6厌氧生物处理工艺

污染防治设施运行管理四、废水厌氧生物处理工艺厌氧生物处理原理厌氧生物处理工艺特征上流式厌氧污泥床反应器及其运行管理水解－好氧生物处理工艺及其运行管理厌氧生物处理原理含可溶性、不溶性碳水化合物、脂肪、蛋白质的废水水解阶段溶解性单体（糖、氨基酸）发酵阶段H2、CO2、有机酸乙酸、丙酸、丁酸、乳酸和乙醇产氢产乙酸阶段H2、CO2、乙酸产甲烷阶段CH4、CO2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；可间歇运行；负荷高，占地省；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；厌氧生物处理的主要特征主要缺点：设备启动和处理时间长；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。好氧生物降解与厌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:100:5:1200:5:1最终产物:H2O、CO2CH4、H2O、CO2基建费用:较低较高运行费用:较高较低、回收能源厌氧生物处理工艺早期处理工艺：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。现代高速厌氧反应器：70年代后发展起来的用于处理高浓度有机废水的厌氧接触法、厌氧滤池、上流式厌氧污泥层（床）反应器、厌氧流化床、厌氧附着膜膨胀床、厌氧生物转盘、挡板式厌氧反应器。新型厌氧反应器：90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。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）LAG6%HYBR4%FB2%EGSB11%CSTR10%AF8%UASB59%国内厌氧反应器的应用（共219个项目）UASB58%全混29%AF+UASB1%UBF1%AF1%其它10%上流式厌氧污泥床(UASB)反应器UpflowAnaerobicSludgeBedReactor,简称UASB反应器；70年代，荷兰1、UASB反应器的工作原理与构造(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升流式厌氧污泥床有反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥层，污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。5、UASB反应器的工程实例（1）北京啤酒厂5、UASB反应器的工程实例（2）驻马店华中制药厂武汉欧联的UASBIC反应器构造的特点是具有很大的高径比，一般可达４－８，反应器的高度达到20m左右。整个反应器由第一厌氧反应室和第二氧反应室叠加而成。每个厌氧反应室的顶部各设一个气、固、液三相分离器。第一级三相分离器主要分离沼气和水，第二级三相分离器主要分离污泥和水，进水和回流污泥在第一厌氧反应室进行混合。第一反应室有很大的去除有机能力，进入第二厌氧反应室的废水可继续进行处理。去除废水中的剩余有机物，提高出水水质。EGSB反应器实质上是固体流态化技术在有机废水生物处理领域的具体应用。EGSB反应器的工作区为流态化的初期，即膨胀阶段（容积膨胀率约为10-30%），在此条件下，进水流速较低，一方面可保证进水基质与污泥颗粒的充分接触和混合，加速生化反应进程，另一方面有利于减轻或消静态床（如UASB)中常见的底部负荷过重的状况,增加反应器对有机负荷,特别是对毒性物质的承受能力。1）进水配水系统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——脉冲式布水北京市环科院应用于房亭酒厂的实例UASB反应器的布水装置——一管多孔配水系统UASB反应器的布水装置——一管多孔配水系统进水配水系统三相分离器UASB反应器的布水装置——分枝式配水系统UASB反应器的布水装置——一管一孔配水系统2）三相分离器三相分离器的基本构造三相分离器的布置形式UASB反应器中的三相分离器UASB反应器的三相分离器——PAQUESUASB反应器的三相分离器——BIOTHANE3）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排入下水道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2、UASB反应器的工艺特征：设置了气、固、液三相分离器；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。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。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。