中产生碳酸钙和磷酸钙沉淀。这些沉淀物会沉积于颗粒污泥内部及其表面，也可沉积于出水管、出水堰板或管道中，影响厌氧工艺的正常运行。为避免这类问题，废水进入反应器之前应进行软化处理或将出水回流，降低Ca2+浓度。另外还有一些厌氧处理过程中常见的无机沉淀物，如金属硫化物和磷酸镁铵（MgNH4PO4）沉淀。硫化物一般不会引起任何问题，但磷酸镁铵（MgNH4PO4）沉淀能导致管道结垢。第一节概述复杂废水厌氧处理中的问题含有不溶解物质的废水含有引起浮沫或浮渣的化合物的废水含有导致沉淀的无机化合物的废水含有毒或抑制性化合物的废水含有难降解物质的废水污水中许多污染物对甲烷菌是有毒或具有抑制作用的。在处理含有这类物质的废水时，可采取如下措施：1.应有足够时间使污泥对有毒污染物进行驯化培养。2.将进液稀释，使有毒物质浓度降低到可以接受或易于降解水平。3.采用某种预处理（化学或物理化学方法）除去有毒物质。4.避免空气中的氧大量进入废水，因为对于一些废水（如土豆淀粉废水、林产工业废水等），氧化作用导致对厌氧菌严重有毒的物质产生。第一节概述复杂废水厌氧处理中的问题含有不溶解物质的废水含有引起浮沫或浮渣的化合物的废水含有导致沉淀的无机化合物的废水含有毒或抑制性化合物的废水含有难降解物质的废水对于高浓度污水，在厌氧生物处理时，通常采用COD作为有机物的水质指标。COD代表所有能被强氧化剂氧化的物质，包括有机物和无机物，有机物中又可分为易生物降解有机物和难生物降解有机物。在评价厌氧生物处理工艺工作情况时，需要区分污水COD中不可生物降解COD所占比例，这个比例越高，可能达到的COD去除率越低。例如，某废水不可生物降解COD占总COD量的30％，当可生物降解COD的去除率为90％时，总COD去除率应为63％。在此情况下，追求大于63％的COD去除率是不现实的。第二节厌氧生物处理工艺的选择各种厌氧处理工艺的比较预处理的需要后处理的需要剩余污泥的处理指标普通消化池厌氧接触池厌氧滤池UASBCOD容积负荷2－351010－15COD去除率70％80％90％90％悬浮物允许量大大小一般进水COD浓度5000300010001500基建投资高较低高较低操作控制一般一般容易一般耐冲击负荷能力低较高较高较高对水温要求较高较高较低较低堵塞可能性小小大小工艺能耗大大小小第二节厌氧生物处理工艺的选择各种厌氧处理工艺的比较预处理的需要后处理的需要剩余污泥的处理大多数废水在其处理过程中常使用多个操作单元，采用物理、化学、生物处理工艺协同处理可取得更好的处理效果。预处理采用的方法与废水特征密切相关，也与厌氧工艺对进液水质的要求密切相关。大多数预处理是常规的单元操作，但对不同的废水，其预处理的方式可能是相当灵活的。常见预处理方法：均衡、中和、沉淀、过滤、预酸化、营养物添加、稀释、加热等。第二节厌氧生物处理工艺的选择各种厌氧处理工艺的比较预处理的需要后处理的需要剩余污泥的处理与好氧生物处理一样，厌氧生物处理主要是除去生物可降解的有机物，因此，它与任何一种处理方法一样，有其限度。一般情况下，厌氧工艺对于磷酸盐和氨氮的去除作用很有限，且不能除去硫化物。众所周知，厌氧工艺单位反应器容积去除有机物的量（BOD或COD）要远大于好氧工艺。但是，由于厌氧工艺的高负荷、高进液浓度，厌氧工艺出水COD浓度高于好氧工艺，难以直接达标。因此，为了满足排放标准，厌氧处理之后需要后处理，除去厌氧工艺未能除去的化合物或剩余有机物。常见后处理工艺有：好氧生物处理、除磷脱氮、混凝、沉淀、过滤、膜分离、氧化等。第二节厌氧生物处理工艺的选择各种厌氧处理工艺的比较预处理的需要后处理的需要剩余污泥的处理厌氧处理工艺产生的污泥量远小于好氧工艺，但也要有剩余污泥的处理和贮存设施，必要时也要脱水或干燥。厌氧工艺剩余污泥量小，浓度高，脱水性能优于好氧污泥，贮存、脱水相对容易。厌氧剩余污泥可以作为新建厌氧反应器的种泥，因此，具有潜在的商品价值。常见剩余污泥处理工艺有：污泥贮存、污泥浓缩、污泥脱水、污泥干燥、污泥堆肥、污泥填埋等。