1、1,主要內(nèi)容,第一節(jié)：厭氧生物處理的基本原理 第二節(jié) 厭氧顆粒污泥的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 第三節(jié) 污泥顆粒化的形成機(jī)理 第四節(jié) IC反應(yīng)器顆粒污泥的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),2,第一節(jié)：厭氧生物處理的基本原理,廢水厭氧生物處理是指在無分子氧條件下通過厭氧微生物 (包括兼氧微生物）的作用，將廢水中的各種復(fù)雜有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程，也稱為厭氧消化(anaerobic digestion) 。 與好氧過程的根本區(qū)別：不以分子態(tài)氧作為受氫體，而以化合態(tài)氧、碳、硫、氮等作為受氫體。 厭氧生物處理是一個(gè)復(fù)雜的微生物化學(xué)過程，依靠四大主要類群的細(xì)菌，即水解發(fā)酵菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌、同型產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌的聯(lián)合作用

2、完成。,3,4,厭氧過程可分為三階段：,5,6,在厭氧生物處理技術(shù)中，研究甲烷細(xì)菌的共性是很重要的，這樣可以最大限度地縮短處理時(shí)間。 影響甲烷細(xì)菌生長(zhǎng)重要環(huán)境因素：pH值和溫度。 PH值應(yīng)在6575，大部分甲烷菌的最適溫度在30一40之間。 產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌之間嚴(yán)格的共生關(guān)系： 甲烷細(xì)菌是專性厭氧的 與產(chǎn)酸菌相比甲烷茵對(duì)溫度、pH值、有毒物質(zhì)等更為敏感。,因此有人提出，考 慮到這種共生關(guān)系，反應(yīng)器中的剪切力要注意控制，不能在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行連續(xù)的劇烈攪拌,甲 烷 菌,7,第二節(jié) 厭氧顆粒污泥的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),顆粒污泥是厭氧微生物在不依賴惰性載體的情況下，依靠自我固定化，形成的一種結(jié)構(gòu)緊密的污泥聚集

3、體，它是一個(gè)具有自我平衡的微生物系統(tǒng)。 表觀形狀 物理化學(xué)特性 顆粒結(jié)構(gòu) 顆粒污泥特點(diǎn),8,表觀形狀,顆粒污泥多種多樣，在不同基質(zhì)中或不同操作條件下，培養(yǎng)出的顆粒污泥在外型、組成菌群、密實(shí)程度等方面有所不同。 大?。撼跗?，顆粒較小，通常直徑在0.120.14mm成熟后，直徑一般在0.21.5mm之間，大部分在0.8mm以上，最大可達(dá)7mm 顏色：通常是黑色或灰色，取決于處理?xiàng)l件，特別是與Fe，Ni，Co等金屬的硫化物有關(guān) 形態(tài)：不同溫度下有所差異，常溫顆粒污泥表面較光滑，有孔隙，污泥表面菌體排列較緊密，菌體較飽滿，顆粒污泥中心有明顯的空洞。,物理特征：主要是沉降性能，隨著直徑的增大，沉降速度隨

4、之增大。 化學(xué)特征：主要元素為C,H,N，其比例大致為4050，7，10 ,微量元素為P，S，Ni，F(xiàn)e，Zn，Co，Ca等，其中Fe和Ca的含量最大。 顆粒污泥的干重(TSS)是揮發(fā)性懸浮物(VSS)與灰分(ASH)之和。一般顆粒污泥灰分含量為8.855，成熟顆粒污泥通常VSS與SS比值在0.9左右,物理化學(xué)特性,10,顆粒結(jié)構(gòu),Macleod等給出了一個(gè)較為典型的厭氧顆粒污泥結(jié)構(gòu)模型: 甲烷髦毛菌構(gòu)成厭氧顆粒污泥的內(nèi)核，在厭氧化過程中提供了很好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。甲烷髦毛菌所需的乙酸是由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌等產(chǎn)乙酸菌提供，丙酸丁酸分解物中的高濃度氫促進(jìn)了氫營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌的生長(zhǎng)，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和氫營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌構(gòu)成厭

