厌氧生物处理废水

Ch14工业废水的生物处理工业废水的可生化性工业废水的好氧生物处理活性污泥法生物膜法工业废水的厌氧生物处理工业废水的厌氧－好氧串联生物处理14.1工业废水的可生化性（一）工业废水可生化性的评价方法：水质标准法（BOD/COD）微生物耗氧速率法脱氢酶活性法有机化合物分子结构评价法（二）可生化性评价实验应注意的问题：生物处理方法；微生物来源及浓度；有机物浓度、营养物质、pH值、水温、共存物质。14.2工业废水的好氧生物处理（一）活性污泥法(ActivatedSludgeProcess)传统活性污泥法(TraditionalActivatedSludgeProcess)氧化沟(OxidationDitch)SBR(SequencingBatchedReactor)（二）生物膜法(Bio-filmProcess)接触氧化法(ContactOxidationProcess)生物转盘(BiologicalRotatingContactor)生物滤池(BiologicalFilter)14.3工业废水的生物处理废水厌氧生物处理是环境工程与能源工程中的一项重要技术可用于处理有机污泥和高浓度有机废水，也用于处理中、低浓度有机废水（一）厌氧生物处理原理废水的厌氧生物处理：指在无氧条件下，借助厌氧微生物的新陈代谢作用分解废水中的有机物质，并使之转变为小分子的无机物质的处理过程。1979年出现了厌氧消化的三阶段理论，主要包括：第一阶段水解发酵阶段，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；这些简单的有机物在产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化转化为乙酸、丙酸和丁酸等脂肪酸和醇类等。第二阶段产氢产乙酸阶段，在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类转化为乙酸等物质。第三阶段产甲烷阶段，产甲烷细菌利用第一阶段和第二阶段产生的乙酸、二氧化碳和氢转化为甲烷。（二）厌氧生物处理的特点与好氧生物处理法相比的优点：⑴应用范围广：适于处理中、高浓度废水；几百到上万吨规模；⑵能耗低，是好氧处理的10~15%；且能够产生大量能源；⑶负荷高（5～10kgBOD/m3.d，是好氧的10倍），占地少；⑷剩余污泥量少（是好氧的1/20），且其浓缩性和脱水性能良好。⑸对氮、磷营养物的需求量少（BOD:N:P=200~400:5:1）⑹厌氧处理过程有一定的杀菌作用；⑺厌氧活性污泥可以长期贮存（可保留一年以上），可间断或季节性运行。与好氧生物处理法相比的缺点：处理后出水水质较差，难以直接达标，一般需要进行后处理（一般在厌氧处理后串联好氧处理）。由于厌氧细菌增殖缓慢，厌氧反应器初次启动过程需时较长，一般需要8～12周时间才能完成。厌氧微生物对有毒物质和环境条件较为敏感，操作控制因素比较复杂，操作不当可能导致反应器运行条件的恶化（产生臭味和腐蚀性的气体）。（三）厌氧生物处理的主要影响因素温度：产甲烷菌的温度范围是5～60℃，在35℃和53℃上下可以分别获得较高的消化效率，温度为40～45℃时，厌氧消化效率较低。各种产甲烷菌的适宜范围不一致，且最适的温度范围较小pH值：产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，产酸细菌适宜的pH值4.5～8.0；产甲烷菌最适的pH值7.0～7.2，适宜的pH值6.6～7.4有机负荷：在一定范围内，随着有机负荷的提高，产气率趋向下降，而消化器的容积产气量则增多。有机负荷过高，会使消化系统中污泥的流失速率大于增长速率而降低消化效率；有机负荷过低，物料产气率虽然可以提高，但容积产生率降低，反应器容积将增大，使消化设备的利用效率降低，而增加投资和运行费用。厌氧活性污泥：厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关系。在一定的范围内，活性污泥浓度愈高，厌氧消化的效率也愈高，但到了一定程度后，效率的提高不再明显。