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保存打印关闭环保工程师专业知识一精讲班第21讲讲义厌氧生物处理工艺的发展和厌氧生物处理反应器2.4.3厌氧生物处理工艺的发展1.第一代厌氧反应工艺20世纪50年代以前开发的厌氧消化工艺常被称为第一代厌氧反应器，其典型代表是普通厌氧消化池和厌氧接触工艺。2.第二代厌氧反应工艺第二代厌氧反应工艺以提高厌氧微生物浓度和停留时间、缩短液体停留时间为目标。其典型代表有厌氧滤器、升流式厌氧污泥床、厌氧流化床、厌氧附着膜膨胀床和厌氧折板式反应器等。与第一代厌氧工艺相比，第二代工艺更加注重对系统环境条件的控制，反应器中通常增加了温控设施和搅拌装置，通过不同的运行方式在反应器内保持很高浓度的生物量。3.第三代厌氧反应工艺由于第二代厌氧反应工艺存在着一定的缺点，出现了第三代厌氧反应器，其共同特点是：微生物以颗粒污泥固定化方式存在于反应器中，反应器单位容积的生物量更高，能承受更高的水力负荷，并具有较高的有机污染物净化效能，具有较大的高径比，占地面积小等。其典型工艺有：厌氧膨胀颗粒污泥床、厌氧内循环反应器、升流式厌氧污泥床过滤器等。2.4.4厌氧生物处理反应器1.厌氧接触法普通消化池具有不能保留或补充厌氧活性污泥的缺点，为了克服这个缺点，在消化池后设沉淀池，将沉淀污水回流至消化池，形成了厌氧接触法。在机械或水力或压缩沼气的搅拌下，消化池内呈完全混合状态。该系统既使污泥不流失、出水水质稳定，又可提高消化池内污泥浓度，从而提高了设备的有机负荷和处理效率。然而，从消化池排出的混合液在沉淀池中进行固液分离有一定的困难。为了提高沉淀池中混合液的固液分离效果，要进行脱气，沉淀采用较多的是真空脱气装置。厌氧接触法具有如下特点：⑴耐冲击能力强；⑵消化池的容积负荷较普通消化池大大缩短；⑶可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液；⑷出水的水质好，但需增加沉淀池、污泥回流和脱气设备；⑸混合液难于在沉淀池中进行固液分离，污泥中脱气不彻底。2.两相厌氧消化工艺两相厌氧消化工艺实现了生物相的分离，使产酸相和产甲烷相成为两个独立的处理单元以便于分别调控，确保发挥两大类微生物各自优势所需的条件，大幅度提高了废水处理能力和反应器的运行稳定性，又进一步提高了厌氧法处理废水的能力和范围。两相厌氧消化工艺的主要特征是：⑴产酸相反应器可以在高的负荷下运行，产甲烷相反应器也在最佳的工作状态下运行，两相厌氧工艺总体负荷比单相工艺有明显提高。⑵两相厌氧消化工艺运行相对稳定，承受冲击负荷的能力强。⑶当污水中含有大量硫酸盐等抑制物时，可以通过在两相反应器中间增设硫化氢等有害物质脱除装置，降低产甲烷菌受抑制的程度。⑷工艺系统相对复杂。3.厌氧生物滤池厌氧生物滤池的构造类似于一般的生物滤池，池内放置滤料，但池顶密封，产生的沼气聚焦在池顶部罩内，并从顶部引出。处理水所挟带的生物膜，一般在滤后高沉淀池分离。按水流方向，厌氧生物滤池可分为升流式、降流式和升流式混合型。填料是厌氧生物滤池的主要部分，其选择对滤池的运行有着重要的影响，影响因素主要有材质、粒度、表面性质、比表面积和空隙率等。工程中，设计的填料堆积高度一般控制在2m左右。升流式厌氧生物滤池中，生物量除大部分以生物膜的形式附在滤料表面，还有少部分以厌氧活性污泥的形式存在于滤料间隙中，其生物总量比降流式高，因此效率高，但是升流式厌氧生物滤池底部易于堵塞，污泥浓度沿深度分布不均，而降流式堵塞则较轻。厌氧生物滤池的主要优点是：微生物浓度较高，因此能承受较高的有机负荷及冲击负荷，不需搅拌和回流污泥，设备简单，操作方便，能耗低，启动时间短，泥龄长，水力停留时间较短，反应器的体积小。4.升流式厌氧污泥床反应器简称UASB反应器，是一种悬浮生长型的消化器，由反应区、沉淀区和气室三部分组成。在反应器底部是浓度较高的污泥层，称为污泥床，在污泥床上部是浓度较低的悬浮污泥层，通常把污泥层和悬浮层称为反应区，在反应区上部设有气、液、固三相分离器。