湖北工业大学废水厌氧生物处理技术-精品文档

LOGO第五章废水厌氧生物处理技术目录1231厌氧生物处理原理厌氧生物处理技术厌氧生物处理工艺3厌氧生物处理厌氧生物处理(anaerobicprocess)在无分子氧存在条件下，利用厌氧微生物（或兼性厌氧微生物）分解废水中的有机物并产生甲烷和二氧化碳的过程。又称为厌氧消化。其代谢产物沼气主要成分是甲烷，故又称作沼气发酵法或甲烷发酵法。处理对象：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。4厌氧工艺的发展历史1881年2月，法国人莫拉斯（Mouras）将简易沉淀池加以改进而得到的“自动净化器”，处理污水污泥。1895年，英国卡麦隆（Cameron）发明化粪池(SepticTank)，这是厌氧处理发展史上的一个重要里程碑。1899年，美国Clark提出应将污泥和水分离，再将污泥隔绝空气消化的想法。1904年，首先在英国汉普敦建成了双层沉淀池，将沉淀池下部改变为消化室。5厌氧工艺的发展历史1950年南非人Stander已发现了在厌氧反应器中保持大量细菌的重要性，开发了一种处理酒厂和药厂废液的装置称为厌氧澄清器1956年Schroeferr等人开发成功了厌氧接触法(AnaerohicContactProcess)。标志着现代废水厌氧生物工艺的诞生。1974年Wageningen农业大学的Lettinga等人成功开发了升流式厌氧污泥层(UpflowAnaerobicSludgeBlanket)反应器，简称UASB反应器。20世纪80年代里，在这些废水处理新工艺的基础上，又不断派生出一批新的高效厌氧处理工艺。厌氧处理原理1967年，Bryant发现奥尔甲烷杆菌是一种甲烷菌和产氧产乙酸菌构成的共生体。厌氧过程主要依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成的。1979年，Bryant提出了厌氧消化三阶段理论。67厌氧生物处理的优点1、能量需求大大降低，还可产生能量；因为厌氧生物处理不要求供给氧气，相反却能生产出沼气，每去除1kgCOD，好氧生物处理大约需消耗0.5～1.0kW·h电能。而厌氧生物处理大约能产生3.5kW·h电能。2、处理过程中污泥产量低；去除每千克COD，好氧生物处理的污泥产量约为250～600gVSS；而厌氧生物处理的污泥产量仅为180～200gVSS。8厌氧生物处理的优点3、能降解许多在好氧条件下难以降解的合成化学品。如偶氮染料、含氯农药等；4、对水温的适应范围广；厌氧细菌可分为高温菌和中温菌两大类，其适宜的温度范围分别为55℃左右和35℃左右。5、有机容积负荷率高；6、营养盐类需要量少。9厌氧生物处理的缺点1、生化过程复杂，对技术要求很高；2、反应时间长;3、出水带有恶臭味；4、对环境条件变化（温度、pH等）敏感；5、处理后的出水水质差，往往需进一步处理才能达标排放。（二）厌氧污泥的性质及微生物特征厌氧活性污泥一般呈灰色至黑色，大多以细菌为主，还有少量真菌、藻类和原生动物。细菌以兼性或专性厌氧菌为主。1.厌氧生物处理原理2厌氧生物处理的基本原理：厌氧生物处理是在既无氧又无硝酸盐存在的条件下，由兼性微生物及专性厌氧微生物的作用，使复杂有机物分解成无机物，最终产物是CH4，CO2以及少量的H2S，NH3，H2等。从而使废水（或污泥）得到净化或稳定处理。42.从微生物种群的主要作用和有机物的主要形态来看，厌氧过程可以简化为3个阶段：第一阶段：水解发酵阶段将大分子不溶性复杂有机物在细胞外酶的作用下，水解转化成小分子溶解性高级脂肪酸（醇类、醛类、酮类等），然后渗入细胞内。1.1基本原理第二阶段：产酸脱氢阶段将第一阶段的产物降解为简单脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸等）并脱氢。第三阶段：产甲烷阶段将第二阶段的产物还原成CH4。