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HarbinInstituteofTechnology厌氧生物学原理及厌氧生物处理技术PrincipleofMicrobiologicalandTechnologyforAnaerobicTreatment任南琪rnq@hit.edu.cnHarbinInstituteofTechnology存在的主要问题正常运行的单相厌氧生物处理反应器中,由于产甲烷细菌代谢速率低,并且对环境条件要求高,一旦发生冲击负荷,发酵细菌群体代谢能力增强,而产甲烷细菌的代谢难以利用所产生的大量有机酸,则可能引起产酸进程与产甲烷进程平衡的失调,造成反应器内有机酸积累,使pH急骤下降,最终导致反应器的运行失败对于单相反应器,两大类群细菌之间的代谢平衡是建立在限制产酸发酵细菌对有机物代谢能力的基础上,这就必然降低了厌氧生物处理系统的能力两相厌氧生物处理Two-phaseAnaerobicBiotreatmentHarbinInstituteofTechnology“相分离”概念生物相分离技术概念:针对具有不同生理生态特性的微生物类群,通过一定的工程手段将其人为分离到不同的反应器或同一反应器的不同功能区域中,并根据它们对环境要求的不同,分别控制,各司其职,充分发挥微生物各类群的代谢能力,达到提高处理效能和运行稳定性的技术最有代表性的是两相厌氧生物处理(two-phaseanaerobicbiotreatment),即产酸相(acidogenicphase)和产甲烷相(methanogenicphase),从而解决了厌氧生物处理系统因受产甲烷过程限制而使处理能力难以提高的问题HarbinInstituteofTechnology两相厌氧生物处理技术的提出Chosh和Pohland于1971年首次提出了两相厌氧的概念,即采用两个串联的反应器,分别培养产酸发酵菌群和产甲烷菌群,通过对运行参数的控制,使两个反应器分别保持最适合这两类群细菌生长环境概念区别:两相(two-phase)有别于两级(段)(two-stage,简单的串联)两相厌氧生物处理工艺示意图HarbinInstituteofTechnology两相厌氧生物处理的技术特点抗冲击负荷能力强—稳定性—避免丙酸积累具有更高处理能力—高效性—各司其职对含难降解或易降解(易酸化)有机物的废水、含有硫酸盐等抑制性物质的废水,采用两相厌氧消化更具优越性相分离常采用动力学控制法,即利用发酵细菌和产甲烷细菌生长速率的差异,控制水力停留时间或有机负荷。产酸相容积由污染物成分定,通常是产甲烷相的1/5-1/3弊端:在一定程度上增加了系统的复杂性有两种形式:(1)两相均采用UASB反应器;(2)称作Anodek工艺,产酸相为接触式反应器(即完全混合式反应器后设沉淀池),产甲烷相则采用UASB反应器HarbinInstituteofTechnology两相厌氧生物处理的技术特点主要有两种工艺形式:(1)两相均采用UASB反应器;(2)称作Anodek工艺,产酸相为接触式反应器(即完全混合式反应器后设沉淀池),产甲烷相则采用UASB反应器我们发明:产酸相CSTR,产甲烷相UASB进水出水进水出水出水进水HarbinInstituteofTechnology剩余活性污泥处理:Ghosh等(1975)报道,采用两相厌氧生物处理工艺,总停留时间约7d的处理效果,接近单相厌氧反应器21d的处理效果Anodek工艺单相UASB反应器废水来源进水COD(mg/L)COD去除率(%)UASB负荷(kgCOD/m3·d)进水COD(mg/L)COD去除率(%)UASB负荷(kgCOD/m3·d)浸、沤麻650085-909-126000802.5-3甜菜加工7000922075008612酵母、酒精2820067212700090-976-7霉和酒精7500841453009010纸浆生产16600701715300632-2.5几种废水两相和单相厌氧生物处理工艺的结果对比HarbinInstituteofTechnology中药生产工艺流程及废水来源纯化洗药废水残渣废水废水和部分提取液成型干燥精制分离浓缩洗药提取哈药集团中药二厂实际规模废水处理中药废水的污染特征:污染物种类繁多、成分复杂;生物降解性差,大多无毒;有机物浓度高,对环境污染严重B/C0.2生产废水总设计指标COD(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)总氮(mg/L)总磷(mg/L)油(mg/L)pH水量(m3/d)192003613小于100排放标准出水COD(mg/L)出水BOD5(mg/L)COD去除率(%)BOD5去除率(%)小于30大于99%大于98.5%418221686-7750(一期)HarbinInstituteofTechnology技术路线关键点难降解的大分子有机物易降解的小分子底物。