⑴污泥床污泥床位于整个反应器的底部，污泥床内具有很高的污泥生物量，由于污泥层中的污泥量比悬浮层大，底物浓度高，酶的活性也高，有机物的代谢速度较快，因此，大部分有机物在污泥层被去除。⑵污泥悬浮层污泥悬浮层位于污泥床的上部，由高度絮凝的污泥组成，一般为非颗粒状污泥，其沉速要明显小于颗粒污泥的沉速，靠来自污泥床中上升的气泡使此层污泥得到良好的混合。这一层污泥担负着整个反应器有机物降解量的10％～30％左右。⑶沉淀区位于反应器的顶部，作用是使得由于水流的挟带作用而随上升水流进入出水区的固体颗粒在沉淀区沉淀下来，并沿沉淀区底部的斜壁滑下而重新回到反应区内，以保证反应器中的污泥不至于流失，保证了污泥床中污泥的浓度。⑷三相分离器一般设在沉淀区的下部，但有时也可将其设在反应器的顶部，其主要作用是将气、固、液三相加以分离，将沼气引入集气室，将处理出水引入出水区，将固体颗粒导入反应区。升流式厌氧污泥床的混合是靠上流的水流和消化过程中产生的沼气气泡来完成的。因此，一般采用多点进水，使进水较均匀地分布在污泥床的断面上。常采用穿孔管布水和脉冲进水。该反应器的特点是：⑴反应器内污泥浓度高；⑵有机负荷高，水力停留时间短，中温消化；⑶反应器内设三相分离器，一般无污泥回流设备；⑷无混合搅拌设备；⑸污泥床内不填载体，节省造价。缺点：反应器内有短流的现象，影响处理能力，运行启动时间长，对水质和负荷突然变化比较敏感。5.厌氧膨胀颗粒污泥床是对UASB反应器的改进，运行中维持高的上升流速，因此反应器中的颗粒污泥处于膨胀悬浮状态，从而保证了进水与污泥颗粒的充分接触，运行效果较好。该反应器常采用较大的高径比和回流比，其中高径比可达20以上。厌氧膨胀颗粒污泥床具有以下特征：⑴具有出水回流系统，对于超高浓度或含有难降解或有毒有机物的废水，出水回流可以稀释进水有机物的浓度，降低难降解有机物或有毒有机物对微生物的抑制；⑵在高负荷条件下能取得较好的处理效果；⑶反应器内颗粒污泥粒径大，抗冲击负荷能力强；⑷混合程度高，可有效地解决短流和反应死角的问题；⑸占地面积小。6.厌氧内循环反应器构造上由第一反应室和第二反应室叠加而成，如同两个UASB反应器的上下重叠串联。进水由反应器底部进入第一反应室，与厌氧颗粒污泥均匀混合。大部分有机物在这里被转化成沼气，并且被第一反应室的集气罩收集进入升流管，使升流管内的液体持气率增加，密度降低，在管内外液体形成的密度差的作用下，第一反应室的混合液升至反应器顶的气液分离器，被分离出的沼气从气液分离器顶部的导管排走，分离出的泥水混合液同样在液体密度差作用下，沿着回流管返回到第一反应室的底部。经过第一反应室处理过的废水，会自动地进入第二反应室，废水中的剩余有机物可被第二反应室内的厌氧颗粒污泥进一步降解，使废水得到更好的净化；产生的沼气由第二反应室的集气罩收集，通过集气管进入气液分离器，泥水混合液在沉淀区进行固液分离，上清液由出水管排走，沉淀的颗粒污泥可自动返回第二反应室，这样污水就完成了处理过程。该反应器的主要特征是：⑴反应器具有很高的容积负荷率；⑵占地面积省，可降低基建投资；⑶耐冲击负荷；⑷处理的稳定性好，出水的水质较好。7.厌氧膨胀床和厌氧流化床两种装置都是填有比表面积很大的惰性载体颗粒的厌氧生物处理反应器，待处理废水从反应器的底部进入，向上流动，床内载体附着生长的微生物与进水混合进行生化反应，处理后的水由上部排出。为了保证填料的流化状态，厌氧膨胀床或厌氧流化床的一部分出水回流，以提高床内水流的上升速度，使载体颗粒在整个反应器内均匀分布，增强传质效果。厌氧膨胀床床体内载体在运行中略有松动，载体间孔隙增加但保持互相接触，当床体内上升流速增大到可以使得载体在床内自由运动时，即为厌氧流化床。工艺特点是：⑴可以承受较大的有机负荷，水力停留时间短，耐冲击负荷，运行稳定。⑵颗粒载体处于流化状态，可以消除反应死角和固定床中常产生的沟流、堵塞等问题。⑶不需要回流污泥，泥龄长，剩余污泥量少。⑷适用的处理对象广。