《污泥床反应器》PPT课件.ppt

当代水处理新技术原理与应用 南开大学环境科学与工程学院吴立波联系方式 蒙民伟楼322电话23503730 O 手 mail wulb 第三讲污泥床反应器 一 颗粒污泥二 颗粒污泥培养三 污泥床反应器概介四 UASB设计与运行五 EGSB设计要点六 污泥床应用实例 一 颗粒污泥 生物膜 颗粒污泥 膜状附着在载体上 絮状菌胶团 颗粒状一般有一定核心 污泥流失 细碎 结构松散 质轻 活性污泥 污泥颗粒大小约为100 m 污泥颗粒大小0 3 5mm 微生物存在形态 a 有载体生物膜颗粒 b 好氧颗粒污泥 c 厌氧颗粒污泥 所谓污泥颗粒化是指反应器中的污泥形态发生了变化 由絮状污泥变为密实 边缘圆滑的颗粒 颗粒污泥的粒径一般为0 5 4mm 这样污泥床内可维持很高的污泥浓度 活性污泥形态黄褐色絮绒颗粒状尺寸 0 02 0 2mm比表面积 20 100cm2 ml含水率 99 以上 含固小于 比重 1 002 1 006 厌氧颗粒污泥 1972年荷兰Lettinga首先在UASB中观察到污泥颗粒化现象厌氧颗粒污泥一般呈球形或椭球形 其颜色呈灰黑或褐黑色 肉眼可观察到颗粒表面包裹着灰白色的生物膜 颗粒污泥的比重一般为1 01 1 05左右 粒径为0 5 3mm 最大可达5mm 污泥指数 SVI 一般在10 20ml gSS之间 与颗粒的大小有关 沉降速度多在5 10mm s之间 成熟的颗粒污泥其VSS SS值一般为70 80 颗粒污泥一般含有如碳酸钙这样的无机盐晶体以及纤维 沙粒等 还含有多种金属离子 颗粒污泥中的碳 氢 氮的含量大致分别为40 50 7 和10 左右 HushoffPol等分为三种 球形颗粒污泥 杆菌颗粒污泥 1 3mm 松散球形颗粒污泥 丝菌颗粒污泥 1 5mm 紧密球状颗粒污泥 甲烷八叠球菌 0 1 0 5mm 厌氧颗粒污泥 好氧颗粒污泥 1991年Mishillla等最早发现了AGS 并第一次报道了利用连续流好氧上流式污泥床反应器 AerobicUpflowSludgeBlanket AUSB 培养出AGS 人们从这一研究成果开始了对AGS颗粒化的研究历程 而国内学者对AGS的研究始于1995年 相对滞后于国外的研究 可形成颗粒污泥的微生物不仅仅局限于甲烷菌 人们观察到酸化菌 硝化菌 反硝化菌及好氧异养菌也能形成颗粒污泥 好氧颗粒污泥主要由杆菌组成 无丝状菌 好氧颗粒污泥 AerobicGranularSludge AGS 是通过微生物自凝聚作用形成的颗粒状活性污泥 与普通活性污泥相比 它具有不易发生污泥膨胀 抗冲击能力强 能承受高有机负荷 集不同性质的微生物 好氧 兼氧和厌氧微生物 于一体等特点 近年的研究成果表明AGS能用于处理高浓度有机废水 高含盐度废水及许多工业废水 好氧颗粒污泥 好氧颗粒污泥废水处理技术最早由慕尼黑工业大学摩根罗斯 Morgenroth 教授于1997年提出 是新兴的废水生物处理技术 在提高生物量浓度 增加有效容积处理率方面有较大优势 它的形态不同于以往印象中的活性污泥 淡黄色 小米 式的形态让人耳目一新 目前好氧颗粒污泥技术研究小组主要集中在荷兰 德国 新加坡以及国内俞汉青 竺建荣教授课题组组 目前好氧颗粒污泥多用于脱氮除磷研究 二 颗粒污泥培养 1 颗粒污泥形成机理晶核假说电中和作用胞外多聚物架桥作用 2 厌氧颗粒污泥培养条件 颗粒污泥的培养和形成的过程 许多因素对其都有影响 其中主要有 温度 以中温或高温为宜 接种污泥的质量与数量 可以以絮状的消化污泥或活性污泥作为种泥 如有条件采用已培养成的颗粒污泥作为种泥 可大大地缩短培养时间 碱度 进水碱度应保持在750一1000mg L之间 废水性质 易于形成颗粒污泥是含碳水化合物较多的废水和C N比较高的废水 水力负荷和有机负荷 启动时有机负荷不宜过高 一般以0 1 0 3kgCOD kgVSS d 为宜 随着颗粒污泥的逐渐形成 有机负荷可以逐步提高 水力负荷要维持生物淘洗强度 洗出流速0 4 1 0m s 厌氧颗粒污泥的培养方案 一 