有毒物质：厌氧系统中的有毒物质会不同程度地对过程产生抑制作用，通常包括有毒有机物、重金属离子和一些阴离子等氧化还原电位：产甲烷菌初始繁殖的环境条件是氧化还原电位不能高于-0.3V。在厌氧消化全过程中，不产甲烷阶段可在兼氧条件下完成，氧化还原电位为＋0.1～-0.1V，而在产甲烷阶段，氧化还原电位须控制为-0.3～-0.35V（中温消化）与-0.56～-0.6V（高温消化）搅拌和混合：搅拌可消除池内的梯度，增加食料与微生物之间的接触，避免产生分层，促进沼气分离，显著地提高消化的效率第一代厌氧反应工艺：1880’s~1950’s开发的，HRT长，效率低。第二代厌氧反应工艺：1960’s开始，以提高厌氧微生物浓度和停留时间、缩短液体停留时间为目标。第三代厌氧反应工艺：1990’s后，微生物以颗粒污泥固定化方式存在于反应器中，反应器单位容积的生物量更高，能承受更高的水力负荷，并具有较高的有机污染物净化效能。（五）厌氧生物反应器第一代厌氧反应工艺：1950’s以前开发的，典型代表：城市污水：①1881年法国Mouras的自动净化器：②1891年英国Moncriff的装有填料的升流式反应器：③1895年，英国设计的化粪池（SepticTank）；④1905年，德国的Imhoff池（双层沉淀池）；剩余污泥：各种厌氧消化池等。特点：处理废水的同时，也处理沉淀下来的污泥HRT长（污泥处理时:长达90天，目前WWTP污泥处理20~30天）；处理效率低，处理效果不好；（由于废水与污泥不分隔而影响出水水质；双层沉淀池则有了很大改进，有上层沉淀池和下层消化池）具有浓臭的气味（原污泥中含有的有机氮或硫酸盐等在厌氧条件下分别转化为氨氮或硫化氢）第二代厌氧反应工艺：1960’s开始，以提高厌氧微生物浓度和停留时间、缩短液体停留时间为目标，SRT与HRT分离。典型代表：厌氧接触池、厌氧滤池（AF）、升流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧流化床（AFB）、厌氧附着膜膨胀床（AAFEB）等。与第一代厌氧工艺相比，第二代工艺更加注重对系统环境条件的控制，反应器中通常增加了温控设施和搅拌装置，通过不同的运行方式在反应器内保持很高浓度的生物量。特点：SRT长，厌氧微生物浓度高；SRT与HRT分离，HRT短；效率高。第三代厌氧反应工艺：1990’s后，微生物以颗粒污泥固定化方式存在于反应器中，反应器单位容积的生物量更高，能承受更高的水力负荷，并具有较高的有机污染物净化效能，具有较大的高径比，占地面积小等。典型工艺有：厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）、厌氧内循环反应器(IC)、升流式厌氧污泥床过滤器等。EGSB反应器：利用外加的出水循环使反应器内部形成很高的上升流速，提高反应器内的基质与微生物之间的接触和反应，可以在较低温度下处理较低浓度的有机废水，如城市废水等；IC反应器：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的大量沼气形成内部混合液的充分循环与混合，可以达到更高的有机负荷。厌氧生物处理技术①厌氧接触法(AnaerobicContactProcess)②厌氧生物滤池(AnaerobicFilter,AF)③升流式厌氧污泥床(Up-flowAnaerobicSludgeBlanket,UASB)④厌氧膨胀床（AnaerobicExpandedBed,AEB）和厌氧流化床（AnaerobicFluidizedBed,AFB)⑤厌氧生物转盘（AnaerobicRotatingBiologicalContactor）⑥厌氧膨胀颗粒污泥床(ExpandedGranularSludgeBlanket,EGSB)⑦厌氧内循环反应器（InternalCirculation,IC）⑧两相厌氧消化工艺(AnaerobicDigester)1.厌氧接触法机械、水力或压缩沼气的搅拌：完全混合状态真空脱气装置：脱气，提高沉淀池中混合液的固液分离效果沉淀池、沉淀污泥回流至消化池：SRT与HRT的分离，保持污泥浓度，降低HRT1.