⑸能耗较高，系统设计及运行管理要求高。 水解酸化-好氧生物处理工艺和厌氧消化设备的运行管理2.4.5水解酸化-好氧生物处理工艺 1.水解酸化-好氧处理工艺的原理水解酸化-好氧生物处理技术已成功地用于中等污染浓度的有机废水的处理中，也成功地用于城市污水等低浓度有机污水的处理中。好氧工艺可以采用目前各种类型好氧生物系统，如SBR系统、氧化沟、曝气生物滤池、好氧接触氧化池等，水解酸化池前要有预处理措施，包括粗、细格栅和沉砂池等，以防止堵塞水解酸化池布水系统。本组合工艺中沉砂池一般不用曝气沉砂池，宜选用旋流式沉砂池，以便为后续的水解酸化工艺创造比较好的环境条件。二沉池排出的剩余污泥进入水解酸化池，并定期从悬浮污泥层排放剩余污泥，经浓缩与机械脱水后外运。2.水解酸化-好氧处理工艺的技术特征⑴污水经水解酸化过程处理后，可生化性提高，使得后续好氧生物处理的难度减小，好的水力停留时间可以缩短。⑵耐进水冲击负荷能力强。⑶对于城市污水，水解酸化过程可大幅度地去除废水中悬浮物或有机物，减轻后续好氧处理工艺负担。⑷水解酸化-好氧工艺所产生的剩余污泥，必要时可回流至水解酸化段，一方面可以增加水解酸化段的污泥浓度，另一方面可以降低整个工艺的产泥量，并提高剩余污泥的稳定性。⑸水解酸化设施在处理城市污水时，常用作初沉池，一池多用。⑹水解酸化阶段的微生物多为兼性菌，种类多，生长快，对环境条件适应性强，要求的环境条件宽松，易于管理和控制。由于该工艺具有以上特点，所以不仅适用于易生物降解的城市污水处理，同时也适合于含有难生物降解有机物的工业废水的城市污水的处理，以及一些有机工业废水的处理。3.水解酸化池的结构水解酸化池主要包括以下几个部分：⑴池体一般为矩形或圆形，水解酸化池的经济高度一般为4～6m之间，另外，可以对水解酸化池进行分格，分格后，每一单元尺寸减少，可提高配水的均匀性，同时有利于维护和检修。⑵配水系统常用的配水方式有：一管一孔布水、一管多孔配水方式、分枝式配水方式。⑶出水收集装置水解酸化池的出水可以采用设于池水表面三角出水堰进行收集⑷排泥系统当水解酸化池内污泥达到一定高度后应进行排泥，排泥的高度的设定应考虑排出低活性的污泥，保留高活性的污泥，通常污泥的排放点设在污泥区的中上部，可采用定时排泥方式，每日排泥一至二次。4..水解酸化-好氧处理工艺设计参数由于城市污水和工业废水的性质不同，所以其水解酸化池的设计参数和好氧池的工业设计参数有所不同，应了解各工艺设计参数。2.4.6厌氧消化设备的运行管理1.厌氧设备的启动厌氧设备在进入正常运行之前应进行污泥的培养和驯化。启动的初始有机负荷因工艺类型、废水性质和温度等的工艺条件以及接种污泥的性质不同而不同。常常取较低的初始负荷，继而通过逐步增加负荷而完成启动。当进水量达到要求，并取得较高的处理效率，产气量大，而且含甲烷成分较高的时候，可以认为启动基本结束。2.厌氧反应器运行中的欠平衡现象及其原因厌氧消化作用过程中欠平衡的原因较多，如：有机负荷过高，进水pH值过低或过高，碱度过低，缓冲能力差，有毒物质抑制，反应温度急剧波动，池内有溶解氧及氧化剂存在等。当检测到系统处于欠平衡状态时，应立即控制并加以纠正，以避免欠平衡状态进一步发展到消化作用停止的程度。3.运行管理中的安全要求安全问题在运行管理中非常重要，沼气中的甲烷比空气轻，而且非常易燃，当空气中甲烷含量为5％～15％时，遇火即发生爆炸。因此，消化池，贮气罐、沼气管道及其附属设备等沼气系统，都应绝对密封，无沼气漏出。 保存打印关闭 保存打印关闭环保工程师专业知识一精讲班第22讲讲义污泥处理与处置2.5污泥处理与处置 在城市污水和工业废水处理过程中，不可避免地产生一定量的污泥，可以用泵输送，但是很难通过沉降进行固液分离。污泥一般含有有机物、病菌等，若不加处理随意堆放，将对周围环境造成污染。2.5.1污泥的分类及基本特性1.污泥的分类⑴按污水的来源特征，可分为生活污水污泥和工业废水污泥。⑵按污水的成分和特征，可分为有机污泥、无机污泥、亲水性污泥和疏水性污泥。⑶按污泥处理的不