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4、UASB反应器中的颗粒污泥（核心）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1mm,一般为0.1~2mm，最大可达3~5mm；颜色多为黑色、灰色、灰白色，其它还有淡黄色、暗绿色、红色等；2）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1~4×1012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、Ca2+等对于颗粒的稳定性有着重要的作用。高温颗粒污泥中温颗粒污泥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，好氧活性污泥等；接种量为6~8kgVSS/m3（反应器有效容积）；②水力上升流速0.4~1.0m/h，产生水力分级作用，淘汰絮状污泥和分散的细小污泥；③第一阶段（启动与污泥活性提高阶段）：污泥负荷应低于0.1~0.2kgCOD/kgTS.d，有机负荷应小于2kgCOD/m3.d，运行时间约需1~1.5个月；第二阶段（颗粒污泥形成阶段）：有机负荷一般控制在2~5kgCOD/(m3·d)，污泥负荷为0.2~0.4kgCOD/(kgTS·d)，运行时间约需1~1.5个月；第三阶段（污泥床形成阶段）：有机负荷大于5kgCOD/(m3·d)。④溶解性COD去除率大于80%时，应及时提高负荷；进水浓度过高时，可回流或稀释；6、UASB反应器的投产启动和颗粒污泥的培养颗粒污泥形成初期时的扫描电镜照片（运行第77天）颗粒污泥基本成熟后的扫描电镜照片（运行第120天）颗粒污泥成熟后的扫描电镜照片（运行180天）7、UASB反应器运行管理（1）进水营养比的控制（2）进水中悬浮固体的控制（3）有毒有害物质（4）温度的控制（5）碱度与挥发酸浓度的控制（6）沼气产量及其组分每日应对以下指标进行监测：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。水解（酸化）－好氧生物处理工艺从原理上讲，水解（酸化）是厌氧消化过程的第一、二两个阶段。但水解（酸化）－好氧处理工艺中的水解（酸化）段和厌氧消化的目标不同，因此是两种不同的处理方法。水解（酸化）处理系统中的水解（酸化）段的目的，对于城市污水是将原水中的非溶解态有机物截留并逐步转变为溶解态有机物；对于工业废水处理，主要将其中难生物降解物质转变为易生物降解物质，提高废水可生化性，以利于后续的好氧生物处理。两相厌氧消化中的产酸段是将混合厌氧消化中的产酸段与产甲烷段分开，以便形成各自的最佳环境。（污泥消化）水解－好氧生物处理工艺的特点1、水解池与厌氧UASB工艺启动方式不同水解池的启动采用动力学控制措施，通过调整水力停留时间，利用水解细菌、产酸菌与甲烷菌生长速度不同，利用水的流动造成甲烷菌在反应器中难于繁殖的条件。甲烷细菌生长缓慢的原因，是它可利用的底物很少，只能利用很简单的物质，如CO2、H2、甲酸、乙酸和甲基胺等。这些简单物质必须由其它发酵性细菌，把复杂有机物分解后提供给甲烷细菌，所以甲烷细菌一定要等到其它细菌都大量生长后才能生长。同时甲烷细菌世代时间也长，有的细菌20分钟繁殖一代，甲烷细菌需几天乃至几十天才能繁殖一代。采用城市污水直接培养成熟的水解污泥外观呈黑色，结构密实。污泥中杂质较多，VSS/MLSS底部为57.5%，上部为55.1%。污泥层的平均污泥浓度为15g/L，污泥层在2.5～3.5m之间。在高倍显微镜下发现细菌的形态以长短杆菌为主。系统中微生物主要是兼性微生物。水解－好氧生物处理工艺的特点2、水解池可取代初沉池在停留时间相当的情况下，水解池对悬浮物的去除率显著高于初沉池，平均出水SS只有50mg/L，其COD、BOD5、蛔虫卵的去除率也显著地高于初沉池。因初沉池的去除率受水质影响较大，出水水质波动范围较大，而水解池出水水质比较稳定。3、较好的抗有机负荷冲击能力4、可改变污水中有机物形态及性质，有利于后续好氧处理一般城市污水可沉COD占总COD的50%左右，经水解处理后基本上去除了可沉性COD，所以水解工艺适用于污水中含悬浮状COD比例较高的废水。在运转中经常出现水解池出水溶解性COD、BOD值高于进水的情况，这说明反应中有相当数量的不溶性有机物溶解于水中，在10～20℃条件下去除悬浮物有48%发生水解。水解－好氧生物处理工艺的特点5、在低温下仍有较好的去除效果水解池即使在最低水温（10℃）时仍可稳定运行。水解反应器之所以在低温条件如此高的去除率，因为水解池属于升流式污泥床反应器，这种反应器能保持有大量的水解活性污泥，污泥平均浓度达到15g/L，由于生物量大，所以可以补偿由于温度造成的不利影响。从工艺特点上讲，大量水解活性污泥形成的污泥层，在有机物通过时将其吸附截留，这延长了污染物在池内的停留时间，从而保证了去除率。6、可以同时达到对剩余污泥的稳定水解池中污泥的水解率可高达50%，排出系统污泥量比初沉池－消化池联合系统低30%。同时水解污泥沉降性能优于初沉污泥和曝气池污泥。在浓缩8～12h下，水解污泥的含水率可从98.5%降到90%