水处理讲义152

第十五章厌氧生物处理工艺第四节现代高速厌氧生物反应器厌氧消化技术发展上的第三个时期；1955年，Schroepter提出了厌氧接触法，主要是在参考好氧活性污泥法的基础上，在高速消化池之后增设二沉池和污泥回流系统，并将其应用于有机废水的处理；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。随后又相继出现了厌氧生物滤池AF(AnaerobicFilter)、上流式厌氧污泥床反应器UASB(UpflowAnaerobicSludgeBlanket)、厌氧附着膜膨胀床反应器AAFEB(AnaerobicAttachedFilmExpandedBed)、厌氧流化床AFB(AnaerobicFluidizedBed)等高效厌氧反应器，在这些厌氧反应器中，主要具有如下特点：微生物不呈悬浮生长状态，而是呈附着生长；有机容积负荷大大提高，水力停留时间显著缩短；首先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；也有应用于城市废水的处理；如果与好氧生物处理工艺进行串联或组合，还可以同时实现脱氮和除磷；并对含有难降解有机物的工业废水具有较好的处理效果。一、厌氧接触法（AnaerobicContactProcess）1、工艺流程与特点从上述的工艺流程图中可看出，厌氧接触法工艺的最大的特点是污泥回流，由于增加了污泥回流，就使得消化池的HRT与SRT得以分离，即整个系统的污泥龄可以用下式进行计算：WwewcXQXQQVX)(在厌氧生物处理工艺中，由于厌氧细菌生长缓慢，基本可以作到不从系统中排放剩余污泥，则Qw=0，则有：eecXXHRTQXVX对于普通高速厌氧消化池，由于其Xe=X，所以其c=HRT，因此在中温条件下，为了满足产甲烷菌的生长繁殖，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XXe，所以HRTSRT；而且X越大，Xe越小，则HRT可以越短。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5~10gVSS/l，抗冲击负荷能力强；②有机容积负荷高，中温时，COD负荷1~6kgCOD/m3.d，去除率为70~80%；BOD负荷0.5~2.5kgBOD/m3.d，去除率80~90%；③出水水质较好；④增加了沉淀池、污泥回流系统、真空脱气设备，流程较复杂；⑤适合于处理悬浮物和有机物浓度均很高的废水。在厌氧接触法工艺中，最大的问题是污泥的沉淀，因为厌氧污泥上一般总是附着有小的气泡，且由于污泥在二沉池中还具有活性，还会继续产生沼气，有可能导致已下沉的污泥上浮。因此，必须采用有效的改进措施，主要有以下两种，即：①真空脱气设备（真空度为500mmH2O）；②增加热交换器，使污泥骤冷，暂时抑制厌氧污泥的活性。2、工艺计算与设计消化池容积的计算：有机容积负荷法：vCODiLSQVvCODL——有机容积负荷，dmkgCOD3/。3、应用实例①美国：HRT=12~13h，X=7~12g/l，SRT=3.6~6d，Lv=2.5dmkgBOD35/②日本：T=52C，CODi=11~12g/l，CODe=2100~2700mg/l，V=3000m3；③我国：南阳酒精厂Lv=9~12dmkgCOD3/，CODE=~83%，BODE=87%，HRT=4~4.5d，CODi=50~54g/l，BODi=26~34g/l二、厌氧生物滤池1、工艺特征与主要型式60年代末，美国的Young和McCarty首先开发出厌氧生物滤池；1972年以后，一批生产规模的厌氧生物滤池投入运行，它们所处理的废水的COD浓度范围较宽，约在300~85000mg/l之间，处理效果良好，运行管理方便；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悬浮生长的厌氧微生物，废水通过滤料层向上流动或向下流动时，废水中的有机物被截留、吸附及分解转化为甲烷和二氧化碳等。