工业废水厌氧生物处理課件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,工业废水厌氧生物处理,9/16/2024,1,四、厌氧生物处理主要方法,主要讲授内容,一、废水好氧生物处理简介,二、废水厌氧生物处理概述,三、厌氧生物处理机理,9/16/2024,2,一、废水好氧生物处理简介,9/16/2024,3,废水好氧生物处理简介,活性污泥法,推流式活性污泥法,完全混合法,生物膜法,生物接触氧化法,生物转盘法,生物滤池法,曝气生物滤池,9/16/2024,4,二、废水厌氧生物处理概述,9/16/2024,5,厌氧处理概述,厌氧生物处理技术在水处理行业中一直都受到环保工作者们的青睐，由于其具有良好的去除效果，更高的反响速率和对毒性物质更好的适应，更重要的是由于其相对好氧生物处理废水来说不需要为氧的传递提供大量的能耗，使得厌氧生物处理在水处理行业中应用十分广泛。,9/16/2024,6,厌氧处理概述,厌氧在处理低浓度废水方面没有太大的空间，可最近的一些报道和试验说明，厌氧如果提供适宜的外部条件，在处理低浓度废水方面仍然有非常高的处理效果。,9/16/2024,7,三、厌氧生物处理机理,9/16/2024,8,大分子有机物(碳水化合物，蛋白质，脂肪等),水解,细菌的胞外酶,水解的和溶解的有机物,酸化,产酸细菌,有机酸醇 类醛类等,H,2,，CO,2,乙酸化,乙酸细菌,乙酸,甲烷化,甲烷细菌,CH4,甲烷细菌,CH4,厌氧生化反响过程-四阶段,9/16/2024,9,厌氧生化反响过程,一、水解阶段：,高分子有机物由于其大分子体积，不能直接通过厌氧菌的细胞壁，需要在微生物体外通过胞外酶加以分解成小分子。废水中典型的有机物质比方纤维素被纤维素酶分解成纤维二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被分解成短肽和氨基酸。分解后的这些小分子能够通过细胞壁进入到细胞的体内进行下一步的分解。,9/16/2024,10,厌氧生化反响过程,二、酸化阶段：,小分子有机物进入到细胞体内转化成更为简单的化合物并被分配到细胞外，这一阶段的主要产物为挥发性脂肪酸VFA，同时还有局部的醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等产物产生。,9/16/2024,11,厌氧反响过程,三、产乙酸阶段：,在此阶段，上一步的产物进一步被转化成乙酸、碳酸、氢气以及新的细胞物质。,四、产甲烷阶段：,在这一阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇都被转化成甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。这一阶段也是整个厌氧过程最为重要的阶段和整个厌氧反响过程的限速阶段。,上述四个阶段中，有人认为第二个阶段和第三个阶段可以分为一个阶段，在这两个阶段的反响是在同一类细菌体类完成的。,9/16/2024,12,四、厌氧生物处理主要方法,9/16/2024,13,厌氧生物处理主要方法,化粪池,厌氧接触法,厌氧滤池AF),上流式厌氧污泥床(UASB),IC厌氧反响器Internal circulation,9/16/2024,14,厌氧生物处理主要方法-,化粪池,用于处理来自厕所的粪便废水。曾广泛用于不设污水厂的合流制排水系统。还可用于郊区的别墅式建筑。,9/16/2024,15,厌氧生物处理主要方法-,厌氧接触法,厌氧接触法是在普通污泥消化池的根底上，并受活性污泥系统的启示而开发的。,对于悬浮物较高的有机废水，可以采用厌氧接触法，它实际上是厌氧活性污泥法，不需要曝气而需要脱气。,厌氧接触法的主要特征是在厌氧反响器后设沉淀池，污泥进行回流，结果使厌氧反响器内能维持较高的污泥浓度，可大大降低水力停留时间。,9/16/2024,16,厌氧生物处理主要方法-,厌氧接触法,9/16/2024,17,厌氧生物处理主要方法-,厌氧生物滤池,厌氧生物滤池是装填滤料的厌氧反响器。,厌氧微生物以生物膜的形态生长在滤料外表，废水淹没地通过滤料，在生物膜的吸附作用和微生物的代谢作用以及滤料的截留作用下，废水中有机污染物被去除。产生的沼气那么聚集于池顶部罩内，并从顶部引出。处理水那么由旁侧流出。为了别离处理水挟出的生物膜，一般在滤池后需设沉淀池。