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污水厌氧处理 讲师 刘茂环时间 2013年4月 一 厌氧生物处理概念 厌氧生物处理是在没有游离氧存在的条件下 兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法 在厌氧生物处理过程中 复杂的有机化合物被降解 转化为简单的化合物 同时释放能量 在这个过程中 有机物的转化分为三部分进行 部分转化为CH4 这是一种可燃气体 可回收利用 还有部分被分解为CO2 H2O NH3 H2S等无机物 并为细胞合成提供能量 少量有机物被转化 合成为新的原生质的组成部分 二 厌氧工艺净化机理 厌氧反应过程是对复杂物质 指高分子有机物以悬浮物和胶体形式存在于水中 生物降解的复杂的生态系统 其反应过程可分为四个阶段 水解阶段酸化阶段产氢产乙酸阶段产甲烷阶段 二 厌氧工艺净化机理 水解阶段 被细菌胞外酶分解成小分子 例如 纤维素被纤维酶水解为纤维二糖和葡萄糖 淀粉被淀粉酶分解为麦牙糖和葡萄糖 蛋白质被蛋白酶水解为短肽和氨基酸等 这些小分子的水解产物能被溶解于水 并透过细胞为细胞所利用 酸化阶段 小分子的化合物在发酵菌 即酸化菌 的细胞内转化为更为简单的化合物 并分泌到细胞外 这一阶段主要产物为挥发性脂肪酸 VFA 醇类 乳酸 CO2 氢 氨 硫化氢等 二 厌氧工艺净化机理 产氢产乙酸阶段 酸化阶段产物被进一步转化为乙酸 氢 碳酸以及新的细胞物质 产甲烷阶段 在这一阶段乙酸 氢 碳酸 甲酸和甲醇等被转化为甲烷 二氧化碳和新细胞物质 产甲烷的反应由严格的专一性厌氧细菌来完成 这类细菌将产酸阶段产生的短链挥发酸 主要是乙酸 氧化成甲烷和二氧化碳 三 厌氧工艺流程发展介绍 1 双层沉淀池Travis池1903年Travi发明了Travis池 废水从一端流入 从另一端流出 两侧沉淀区分离出的污泥 在池中间的中下部分消化 产生的沼气从中间上部分排出 不会影响两侧的沉淀区 1906年德国人Imhoff对Travis池作了改进 设计了Imhoff池 又称隐化池 我国也称双层沉淀池 这种池型构造把污水的沉淀与污泥的消化完全分开 彼此不发生干扰 三 厌氧工艺流程发展介绍 双层沉淀池示意图 三 厌氧工艺流程发展介绍 2 传统消化池1912年在英国伯明翰市建成一个用土堤围起来的露天敞开式的厌氧消化池 由于不加热 消化时间长约l00d左右 由于池子不加盖 污泥消化效果不好 并向周围环境散发恶臭 德国人Kremer提出了加盖的密闭式消化池 如图所示 这种池形一般称为传统消化池 Conventionaldigestor 又称普通消化池 而且也是最早采用的二级消化池 三 厌氧工艺流程发展介绍 传统消化池 三 厌氧工艺流程发展介绍 3 高效消化池为了提高传统消化池的产气率和缩小装置的体积 人们不断对传统消化池作了改进 其措施有两种 一是加热 使消化池内温度适应细菌快速繁殖 据研究发现 厌氧菌适宜的温度范围有中温35 左右和高温50 55 两种 二是增设搅拌设备 使有机物与微生物良好接触 经加热和安装搅拌设备后 传统厌氧消化池就演变成了效能较高的高速消化池 三 厌氧工艺流程发展介绍 高效消化池 三 厌氧工艺流程发展介绍 厌氧滤池1967年J C Young和P L McCarty开发成了厌氧滤池 AnaerobicFilter 开始出现的厌氧滤池采用块石作为填料 为厌氧微生物的附着提供支撑 可保留足够的厌氧微生物 使厌氧滤池具有较高的处理效能 引起了人们的关注 这种装置的特点是 只限于用在处理可溶性工业废水 处理悬浮固体多的废水时可能要引起堵塞 另一缺点是空间大部分被块石所占据 有效容积较小 从而需要较大的池子体积 不过 近年来填料材质有了很大改进 如采用轻质高强比表面大的填充物 如塑料填料 替代块石后 使厌氧滤池获得广泛应用 三 厌氧工艺流程发展介绍 三 厌氧工艺流程发展介绍 5 升流式厌氧污泥床 UASB 1971年荷兰瓦格宁根 Wageningen 农业大学拉丁格 Lettinga 教授通过物理结构设计 利用重力场对不同密度物质作用的差异 发明了三相分离器 使活性污泥停留时间与废水停留时间分离 形成了上流式厌氧污泥床 UASB 反应器的雏型 1974年荷兰CSM公司在其6m3反应器处理甜菜制糖废水时 发现了活性污泥自身固定化机制形成的生物聚体结构 即颗粒污泥 granularsludge 颗粒污泥的出现 不仅促进了以UASB为代表的第二代厌氧反应器的应用和发展 而且还为第三代厌氧反应器的诞生奠定了基础 三 厌氧工艺流程发展介绍 5 升流式厌氧污泥床 UASB UASB由污泥反应区 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 三 厌氧工艺流程发展介绍 三 厌氧工艺流程发展介绍 6 厌氧复合反应器厌氧复合反应器是将厌氧生物滤池与UASB相结合而开发出来的新的厌氧反应器 在反应器内部填充新型生物填料 依靠填料使反应器内保有大量附着的生物膜以及截留大量的活性污泥 污泥浓度可达到10 20gVSS L SRT可达100天以上 同时反应器内的各种不同的微生物自然分层固定 有利于各类微生物得到最佳的生态环境和平衡 实现更高的生物活性 该装置简单 不需要搅拌和回流污泥 必要时可出水回流 因而管理方便 能耗小 对废水浓度 温度及水量变化适应性强 尤其适于处理各种浓度的废水 由于采用了新型的生物填料 填料之间的空隙率比较大 在根本上解决了传统AF反应器堵塞的问题 且供微生物栖息的空间大 处理效果好 COD的去除率可达到80 以上 三 厌氧工艺流程发展介绍 IC 内循环厌氧 反应器IC反应器由2层UASB反应器串联而成 按功能划分 反应器由下而上共分为5个区 混合区 第1厌氧区 第2厌氧区 沉淀区和气液分离区 混合区 反应器底部进水 颗粒污泥和气液分离区回流的泥水混合物有效地在此区混合 第1厌氧区 混合区形成的泥水混合物进入该区 在高浓度污泥作用下 大部分有机物转化为沼气 混合液上升流和沼气的剧烈扰动使该反应区内污泥呈膨胀和流化状态 加强了泥水表面接触 污泥由此而保持着高的活性 随着沼气产量的增多 一部分泥水混合物被沼气提升至顶部的气液分离区 气液分离区 被提升的混合物中的沼气在此与泥水分离并导出处理系统 泥水混合物则沿着回流管返回到最下端的混合区 与反应器底部的污泥和进水充分混合 实现了混合液的内部循环 三 厌氧工艺流程发展介绍 IC 内循环厌氧 反应器第2厌氧区 经第1厌氧区处理后的废水 除一部分被沼气提升外 其余的都通过三相分离器进入第2厌氧区 该区污泥浓度较低 且废水中大部分有机物已在第1厌氧区被降解 因此沼气产生量较少 沼气通过沼气管导入气液分离区 对第2厌氧区的扰动很小 这为污泥的停留提供了有利条件 沉淀区