厌氧生物处理工艺

厌氧生物处理技术主要内容厌氧生物处理技术的特点（优越性）现代厌氧生物处理技术厌氧生物处理新进展应用范围广可适用于从高浓度到低浓度的废水处理厌氧生物处理技术的优越性因供氧限制，好氧法一般适用于中、低浓度有机废水的处理，而厌氧法适用于中、高浓度有机废水。有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的，但对厌氧生物处理是可降解的，如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。•能量消耗低好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，而且产生的沼气可作为能源。废水有机物达一定浓度后，沼气能量可以抵偿消耗能量。研究表明，当原水BOD5达到1500mg/L时，采用厌氧处理即有能量剩余。有机物浓度愈高，剩余能量愈多。一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。厌氧工艺与好氧工艺能量比较（100吨/d，废水浓度10g/L，水温20度）能量厌氧好氧曝气产生甲烷废水升温到30度净能量（KJ/d）-1.9×10612.5×1066-4.2×108.3×10-1.9×1066平衡浓度1270mg/L氮、磷营养需要量较少好氧法一般要求BOD:N:P为l00:5:1，而厌氧法的BOD:N:P为l00:2.5:0.5，对氮、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较少。有杀菌作用厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。污泥易贮存厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以季节性或间歇性运转。高容积负荷厌氧工艺有机负荷：5—30kgCOD/m3d好氧工艺有机负荷：0.5—3.0kgCOD/m3d低污泥产率厌氧处理的污泥产率仅为好氧处理的1/6～1/10可回收能源甲烷产量：0.35m3/kgCOD,甲烷含能量：35846kJ/m3，沼气热值17928～25100kJ/m3具有更强的生化能力处理效率高，可以去除难降解物质可以季节性或间歇性运行厌氧污泥可以长期储存厌氧生物处理技术的缺点启动时间长产甲烷菌世代时间长，增长速度慢（约数月）出水有机物浓度高需进一步利用好氧法进行处理出水有臭味运行管理要求高（1）反应过程较为复杂——厌氧消化是由多种不同性质、不同功能的微生物协同工作的一个连续的微生物过程；（2）对温度、pH等环境因素较敏感厌氧生物降解与好氧生物降解的比较好氧生物降解厌氧生物降解微生物种类:好氧微生物(较简)厌氧微生物(复杂)降解速率:快慢降解途径:碳降解氨降解碳降解对氧的要求:适当的溶解氧无溶解氧温度要求:常温常温-中温-高温环境条件:适应范围宽适应范围较窄营养物质:较多较少最终产物:H2OCO2CH4H2OCO2基建费用:较低较低运行费用:较高较低回收能源厌氧工艺与好氧工艺的比较厌氧技术是我国水污染控制的重要手段我国高浓度有机工业废水种类多、排放量巨大，这些废水浓度高，含有大量的有机物，对环境造成严重污染；我国当前的水体污染物还主要是有机污染物以及营养元素N、P的污染；目前的形势是：能源昂贵、土地价格剧增、剩余污泥的处理费用也越来越高；厌氧工艺的突出优点是：①能将有机污染物转变成沼气并加以利用；②运行能耗低；③有机负荷高，占地面积少；④污泥产量少，剩余污泥处理费用低；等等厌氧工艺的综合效益表现在环境、能源等方面。现代厌氧处理工艺第二代高效厌氧反应器1.上流式厌氧污泥床反应器UASB2.两相厌氧反应器3.厌氧折流板反应器（ABR）4.厌氧复合床反应器5.厌氧生物转盘第二代厌氧反应器的共同特点是：分离了固体的停留时间和水力停留时间，其固体停留时间可达上百天，从而使得高浓度有机废水处理的停留时间从过去的几天、几十天缩短到几小时或几天。第二代高效厌氧反应器的特点第二代厌氧反应器具有一些突出的优点：具有高的有机负荷和水力负荷，因此反应器容积比传统装置大幅度减小；在不利条件下（低温、冲击负荷、存在抑制物等）仍具有很高的稳定性；通常是能源净生产过程。