废水生物处理技术

第三章废水生物处理技术LOGO第五节厌氧生物处理一、厌氧处理的基本原理指在无氧条件下，通过厌氧微生物（或兼氧微生物）的作用，将废水中的有机物分转化为甲烷和二氧化碳的过程，又称厌氧发酵或厌氧消化。厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。主要依靠三大类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用。LOGO甲烷发酵理论先后提出了二阶段、三阶段和四阶段发酵理论。目前应用较多的仍是布赖恩特(Bryant)于1979年提出的四阶段的发酵理论：LOGO厌氧消化两阶段消化过程液化(酸化)液态污泥的pH迅速下降，转化产物中有机酸是主体气化(甲烷化)产生消化气，主体是CH4厌氧消化两阶段LOGO（1）酸发酵的目的是为进一步进行生物处理提供易生物降解的基质；（2）甲烷发酵的目的是进一步降解有机物和生产气体燃料。厌氧消化三阶段LOGO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H2，CO2乙酸化乙酸细菌乙酸甲烷化甲烷细菌CH4甲烷细菌CH4厌氧消化四阶段LOGO水解和发酵性细菌群将复杂有机物转化成有机酸：水解发酵阶段是将大分子不溶性复杂有机物在细胞外酶的作用下，水解成小分子溶解性高级脂肪酸(醇类；醛类、酮类等)，然后渗入细胞内，纤维素、淀粉等水解为单糖，再酵解为丙酮酸；将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨；脂类水解为各种低级脂肪酸和醇，例如乙酸、丙酸、丁酸、长链脂肪酸、乙醇、二氧化碳、氢、氨和硫化氢等。第一阶段：有机酸的产生LOGO微生物群落是水解、发酵性细菌群，有专性厌氧的:梭菌属(Clostridium)拟杆菌属(Bacteriodes)丁酸弧菌属(Butyrivibrio)真细菌(Eubacterium)双歧杆菌属(Bifidobacterium)革兰氏阴性杆菌兼性厌氧的有:是消耗掉污水带来的溶解氧，为专性厌氧细菌的生长创造有利条件。链球菌肠道菌此外还有真菌以及原生动物等。可统称为水解发酵菌。LOGO据研究，每mL下水污泥中含有水解、发酵性细菌108~109个，每克挥发性固体含1010~1011个，其中蛋白质水解菌有107个，纤维素水解菌有105个。LOGO产酸脱氢阶段是将第一阶段的产物降解为简单脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸等)并脱氢。奇数碳有机物还产生C02，主要产物是简单脂肪酸，C02，碳酸根HCO3-，铵盐NH4+和HS-，H+等。此阶段速率较快。微生物群落：微生物群落为产氢、产乙酸细菌；只有少数被分离出来。硫酸还原菌和其他产乙酸和氢气的细菌；第二阶段：产酸脱氢阶段LOGO第三阶段：甲烷的产生产甲烷阶段是将第二阶段的产物还原成CH4,参与作用的微生物是绝对厌氧菌(甲烷菌)。微生物：两组生理不同的专性厌氧的产甲烷菌群一组将H2和CO2合成CH4或CO和H2合成CH4；另一组将乙酸脱羧生成CH4和CO2；或利用甲酸、甲醇、及甲基胺裂解为CH4。LOGO个阶段，以产甲烷阶段的反应速度最慢，为厌氧消化的限制阶段。与好氧氧化相比，厌氧生物处理产生的污泥量远少于好氧氧化。LOGO参与厌氧反应的细菌，酸化阶段的统称产酸或酸化细菌，几乎包括所有的兼性细菌；甲烷化阶段的统称甲烷细菌，已经证实的已有80多种产甲烷菌和产酸菌的特性LOGO二、厌氧生物处理的主要影响因素一类是基础因素，包括微生物量（污泥浓度）、营养比、混合接触状况、有机负荷等；另一类是周围环境，如温度，pH、氧化还原电位、有毒物质的含量等。产甲烷菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤LOGO（1）温度产甲烷菌适宜温度是35℃～38℃（中温）和52℃～55℃（高温），各有一个最适温度。厌氧消化对温度的突变也十分敏感，要求日变化小于±2℃。温度突变幅度太大，会招致系统的停止产气。LOGO温度与消化时间关系（2）pH产甲烷菌pH值：应在6.8～7.2之间。产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pH值范围较广，在4.5-8.0之间。•在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行，产乙酸细菌和产甲烷细菌之间严格的共生关系：pH值对产甲烷菌活性的影响LOGO甲烷菌专性厌氧，且处理系统中不能含有浓度过高的SO42-，SO32-。LOGO（3）营养与环境条件废水、污泥及废料中的有机物种类繁多，只要未达到抑制浓度，都可连续进行厌氧生物处理。对生物可降解性有机物的浓度并无严格限制，但若浓度太低，比耗热量高，经济上不合算；水力停留时间短，生物污泥易流失，难以实现稳定的运行。一般要求COD大于1000mg/L。COD∶N∶P=200∶5∶1LOGO（4）毒物凡对厌氧处理过程起抑制或毒害作用的物质，都可称为毒物。