废水的厌氧处理新技术

《高级水处理师》培训课程—工业废水处理来自环保培训网来自《环保培训网》厌氧处理技术发展史y人类开始采用厌氧技术处理污水可上溯至1881年。但直到上世纪50年代，厌氧生物处理的理论与技术的发展很慢。y上世纪70年代，为了解决能源短缺问题，人们把目光投向厌氧处理技术，展开了大量的科学研究，使厌氧生物处理理论与技术取得了突破性的进展，在解决高浓度有机废水和废弃物的处理与利用方面发挥了不可替代的作用。2013年3月8日星期五2来自《环保培训网》厌氧消化基本原理y有机物厌氧消化产甲烷过程是一个非常复杂的由多种微生物共同作用的生化过程。y因为有机物厌氧消化的昀终产物主要为甲烷和二氧化碳，而甲烷含有很高的能量，所以有机物厌氧降解过程放出的能量较少，也就是说，可提供给厌氧消化菌用于细胞合成的能量就较少，这一点恰好与厌氧菌尤其是产甲烷菌世代期较长和生长缓慢的特点相对应。2013年3月8日星期五3来自《环保培训网》厌氧消化基本原理y1979年，Bryant根据对产甲烷菌和产氢产乙酸菌的研究结果，提出三阶段理论。该理论认为：y产甲烷菌不能利用除乙酸、H2/CO2 和甲醇等以外的有机酸和醇类，长链脂肪酸和醇类必须经过产氢产乙酸菌转化为乙酸、H2 和CO2等后，才能被产甲烷菌利用。2013年3月8日星期五4来自《环保培训网》厌氧消化基本原理y三阶段理论包括：第一阶段为水解发酵阶段。在这一阶段，复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下，首先被分解成简单的有机物，如纤维素经水解，转化成较简单的糖类；蛋白质转化成较简单的氨基酸；脂类转化成脂肪酸和甘油等。继而这些简单的有机物在产酸菌的作用下，经过厌氧发醇和氧化，转化成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等。参与这个阶段的水解发醇菌主要是厌氧菌和兼性厌氧菌。2013年3月8日星期五5来自《环保培训网》厌氧消化基本原理y第二阶段为产氢产乙酸阶段。在该阶段，产氢产乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以外的第一阶段产生的中间产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等转化成乙酸、氢、CO2。y第三阶段为产甲烷阶段。在该阶段，产甲烷菌把第一阶段和第二阶段产生的乙酸、H2、CO2 等转化为甲烷。2013年3月8日星期五6来自《环保培训网》厌氧消化基本原理y与Bryant提出三阶段理论的同时，Zeikus在第一届国际厌氧消化会议上提出了四种群说理论：复杂有机物的厌氧消化过程有四种群厌氧微生物参与，这四种群是：水解发酵菌、产氢产乙酸菌、同型产乙酸菌（又称：耗氢产乙酸菌）以及产甲烷菌。2013年3月8日星期五7来自《环保培训网》厌氧消化基本原理y复杂有机物在水解发醇菌作用下被转化为有机酸和醇类，产氢产乙酸菌把有机酸和醇类转化为乙酸、H2、CO2、一碳化合物（甲醇、甲酸等）。同型产乙酸菌利用H2、CO2 等转化为乙酸（一般情况下，这类转化数量很少）。产甲烷菌把乙酸、H2、CO2、一碳化合物转化为CH4、CO2。2013年3月8日星期五8来自《环保培训网》厌氧消化基本原理y从两阶段说发展到三阶段说以及四种群说这一过程，是人们对有机物厌氧消化不断深化认识的过程。这也从侧面反映出，有机物厌氧消化过程是一个由许多不同微生物菌群协同作用的结果，是一个极为复杂的生物化学过程。2013年3月8日星期五9来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况2013年3月8日星期五10•1860年，法国人LouisMouras把简易沉淀池改进，作为污水污泥处理构筑物使用，1881年法国的Cosmos杂志介绍了Mouras创造的处理污水污泥的自动净化器（AutomaticScasenger)。McCarty(美国人）建议把1881年作为人工厌氧处理废水的开始，称Mouras是第一个应用厌氧消化处理的创始人。•1890年，Scott-Moncrieff提出了厌氧滤池（AnaerobicFilter),它是底部空、上边铺了一层石子的消化池，石子的作用是拦截废液中的固体。这种装置长期未受到重视，直到近几十年人们用来处理工业废水，才得到发展。来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况2013年3月8日星期五11•1894年，Talbot设计出一个与Mouras自动净化器相似的罐，主要是在中间放了一些垂直挡板，阻挡流过的废水。