5、氧顆粒污泥的第二層。厭氧污泥的最外層由產(chǎn)酸菌和氫營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌構(gòu)成。模型如圖,11,共生或互生體系，有利于形成適合細(xì)菌生長(zhǎng)的生理生化條件； 有利于細(xì)菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收，增強(qiáng)了微生物活性 ； 使發(fā)酵中間產(chǎn)物與產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌之間的距離大大縮短，強(qiáng)化了厭氧生物降解的過程 ； 當(dāng)廢水性質(zhì)突變時(shí)(如pH值沖擊、有毒物質(zhì)的進(jìn)入等)，顆粒污泥能夠維持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的微環(huán)境 ； 顆粒的形成有利于微生物的截留，增加了固體的停留時(shí)間。,特點(diǎn),12,第三節(jié) 污泥顆?；男纬蓹C(jī)理,13,厭氧接觸法,在混合接觸池（消化池）后設(shè)沉淀池，將沉淀污泥回流至消化池，形成了厭氧接觸法（anaerobic contact proce

6、ss)。,厭氧接觸法工藝,特點(diǎn),14,特點(diǎn),通過污泥回流，保持消化池內(nèi)污泥濃度較高，一般為10-15g/L，耐沖擊能力強(qiáng)； 消化池的容積負(fù)荷較普通消化池高，水力停留時(shí)間比普通消化池大大縮短，如常溫下，普通消化池為15-30天，而接觸法小于10天； 可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液，不存在堵塞問題； 混合液經(jīng)沉降后，出水水質(zhì)好， 需增加沉淀池、污泥回流和脫氣等設(shè)備 厭氧接觸法存在混合液難于在沉淀池中進(jìn)行固液分離的缺點(diǎn)。,厭氧接觸法,15,上流式厭氧污泥床反應(yīng)器,由反應(yīng)區(qū)、沉淀區(qū)和氣室三部分組成。 上流式厭氧污泥床的池形有圓形、方形、矩形。小型裝置常為圓柱形，底部呈錐形或圓弧形。 大型

7、裝置為便于設(shè)置氣、液、固三相分離器，則一般為矩形，高度一般為3-8m，其中污泥床1-2m，污泥懸浮層2-4m，多用鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，,（UASB upflow anaerobic sludge blanket reactor),17,需要全圖cad圖紙,19,20,特點(diǎn),反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高，一般平均污泥濃度為30-40g/L，污泥床中的污泥由活性生物量占70-80的高度發(fā)展的顆粒污泥。 有機(jī)負(fù)荷高，水力停留時(shí)間短。中溫消化，COD容積負(fù)荷一般為10-20kg COD/（m3d）； 反應(yīng)器內(nèi)設(shè)三相分離器，被沉淀區(qū)分離的污泥能自動(dòng)回流到反應(yīng)區(qū)，一般無污泥回流設(shè)備； 無混合攪拌設(shè)備。投產(chǎn)運(yùn)行正

8、常后，利用本身產(chǎn)生的沼氣和進(jìn)水來攪動(dòng) 污泥床內(nèi)不填載體，節(jié)省造價(jià)及避免堵塞問題。 反應(yīng)器內(nèi)有短流現(xiàn)象，影響處理能力。 運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)水質(zhì)和負(fù)荷突然變化比較敏感。,上流式厭氧污泥床反應(yīng)器,21,將水解酸化過程和甲烷化過程分開在兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。 第一段：完成水解和液化固態(tài)有機(jī)物為有機(jī)酸；緩沖和稀釋負(fù)荷沖擊與有害物質(zhì)，并截留難降解的固態(tài)物質(zhì)。 反應(yīng)器可采用簡(jiǎn)易非密閉裝置、在常溫、較寬pH值范圍條件下運(yùn)行。 第二段：保持嚴(yán)格的厭氧條件和pH值，以利于甲烷菌的生長(zhǎng)；降解、穩(wěn)定有機(jī)物，產(chǎn)生含甲烷較多的消化氣。 第二步反應(yīng)器則要求嚴(yán)格密封、嚴(yán)格控制溫度和pH值范圍。,分段厭氧處理法,22,接觸消化池-

