厌氧生物处理基本原理两阶段理论三四阶段理论影响因素

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妮韩
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1 第六章废水厌氧生物处理工艺第一节第二节第三节第四节第五节厌氧生物处理工艺的发展概况及特征早期的厌氧生物反应器厌氧消化池现代高速厌氧生物反应器厌氧生物处理工艺的新进展第六节厌氧生物处理工艺的运行管理

2 厌氧生物处理基本原理两阶段理论三四阶段理论影响因素

3 第一节厌氧生物处理工艺的发展概况及特征

4 一厌氧生物处理工艺的发展简史 1 厌氧过程广泛存在于自然界中 ; 年, 法国,Louis Mouras, 自动净化器 ; 3 处理城市污水的化粪池双层沉淀池等处理剩余污泥的各种厌氧消化池等 ; HRT 很长处理效率很低浓臭的气味等 ;

5 一厌氧生物处理工艺的发展简史 470 年代后, 能源危机, 现代高速厌氧反应器, 厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理 ; 厌氧接触法 (Anaerobic Contact Process) 厌氧滤池 (Anaerobic Filter AF ) 上流式厌氧污泥层 ( 床 ) 反应器 (Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Bed) UASB ) 厌氧流化床 (Anaerobic Fluidized Bed AFB ) 厌氧附着膜膨胀床 (Anaerobic Attached Film Expanded Bed AAFEB) 厌氧生物转盘 (Anaerobic Rotated Biological Disc ARBD) 挡板式厌氧反应器 (Anaerobic Baffled Reactor ABR)

6 一厌氧生物处理工艺的发展简史现代高速厌氧反应器的主要特点 : HRT 与 SRT 分离,SRT 相对很长,HRT 则较短, 反应器内生物量很高 HRT 大大缩短, 有机负荷大大提高, 处理效率也大大提高 ;

7 一厌氧生物处理工艺的发展简史 590 年代以后, 在 UASB 反应器基础上又发展起来了 EGSB 和 IC 反应器 ; EGSB 反应器, 处理低温低浓度的有机废水 ; IC 反应器, 处理高浓度有机废水, 可达到更高的有机负荷

8 二厌氧生物处理的主要特征主要优点 : 能耗低, 且还可回收生物能 ( 沼气 ); 污泥产量低 ; 厌氧微生物的增殖速率低, 产酸菌的产率系数 Y 为 0.15~0.34kgVSS/kgCOD, 产甲烷菌的产率系数 Y 为 0.03kgVSS/kgCOD 左右, 好氧微生物的产率系数约为 0. 5~0.6kgVSS/kgCOD 厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解的某些有机物进行降解或部分降解 ;

9 厌氧工艺与好氧工艺的比较

10 二厌氧生物处理的主要特征主要缺点 : 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 ; 对温度 ph 等环境因素较敏感 ; 出水水质较差, 需进一步利用好氧法进行处理 ; 气味较大 ; 对氨氮的去除效果不好 ; 等

11 三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排放量巨大, 这些废水浓度高多含有大量的碳水化合物脂肪蛋白质纤维素等有机物 ; 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生态三个方面

12 第二节早期的厌氧生物反应器从 1881 年到上世纪 20 年代 ; 1881 年, 法国 Mouras 的自动净化器 ; 1891 年, 英国 Moncriff 的装有填料的升流式反应器 ; 1895 年, 英国设计的化粪池 (Septic Tank ); 1905 年, 德国的 Imhoff Tank 池 ( 又称隐化池双层沉淀池 )

13 Travis 池的横截面结构示意图气体沉淀区沉淀区消化区污泥层

14 双层沉淀池的结构示意图沉淀区进水出水平面图沉淀区沉淀区气体气体气体沉淀区截面图消化区污泥层

15 早期厌氧生物反应器的特点 : 1 对废水的处理主要是沉淀, 有些还能对沉淀下来的污泥进行部分处理 ; 2 停留时间较长, 出水水质不好 ; 3 目前仍有应用

16 第三节厌氧消化池厌氧消化发展的第二阶段, 厌氧消化作为剩余污泥处理的主要手段, 1927 年, 加热装置 ; 随后, 机械搅拌器 ; 50 年代初, 沼气循环搅拌装置 ; 高速消化池, 至今仍是污泥处理的主要技术