13厌氧处理原理CH4脂肪酸乙酸、H2、CO2有机物质发酵细菌产乙酸细菌产甲烷细菌三阶段理论14厌氧处理原理蛋白质和碳水化合物氨基酸和单糖长链脂肪酸甲烷复杂的可降解颗粒物脂肪挥发性有机酸（丙酸、丁酸等）乙酸氢2、发酵1、水解4、产甲烷阶段2/31、水解3、产酸阶段2、发酵1/34、产甲烷阶段第一阶段：水解、发酵阶段水解和发酵性细菌群将复杂有机物转化成有机酸：纤维素、淀粉等水解为单糖，再酵解为丙酮酸；将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨；脂类水解为各种低级脂肪酸和醇，例如乙酸、丙酸、丁酸、长链脂肪酸、乙醇、二氧化碳、氢等。1.初级发酵菌：（发酵菌）产酸菌主要为兼性与专性厌氧型异氧微生物，其优势菌随水质和环境条件，特别是温度不同而异。主要有梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、真杆菌属、双歧杆菌属等。厌氧生物处理中的微生物第二阶段：乙酸和氢气的产生第二阶段：产酸、脱氢阶段产氢和产乙酸细菌群进一步把第一阶段的产物分解为乙酸和氢气；硫酸还原菌和其他产乙酸和氢气的细菌将第一阶段发酵的三碳以上的有机酸、长链脂肪酸、芳香族酸及醇等分解为乙酸和氢气。2.产氢产酸细菌：也称二级发酵菌。该类菌产氢及乙酸，可供甲烷菌利用，其生长过程需要吸收大量能量，有赖于甲烷细菌同化H2释放能量供其利用，因此二者形成共养关系。常见的有沃氏共养单胞菌、沃氏共养杆菌及脱硫弧菌属的某些种。厌氧生物处理中的微生物第三阶段：产甲烷阶段3.产甲烷菌：是兼性厌氧古细菌。在沼气发酵中包括两类细菌，即氧化氢的产甲烷菌和利用乙酸的产甲烷菌，反应如下：4H2+CO2CH4+2H2OCH3COOHCH4+CO2厌氧生物处理中的微生物20厌氧生物处理中的微生物产甲烷菌能利用乙酸或氢气和二氧化碳产生甲烷气体的一类微生物。按形态可分为四种：八叠球状、杆状、球状和螺旋状。产甲烷菌都是绝对厌氧菌。（三）厌氧污泥的培育方法由于厌氧菌生长速度慢，世代时间长，最好取同类水质污水厌氧处理装置的污泥作为接种污泥；另外，城市污水处理厂的浓缩污泥也可作为接种源；厌氧活性污泥的驯化/培育在厌氧反应器内进行。51.2影响因素1）温度厌氧工艺有三个不同的温度范围：①低温发酵：15~20℃②中温发酵：30~35℃③高温发酵：50~55℃2）pH产甲烷菌适宜的pH应在6.8~7.2，如果pH值低于6.3或高于7.8，甲烷化速率降低。产酸菌的pH值范围为4.0~7.0，在超过甲烷菌最佳pH范围时，酸性发酵可能超过甲烷发酵，结果反应器将发生“酸化”。61.2影响因素3）生物固体停留时间（污泥泥龄）污泥泥龄表达式：θc＝mr/Фeθc——污泥泥龄（SRT），d；mr——消化池内的总生物量，kg；Фe——消化池每日排出的生物量，Фe＝me/t，其中me为排出消化池的总生物量，kg；t为排泥时间，d。71.2影响因素4）搅拌与混合厌氧消化是由细菌体的内酶和外酶与底物进行的接触反应。因此必须使两者充分混合。5）氧化还原电位（ORP）厌氧消化的最佳氧化还原电位为-520mV~-550mV。6）有毒物质①重金属离子的毒害作用重金属对甲烷消化的抑制有两方面：a.与酶结合，产生变性物质，使酶的作用消失；b.重金属离子及氢氧化物的絮凝作用，使酶沉淀。81.2影响因素6）有毒物质②H2S的毒害作用脱硫弧菌（属于硫酸盐还原菌）能将乳酸、丙酮酸和乙醇转化为H2、CO2和乙酸。但在含硫无机物存在时，它优先还原SO42-和SO32-，产生H2S，形成与产甲烷菌对基质的竞争，产甲烷过程受到抑制，消化气的质量降低并腐蚀设备。③氨的毒害作用当有机酸积累时，pH降低，此时NH3转化为NH4+，当NH4+浓度超过150mg/L时，消化受到抑制。厌氧生物处理对活性污泥处理中的作用1、将污泥中的有机物转变为沼气2、将污泥中不稳定的有机物转变成稳定性好的腐殖质；3、提高污泥的脱水性能；4、使污泥的体积减少二分之一以上；5、对一些致病微生物能起到灭活的作用。三种污水处理方法的主要差别厌氧处理：可以降解难降解的有机污染物，处理浓度高的有机污染物2000-5000gCOD/(m3.d)生物膜法：处理100-4800COD/(m3.d)的污水效果较好活性污泥法：处理进水量很大、但是处理800COD/(m3.d)以下的废水，效果很好。