第三节厌氧生物处理工艺的设计反应器容积进液系统三相分离器水封高度反应器形状、排泥和回流设施材料与防腐防臭与除臭辅助设备厌氧反应器的容积取决于许多因素，主要有：1.每日处理COD的总量；2.可容许的水流速度；3.废水的最低温度；4.废水浓度和废水特性（可降解性）；5.反应器所能达到的容积负荷；6.要求的COD去除率；7.要求的污泥稳定化程度。其中，可容许的水流速度和反应器容积负荷是最重要的设计参数。第三节厌氧生物处理工艺的设计反应器容积进液系统三相分离器水封高度反应器形状、排泥和回流设施材料与防腐防臭与除臭辅助设备进液的布水系统是厌氧反应器的关键设计部分之一，它对于形成泥、液充分接触，最大限度地利用反应器内污泥是十分重要的。布水系统应当能够保证均匀布水，防止进液通过污泥床时形成沟流和死角。低温或低浓度废水，产气量小，容易产生沟流，可增大反应器高度或污泥床高度防止沟流产生。布水点数目、出水口喷嘴形式、连续或间歇进料方式对布水效果也有较大影响。当处理含悬浮物废水时，会发生喷嘴堵塞问题。设计时应保证喷嘴流速，易于清洗，防止堵塞现象发生。第三节厌氧生物处理工艺的设计反应器容积进液系统三相分离器水封高度反应器形状、排泥和回流设施材料与防腐防臭与除臭辅助设备为了在反应器内保留尽可能多的污泥，良好设计的三相分离器是非常必要的，特别是对于UASB反应器更是如此。三相分离器设计的主要目标：1.从反应器中分离并排放产生的沼气；2.有效防止具有生物活性的污泥流失；3.使污泥通过斜板返回反应器的反应区；4.当污泥床膨胀时，防止过量污泥进入沉降区。5.提高出水净化效果；6.防止上浮的颗粒污泥流失。第三节厌氧生物处理工艺的设计反应器容积进液系统三相分离器水封高度反应器形状、排泥和回流设施材料与防腐防臭与除臭辅助设备三相分离器集气室气液表面可能形成浮渣或浮沫，这些浮渣或浮沫可能会妨碍气泡的释放。在液面太高或波动时，浮渣或浮沫会引起出气管堵塞或使气体部分进入沉降室。除采用吸管排渣、喷嘴消沫、产气回流等措施外，在设计上要保证气液界面稳定的高度，这一高度通过水封来控制。第三节厌氧生物处理工艺的设计反应器容积进液系统三相分离器水封高度反应器形状、排泥和回流设施材料与防腐防臭与除臭辅助设备反应器形状可以是圆柱形，也可以是矩形。早期的反应器以圆柱形为多。近年来，为了建造方便，便于布置，大型UASB反应器多采用矩形结构。反应器设计必须设有剩余污泥排放口，位置在反应器中部或底部。为了稀释高浓度废水，提高水流速度，常采用出水回流循环。出水回流循环还可以减少用以中和的药品用量，降低废水毒性以及改善废水与污泥的混合效果。第三节厌氧生物处理工艺的设计反应器容积进液系统三相分离器水封高度反应器形状、排泥和回流设施材料与防腐防臭与除臭辅助设备腐蚀问题是厌氧反应器设计中应特别注意的问题。最严重的腐蚀出现在反应器上部，由于H2S被空气氧化为硫酸或硫酸盐，局部pH下降，造成水泥或钢材腐蚀。为了防止这类腐蚀，应当使用耐腐蚀材料，例如不锈钢、塑料或防腐涂层。此外，铁水泥也是一种有潜力的防腐材料。第三节厌氧生物处理工艺的设计反应器容积进液系统三相分离器水封高度反应器形状、排泥和回流设施材料与防腐防臭与除臭辅助设备厌氧过程伴有臭气产生，特别是会有相当量的H2S形成。为了避免臭气污染操作环境，必须采取足够措施防止H2S从液面进入空气。当出水硫化氢含量较多时，也可以使用后处理工艺去除。如化学沉淀、生物氧化或化学氧化方法将其转变为单质硫或硫酸盐。第三节厌氧生物处理工艺的设计反应器容积进液系统三相分离器水封高度反应器形状、排泥和回流设施材料与防腐防臭与除臭辅助设备要使厌氧处理系统操作良好，就需要合适的控制系统以及维持最佳环境条件的尽可能经济的手段。所需要的监测和控制设备：1.进液流量、温度和pH的测量和记录。2.反应器温度和pH的测量和记录。3.沼气产量、产气组成的测量和记录。根据废水水质，应设计投加营养物（氮、磷、硫、碱等）的设备。如果有废热可以利用或需要从出水中回收热量，应设换热设备。谢谢