17 一消化池的类型与构造主要应用范围 : 处理剩余污泥, 处理固体含量很高的有机废水 ; 主要作用 : 1 将部分有机物转变为沼气 ; 2 将部分有机物转化成稳定性较好的腐殖质 ; 3 提高污泥的脱水性能 ; 4 可减少污泥体积 1/2 以上 ; 5 灭活致病微生物

18 污泥的脱水性能污泥的脱水性能与污泥性质调理方法及条件等有关, 还与脱水机械种类有关常用污泥过滤比阻抗值 (r) 和污泥毛细管吸水时间 (CST) 两项指标来评价污泥的脱水性能比阻抗值 (r) 单位干重滤饼的阻力, 其值越大, 越难过滤, 脱水性能越差

19 1 消化池的分类 : 按形状 : 圆柱形椭圆形 ( 卵形 ) 和龟甲形 ; 按池顶结构 : 固定盖式和浮动盖式 ; 按运行方式 : 传统消化池和高速消化池

20 A 传统消化池 : 沼气生污泥沼气气室浮渣层上清液层上清液反应层熟污泥熟污泥层又称低速消化池, 无加热和搅拌装置 ; 有分层现象 : 只有部分容积有效 ; 消化速率很低,HRT 很长 (30~90 天 )

21 B 高速消化池设有加热和搅拌装置 ; 缩短了 HRT, 提高了沼气产量, 在中温 (30~35 C) 条件下, 一般消化时间为 15 天左右, 运行稳定 ; 但搅拌使高速消化池内的污泥得不到浓缩, 上清液不能分离

22 C 两级消化池两级串联, 第一级是高速消化池, 第二级则不设搅拌和加热, 主要起沉淀浓缩和贮存的作用, 并能分离上清液 ; 二者的 HRT 的比值可采用 1 : 1 ~ 4 : 1, 一般为 2 : 1

23 厌氧消化池中的加热 1 池内蒸汽直接加热 : 设备简单, 局部污泥易过热, 会影响厌氧微生物的正常活动, 并会增加污泥含水率 ; 2 池外加热 : 把污泥预热后投配到消化池中, 所需预热的污泥量较少, 易于控制 ; 预热温度较高, 有利于杀灭虫卵 ; 不会对厌氧微生物不利 ; 但设备较复杂

24 污泥热交换器杭州四堡污水厂

25 二消化池的设计 : 1 消化池池体设计每天要处理的污泥量 a 污泥投配率 : b 固体负荷率 : V = V = V ' p G L s v 每天要处理的污泥干固体量 2 搅拌设备设计 ; 3 加热保温系统设计

26 高碑店污泥消化池

27 高碑店污泥消化池

28 杭州四堡污水厂污泥消化池

29 青岛市团岛污水厂污泥消化池

30 三沼气的收集与利用污泥和高浓度有机废水进行厌氧消化时均会产生大量沼气 ; 沼气的热值很高 ( 一般为 21000~25000 kj/m 3, 即 5000~6000 kcal/m 3 ), 是一种可利用的生物能源

31 1 污泥消化过程中沼气产量的估算 : 沼气组成成分 : CH 4 :50~70%, CO 2 :20~30%, H 2 :2~5%, N 2 :~10%, H 2 S: 微量 ; 沼气产率 : 每处理单位体积生污泥所产生的沼气量, 即 m 3 沼气 /m 3 生污泥 ;

32 高碑店沼气柜

33 高碑店沼气发电机

34 燃料电池原理图利用沼气的燃料电池 (200kw) 质子交换膜燃料电池 (PEMFC)

35 第四节现代高速厌氧反应器一厌氧接触法工艺二厌氧滤池工艺三上流式厌氧污泥床 (UASB) 工艺四其它厌氧工艺

36 现代高速厌氧反应器的产生与发展厌氧消化技术发展上的第三个时期 ; 1955 年,Schroepter 首先提出了厌氧接触法参考活性污泥法, 增设二沉池和污泥回流系统 ; 处理能力提高, 应用于食品包装废水的处理 ; 标志着厌氧技术应用于有机废水处理的开端随后 : AF(Anaerobic Filter) UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket) AAFEB(Anaerobic Attached Film Expanded Bed) AFB(Anaerobic Fluidized Bed) 等