培养过程 低浓度高水力 启动形成成床二 加快措施 GAC 膨润土脉冲进水 洗出流速0 4 1 0m s三 接种污泥 消化污泥 活性污泥 底泥下水道污泥 粪肥四 接种量 10 20kgVSS M3 3 好氧颗粒污泥培养条件 适当的污泥负荷适当的搅拌方式和强度满足对铁 钴 镍等微量元素的需求足够的碱度控制水力停留时间 溶解氧 曝气量反硝化条件 好氧颗粒污泥培养方案 Morgenroth采用厌氧颗粒污泥培养中的水力筛分法 以碳源为基质在USB反应器内培养出好氧颗粒污泥 其颗粒尺度可达1 3mm 具有优良的沉淀性能 但由于曝气池中O2的供给是限制因素 当颗粒变大后其平均活性并不高 内部大量污泥处于厌氧状态 且随着运行时间的延长 污泥活性可能进一步退化 在上升流SBR中微生物会经历高基质浓度期与饥饿期不断交替的变化 从而引起微生物表面特性的变化 再在上升流态的水力剪切的作用下 就会逐渐形成颗粒污泥 周期性的好氧饥饿段触发了微生物的聚集 进一步增强细胞间的相互作用 从而形成较致密的微生物聚集体 这在颗粒化过程中是关键的一步 在SBR系统中采用缩短沉降时间可截留住那些具有较高沉速的生物颗粒 培养出的颗粒污泥可达3 3mm 也有仅为0 3 0 5mm的 其中几乎不含丝状菌 全部由杆菌组成 颗粒化不是由微生物种类决定的 而是与操作条件有关 曝气池中的搅动强度或混合程度及曝气产生的剪切力对颗粒污泥的形成都有较大影响 好氧颗粒污泥的形成机制目前还不完全清楚 在SBR反应器中 DO保持在0 7 1 0mg L时运行一个月可基本完成颗粒化 且COD NH3 N TN去除率高达95 95 60 颗粒中无丝状菌 SVI为80 100mL g SS为4 4 5g L 好氧颗粒污泥在显微镜和曝气状态下都可观察到 其活性即使在DO 1mg L时也很高 有机物和氨氮负荷可达1 5kgCOD m3 d 和0 18kgNH3 N m3 d 左图形象地表明了在人工配制的模拟废水系统中 好氧颗粒污泥的进化过程 图a为取自污水厂的新鲜活性污泥 从外观上看主要由絮状微生物组成 在显微镜下观察 可以发现该污泥中存在着大量的丝状菌 启动1d后 驯化期结束 污泥床开始增长 但污泥主要还是以絮状体为主 且颜色没有变化 图b为运行4d的颗粒污泥 污泥逐渐驯化成较不规则的颗粒状 但颗粒比较松散 且颜色逐渐变为淡咖啡色 显微镜下依然可以看到丝状微生物的大量存在 图c为运行10d的照片 颗粒污泥已完全转变为黄色 且颗粒直径都比较均匀 图d为运行16d趋于成熟的颗粒污泥 在显微镜下观察 发现丝状微生物逐渐在减少 而颗粒污泥也逐渐由松散转为密实 形状为较规则的球形 颗粒污泥基本达到成熟 图a 图b 图c d 三 污泥床反应器概介 特点无载体 沉降性能良好的污泥絮体 絮状污泥 无载体颗粒污泥 载体核心颗粒污泥 一般内置污泥沉淀系统UASB upflowanaerobicsludgebed blanket ABR anaerobicbaffledreactorAMR anaerobicmigratingblanketreactorEGSB expandedgranularsludgebedUBF upflowblanketfilterIC internalcirculationreactorASBR anaerobicSBRMUSB microaerophilicupflowsludgebedMRB multi stagereversingflowbioreactorAUSB aerobicupflowsludgeblanket控氧SBR UASB反应器 EGSB反应器 IC反应器 UBF反应器 ASBR反应器及其操作周期 ASBR试验工艺流程 新型厌氧反应器特点比较 新型厌氧反应器特点 厌氧反应器的处理效率主要决定于反应器所能保有的微生物浓度及其生化反应速率 而传质条件对生化反应速率起着重要的作用 新型厌氧反应器的开发和研究主要是为了解决这两方面的问题 因此 这些反应器具有一些共同的特性 1 微生物均以颗粒污泥固定化的方式存在于反应器中 