9、上流式污泥床兩步消化工藝,熱交換器 被廢水加熱到需要的溫度,水解產(chǎn)酸反應(yīng)，控制條件之產(chǎn)生脂肪酸，盡量不產(chǎn)生沼氣,沉降分離，去除不溶性有機(jī)物,產(chǎn)甲烷階段，使第一步反應(yīng)產(chǎn)生的有機(jī)酸生成甲烷和二氧化碳等最終產(chǎn)物,23,纖維填料厭氧濾池和上流式厭氧污泥床復(fù)合法工藝,24,兩步厭氧法具有如下特點(diǎn):,（a）耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，避免了一步法不耐高有機(jī)酸濃度的缺陷； （b）兩階段反應(yīng)不在同一反應(yīng)器中進(jìn)行，互相影響小，可更好地控制工藝條件； （c）消化效率高，尤其適于處理含懸浮固體多、難消化降解的高濃度有機(jī)廢水。 （d）但兩步法設(shè)備較多，流程和操作復(fù)雜。,25,其它厭氧處理法,厭氧生物轉(zhuǎn)盤： 構(gòu)造與好氧

10、生物轉(zhuǎn)盤相似，不同之處在于盤片大部分 (70以上)或全 部浸沒在廢水中，整個(gè)生物轉(zhuǎn)盤設(shè)在一個(gè)密閉的容器內(nèi)。 厭氧擋板反應(yīng)器： 從研究厭氧生物轉(zhuǎn)盤發(fā)展而來的，生物轉(zhuǎn)盤不轉(zhuǎn)動(dòng)即變成厭氧擋板反應(yīng)器。 同時(shí)，厭氧擋板反應(yīng)器實(shí)質(zhì)上是一系列升流式厭氧污泥床，但不設(shè)三相分離器。,26,厭氧生物轉(zhuǎn)盤示意圖,特點(diǎn)： 微生物濃度高 勿需處理水回流 生物膜經(jīng)常保持較高的活性 耐沖擊負(fù)荷，處理過程穩(wěn)定性強(qiáng) 可采用多級(jí)串連，各級(jí)微生物處于最佳生存條件 運(yùn)行管理方便 盤片成本較高,27,厭氧擋板反應(yīng)器示意圖,特點(diǎn)： 反應(yīng)器啟動(dòng)期短。實(shí)驗(yàn)表明接種一個(gè)月，就有顆粒污泥形成，兩個(gè)月可穩(wěn)定運(yùn)行。 避免厭氧濾池等堵塞問題 避免UA

11、SB因污泥膨脹而發(fā)生污泥流失問題 不需要攪拌 不需要載體,28,第三節(jié) 厭氧法的影響因素,溫度條件 pH值 氧化還原電位 有機(jī)負(fù)荷 厭氧活性污泥 攪拌和混合 廢水的營(yíng)養(yǎng)比 有毒物質(zhì),29,溫度對(duì)厭氧消化過程的影響,30,pH值,產(chǎn)酸細(xì)菌對(duì)酸堿度不及甲烷細(xì)菌敏感，其適宜的pH值范圍較廣，在4.5-8.0之間。 產(chǎn)甲烷菌要求環(huán)境介質(zhì)pH值在中性附近，最適宜pH值為7.0-7.2，pH6.6-7.4較為適宜。 在厭氧法處理廢水的應(yīng)用中，由于產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷大多在同一構(gòu)筑物內(nèi)進(jìn)行，故為了維持平衡，避免過多的酸積累，常保持反應(yīng)器內(nèi)的pH值在6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范圍內(nèi)。,31,氧化還原電位