37 现代高速厌氧反应器的主要特点 : 容积负荷大大提高, 水力停留时间显著缩短 ; 应用于高浓度有机工业废水的处理, 如食品工业废水酒精工业废水发酵工业废水造纸废水制药工业废水屠宰废水等 ; 也能应用于城市废水等低浓度废水的处理 ; 与好氧工艺的串联和组合, 可以脱氮和除磷 ; 含难降解有机物的工业废水的处理

38 一厌氧接触法 (Anaerobic Contact Process) 1 厌氧接触法的工艺流程

39 2 厌氧接触法的特点污泥回流是其最大的特点 ; 污泥回流使得 HRT 与 SRT 分离 : θ c = ( Q Q w VX ) X e + Q w X W 厌氧反应器产泥量很少, 几乎不排剩余污泥, 则 Q w = 0, 则有 : θ = c VX QX e = HRT X X e

40 2 厌氧接触法的特点如厌氧消化池中, X e = X, 所以 :θ c = SRT=HRT, 因此在中温条件下, 为了满足产甲烷菌的生长,SRT 要求 20~30d, 因此高速厌氧消化池的 HRT 为 20~30d 对于厌氧接触法, 由于 X >>X e, 所以 HRT<<SRT; X 越大,X e 越小, 则 HRT 就可越短

41 与普通厌氧消化池相比, 厌氧接触法的特点有 : 1 污泥浓度高, 一般为 5~10 gvss/l; 2 有机容积负荷高, 中温,COD 负荷 1~6 kgcod/m 3.d, 去除率为 70~80% ; BOD 5 负荷 0.5~2.5 kgbod/m 3.d, 去除率 80~90%; 3 出水水质较好 ; 4 流程较复杂 ; 5 适合于处理悬浮物和有机物浓度很高的废水

42 厌氧接触法存在的问题最大的问题是污泥的沉淀 : 污泥上附着有小气泡 ; 二沉池中污泥易上浮改进措施 : 真空脱气设备 ( 真空度为 500mmH 2 O); 增加热交换器, 使污泥骤冷, 暂时抑制厌氧污泥的活性

43 二厌氧生物滤池 1 厌氧生物滤池的工艺特征 60 年代末, 美国,Young 和 McCarty 1972 年, 第一座生产性 AF 投入运行与好氧生物滤池相似, 厌氧生物滤池是装填有滤料的厌氧生物反应器, 在滤料的表面形成了以生物膜形态生长的微生物群体, 在滤料的空隙中则截留了大量的悬浮生长的微生物, 废水通过滤料层 ( 上向流或下向流 ) 时, 有机物被截留吸附及分解

44 2 厌氧生物滤池的构造特征沼气填料出水布水系统进水升流式厌氧生物滤池

45 其它形式的厌氧生物滤池沼气进水布水系统填料出水降流式厌氧生物滤池

46 其它形式的厌氧生物滤池沼气填料出水布水系统进水升流式混合型厌氧生物滤池

47 (4) 厌氧生物滤池的运行特征 : 生物膜厚度约为 1~4mm; 生物固体浓度沿滤料层高度而有变化 ; 适合于处理多种类型浓度的有机废水, 有机负荷为 0.2~16 kgcod/m 3.d; 当进水浓度过高时, 应采用出水回流的措施 : 1 减少碱度的要求 ; 2 降低进水 COD 浓度 ; 3 增大进水流量, 改善进水分布条件

48 厌氧生物滤池的优缺点 : 优点 : 生物固体浓度高, 有机负荷高 ; SRT 长, 可缩短 HRT, 耐冲击负荷能力强 ; 启动时间较短, 停止运行后的再启动较容易 ; 无需回流污泥, 运行管理方便 ; 运行稳定性较好缺点 : 体积利用率较低, 滤料易堵塞