单位容积的微生物持有量更高 2 能承受更高的水力负荷 具有较高的有机污染物净化效能 3 具有较大的高径比 占地面积小 动力消耗小 4 颗粒污泥与有机物之间具有更好的传质 使反应器的处理能力大大提高 好氧污泥床和厌氧污泥床特点对比及好氧污泥床应用前景分析 厌氧处理工艺的发展过程及其与好氧处理工艺之间的关系 厌氧处理工艺的发展是与颗粒污泥床的发展分不开的 四 UASB设计与运行 1 结构2 工艺特点3 运行特点4 优缺点5 设计6 运行 1 UASB的结构 1 污泥床30 1 2m 2 悬浮层70 3 三相分离区 GLS 4 辅助设备 配水设备 加温设备 水封洗气设备 脱硫设备 沼气存贮设备 予处理设备 后处理设备 1一进水2一出水3一沼气4一污泥床5 污泥悬浮层6一三相分离器 不同构造型式的UASB反应器 1一进水2一出水3一沼气4一污泥床5 污泥悬浮层6一三相分离器 不同构造型式的UASB反应器 1一进水2一出水3一沼气4一污泥床5 污泥悬浮层6一三相分离器 不同构造型式的UASB反应器 1一进水2一出水3一沼气4一污泥床5 污泥悬浮层6一三相分离器 不同构造型式的UASB反应器 1一进水2一出水3一沼气4一污泥床5 污泥悬浮层6一三相分离器 不同构造型式的UASB反应器 1一进水2一出水3一沼气4一污泥床5 污泥悬浮层6一三相分离器 不同构造型式的UASB反应器 2 UASB工艺特点 3 UASB运行特点 4 UASB优缺点 优点污泥颗粒化SRT长GLS不堵塞 缺点颗粒污泥培养经验少GLS设计不成熟SS影响 有值得讨论的么 5 UASB工艺设计 1反应区主体2三相分离器3进水系统4集气系统 水封等5辅助系统 a 拼装制罐技术 拼装技术采用高新技术制成的罐体材料 以快速低耗的现场拼装方式最终成型 组成成套化的单元反应器设备 使污水处理设备的全套装置达到技术先进 配制合理 性能优良 耐腐性好 维修便利 外表美观的效果 罐体材料将根据不同反应器采用软性搪瓷或其他防腐形式预制钢板 预制的钢板采用以栓接方式拼装 栓接处加特制密封材料防漏 此种预制钢板形成的保护层不仅能阻止罐体腐蚀 而且具有抗酸碱的功能 b Lipp技术 Lipp罐制作时薄钢板通过一台成型机和一台咬合机 在成型机上薄钢板上部被折成h形而下部被折成n形 在咬合机上薄钢板上部与上一层薄钢板的下部被咬合在一起的成型过程和截面形状 废水处理中被处理废水具有腐蚀性 如酸碱废水 的废水 或处理工艺过程中产生腐蚀性 如厌氧处理 的情况 采用镀锌板无法像搪瓷钢板一样法满足罐体材料具有耐腐蚀的要求 而全部用不锈钢卷板来制作罐体其制作成本相当高 通过复合机械 将镀锌卷板与0 3mm厚度的不锈钢薄膜复合在一起 1 反应器主体综合国内外有关资料来看 大型的UASB反应器一般采用矩形钢结构或钢筋混凝土结构 小型的反应器则多采用圆柱形钢结构 反应器高度 对低浓度 COD 1000mg L 有机废水反应器高度可采用3 5m 对中浓度 2000mg L COD 3000mg L 有机废水反应器高度可采用5 7m 最大不超过10m 2 三相分离器设计 不同构造形式的UASB有不同形式的三相分离器布置形式 但它们的设计不外乎包括以下几个方面的内容 即沉淀室的设计 污泥回流缝的设计及挡板安装角度的设计等 该三相分离器要求通过沉淀槽底缝隙的流速不大于2m h 沉淀槽斜底与水平面的交角不应小于50 以使沉淀在斜底的污泥不发生沉积 尽快落入反应区内 4 集气系统 水封设计 5 辅助系统 反应器的容积 封盖及检修口 6 UASB运行 启动过程启动与活性提高 2 0kgCOD M3 d 1 1 5月颗粒污泥形成 2 0 5 0kgCOD M3 d 1 1 5月污泥床形成 5 50kgCOD M3 d 3 4月 反应器运行控制要点 UASB反应器和其它厌氧处理装置一样 在实际运行中必须对有关的操作和运转条件加以严格地控制 UASB反应器的运行过程中 影响污泥颗粒化及处理效能的因素很多 总的来讲 UASB反应器的工艺运行主要受接种污泥的性质及数量 进水水质 