12、（ ORP）,厭氧環(huán)境主要以體系中的氧化還原電位反映。 高溫厭氧消化系統(tǒng)：適宜氧化還原電位為-500-600mV； 中溫厭氧消化系統(tǒng)及浮動(dòng)溫度厭氧消化系統(tǒng)：氧化還原電位應(yīng)低于-300-380mV。 產(chǎn)酸細(xì)菌：對(duì)氧化還原電位的要求不甚嚴(yán)格，甚至可在+100-100mV的兼性條件下生長(zhǎng)繁殖； 甲烷細(xì)菌：最適宜的氧化還原電位為-350mV或更低。 就大多數(shù)生活污水的污泥及性質(zhì)相近的高濃度有機(jī)廢水而言，只要嚴(yán)密隔斷于空氣的接觸，即可保證必要的值。,32,有機(jī)負(fù)荷,在厭氧法中，有機(jī)負(fù)荷通常指容積有機(jī)負(fù)荷，簡(jiǎn)稱容積負(fù)荷，即消化器單位有效容積每天接受的有機(jī)物量（kgCOD/m3d)。 對(duì)懸浮生長(zhǎng)工藝，也有用

13、污泥負(fù)荷表達(dá)的，即kg COD/(kg污泥d)。 在污泥消化中，有機(jī)負(fù)荷習(xí)慣上以投配率或進(jìn)料率表達(dá)，即每天所投加的濕污泥體積占消化器有效容積的百分?jǐn)?shù)。,在通常的情況下：厭氧消化工藝處理高濃度 工業(yè)廢水的有機(jī)負(fù)荷： 中溫為2-3 kgCOD/(m3d)， 在高溫下為4-6 kgCOD /(m3d)。 上流式厭氧污泥床反應(yīng)器、厭氧濾池、厭氧流 化床等新型厭氧工藝的有機(jī)負(fù)荷 在中溫下為5-15 kgCOD/(m3d)， 可高達(dá)30 kgCOD/(m3d)。,33,各種反應(yīng)器要求的污泥濃度不盡相同，一般介于1030gVSS/L之間。 為了保持反應(yīng)器的生物量不致因流失而減少，可采用多種措施： 如安裝三相

14、分離器、設(shè)置掛膜介質(zhì)、降低水流速度和回流污泥量等。,污泥濃度,34,攪拌和混合,通過攪拌： 消除池內(nèi)梯度，增加食料與微生物之間的接觸 避免產(chǎn)生分層，促進(jìn)沼氣分離。 進(jìn)料迅速與池中原有料液相混勻。 攪拌程度與強(qiáng)度要適當(dāng)。 攪拌的方法： 機(jī)械攪拌器攪拌法 消化液循環(huán)攪拌法 沼氣循環(huán)攪拌法等 沼氣循環(huán)攪拌，還有利于使沼氣中的CO2作為產(chǎn)甲烷的底物被細(xì)菌利用，提高甲烷的產(chǎn)量,35,廢水的營(yíng)養(yǎng)比,厭氧法中碳:氮:磷控制為200-300:5:1為宜。 在碳、氮、磷比例中，碳氮比例對(duì)厭氧消化的影響更為重要。研究表明，合適的C/N為10-18:1。,1248有毒物質(zhì),有毒物質(zhì) 有毒物質(zhì)的最高容許濃度與處理系統(tǒng)

15、的運(yùn)行方式、污泥馴化程度、廢水特性、操作控制條件等因素有關(guān)。,36,第四節(jié) 厭氧生物處理法的設(shè)計(jì),厭氧生物處理法的設(shè)計(jì)包括： 流程和設(shè)備的選擇 反應(yīng)器和構(gòu)筑物的構(gòu)造和容積的確定 需熱量的計(jì)算和攪拌設(shè)備的設(shè)計(jì)等,37,厭氧法特點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)： （1）應(yīng)用范圍廣 好氧法一般只適用于中、低濃度有機(jī)廢水的處理，而厭氧法既適用于高濃度有機(jī)廢水，又適用于中、低濃度有機(jī)廢水。 有些有機(jī)物對(duì)好氧生物處理法來說是難降解的，但對(duì)厭氧生物處理是可降解的，如固體有機(jī)物、著色劑蒽醌和某些偶氮染料等。 （2）能耗低 好氧法需要消耗大量能量供氧，曝氣費(fèi)用隨著有機(jī)物濃度的增加而增大，而厭氧法不需要充氧，而且產(chǎn)生的沼氣可作為能源,