49 三上流式厌氧污泥床 (UASB) 反应器 Upflow Anaerobic Sludge Bed Reactor, 简称 UASB 反应器 ; 70 年代, 荷兰 Wageningen 农业大学, Lettinga 教授

50 世界范围内厌氧工艺的应用情况 ( 截止 1999 年 3 月共 1303 个项目 ) EGSB FB HYBR LAG 11% 2% 4% 6% CSTR 10% UASB 59% AF 8%

51 国内厌氧反应器的应用 ( 共 219 个项目 ) AF+UASB 1% AF 1% UBF 1% 全混 29% UASB 58% 其它 10%

52 1 UASB 反应器的工作原理与构造沼气 (5) 集气罩出水 (4) 出水系统 (3) 三相分离器进水 (2) 反应区悬浮污泥区颗粒污泥区 (1) 进水配水系统

53 2 UASB 反应器的工艺特征 : 在反应器的上部设置了气固液三相分离器 ; 在反应器底部设置了均匀布水系统 ; 反应器内的污泥能形成颗粒污泥 : 直径为 0.1~0.5cm, 湿比重为 1.04~1.08; 具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性污泥浓度可达 50gVSS/l 以上, 污泥龄一般为 30 天以上 ; 水力停留时间大大缩短, 具有很高的容积负荷 ; 适于处理高中浓度有机工业废水, 也可以处理低浓度城市污水 ; 将生物反应与沉淀分离集中在一个反应器内, 结构紧凑 ; 无需设置填料, 节省费用, 提高容积利用率

54 3 UASB 反应器的型式断面形状多为圆形或矩形, 矩形断面便于三相分离器的设计和施工 ; 常为钢结构或钢筋混凝土结构 ; 一般不加热 ; 多采用保温措施 ; 必须采取防腐措施主要有两种型式 : 1) 开敞式 UASB 反应器 2) 封闭式 UASB 反应器

55 1) ) 开敞式 UASB 反应器顶部不加密封, 或仅加一层不密封的盖板 ; 多用于处理中低浓度的有机废水 ; 构造较简单, 易于施工安装和维修

56 2) ) 封闭式 UASB 反应器顶部加盖密封 ; 在液面与池顶之间形成了气室 ; 适用于处理高浓度的有机废水 ; 其池顶可以做成浮盖式

57 4 UASB 反应器中的颗粒污泥能形成沉降性能良好活性高的颗粒污泥是 UASB 反应器的重要特征 ; 颗粒污泥的形成与成熟, 是保证 UASB 反应器高效稳定运行的前提颗粒污泥的形成与培养 ; 颗粒污泥的理化性质与微生物组成 ; 颗粒污泥的微观结构 ; 颗粒污泥的微生物分布

58 (1)) 颗粒污泥的形成与培养颗粒污泥出现期运行时间 (d) 以消化污泥接种的 UASB 反应器内污泥浓度的变化

59 颗粒污泥形成初期时的扫描电镜照片 ( 运行第 77 天 )

60 颗粒污泥基本成熟后的扫描电镜照片 ( 运行第 120 天 )

61 颗粒污泥成熟后的扫描电镜照片 ( 运行 180 天 )

62 中温颗粒污泥高温颗粒污泥

63 成熟颗粒污泥表面细菌的分区分布

64 颗粒污泥的培养条件一般需要 1~3 个月 ; 可分为 : 启动期颗粒污泥形成期颗粒污泥成熟期 ; 接种污泥的选择 ; 维持稳定的环境条件, 如温度 ph 值等 ; 污泥负荷 0.05~0.1 kgcod/kgss.d, 容积负荷应小于 0.5 kgcod/m 3.d; 表面水力负荷应大于 0.3 m 3 /m 2.d, 淘汰絮状污泥 ; 进水中可适当提供无机微粒, 如钙和铁, 同时应补充微量元素 ( 如 N i C o M o )

65 (2)) 颗粒污泥的理化性质外观及颜色 : 粒径 : 沉速 : 影响因素 : 基质类型或进水水质 ; 运行工况负荷温度 ph 值 ;