,9/16/2024,18,厌氧生物处理主要方法-,厌氧生物滤池,滤料是厌氧生物滤池的主体局部。,滤料应具备以下各项条件：比外表积大，孔隙率高，外表粗糙，生物膜易于附着，化学及生物学的稳定性强，机械强度高等。常用的滤料有碎石、卵石、焦炭和各种形式的塑料滤料。,9/16/2024,19,厌氧生物处理主要方法-,厌氧生物滤池,优点：处理能力高；滤池内可以保持很高的微生物浓度；不需另设泥水别离设备，出水SS较低；设备简单、操作方便。容积负荷4-5kgCOD/m3d,停留时间10-20d,污泥浓度5-10gVSS/L,缺点：,滤料费用较高；滤料易堵塞，尤其是下部，生物膜很厚；堵塞后，没有简单有效的清洗方法。因此，悬浮物高的废水不适用。,9/16/2024,20,厌氧生物处理主要方法-,上流式厌氧污泥床(UASB),60年代荷兰农业大学环境系创造了上流式厌氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Bed简称UASB)，UASB反响器是目前应用最为广泛的高速厌氧反响器。,据1993年的报道，国外至少已有400个以上的生产性UASB在运行。其中最大的反响器体积为15600m3。目前UASB反响器的应用仍呈迅速增长之势，同时，假设干以UASB为根底的高速厌氧反响器也在开展中，例如膨胀颗粒污泥床(EGSB)和杂交反响器(UASB+AF)。,9/16/2024,21,厌氧生物处理主要方法-,上流式厌氧污泥床(UASB),UASB构造,进水配水系统,主反响区,三相别离区,9/16/2024,22,废水由反响器底部进入，反响器主体为无填料的空容器，其中含有大量厌氧污泥。由于废水以一定流速自下向上流动以及厌氧过程产生的大量沼气的搅拌作用，废水与污泥充分混合，有机质被吸附分解，所产沼气经由反响器上部三相别离器的集气室排出，含有悬浮污泥的废水进入三相别离器的沉降区，废水经处理后排出反响器。,UASB处理机理,9/16/2024,23,由于沼气已从废水中别离，沉降区不再受沼气搅拌作用的影响，废水在平稳上升过程中，其中沉淀性能良好的污泥经沉降面返回反响器主体局部，从而保证了反响器内高的污泥浓度。含有少量较轻污泥的废水从反响器上方排出。UASB反响器中可以形成沉淀性能非常好的颗粒污泥，能够允许较大的上流速度和很高的容积负荷。,UASB处理机理,9/16/2024,24,UASB反响器运行的三个重要的前提,反响器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥。,由产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌作用。,设计合理的三相别离器，这使沉淀性能良好的污泥能保存在反响器内。,UASB反响器性能分析,9/16/2024,25,进水配水系统,树枝管式配水系统,穿孔管式配水系统,多点多管式配水系统,脉冲式配水系统,9/16/2024,26,9/16/2024,27,UASB的几种形式,9/16/2024,28,UASB的几种形式,9/16/2024,29,UASB的几种形式,9/16/2024,30,IC厌氧反响器Internal circulation,9/16/2024,31,颗粒污泥的形成,在UASB反响器中能形成颗粒污泥，乃是UASB反响器与其它厌氧生物反响器的重要区别。而颗较污泥的形成和成熟，乃是保证这种厌氧生物反响器具有高浓度和高活性的前提条件 。,9/16/2024,32,9/16/2024,33,污泥的高浓度和高活性,污泥的高活性反映在：,对废水中的,有机污染物,具有良好的,吸附凝聚作用,对附着的,有机污染物,具有高效的,吸收转化作用,。,9/16/2024,34,颗粒污泥形态,大多呈,卵形,，也有,球形、棒形、丝状形及板状形,的。,它们的平均,直径为,1mm,，,一般为,0.1-2mm,，,最大的可达,3-5mm,。,颗粒污泥的形态与分布,9/16/2024,35,颗粒污泥的形态与分布,颗粒污泥的分布,大体为下部大，上部小。,反响区底部的多以无机粒子作为核心，外包生物膜而成。无机粒子及生物膜的内层一般为黑色(可能与生化过程中形成的FeS沉淀有关)，生物膜的表层那么呈现灰白色、淡黄色以及暗绿色等。,反响区上部的颗粒污泥的挥发物含量相对较高。颗粒污泥质软，有韧性及粘性。