根据废水在厌氧生物滤池中的流向的不同，可分为升流式厌氧生物滤池、降流式厌氧生物滤池和升流式混合型厌氧生物滤池等三种形式，即分别如下图所示：从工艺运行的角度，厌氧生物滤池具有以下特点：①厌氧生物滤池中的厌氧生物膜的厚度约为1~4mm；②与好氧生物滤池一样，其生物固体浓度沿滤料层高度而有变化；③降流式较升流式厌氧生物滤池中的生物固体浓度的分布更均匀；④厌氧生物滤池适合于处理多种类型、浓度的有机废水，其有机负荷为0.2~16kgCOD/m3.d；⑤当进水COD浓度过高(8000或12000mg/l)时，应采用出水回流的措施：减少碱度的要求；降低进水COD浓度；增大进水流量，改善进水分布条件。与传统的厌氧生物处理工艺相比，厌氧滤池的突出优点是：①生物固体浓度高，有机负荷高；②SRT长，可缩短HRT，耐冲击负荷能力强；③启动时间较短，停止运行后的再启动也较容易；④无需回流污泥，运行管理方便；⑤运行稳定性较好。而主要缺点是易堵塞，会给运行造成困难。2、厌氧生物滤池的组成厌氧生物滤池主要由以下几个重要部分组成的，即：滤料、布水系统、沼气收集系统。分述如下：1)滤料：滤料是厌氧生物滤池的主体，其主要作用是提供微生物附着生长的表面及悬浮生长的空间，因此，应具备下列条件：①比表面积大，以利于增加厌氧生物滤池中的生物量；②孔隙率高，以截留并保持大量悬浮微生物，同时也可防止堵塞；③表面粗糙度较大，以利于厌氧细菌附着生长；④其它方面，如：机械强度高；化学和生物学稳定性好；质量轻；价格低廉等。很多研究者对多种不同的滤料进行过研究，但所得出的结论也不尽相同，如有人认为滤料的孔隙率更重要，即他们认为厌氧生物滤池中是悬浮细菌所起的作用更大；也有人认为滤料最重要的特性是：粗糙度、孔隙率以及孔隙大小。在厌氧滤池中经常使用的滤料由多种，可以简单分为如下几种：①实心块状滤料：30~45mm的碎块；比表面积和孔隙率都较小，分别为40~50m2/m3和50~60%；这样的厌氧生物滤池中的生物浓度较低，有机负荷也低，仅为3~6kgCOD/m3.d；易发生局部堵塞，产生短流。②空心块状滤料：多用塑料制成，呈圆柱形或球形，内部有不同形状和大小的孔隙；比表面积和孔隙率都较大。③管流型滤料：包括塑料波纹板和蜂窝填料等；比表面积为100~200m2/m3，孔隙率可达80~90%；有机负荷可达5~15kgCOD/m3.d。④交叉流型滤料：⑤纤维滤料：包括软性尼龙纤维滤料、半软性聚乙烯、聚丙烯滤料、弹性聚苯乙烯填料；比表面积和孔隙率都较大；偶有纤维结团现象；价格较低，应用普遍。2)布水系统：在厌氧生物滤池中布水系统的作用是将进水均匀分配于全池，因此在设计计算时，应特别注意孔口的大小和流速。与好氧生物滤池不同的是，因为需要收集所产生的沼气，厌氧生物滤池多是封闭式的，即其内部的水位应高于滤料层，将滤料层完全淹没。其中升流式厌氧生物滤池的布水系统应设置在滤池底部，这种形式在实际应用中较为广泛，一般滤池的直径为6~26m，高为3~13m；而降流式厌氧生物滤池的水流方向正好与之相反；升流式混合型厌氧生物滤池的特点是减小了滤料层的厚度，留出了一定空间，以便悬浮状态的颗粒污泥在其中生长和累积。3)沼气收集系统：厌氧生物滤池的沼气收集系统基本与厌氧消化池的类似。3、厌氧生物滤池的工艺计算与设计厌氧生物滤池的工艺计算与设计的主要内容包括：①滤料的选择；②滤料体积的计算；③布水系统的设计；④沼气系统的设计等。但目前尚无定型的设计计算程序，所以本文中仅主要介绍滤料体积的计算方法和某些关键设计参数的选取。1)滤料体积的计算：滤料体积的计算方法仍以有机负荷法为主，即：V=Q（Si–Se）/LvCOD其中LvCOD为有机容积负荷，一般为0.5~12kgCOD/m3.d；需要根据具体的废水水质以及经验数据或直接的小试试验结果最终决定。