•1895年，Donald设计了第一个厌氧化粪池（图1），是厌氧处理工艺发展史上的一个里程碑。自此，厕所等家庭生活污水通过化粪池得到较好的处理，减轻了粪便对河流的污染。进水出水图1Donald厌氧化粪池来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况2013年3月8日星期五12•1903年，Travis发明了Travis池（图2）：从两侧沉淀区分离出的污泥在池中间的下部消化，产生的沼气从中间上部排出，不影响两侧沉淀区。图2Travis池来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况2013年3月8日星期五13•1906年，德国的Imhoff对Travis池作了改进，设计出Imhoff池（又称隐化池、双层沉淀池）（图3）。这种池型把污水的沉淀与污泥的消化完全分开，彼此不发生干扰。•化粪池、双层沉淀池至今仍在排水工程中占有重要地位。图3Imhoff池来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况2013年3月8日星期五14•1912年，德国的Kremer提出密闭消化池，称为传统消化池（又称普通消化池）（图4）。图4传统消化池来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况y1920年，英国的Watson将Kremer的消化池改进，用沼气作为介质通过泵对消化池内的污泥进行搅拌。y为了提高传统消化池的产气率和缩小装置的体积，人们不断地对传统消化池作改进，其措施有两种：1.加热。使消化池内温度适应细菌快速繁殖（厌氧菌适宜的温度在35℃左右和50-55℃）。2.搅拌。使有机物与微生物良好接触。2013年3月8日星期五15来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况2013年3月8日星期五16图5高速消化池HRDy经加热和安装搅拌设备后，传统厌氧消化池就演变成了效能较高的高速消化池（图5）。来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况2013年3月8日星期五17y1950年，南非的Stander发现在厌氧反应器中保持大量细菌的重要性，开发出一种处理酒厂和药厂废液的装置—厌氧澄清器（图6）。图6厌氧澄清消化池ACD来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况2013年3月8日星期五18y把厌氧消化和沉淀合建在一起，废水从池底流进后，通过污泥区与里面的细菌接触，污泥中产生的甲烷和CO2气体上升时起到搅拌作用。气体从一侧管道被分离出，液体则向上流经中间小洞进入沉淀区，沉淀下来的污泥通过小洞返回消化区，使消化区保持较多的微生物。由于液体要通过小洞往上流，沉淀的污泥要通过小洞下掉，这就容易产生堵塞问题。来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况2013年3月8日星期五19y1956年，Schroefer等开发出厌氧接触法（AnaerobicContactProcess）（图7),标志着现代废水厌氧生物工艺的诞生。此法与活性污泥法相似。由于采用回流，在消化池中保持足够数量的厌氧菌，使反应器的容积负荷率提高，从而提高了处理效能。来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况2013年3月8日星期五20图7厌氧接触法ACP来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况2013年3月8日星期五21•20世纪70年代以来，厌氧处理技术迅速发展。1967年Young和McCarty开发出厌氧滤池（AnaerobicFilter)(图8）。厌氧滤池采用填料来附着大量的微生物，具有较高的处理效能，但在处理悬浮固体多的废水时易引起堵塞。来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况2013年3月8日星期五22图8厌氧滤池AF来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况2013年3月8日星期五23•1974年，Lettinga等开发出升流式厌氧污泥层反应器（UASB）（图9），对废水厌氧处理具有划时代意义。