LOGO四、污水的厌氧生物处理方法有代表性的厌氧生物处理工艺和设备有：普通厌氧消化池、厌氧滤池、厌氧膨胀床和流化床、上流式厌氧污床(UASB）等。LOGO（1）常规消化池或普通消化池（conventionaldigester）主要用于处理城市污水的沉淀污泥。普通消化池多建成加顶盖的筒状。污水间歇地或连续地从池顶进入，通过搅拌与池内污泥混合，进行厌氧消化。分解后的污泥从池底排出。产生的生物气从池顶收集。普通消化池需要加热，以维持高的生化速率。活性污泥浓度不高，一般5％。LOGO主要应用：A）城市污水处理厂污泥的稳定化处理；B）高浓度、难生物降解有机工业废水的处理；C）高悬浮物浓度有机废水的处理。LOGO优点：可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，消化反应和固液分离在同一个池时行，结构简单。缺点：无法保持或补充厌氧活性污泥，消化池内难以保持大量的微生物；无搅拌的消化池会出现料液分离现象，微生物不能与料液均匀接触，消化效果极差。LOGO（2）厌氧接触消化池(anaerobiccontactdigester)在常规消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，污泥浓度增至10％甚至20％左右，效率较高，同时出水中污泥的含量少，水质稳定停留时间约为1~10d。LOGO厌氧接触法的特点：1）消化池内污泥浓度较高，耐冲击能力强；2）有机负荷较高，中温消化时，水力停留时间缩短，一般小于10天；3）可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液；4）出水水质好，但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备LOGO厌氧接触消化池的主要缺点：设备大。能量消耗大。微生物流失，使消化池内微生物浓度较低。（3）厌氧滤池(anaerobicfilter,AF)反应器内全部或部分填充填料供微生物附着生长，填料有较大的比表面积和较高的孔隙度。一般为上升式，需要在过滤器后设沉淀分离装置分离生物膜。停留时间一般约0.5~3d。LOGO厌氧生物滤池的特点：1）微生物持有量较高，生物膜停留时间长，可承受的有机溶积负荷较高。2）废水与生物膜两相接触面大，有机物去除速度快；LOGO）微生物以附着生长为主，不易流失，因此不需污泥回流和搅拌设备；4）启动或停止后再启动比其他厌氧工艺时间短。主要用于高浓度有机废水，及污泥等固体废弃物处理等。LOGO（4）升流式厌氧污泥床(upflowanaerobicsludgeblanket，UASB)反应器是一个无填料的空容器，运行时污水以一定流速自下进入反应器，通过一个悬浮的污泥层，料液和污泥菌体接触反应并产生沼气小气泡，气泡托起使污泥上升，在上部有一个关键装置气—液—固三相分离器，使污泥下沉，气水分离。折流式厌氧反应器(ABR)，效率更高。LOGO最大特点是能在反应器内实现污泥颗粒化，颗粒污泥的粒径一般为0.1-0.2cm，具有良好的沉降性能和产甲烷活性。LOGO的优点：1）容积负荷率高，水力停留时间短，因为污泥可以实现污的颗粒化，使污泥床内有大量的生物存在；2）气固液的分离实现了一体化，处理能力和处理效率大为提高；3）能耗低，成体低，具有处理费用低、电耗低、投资少、占地面积小的优点；LOGO）污泥产量低，一般运行1-2年才能有剩余污泥产生，而这些污泥又是新厌氧系统运行所必需的菌种；5）能够回收生物能——沼气。LOGO沼气发酵实例农村沼气池产生的沼气成为农村重要的能源物质；大型养殖场的畜禽废水处理采用沼气发酵消除污染；高浓度的生活污水亦可采用沼气发酵技术去除有机污染物；LOGO优点（1）厌氧消化动力消耗少，运行无须搅拌和供氧，能节省大量的电力能源。（2）有机负荷高，去除率高。可以直接处理高浓度有机废水，不需要大量水稀释。BOD去除率可达90%以上，COD去除率约为70％~90％。能降解许多在好氧条件下难以降解的合成化学品。如原配类染料、偶氮染料、含氯农药等。(3)厌氧消化工艺产生大量含甲烷60％-80％的沼气，是很好的能源物质，可用于发电和家庭燃气。(4)厌氧工艺产生的剩余污泥量比好氧工艺要少得多。LOGO）技术不是很成熟；有一定的局限性；2）出水COD浓度高于好氧处理3）对有毒物质比较敏感；4）初次起动较慢，周期较长。五、好氧处理与厌氧处理的区别1）好氧处理由好氧微生物和兼性微生物起作用的；厌氧处理先是厌氧菌和兼性菌，后是另一类厌氧菌；2）好氧处理中，有机物被转化为CO2、H2O、NH3或NO2-、NO3-、PO43-、SO42-等，且基本无害，处理后废水无异臭；厌氧处理中，有机物被转化为CH4、NH3、胺化物或N2、H2S等，产物复杂，出水有异臭。3）好氧处理中，有机物分解比较彻底，释放的能量多，故有机物转化率快，在处理设备内停留的时间短，设备体积小；厌氧处理中，有机物氧化不彻底，释入的能量少，所以有机物转化速率慢，需要时间长，设备体积庞大；LOGO）好氧处理要求充分供氧，对环境条件要求不太严格；厌氧处理要求绝对厌氧的环境，对环境条件如温度、pH要求甚严。LOGO年的某一天早晨，日本濑户内海的渔民正要出海打鱼，忽然发现了一种奇妙的景象：海水在一夜之间