,9/16/2024,36,颗粒污泥的组成,主要包括各类厌氧微生物、矿物质及胞外多聚物，其VSSSS一般为70一80。,颗粒污泥的主体是各类厌氧微生物，包括水解发酵细菌、共生的产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌，有时还存在硫酸盐复原菌等。,9/16/2024,37,颗粒污泥的类型,颗粒污泥的类型,A型,A型颗粒污泥是以巴氏甲烷八叠球菌为主体的球状颗粒污泥，外层常有丝状产甲烷杆菌缠绕。它比较密实，但粒径很小 。,9/16/2024,38,B型,B型颗粒污泥是以丝状的产甲烷杆菌为主体的颗粒污泥，故也称杆菌颗粒。它在UASB反响器内出现频率极高。其外表比较规那么，外层缠绕着各种形态的产甲烷杆菌的丝状体。,B型颗粒污泥的粒径约1-3mm。,颗粒污泥的类型,9/16/2024,39,C型,C型颗粒污泥是由疏松的纤丝状细菌缠绕粘连在惰性微粒上所形成的球状团粒，故也称丝菌颗粒。它类似于厌氧流化床反响器中的生物粒子(即在人工无机裁体上覆盖着生物膜的微粒)。,C型颗粒污泥大而重，粒径为1-5mm。,颗粒污泥的类型,9/16/2024,40,UASB的应用,至今，UASB反响器在所有高速厌氧反响器中是应用最为广泛的。从70年代末UASB反响器首次建立生产性装置以来，至1993年已至少有400多家生产规模的UASB反响器已投入运行。,9/16/2024,41,UASB反响器的应用几乎涉足所有以有机污染物为主的废水处理：,例如各类发酵工业、淀粉加工、制糖、罐头、饮料、牛奶与乳制品、蔬菜加工、豆制品、肉类加工、皮革、造纸、制药及石油精炼及石油化工等各种来源的有机废水。,UASB的应用,9/16/2024,42,9/16/2024,43,9/16/2024,44,UASB,的特点,污泥床内生物量多，折合浓度计算可达20-30gL；,容积负荷率高，在中温发酵条件下，一般可达10kgCOD(m3d)左右，甚至能够高达1540kgCOD(m3 d)，废水在反响器内的水力停留时间较短，因此所需池容大大缩小。,9/16/2024,45,设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置，不需充填填料，也不需在反响区内设机械搅拌装置，造价相对较低，便于管理，而且不存在堵塞问题。,UASB,的特点,9/16/2024,46,设计内容,预处理系统设计,UASB反响器体积的设计,反响器的上升流速,反响器配水系统的设计,三相别离装置,UASB,的设计,9/16/2024,47,预处理系统,预处理系统包括,粗格栅,、,细格栅,或,水力筛,、,沉砂池,、,调节酸化池,、,营养盐和,pH,调控系统,。,UASB的设计,9/16/2024,48,预处理系统,格栅和沉砂池的目的是去除粗大固体物和无机的可沉固体，这对保护各种类型厌氧反响器的布水管免于堵塞是必需的。,调节池的作用是均质和均量，一般还可考虑兼有沉淀、混合、加药、中和和预酸化等功能.,UASB,的设计,9/16/2024,49,在调节池中设有沉淀池时，容积需扣除沉淀区的体积。,根据颗粒化和PH调节的要求，当废水碱度和营养盐 N，P等不够需要补充时，可采用计量泵自动投加酸、碱和药剂，通过调节池或机械搅拌中和。,UASB,的设计,9/16/2024,50,由于厌氧反响对水质、水量和冲击负荷较为敏感，所以适当尺寸的调节池对水质、水量的调节是厌氧反响器稳定运行的保证。,UASB,的设计,9/16/2024,51,反响器体积的设计-负荷设计法,采用有机负荷(q )或水力停留时间 HRT设计 UASB反响器是目前最为主要的方法。,反响器的体积根据以下公式计算:,V= Q So q,Q 流量，m3d,So 进水有机物浓度， gCOD/L或gBOD5/L,q 反响器的容积负荷， gCOD /m3 d 或gBOD5 /m3 d,UASB,的设计,9/16/2024,52,9/16/2024,53,反响器的体积和高度,反响器体积按照公式计算。,反响器高度须从设计、运行和经济上综合考虑。,UASB,的设计,9/16/2024,54,反响器高度控制,从设计、运行方面考虑：高度影响上升流速，高流速增加系统搅动和污泥与进水之间的接触，但流速过高会引起污泥流失。,为了保持足够多的污泥，上升流速不能超过一定的限值，从而使反响器的高度受到限制。