厌氧接触法厌氧细菌生长缓慢，基本可以作到不从系统中排放剩余污泥，则Qw=0：WwewcXQXQQVX)(eecXXHRTQXVX1.厌氧接触法eecXXHRTQXVX普通厌氧消化池：因Xe=X，故c=HRT。中温条件下，为满足产甲烷菌的生长繁殖，SRT要求20~30d，因此厌氧消化池的HRT为20~30d。厌氧接触法：由XXe，故HRTSRT；而且X越大，Xe越小，则HRT可以越短。1.厌氧接触法厌氧接触法具有如下特点：⑴耐冲击能力强（污泥浓度5～10gMLVSS/L）⑵消化池的容积负荷较普通消化池大大提高⑶可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液；⑷出水的水质好，但需增加沉淀池、污泥回流和脱气设备；⑸混合液难于在沉淀池中进行固液分离，污泥中脱气不彻底，沉淀池中存在厌氧生化反应1.厌氧接触法存在问题：厌氧污泥上附着小的气泡，影响污泥的沉淀；且污泥在二沉池中还具有活性，还会继续产生沼气，有可能导致已下沉的污泥上浮。改进措施：①真空脱气设备（真空度为500mmH2O）；②增加热交换器，使污泥骤冷，暂时抑制厌氧污泥的活性。2.厌氧生物滤池厌氧生物滤池的构造类似于一般的生物滤池，但池顶密封，产生的沼气聚焦在池顶部罩内，并从顶部引出。处理水所挟带的生物膜，在滤后沉淀池分离。按水流方向，厌氧生物滤池可分为：升流式、降流式和升流式混合型。2.厌氧滤池厌氧滤池（AnaerobicFilter，简称AF）是世界上最早使用的污水生物处理构筑物之一。1891年，Scott-Moncrieff在英格兰建成了第一座使用石质载体的池子，池子上部是滤层，污水自下而上通过滤层，使污水得到净化。虽然这座池子只供处理10人生活污水，也未冠以厌氧生物滤池之名，但实质上可以称作厌氧生物滤池的首次应用实例。到20世纪60年代，美国的McCarty等人将厌氧生物滤池发展成为第一个高速厌氧反应器，容积负荷可达10-15kgCOD/m3.d。2.厌氧滤池厌氧生物滤池的主要优点是：微生物浓度较高，能承受较高的有机负荷及冲击负荷；泥龄长，HRT较短，反应器的体积小；启动时间短，短时间停运后再启动容易；不需搅拌和回流污泥，设备简单，操作方便，能耗低。2.厌氧滤池AF工艺计算与设计的主要内容：①滤料的选择；②滤料体积的计算；③布水系统的设计；④沼气系统的设计。但目前尚无定型的设计计算程序。厌氧生物滤池的设计2.厌氧滤池1)滤料体积的计算：V=Q（Si–Se）/LvCOD2)常用设计参数：有机容积去除负荷可达0.5~12kgCOD/m3.d；有机物去除率可达60~95%；滤料层的高度为2~5m；相邻进水孔口距离1~2m（不大于2m）；污泥排放口距离不大于3m。厌氧生物滤池的设计2.厌氧滤池3)出水水质Se：取决于对处理后出水的水质要求；有机物去除率；所采用的有机负荷的高低。4)有机容积负荷的影响因素：废水水质，包括有机物的种类和浓度；滤料性质；温度；其它，如：pH值、营养物、有毒物质浓度等。（无可靠资料可借鉴时，小试或中试试验确定）3.升流式厌氧污泥反应器（UASB）UpflowAnaerobicSludgeBlanket，简称UASB:是荷兰农业大学1974－1978年间研制出来的一种高效厌氧生物反应器。据1993年的报道，国外至少已有300多座生产规模处理装置在运行，其中设备最大容积达15600m3。2#3.升流式厌氧污泥反应器（UASB）主要工艺特征：①在反应器的上部设置了气、固、液三相分离器；②在反应器底部设置了均匀布水系统；③反应器内的污泥能形成颗粒污泥（直径0.5~4mm，湿比重1.04~1.08）；具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。3.升流式厌氧污泥反应器（UASB）与厌氧接触法及厌氧生物滤池相比，UASB的主要特点：①污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度50gVSS/L以上，污泥龄一般为30天以上；②反应器的水力停留时间相应较短；③反应器具有很高的容积负荷；④不仅适于处理高、中浓度的有机工业废水，也适于处理低浓度的城市污水；