16、38,厭氧法特點(diǎn)：,（3）負(fù)荷高 通常好氧法的有機(jī)容積負(fù)荷為2-4 kgBOD/(m3d)，而厭氧法為2-lO kgCOD/(m3d)，高的可達(dá)50 kgCOD/(m3d)。 （4）剩余污泥量少，且其濃縮性、脫水性良好 好氧法每去除l kgCOD將產(chǎn)生0.4-O.6 kg生物量，而厭氧出去除l kgCOD只產(chǎn)生0.02-0.l kg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5-20。 同時(shí)，消化污泥在衛(wèi)生學(xué)上和化學(xué)上都是穩(wěn)定的。因此，剩余污泥處理和處置簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低，甚至可作為肥料、飼料或餌料利用。 （5）氮、磷營(yíng)養(yǎng)需要量較少 好氧法一般要求BOD:N:P為l00:5:1，而厭氧法的BOD:N:P為l

17、00:2.5:0.5，,39,厭氧法特點(diǎn)：,（6）有殺菌作用 厭氧處理過程有一定的殺菌作用，可以殺死廢水和污泥中的寄生蟲卵、病毒等。 （7）污泥易貯存 厭氧活性污泥可以長(zhǎng)期貯存，厭氧反應(yīng)器可以季節(jié)性或間歇性運(yùn)轉(zhuǎn)。 缺點(diǎn)： 厭氧設(shè)備啟動(dòng)和處理所需時(shí)間比好氧設(shè)備長(zhǎng)； 出水往往達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)一步處理， 厭氧處理系統(tǒng)操作控制因素較為復(fù)雜。 厭氧過程會(huì)產(chǎn)生氣味對(duì)空氣有污染,40,一、流程和設(shè)備的選擇,包括：工藝和設(shè)備的選擇；消化溫度等。 幾種厭氧處理法的比較：,41,二、厭氧反應(yīng)器的設(shè)計(jì),反應(yīng)器的設(shè)計(jì)可以在模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按照所得的參數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，也可以按照類似廢水的經(jīng)驗(yàn)值： 反應(yīng)器容積：,對(duì)

18、于傳統(tǒng)消化法：消化時(shí)間15d，負(fù)荷：13kg(COD)/m3.d，BOD5去除率5090。 厭氧生物濾池或厭氧接觸法，消化時(shí)間0.5-3d，負(fù)荷：310 kg(COD)/m3.d。 上流式厭氧污泥床可采用更高負(fù)荷。 消化氣的產(chǎn)氣量一般按0.40.5Nm3/ kg(COD),采用中溫消化，,42,消化池所需熱量包括：將廢水提高到池溫所需熱量和補(bǔ)償池體所散失的熱量。,三、消化池?zé)崃康挠?jì)算,對(duì)于一般鋼筋混凝土池子，外面加設(shè)絕緣層，f(值約為2025KJ hm2)。,池體散失熱量：,43,第四節(jié)厭氧和好氧技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用簡(jiǎn)介,高濃度有機(jī)廢水用一種方法很難處理到要求的水平。所以需要用厭氧和好氧處理方法聯(lián)合應(yīng)用才能達(dá)到好的效果。 某制藥廠廢水的處理工藝：,44,廢水,初次 沉淀池,換熱器,上流 式厭 氧污 泥床,生物接觸氧化池,二次 沉淀池,出水,污泥回流,沼氣凈化,沼氣 利用,沉渣利用,某制藥廠廢水處理工藝流程,45,采用厭氧與好氧工藝相結(jié)合的工藝，還可以達(dá)到生物脫氮、脫磷的目的,首先，由亞硝酸菌將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽： NH4O2HCO3- NO2-H2CO3 H2O亞硝酸菌 再由硝酸菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽： NO2-NH4+H2CO3HCO3-O2 NO3- H2O硝酸菌,46,反硝化