,UASB,的设计,9/16/2024,55,高度与CO2溶解度有关，反响器越高，溶解 的CO2浓度越高，因此，pH值越低。如 pH值低于最优值，会危害系统的效率。,从经济上考虑：土方工程随池深增加而增加，但占地面积那么相反；考虑当地的气候和地形条件，一般将反响器建成半地下式，减少建筑高度和保温费用。,最经济的反响器高度深度一般是在46m之间，并且在大多数情况下这也是系统最优的运行范围。,UASB,的设计,9/16/2024,56,反响器的上升流速,UASB反响器上升流速的推荐值见下表,UASB,的设计,Vr一在反响器内的上升流速m/h,Vs一沉淀器外表流速m/h,Vo一在沉淀器缝缝隙处流速m/h,Vg一气体的上升流速m/h,9/16/2024,57,截面积和长、宽或直径 ,在确定反响器的容积和高度H之后，可确定反响器的截面积A,反响器形状分矩形与圆形，在池形选择与尺寸取值时需考虑材料消耗、配水均匀性及多池组合等因素。,UASB,的设计,9/16/2024,58,矩形池-在反响器的长和宽确定时，同样的面积下正方形池的周长比矩形池要小，矩形UASB需要更多的建筑材料。,从反响器材料消耗方面考虑，以截面积为600 m2的反响器为例，30m20m的反响器与 15m40m的反响器周长相差 10，这意味着建筑费用要增加10%，,但从布水均匀性方面考虑，矩形的长宽比较大，较为适宜，同时考虑经济性，矩形池的长/宽比在2 :1以下较为适宜。长/宽比在4 :1时费用增加十分显著。,UASB,的设计,9/16/2024,59,圆形池-圆形反响器在同样的面积下，其周长比正方形的少12%。但这一优点仅仅在采用单池时才成立。,当建立两个或两个以上反响器时，矩形反响器可以采用共用壁。对于采用公共壁的矩形反响器，池型的长宽比对造价也有较大的影响。,UASB,的设计,9/16/2024,60,单元反响器最大体积和分格化,在UASB反响器的设计中，采用分格化对运行操作是有益的。,分格化的单元尺寸不会过大，可防止体积过大带来的布水均匀性等问题；,多个反响器对系统的启动也是有益的，可首先启动一个反响器，再用这个反响器的污泥去接种其他反响器。,UASB,的设计,9/16/2024,61,有利干维护和检修，可放空一个反响器进行检修，而不影响系统的运行。,从目前实践看，最大的单体UASB反响器不是最优的可为10002000m3。,UASB,的设计,9/16/2024,62,配水系统的设计,进水分配系统的合理设计对UASB的良好运转是至关重要的，进水系统兼有,配水,和,水力搅拌,的功能。,UASB,的设计,9/16/2024,63,为了满足进水分配系统功能，配水系统设计有如下原那么：,确保单位面积的进水量根本相同，以防止短路等现象发生；,尽可能满足水力搅拌需要，保证进水有机物与污泥迅速混合；,容易观察到进水管的堵塞；,当发现堵塞时很容易去除。,UASB,的设计,9/16/2024,64,三相别离器设计,三相别离器是UASB反响器最有特点和最重要的装置。,功能-能收集从别离器下的反响室产生的沼气,-使别离器之上的悬浮物沉淀下来。,UASB,的设计,9/16/2024,65,设计要点：,集气室隙缝局部的面积应该占反响器全部面积的 15% 20%,在反响器高度为57m时，集气室的高度在 l.52m,在集气室内应保持气液界面以释放和收集气体，防止浮渣或泡沫层的形成；,UASB,的设计,9/16/2024,66,在集气室的上部应该设置消泡喷嘴，当处理污水有严重泡沫问题时消泡；,反射板与隙缝之间的遮盖应该在100200 mm之间，以防止上升的气体进入沉淀室；,出气管的直管应充分保证从集气室引出沼气，特别是有泡沫的情况。,UASB,的设计,9/16/2024,67,UASB的启动与运行,由于大多数厌氧菌很敏感的特性和专性厌氧微生物的酶系统对氧的极端不稳定性,使反响器的菌群对极小的变化比好氧系统表现得更加敏感,因此厌氧系统的启动时间较长,短的二三个月,长的达半年甚至一年之久,严重影响了工艺在污水处理中的应用。,9/16/2024,68,影响启动的主要因素,接种污泥的性质、数量与活性。,废水的性质,包括废水的组成及污染物的浓度。,环境条件,包括工艺运行的温度、值、营养配比、微量无机元素的种类与数量等。,启动运行条件,包括初始负荷、负荷的提高方法、水力停留时间及混合等。,UASB的启动与运行,9/16/2024,69,谢谢！,9/16/2024,70,