66 1) 颗粒污泥的外观 : 形状多种多样, 呈卵形球形丝状等 ; 平均直径为 1 mm, 一般为 0.1~2 mm, 最大可达 3~5 mm; 颜色多为黑色灰色灰白色, 其它还有淡黄色暗绿色红色等 ;

67 2) ) 颗粒污泥粒径分布及其变化重量所占百分比 (%) d= 第 56 天第 101 天第 122 天第 150 天 d= d=0.6- d=0.8- d= 粒径范围 (mm) d= d>1.4 重量所占百分比 (%) d= 污泥床下部污泥床上部 d= d= d= 粒径范围 (mm) d= d= d>1.4

68 3) ) 颗粒污泥的沉速及其变化颗粒污泥沉速 (m/h) d= 第 56 天第 101 天第 122 天第 150 天 d= d= d= d= 粒径范围 (mm) d= d>1.4 颗粒污泥沉速 (m/h) d= 污泥床下部污泥床上部 d= d= d= 粒径范围 (mm) d= d= d>1.4

69 颗粒污泥强度仪加样部件主机记录仪加压工作状态

70 (3)) 颗粒污泥的组成各类微生物无机物胞外多聚物等,VSS/SS 一般为 70~90%; 主体是微生物, 包括水解发酵菌产氢产乙酸菌产甲烷菌, 或硫酸盐还原菌等, 细菌总数为 1~ 个 /gvss; 优势产甲烷菌有 : 索氏甲烷丝菌马氏和巴氏甲烷八叠球菌等 ; C H N 的比例 :C:40~50% H:7% N: 10%; 灰分含量受接种污泥进水水质等的影响, 为 8~55%; 其中的 FeS Ca 2+ 等对于颗粒的稳定性有着重要的作用

71 颗粒污泥主要金属元素的含量金属元素含量 (mg/gss) 金属元素含量 (mg/gss) # 2# 3# 4# 5# 6# 泥样编号 Ca Fe Mg Al Zn 1. 5 # 6 # 泥样中 Ca Fe 的含量远高于其它泥样 ; 2. 由于反应器长期在低 ph 下运行,3# 4# 泥样中 Ca Fe 元素的含量相对较低 0 1# 2# 3# 4# 5# 6# 泥样编号

72 颗粒污泥中微量金属元素的含量 3 金属元素含量 (mg/gss) 2 1 Ni Mo Co Mn Cu 0 1# 2# 3# 4# 5# 6# 泥样编号由于有意投加了微量元素, 实验室反应器中颗粒污泥中 Mo Ni Co 等微量元素含量相对较高

73 (4)) 颗粒污泥的类型 A 型颗粒污泥 : 以巴氏甲烷八叠球菌为主体, 外层常有丝状产甲烷杆菌缠绕 ; 比较密实, 粒径很小, 约为 0.1~0.1 mm B 型颗粒污泥 : 以丝状甲烷杆菌为主体, 也称杆菌颗粒 ; 表面规则, 外层缠绕甲烷杆菌的丝状体 ; 出现频率较高 ; 密度为 1.033~1.054 g/cm 3, 粒径约为 1~3 mm C 型颗粒污泥 : 丝状细菌缠绕惰性微粒而成, 也称丝菌颗粒 ; 大而重, 粒径为 1~5 mm, 比重为 1.01~1.05, 沉降速度为 5~10 mm/s

74 影响颗粒污泥类型的因素废水中化学物质 ( 营养基质和无机物 ) 反应器的工艺条件 ( 水力表面负荷和产气强度 ) 当反应器中乙酸浓度高时, 易形成 A 型颗粒污泥 ; 当反应器中的乙酸浓度降低后,A 型颗粒污泥将逐步转变为 B 型颗粒污泥 ; 当存在适量的悬浮固体时, 易形成 C 型颗粒污泥

75 (5)) 颗粒污泥的微观结构颗粒污泥实际上是一种生物与环境条件相互依存和优化的生态系统, 各种细菌形成了一条完整的食物链, 有利于种间氢和种间乙酸的传递, 因此其活性很高成层分布, 即外层中占优势的细菌是水解发酵菌, 而内层则是产甲烷菌 ; 层状结构孔穴与通道结构