有机基质浓度及种类 营养比 悬浮固体含量 有毒有害物质 反应器的工艺条件 处理负荷 包括水力负荷 污泥负荷和有机负荷 反应器温度 pH值与碱度 挥发酸含量 等的影响 有关负荷和启动时接种污泥的数量 我们已在前面的有关内容作了一定的介绍 下面就其它几个主要的因素加以介绍 UASB运行要素 营养比SS抑制物质碱度和挥发酸浓度沼气产量污泥产量 五 EGSB设计要点 厌氧膨胀颗粒污泥床 ExpandedGranularSludgeBed 简称EGSB 采用出水回流技术 反应器内的液体具有较高的上升流速 且出水回流可稀释硫酸盐及其它有毒有害物质的浓度 污水与微生物之间可充分接触 能承受较大的有机负荷 有效避免反应器内死角和短流的产生 应用EGSB反应器处理低温低浓度污水和高浓度或有毒 难降解工业废水 COD去除率较高 具有其它厌氧反应器不可比拟的优势 可广泛应用于多种污水处理工程 EGSB反应器是对UASB反应器的改进 除反应器主体外 EGSB反应器主要由配水系统 反应区 三相分离器 沉淀区 出水系统和出水循环系统等构成 与UASB反应器相比 EGSB能在高负荷下对低温低浓度有机废水取得高处理效率 可维持很高的水流上升流速 反应器内颗粒污泥床呈膨胀状态 颗粒污泥性能良好 在高水力负荷条件下 EGSB反应器内颗粒污泥的粒径较大 凝聚和沉降性能好 机械强度也较高 EGSB能承受较大的有机负荷 且对布水系统要求较为简单 与UASB反应器相比 EGSB反应器内的液体上升流速要大得多 因此必须对三相分离器进行特殊改进 改进可以有以下几种方法 1 增加一个可以旋转的叶片 在三相分离器底部产生一股向下水流 有利于污泥的回流 2 采用筛鼓或细格栅 可以截留细小颗粒污泥 3 在反应器内设置搅拌器 使气泡与颗粒污泥分离 4 在出水堰处设置挡板 以截留颗粒污泥 出水循环部分是EGSB反应器不同于UASB反应器之处 其主要目的是提高反应器内的液体上升流速 使颗粒污泥床层充分膨胀 污水与微生物之间充分接触 加强传质效果 还可以避免反应器内死角和短流的产生 工艺主要指标有机负荷 8 15kgCODcr m3 d COD去除率 80 97 反应器内升流速度5 10m h 它通过在运行中维持较高的上升流速 6 12m h 使颗粒污泥处于悬浮状态 同时也可以采用较高的反应器或采用出水回流以获得高的搅拌强度 从而保证了进水与污泥颗粒的充分接触 促进有机物的快速降解 EGSB受SS的影响较小 只要SS的沉速小于反应器内的上升流速 3 10m h SS就能通过污泥区得以去除 而UASB最大上升流速为1m h 易受SS的影响 其工作温度在25 30 时 COD去除速度稳定在10 40kg d 容积负荷高达30kgCOD m3 d 该法无需载体 能自然形成颗粒污泥 耐冲击负荷 处理效率高 特别适宜于较低温度的废水处理 反应器可建成高而细的形状 节省用地 完全封闭的系统保证了臭气不会散发出来 且可在一定的压力下工作 从而省去沼气压缩设备EGSB反应器工艺设计宜设置两个系列 具备可灵活调节的运行方式 且便于污泥培养和启动 反应器的最大单体体积应小于1500m3 EGSB反应器的有效水深应在16m 24m之间 EGSB反应器内污水的上升流速宜在3m h 7m h之间 EGSB反应器宜为圆柱状塔形 反应器的高径比应在3 8之间 EGSB反应器进水应符合下列条件 a pH值宜为6 5 7 8 b 常温厌氧温度宜为20 25 中温厌氧温度宜为30 35 高温厌氧温度宜为50 55 c CODCr N P 100 500 5 1 d EGSB反应器进水中悬浮物含量宜小于2000mg L e 废水中氨氮浓度宜小于2000mg L f 废水中硫酸盐浓度宜小于1000mg L或CODCr SO42 比值大于10 g 废水中CODCr浓度宜为1000mg L 30000mg L h 严格控制重金属 氰化物 酚类等物质进入厌氧反应器的浓度 通过高回流比 20倍 30倍 可处理有毒及难降解废水 如果不能满足进水要求 宜采用相应的预处理措施