2)常用设计参数：一般来说，厌氧生物滤池的有机容积去除负荷可达0.5~12kgCOD/m3.d；有机物去除率可达60~95%；一般采用的滤料层的高度为2~5m；相邻进水孔口距离——1~2m（不大于2m）；污泥排放口距离——不大于3m。3)出水水质关于Se：Se取决于对处理后出水的水质要求；Se还取决于厌氧生物滤池一般能达到的有机物去除率；Se还取决于所采用的有机负荷的高低。4)关于有机容积负荷，其影响因素主要有：废水水质，包括有机物的种类和浓度；滤料性质；温度；其它，如：pH值、营养物、有毒物质浓度等。一般，当废水性质较特殊，无可靠资料可借鉴时，应通过小试或中试试验结果来确定。4、厌氧生物滤池的应用实例厌氧生物滤池在美、加已被广泛应用；处理对象包括多种不同类型的废水，如生活污水及COD为3000~24000mg/l的各种工业废水；处理规模也大小不等，最大的厌氧生物滤池为12500m3；COD的去除率在61~94%之间；有机负荷为0.1~15kgCOD/m3.d。三、升流式厌氧污泥层(床)(UASB)反应器UASB反应器的英文全称为UpflowAnaerobicSludgeBlanket(Bed)Reactor,中文为上（升）流式厌氧污泥床（层）反应器，是由荷兰Wageningen农业大学的GatzeLettinga教授于上世纪70年代初开发出来的。1、UASB反应器的基本原理与特征UASB反应器的工作原理可用下图表示：从上图中可以看出，UASB反应器具有如下的主要工艺特征：①在反应器的上部设置了气、固、液三相分离器；②在反应器底部设置了均匀布水系统；③反应器内的污泥能形成颗粒污泥，所谓的颗粒污泥的特点是：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。上述工艺特征使得UASB反应器与前面已经述及的两种厌氧工艺——厌氧接触法以及厌氧生物滤池相比，具有如下的主要特点：①污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度50gVSS/l以上，污泥龄一般为30天以上；②反应器的水力停留时间相应较短；③反应器具有很高的容积负荷；④不仅适合于处理高、中浓度的有机工业废水，也适合于处理低浓度的城市污水；⑤UASB反应器集生物反应和沉淀分离于一体，结构紧凑；⑥无需设置填料，节省了费用，提高了容积利用率；⑦一般也无需设置搅拌设备，上升水流和沼气产生的上升气流起到搅拌的作用；⑧构造简单，操作运行方便。2、UASB反应器的组成UASB反应器的主要组成部分包括：进水配水系统、反应区、三相分离器、出水系统、气室、浮渣收集系统、排泥系统等，下面将分别叙述：1)进水配水系统：其功能主要有两个方面：①将废水均匀地分配到整个反应器的底部；②水力搅拌；一个有效的进水配水系统是保证UASB反应器高效运行的关键之一。2)反应区：反应区是UASB反应器中生化反应发生的主要场所，又分为污泥床区和污泥悬浮区，其中的污泥床区主要集中了大部分高活性的颗粒污泥，是有机物的主要降解场所；而污泥悬浮区则是絮状污泥集中的区域。3)三相分离器：三相分离器由沉淀区、回流缝和气封等组成；其主要功能有：①将气体(沼气)、固体(污泥)、和液体(出水)分开；②保证出水水质；③保证反应器内污泥量；④有利于污泥颗粒化。4)出水系统：出水系统的主要作用是将经过沉淀区后的出水均匀收集，并排出反应器。5)气室：气室也称集气罩，其主要作用是收集沼气。6)浮渣收集系统：浮渣收集系统的主要功能是清除沉淀区液面和气室液面的浮渣。7)排泥系统：排泥系统的主要功能是均匀地排除反应器内的剩余污泥。3、UASB反应器的型式一般来说，UASB反应器主要有两种型式，即开敞式UASB反应器和封闭式UASB反应器，分述如下。1)开敞式UASB反应器开敞式UASB反应器的顶部不加密封，或仅加一层不太密封的盖板；多用于处理中低浓度的有机废水；其构造较简单，易于施工安装和维修。2)封闭式UASB反应器封闭式UASB反应器的顶部加盖密封，这样在UASB反应器内的液面与池顶之间形成气室；主要适用于高浓度