第二代高效厌氧反应器的优点应用范围：•用于城市废水处理厂污泥的稳定化处理；•用于高浓度有机工业废水的处理；•与好氧过程串联配合使用，用于城市废水的处理，包括去除有机物，脱氮、除磷；•用于含难降解有机物工业废水的处理。第二代高效厌氧反应器的应用范围上流式厌氧污泥床反应器UASB1概述2基本特点（优点、缺点）3UASB的构造和组成4颗粒污泥5UASB的设计（1）容积（2）配水（3）排泥的设计（4）结构设计的要求（5）三相分离器设计6UASB的启动上流式厌氧污泥床反应器（upflowanaerobicsludgeblanketreactor)，简称UASB反应器，是由荷兰的G.Lettnga等人在70年代初研制开发的。污泥床反应器内没有人工载体，反应器内微生物以自身聚集生长，为颗粒污泥状态存在，因而能达到高生物量和高效高负荷。概述上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形。大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，则一般为矩形，高度一般为3-8m，其中污泥床1-2m，污泥悬浮层2-4m，多用钢结构或钢筋混凝土结构。UASB反应器示意图上流式厌氧污泥床反应器的基本特点优点：有机负荷居第二代反应器之首,水力负荷满足要求;污泥颗粒化后使反应器对不利条件的抗性增强;在一定的水力负荷下，可以靠反应器内产生的气体来实现污泥与基质的充分接触。（a）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为30-40g/L，其中底部污泥床(sludgebed)污泥浓度60-80g/L，污泥悬浮层(sludgeblanket)污泥浓度5-7g/L；污泥床中的污泥由活性生物量占70-80％的高度发展的颗粒污泥(sludgegranules)组成，颗粒的直径一般在0.5-5.0mm之间，颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征。（b）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷在小试验和中型试验中可高达20-40kgCOD/（m3·d）在大型生产装置中可达到6-8kgCOD/（m3·d）。（c）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；简化了工艺，节约了投资和运行费用。（d）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；（e）污泥床内不填载体，提高了容积利用率，节省造价及避免堵塞问题。缺点：（a）大型装置内会有短流现象（要求配水装置性能要好）（b）进水SS要求≤200mg/L，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞（c）在没有颗粒污泥接种的情况下，启动时间长（d）对水质和负荷突然变化比较敏感（e）要求水温高些，最好35℃左右。由图可见，UASB工作时，废水从反应器底部进入，与污泥床层的高浓度颗粒污泥接触，污染物被分解产生沼气。污水、污泥和沼气一起向上流动，进入反应器的上部的三相分离器，完成气、液、固三相的分离。被分离的消化气从上部导出，被分离的污泥则自动滑落到悬浮污泥层。出水则从澄清区流出。UASB的构造和组成UASB反应器的构造与组成(1)进水配水系统(2)反应区(3)三相分离器(4)出水系统沼气出水(5)集气罩悬浮污泥区颗粒污泥区UASB反应器的组成(1)进水配水系统将废水尽可能均匀地分配到整个反应器，并有水力搅拌功能。(2)反应区其中包括污泥床区和污泥悬浮层区，有机物主要在这里被厌氧菌所分解。(3)三相分离器由沉淀区、回流缝和气封组成，其功能是把沼气、污泥和液体分开。(4)出水系统其作用是把沉淀区表层处理过的水均匀地加以收集，排出反应器。(5)气室也称集气罩，其作用是收集沼气。(6)浮渣清除系统其功能是清除沉淀区液面和气室表面的浮渣，根据需要设置。(7)排泥系统其功能是均匀地排除反应区的剩余污泥。