76 5 UASB 反应器的设计计算尚无完整的工程设计计算方法 ; 主要内容有 : 1 池型选择, 有效容积的确定以及主要部位的尺寸 ; 2 设计进水配水系统出水系统和三相分离器等 ; 3 其它 : 排泥和排渣系统等

77 1)UASBUASB 反应器容积的确定 : UASB 反应器的有效容积 ( 包括沉淀区和反应区 ) 多采用进水容积负荷法确定, 即 : V = Q S i / L v Q 废水流量,m 3 /d; S i 进水有机物浓度,mgCOD/l; L v COD 容积负荷,kgCOD/m 3.d 容积负荷与反应温度废水性质和浓度以及是否形成颗粒污泥有关 ; 对于食品工业废水或与之性质相近的废水, 一般可形成颗粒污泥, 在不同的反应温度下的进水容积负荷如下 :

78 UASB 容积负荷的确定 : 温度 ( 0 C ) 设计容积负荷 ( kgcod/m 3.d ) 高温 20~30 中温 10~20 常温 5~10 低温 2~5

79 2) ) 进水配水系统的设计 : 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

80 UASB 反应器的布水装置脉冲式布水

81 UASB 反应器的布水装置上配水

82 3) ) 三相分离器的设计三相分离器的基本构造

83 三相分离器的布置形式

84 三相分离器的设计方法 1 沉淀区的设计 : 表面负荷应小于 1.0m 3 /m 2.d; 集气罩斜面的坡度应为 55~60 ; 沉淀区的总水深应不小于 1.5m, 沉淀区的停留时间为 1.5~2.0h 2 回流缝的设计 : 3 气液分离的设计 :

85 UASB 反应器中的三相分离器

86 UASB反应器中的三相分离器

87 UASB 反应器的三相分离器 PAQUES

88 UASB 反应器的三相分离器 BIOTHANE

89 4)UASB 反应器中的沼气系统沼气利用阻火器气柜水封计量表气水分离进水闸门井格栅一泵房转鼓过滤机调节池二泵房 UASB 排入下水道污泥利用污泥脱水机污泥浓缩池污泥泵北京啤酒厂废水处理工艺流程图

90 UASB 反应器中的沼气系统沼气柜

91 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

92 6 UASB 反应器的工程实例 (1)) 北京啤酒厂

93 6 UASB 反应器的工程实例 (2)) 合肥啤酒厂

94 6 UASB 反应器的工程实例 (3)) 驻马店华中制药厂

95 6 UASB 反应器的工程实例 (4)) 武汉东西湖啤酒厂图例污水管线污泥管线沼气管线回流管线水封罐脱硫塔沼气贮柜原废水格栅井调节池 UASB 反应器氧化沟出水泥饼外运污泥脱水机房浓缩池集泥井武汉欧联东西湖啤酒废水处理流程图沉淀池

96 6 UASB 反应器的工程实例 (4)) 武汉东西湖啤酒厂

97 武汉欧联的 UASB

98 四其它厌氧生物处理工艺厌氧膨胀床和厌氧流化床厌氧挡板反应器两相厌氧消化工艺厌氧生物转盘

99 ( 一 ) 厌氧膨胀床和厌氧流化床沼气沉降区出水 Anaerobic (Attached Film) Expanded Bed & Anaerobic Fluidized Bed Reactors (AAFEB & AFB) 1 反应器的基本结构出水回流三相分离器悬浮污泥区颗粒生物膜膨胀床布水系统进水

100 载体与流化载体 : 固体颗粒, 如 : 石英砂陶粒活性炭无烟煤和沸石等, 粒径一般为 0.2~1mm; 出水回流使载体颗粒膨胀或流化 ; 膨胀床床体内载体略有松动, 载体间空隙增加但仍保持互相接触 ; 流化床上升流速大, 使载体可在床体内自由运动而互不接触

101 2 主要特点 : 主要优点 : 细载体的比表面积大, 生物浓度很高 (30gVSS/l); 有机负荷高 (10~40kgCOD/m 3.d),HRT 较短 ; 较好的耐冲击负荷的能力, 运行稳定 ; 载体处于膨胀或流化状态, 可防止载体堵塞 ; 生物固体停留时间较长, 运行稳定, 剩余污泥量少 ; 可应用于高浓度有机废水或低浓度的城市废水主要缺点 : 载体的流化耗能较大 ; 系统的设计运行要求高