2.厌氧生物处理技术9厌氧活性污泥法主要特点：厌氧微生物分属兼性厌氧菌和专性厌氧菌，它们形成絮状或颗粒状活性污泥，处于悬浮状态存在于反应器中与废水呈完全混合接触，使有机物得到降解净化。2.1厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法完全混合厌氧消化法（CMAD）厌氧接触法（ACR）上流式厌氧污泥床（UASB）覆盖式厌氧生物塘（CAL）10厌氧生物膜法主要特点：厌氧微生物分属兼性厌氧菌和专性厌氧菌，它们生长在载体上形成生物膜。废水与生物膜接触的过程中，通过吸附、传质、降解等一系列物理、化学与生物作用而被降解净化。2.2厌氧生物膜法厌氧生物膜法固定床厌氧生物膜法（厌氧生物滤池法）上流式固定床厌氧生物滤池（UAF）厌氧膨胀床（AEB）厌氧生物转盘（ARD）下流式固定床厌氧生物滤池（DAF）厌氧流化床（AFB）2.3其他11此外，还有两者相结合的工艺，如上流式厌氧污泥床-固定床生物膜法（UASB-FB）等上述各工艺中，完全混合厌氧消化法（CMAD）、厌氧接触法（ACR）更适用于处理污泥与高浓度工业废水。厌氧接触法（ACR）、上流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧膨胀床（AEB）、厌氧流化床（AFB）常认为是高速厌氧生物法。1、化粪池31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。3.厌氧生物处理工艺133.1厌氧消化池-原理和特点普通消化池即传统的完全混合厌氧反应器，其处理对象是含悬浮物高的废水。废水或生污泥定期或连续加入消化池，经池中原有的厌氧活性污泥混合和接触后，通过厌氧微生物的吸附、吸收和生物降解作用，使生污泥或废水中的有机污染物转化为以CH4和CO2为主的气体（称沼气）。经消化的污泥和废水分别由消化池底和上部排出，所产的沼气则从顶部排出。普通消化池的特点是在一个池内实现厌氧发酵反应和液体与污泥的分离。为了使进料和厌氧污泥密切接触，设置搅拌装置。一般情况下每隔2~4h搅拌一次。一般在排放消化液时停止搅拌，然后从消化池上部排出上清液。（五）厌氧反应器类型一、普通厌氧消化池污水、污泥间歇地或连续地进入消化池，经消化后的污泥和污水由消化池的上部排水，顶部排沼气，水力或机械搅拌装置充分混合，水力停留时间等于固体停留时间，无污泥回流。活性污泥浓度不高，一般5％。停留时间7~20d。34普通厌氧反应器普通厌氧反应器，又称普通污水消化池。污水间歇地或连续地进入反应器，上部排水，顶部排沼气，水力或机械搅拌装置充分混合，无污泥回流。活性污泥浓度不高，一般5％。停留时间长。进水出水沼气352、普通厌氧反应器优点可以处理含固体物较多的污水；构筑物较简单，操作方便，不产生堵塞现象。缺点无法保持或补充厌氧活性污泥，消化池内难以保持大量的微生物。停留时间长，设备体积较大。36洛杉矶Hyperion污水处理厂蛋型厌氧消化池消化温度控制在95°C，污泥停留时间约15天，产气量每天可达740万立方英尺，其中甲烷含量约64﹪，供给发电厂作为燃料。37旧金山Oceanside水污染厂蛋型厌氧消化池操作温度约为35°C，污泥停留时间约为24天。每槽产气量约为100,000立方英尺，产出的甲烷主要用作发电，目前每日可提供厂内约1/2的用电。141）消化池的适用性消化池适用于处理高浓度有机废水或废渣。一般消化池所处理的废水或污泥CODCr应不小于5000mg/L。3.1厌氧消化池-设计要点213.2厌氧接触池-原理和特点厌氧接触法在厌氧消化池外加了一个沉淀池在收集污泥，且使其回流至消化池。反应器是完全混合的，排出的混合液首先在沉淀池中进行固液分离。废水由沉淀池上部排出，剩余污泥回流至消化池。脱气机的作用是分离残余污泥中的微小沼气气泡，以提高沉淀效果。403、厌氧接触反应器在普通厌氧反应器的基础上增设了沉淀池；将污泥沉淀回流至消化池。污泥浓度增至