UASB的设计（1）UASB反应器容积的确定进水容积负荷法V——反应器有效容积，m3；Q——废水流量，m3／d；So——进水COD或BOD5浓度，g／mL；NV——COD或BOD5容积负荷，kg／(m3．d)NV与水温、水质、污染物可生化性有关，一般取6~8kgCOD/m3．dVNQSV0UASB容积负荷的确定：温度（0C）设计容积负荷（kgCOD/m3.d）高温20~30中温10~20常温5~10低温2~5（2）UASB的配水系统：进水配水系统的形式：脉冲式布水与连续流布水底部穿孔管与分枝管上部一管一孔式配水UASB反应器的布水装置——脉冲式布水（3）三相分离器三相分离器的基本构造：三相分离器的型式是多种多样的，但其三项主要功能均为气液分离、固液分离和污泥回流；主要组成部分为气封、沉淀区和回流缝。矩形反应器三相分离器圆形反应器三相分离器宏大淀粉厂采用组合式三相分离器冀东制药厂采用多级组合式三相分离器用玻璃钢制成的三相分离器UASB反应器中的三相分离器4）UASB反应器中的沼气系统进水闸门井格栅一泵房转鼓过滤机调节池二泵房UASB后续处理污泥脱水机污泥浓缩池污泥泵北京某厂废水处理工艺流程图污泥利用气水分离计量表水封气柜阻火器沼气利用UASB反应器中的沼气系统——沼气柜其它5）出水系统的设计6）浮渣清除系统的设计7）排泥系统设计8）加热和保温；9）防腐等升流式厌氧污泥床反应器的启动UASB反应器的启动可分为两个阶段:接种污泥在适宜的驯化过程中获得一个合理分布的微生物群体。这种合理分布群体的大量生长、繁殖启动具体过程如下：二段厌氧处理法（两相厌氧）消化可将水解酸化过程和甲烷化过程分开在两个反应器内分阶段进行，以使两类微生物都能在各自的最适条件下生长繁殖。第一段的功能是：水解和液化固态有机物为有机酸缓冲和稀释负荷冲击与有害物质截留难降解的固态物质第二段的功能是：保持严格的厌氧条件和pH值，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截留悬浮固体，以改善出水水质二段式厌氧处理法可以采用不同构筑物予以组合。例如对悬浮物高的工业废水，采用厌氧接触法与上流式厌氧污泥床反应器串联的组合，其流程如下图。两相厌氧消化工艺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，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），可提高其水解反应速率，因而提高了其厌氧消化的效果。二相厌氧处理法的特点优点：运行稳定可靠能承受pH值、毒物的冲击有机负荷率高消化气中甲烷含量高缺点：使用设备较多流程和操作复杂不能对各种废水都提高负荷两相厌氧消化工艺应用（1）荷兰：淀粉废水项目沉淀池产酸相产甲烷相容积(m3)70017005000HRT(h)3.259.520温度(C)333335pH6.26.27.5项目沉淀池进料产酸相产甲烷相进水出水进水出水COD(mg/l)17,500~18,00017,80016,40011,7003,000TKN(mmol)7577745246氨氮(mmol)329473342硫酸盐(mmol)3．33．01．30．70．1硫化物(mmol)0．10．11．91．31．4两相厌氧消化工艺应用（2）我国豆制品废水反应器名称HRT(h)出水pH有机负荷(kgCOD/m3.d)COD去除率(%)产气率(m3/m3.d)出水挥发酸(mg/l)沼气中CH4(%)产酸相1.84.7~5.584.46.4180012产甲烷相(UASB)13.87.0~7.212.092.35.9565全系统15.67.0~7.210.593.25.265两相厌氧消化工艺应用（3）其它国家废水性质规模进水COD(mg/l)COD去除率(%)有机负荷(kgCOD/m3.d)处理能力(kgCOD/d)投入运行年份比利时酶和酒精中试7500~1000079~84141801977德国甜菜制糖中试6000~700090~9220451980比利时酵母、酒精中试28200~3200067~72211351980德国柠檬酸中试4257470~8015~201201981比利时亚麻处理生产规模6500~700085~909~