提高废水的可生化性降低好氧处理的废水浓度由植物煎煮并溶出的复杂化学成分,难以分析和定性单糖、蛋白质、有机酸等小分子物质多糖、木质素、树脂、粘液脂、甙类、甾体、萜类、酚类、鞣质、长链有机酸和无毒色素等大分子物质污染物污水成份与技术路线考虑两相厌氧-交叉流好氧处理工艺流程(哈尔滨中药二厂)热水冷水药剂废气污泥污水排泥回流污泥出水污泥焚烧或外运二次沉淀池交叉流好氧反应池加药箱UASBAF复合厌氧反应池CSTR产酸发酵反应罐压力过滤罐带式压滤机浓缩池集泥井有机高分子絮凝剂图例:原水排放大气初沉池格栅废气净化塔调节池换热罐循环水箱HarbinInstituteofTechnology产酸相、产甲烷相反应器工程设计参数3个反应罐每个V有效=125m3D=6mH=5.2mHRT设计=12hηCOD设计=15%~20%工程设计参数2组反应池每组V有效=900m3H=10mHRT设计=55hηCOD设计=90%HarbinInstituteofTechnologyHarbinInstituteofTechnology产酸发酵反应器有机物的去除情况启动50d后平均COD去除率为45%左右,COD容积负荷可达到10kg/m3.d左右01000020000300004000050000600000102030405060t(d)COD(mg/L)-400-300-200-1000100COD去除率(%)日平均进水COD日平均出水CODCOD去除率47.1%HarbinInstituteofTechnology0100002000030000400005000060000020406080t(d)COD(mg/L)0102030405060708090100COD去除率(%)进水COD出水CODCOD去除率27d实现快速启动,进水COD=2500-18000mg/L、COD容积负荷6-7kg/(m3.d),COD去除率94.06%COD=300~800mg/L产甲烷反应器有机物的去除情况HarbinInstituteofTechnology345678020406080t(d)pH原水PH调节池出水PH产酸出水PH0123456789020406080t(d)pH产甲烷相进水PH产甲烷相出水PH产甲烷相进出水pH值产酸相进出水pH值的比较pH值变化HarbinInstituteofTechnology哈药集团中药二厂现场中试研究中试系统装置产酸反应器产甲烷反应器好氧膜生物反应器HarbinInstituteofTechnology产酸产甲烷膜生物HarbinInstituteofTechnology44.555.566.57020406080100120运行时间(d)pH值进水出水CSTR产酸相的运行结果进水COD17000mg/L左右,出水COD10000mg/L左右,负荷35-40kgCOD/m3·dHarbinInstituteofTechnology产甲烷相的运行结果3.54.55.56.57.5020406080100120运行时间(d)pH值进水出水进水COD10000mg/L左右,出水COD1400mg/L左右,负荷5kgCOD/m3·dHarbinInstituteofTechnology02004006008001000120014001600020406080100120运行时间(d)进水COD(mg/L)和去除率051015202530354045出水COD(mg/L)和容积负荷(kgCOD/m3d)进水COD去除率出水COD容积负荷膜生物反应器运行结果进水COD1400mg/L左右,出水COD35mg/L左右,负荷6kgCOD/m3·dHarbinInstituteofTechnology厌氧生物处理工艺及其工作原理废水厌氧处理中,按微生物形态主要可分为三大类颗粒污泥厌氧生物处理法升流式厌氧污泥层(UASB)反应器内循环(IC)反应器悬浮生长厌氧生物处理法完全混合悬浮生长厌氧消化池厌氧接触法厌氧序批式反应器固着生长厌氧生物处理法升流式厌氧填充床反应器厌氧膨胀床反应器厌氧流化床反应器降流式厌氧固着生长反应器厌氧生物转盘升流式厌氧污泥层反应器UpflowAnaerobicSludgeBlanket(UASB)HarbinInstituteofTechnologyUASB反应器的发展升流式厌氧污泥层(upflowanaerobicsludgeblanket,UASB)反应器,是由荷兰Wageningen农业大学Lettinga等人在1971-1978年间研制的,这一反应器的发明使有机废水高效厌氧生物处理产生了飞跃性发展特点本身结构配有气-液-固三相分离装置形成具有良好沉降性能的颗粒污泥(granularsludge),大大提高了反应器中的生物量,使处理效率显著提高气室出水气体污泥层进水UASB反应器示意图HarbinInstituteofTechnologyUASB反应器的发展尽管UASB工艺的理论研究较深,并已得到较为广泛的应用,但对反应器中颗粒污泥的形成机理,颗粒污泥结构、化学组分及其微生物生态构成仍有待进一步探讨UASB反应器中沿高度的污泥浓度分布示意图很高的生物持有量6x4mm0.01.02.03.04.05.06.07.0020406080污泥浓度(g/L)反应器高度(m)污泥层悬浮层HarbinInstituteofTechnology颗粒污泥形成的原理Lettinga等研究认为,细菌很容易在惰性材料表面上附着并结团(絮凝)。通过新生成细菌的附着、截留使这些较重的“基本核心”增长成较密实的污泥絮体。在启动后期,污泥絮体及附着其上不断繁殖的细菌,在重力(压力)、水流及逸出的气泡剪切力的扰动和影响下发生生物团聚作用近期的研究表明,颗粒污泥中存大量的丝状产甲烷菌属(Methanothrix)如索氏丝状产甲烷菌(Mt.soehngenii),这些丝状菌具有极强的附着能力,可促进颗粒的形成
本文标题:厌氧生物学原理及厌氧生物处理技术105任南琪
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