102 ( 二 ) 厌氧挡板反应器 1 工艺流程 : 垂直挡板将反应器分隔为数个上向流和下向流室沼气进水气室出水升流区降流区污泥层

103 垂直折流挡板厌氧反应器的结构示意图沼气气室出水槽沉淀区出水填料内套筒中套筒进水沉渣及剩余污泥

104 ( 二 ) 厌氧挡板反应器 2 主要特点 : 与厌氧生物转盘相比, 可省去转动装置 ; 与 UASB 相比, 可不设三相分离器而截流污泥 ; 启动运行时间较短, 运行较稳定 ; 不需设置混合搅拌装置 ; 不存在污泥堵塞问题

105 ( 二 ) 厌氧挡板反应器 3 应用情况 : 多处于小试阶段 ; McCarty 的研究结果 : 数据组进水 COD 浓度 (g/l) 水力负荷 (m 3 /m 3.d) 回流比有机物负荷 (kgcod/m 3.d) COD 去除率 (%) 产气率 (m 3 /m 3.d) 甲烷含量 (%) 出水挥发酸浓度 (g/l)

106 ( 三 ) 两相厌氧消化工艺 1 工艺流程与特点 : 进水产酸相产甲烷相出水

107 ( 三 ) 两相厌氧消化工艺 70 年代后, 随着厌氧微生物学研究不断深入应运而生的 ; 着重于工艺流程的变革, 而非反应器构造的变革 ; 在单相反应器中, 存在着脂肪酸的产生与被利用之间的平衡, 维持两类微生物之间的协调与平衡十分不易 ; 两相厌氧消化工艺就是为了克服单相厌氧消化工艺的上述缺点而提出的 ; 两个反应器中分别培养发酵细菌和产甲烷菌, 并控制不同的运行参数, 使其分别满足各自的最适生长条件 ; 反应器可采用前述任一种反应器, 二者可相同也可不同

108 ( 三 ) 两相厌氧消化工艺两相工艺最本质的特征是实现相的分离, 方法主要有 : 1 化学法 : 投加抑制剂或调整氧化还原电位, 抑制产甲烷菌在产酸相中的生长 ; 2 物理法 : 采用选择性的半透膜使进入两个反应器的基质有显著的差别, 以实现相的分离 ; 3 动力学控制法 : 利用产酸菌和产甲烷菌在生长速率上的差异, 控制两个反应器的水力停留时间不同, 使产甲烷菌无法在产酸相中生长 ;

109 ( 三 ) 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 SO 4 2- 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

110 ( 三 ) 两相厌氧消化工艺 2 应用情况 (1) 比利时肯特大学的 Anodex 工艺

111 ( 三 ) 两相厌氧消化工艺 (2) 荷兰 : 淀粉废水项目沉淀池产酸相产甲烷相容积 (m 3 ) HRT (h) 温度 ( C) ph 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) 17,500~18,000 17,800 16,400 11,700 3,000 TKN (m mol) 氨氮 (m mol) 硫酸盐 (m mol) < 0.1 硫化物 (m mol) <

112 ( 三 ) 两相厌氧消化工艺 (3) 我国首都师范大学 : 豆制品废水反应器名称 HRT (h) 出水 ph 有机负荷 (kgcod/m 3. d) COD 去除率 (%) 产气率 (m 3 /m 3.d) 出水挥发酸 (mg/l) 沼气中 CH 4 (%) 产酸相 ~ 产甲烷相 (UASB) ~ 全系统 ~

113 ( 三 ) 两相厌氧消化工艺 (4) 其它国家废水性质规模进水 COD (mg/l) COD 去除率有机负荷 (kgcod/m 3.d 处理能力 (kgcod/ 投入运行年份 (%) ) d) 比利时酶和酒精中试 7500~ ~ 德国甜菜制糖中试 6000~ ~ 比利时酵母酒精中试 28200~ ~ 德国柠檬酸中试 ~80 15~ 比利时亚麻处理生产规模 6500~ ~90 9~ 德国淀粉葡萄生产规模糖德国甜菜制糖生产规模德国甜菜制糖生产规模