图9升流式厌氧污泥层反应器UASB来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况2013年3月8日星期五24•Jewell等（1978）和Bowker（1979）分别开发出了厌氧膨胀床（AEB）和厌氧流化床（AFB)(图10）。由于其载体的颗粒很细，有巨大的表面积附着微生物，使反应器具有很多的生物量，反应器的处理能力很大。来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况2013年3月8日星期五25图10厌氧膨胀床和流化床来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况2013年3月8日星期五26•1980年，Tait等开发出厌氧生物转盘（ARBR)(图11）。图11厌氧生物转盘ARBR进水来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况2013年3月8日星期五27•但在1982年，McCarty认为厌氧生物转盘是否转动对处理效果的影响不大，于是提出了厌氧折流板反应器（ABR）（图12）。图12厌氧折流板反应器ABR来自《环保培训网》厌氧处理工艺发展概况y在上述新工艺的基础上，出现一批高效厌氧工艺，如1982年将UASB与厌氧滤池结合，开发出UBF（厌氧复合）反应器；在UASB基础上开发出处理含高固体的USR（UpflowSolidReator)。y1981年，在UASB可形成颗粒污泥的基础上，开发出EGSB反应器（图13）。1985年又开发出内循环（IC）厌氧反应器（图14）。2013年3月8日星期五28来自《环保培训网》图14IC厌氧反应器图13EGSB反应器来自《环保培训网》厌氧生物处理工艺的分类y按发展年代分类y第一代厌氧反应器（20世纪50年代以前开发的）：化粪池和隐化池（双层沉淀池），主要用于处理生活废水中下沉的污泥；传统消化池与高速消化池，主要用于处理城市污水厂初沉池和二沉池排出的污泥。y第一代厌氧反应器的特点是污泥龄（SRT）等于水力停留时间（HRT）。为了使污泥中的有机物达到消化稳定，必须维持较长的污泥龄，也就要求较长的水力停留时间。所以第一代厌氧反应器的容积很大，反应器的处理效能较低。2013年3月8日星期五30来自《环保培训网》厌氧生物处理工艺的分类y第二代厌氧反应器（20世纪60年代后开发的，也称现代厌氧反应器），包括厌氧生物滤池、UASB、厌氧膨胀床、厌氧流化床、厌氧生物转盘、ABR，主要用于处理各种工业有机废水，其特点是污泥龄（SRT）与水力停留时间（HRT）分离，两者不相等。反应器可以维持很长的污泥龄，但水力停留时间很短，HRTSRT。这样就可以在反应器内维持很高的生物量，使反应器有很高的处理效能。2013年3月8日星期五31来自《环保培训网》厌氧生物处理工艺的分类y对于1956年开发出的厌氧接触法，按上述分类归属第一代厌氧反应器，但由于它采用污泥回流，使HRTSRT，所以具有第二代厌氧反应器的特征。y将EGSB和IC反应器称为第三代厌氧反应器。2013年3月8日星期五32来自《环保培训网》厌氧生物处理工艺的分类y按厌氧反应器的流态分类a.活塞流型厌氧反应器（厌氧滤池较接近）b.完全混合型厌氧反应器（如高速消化池）c.介于活塞流与完全混合流之间的反应器（如ABR）2013年3月8日星期五33来自《环保培训网》厌氧生物处理工艺的分类y按微生物在反应器内的生长情况分类悬浮生长厌氧反应器（活性污泥以絮体或颗粒悬浮于反应器液体中生长）：消化池、UASB等。附着生长厌氧反应器（微生物附着在固定载体或流动载体上生长）：流化床、生物转盘等。复合厌氧反应器（悬浮与附着结合）：UBF。2013年3月8日星期五34来自《环保培训网》厌氧生物处理工艺的分类y衍生的厌氧反应器EGSB、IC、USR均是在UASB基础上衍生出的：EGSB相当于使UASB的颗粒污泥处于流化状态。IC则是把2个UASB上下叠加，利用污泥床产生的沼气作为动力来实现反应器内混合液的循环。将UASB去掉三相分离器后就成了处理高固体废液的USR。2013年3月8日星期五35来自《环保培训网》厌氧生物处理工艺的分类y按厌氧消化阶段分类单相厌氧反应器：产酸与产甲烷阶段在一个反应器中进行。两相厌氧反应器：产酸与甲烷阶段在串联的反应器分开进行。2013年3月8日