114 ( 四 ) 厌氧生物转盘 1 构造及工艺流程 : 气室沼气进水出水转轴转盘盘片隔板

115 ( 四 ) 厌氧生物转盘 2 主要特点 : 微生物浓度高, 有机负荷高, 水力停留时间短 ; 废水沿水平方向流动, 反应槽高度小, 节省了提升高度 ; 一般不需回流 ; 不会发生堵塞, 可处理含较高悬浮固体的有机废水 ; 多采用多级串联, 厌氧微生物在各级中分级, 处理效果更好 ; 运行管理方便 ; 盘片的造价较高

116 ( 四 ) 厌氧生物转盘 3 应用情况 : 多处于小试阶段 ; 国外 : 牛奶废水奶牛粪生活污水等, 进水 TOC 为 110~6000mg/l,TOC 去除率可达 60~80%, 有机负荷为 20gTOC/m 3.d; 国内 : 玉米淀粉废水和酵母废水,COD 去除率为 70~90%, 负荷为 30~70 gcod/m 3.d

117 第五节厌氧生物处理工艺的新进展 IC 反应器与 EGSB 反应器 IC 反应器, 处理高浓度有机废水, 可达到更高有机负荷 EGSB 反应器, 处理低温低浓度的有机废水 ;

118 IC 反应器厌氧内循环反应器沼气气液分离器第二层三相分离器降流管出水第二反应区升流管第一层三相分离器第一反应区配水系统进水

119 EGSB 反应器结构示意图 V IV III II I 沼气出水循环水污泥床 Ⅵ 进水 I. 配水系统 II. 反应区 III. 三相分离器 IV. 沉淀区 Ⅴ 出水系统 Ⅵ 出水循环系统

120 第六节厌氧生物处理工艺的运行管理一厌氧生物处理装置的启动 1 污泥消化池的投产启动清水试验, 检查漏水和气密性 ; 投加接种污泥, 滤网过滤 (2 2mm 或 5 5mm); 开始少量投加浓缩后的生污泥 ; 测定产气量沼气成分 VFA ph 等 ; 正常消化后, 逐渐增加投泥量, 一般需要 50~60 天

121 一厌氧生物处理装置的启动 2 UASB 反应器的投产启动直接启动 : 用颗粒污泥接种 ; 间接启动 : 用絮状污泥启动, 首先需要培养颗粒污泥 : 1 接种污泥 : 厌氧消化污泥, 等 ; 接种量为 10~20kgVSS/m 3 ; 2 污泥负荷应低于 0.1~0.2kgCOD/kgSS.d, 容积负荷应小于 0.5kgCOD/m 3.d; 3 水力上升流速大于 1m 3 /m 2.d, 当其大于 0.25 m 3 /m 2.h 时, 就会产生水力分级作用 ; 4 进水浓度过高时, 可回流或稀释 ; 5 溶解性 COD 去除率大于 80% 时, 应及时提高负荷 ; 6 出水 VFA 浓度应控制在 1000mg/l 以下

122 二运行管理指标运行管理指标主要有 : 处理效果 ; 有机负荷 ; 水力停留时间 ; 剩余污泥产量 ; 产气量 ; 等

123 三水质管理指标又称为监测项目, 即通过水质监测, 对厌氧反应器进行管理, 使其达到运行要求 ; 主要有 : 进水量进出水水质 (COD BOD SS ph VFA 等 ) 污泥浓度温度产气量气体成分等

ii

ii 1....1 1.1...1 1.2...1 1.3....4 2....5 2.1...5 2.2...7 2.3...9 3....13 3.1...13 3.2....13 3.3...14 3.4...16 4....24 4.1...24 4.2....25 5....28 5.1...28 5.2...28 iii 1. 1.1 2002 2002 [2002]106 < > 1.2

厌氧生物处理基本原理 两阶段理论 三 四阶段理论 影响因素

厌氧生物处理基本原理两阶段理论三四阶段理论影响因素