水污染控制与设备运行-第三章

高职高专系列教材配套电子教案,水污染控制与设备运行,高等教育出版社,高等教育电子音像出版社,主编 郭正,（高职版）,主编 郭正 张宝军,高职高专系列配套电子教案 目录,第一章 概论,第二章 废水的物理处理,第三章 废水的生物处理,第四章 废水的化学处理及深度处理,第五章 污泥处理与处置,第六章 典型污水处理设备设计与运行,第七章 污水生物处理设备设计与运行,第八章 废水处理常用机械设备,第九章 水处理厂常用电气与仪表,第十章 污水处理厂（站）的调试与运行管理,第三章 废水的生物处理,第一节 废水生物处理概述,第二节 活性污泥法,第三节 生物膜法,知识目标 了解活性污泥法的基本原理 掌握活性污泥的性能指标设计参数及各种运行方式 了解曝气池曝气设备以及活性污泥系统的工艺设计 了解生物膜法的基本原理 了解废水厌氧处理的机理及影响因素能力目标 掌握废水生物处理方法设计思路和活性污泥法工艺特点及应用 掌握废水厌氧处理的基本方法,第四节 厌氧生物处理,第五节 废水脱氮除磷,第一节 废水生物处理概述,一、废水处理中的微生物,（一）废水处理中的微生物分类,废水处理中的微生物,细菌,真菌,藻类,原生动物,后生动物,自养菌,异养菌,霉菌酵母菌,第三章 废水的生物处理,第一节 废水生物处理概述,一、废水处理中的微生物,（一）废水处理中的微生物分类,细菌： 废水生物处理中最主要的微生物 适应性强，增长速度快，世代期为 2030min,原生动物：在活性污泥中大约为103个/ml 最原始、低等的一类动物（单细胞） 肉足类、鞭毛类、纤毛类（钟虫）后生动物：多细胞动物，轮虫、线虫、甲壳虫等,第三章 废水的生物处理,第一节 废水生物处理概述,一、废水处理中的微生物,（一）废水处理中的微生物分类,变形虫,草履虫,第三章 废水的生物处理,第一节 废水生物处理概述,一、废水处理中的微生物,（一）废水处理中的微生物分类,固着型纤毛虫,钟虫,第三章 废水的生物处理,第一节 废水生物处理概述,一、废水处理中的微生物,轮虫,线虫,第三章 废水的生物处理,第一节 废水生物处理概述,新陈代谢：微生物从污水中摄取营养物质，通过复杂的生物化学反应合成自身细胞和排出废物的过程叫新陈 代谢，简称代谢 。,二、微生物的代谢与废水的生物处理,第三章 废水的生物处理,第一节 废水生物处理概述,新陈代谢,合成代谢（同化作用）,新细胞物质,无机物能量,残留物质,内源呼吸,二、微生物的代谢与废水的生物处理,第三章 废水的生物处理,第一节 废水生物处理概述,三、微生物的生长环境,影响微生物生长的因素,最适宜温度： 1530C； 40C 或 10C后，会有不利影响。,第三章 废水的生物处理,一般好氧微生物的最适pH在6.58.5之间；,溶解氧是影响生物处理效果的重要因素。好氧微生物处理的溶解氧一般以23mg/L为宜。,重金属 蛋白质的沉淀剂（变性；与 - SH结合而失活）氰化物； H2S， 卤族元素及其化合物酚、醇、醛 使蛋白质变性或脱水染料等,第一节 废水生物处理概述,四、污水的可生化性,废水可生化性评价标准,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,第三章 废水的生物处理,活性污泥法是处理城市污水最广泛使用的方法，它能从污水中去除溶解的和胶体的可生物降解有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质。,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,一、活性污泥法的基本概念,（一）活性污泥 活性污泥是以细菌、原生动物和后生动物活性微生物为主体的絮凝体。此外还有无机物，未被微生物分解的有机物和微生物自身代谢的残留物。,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,一、活性污泥法的基本概念,（二）活性污泥法基本流程,进水,二沉池,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,一、活性污泥法的基本概念,主要组成曝气池：微生物与氧、有机物充分接触并降解有机物二沉池： 1）进行泥水分离，保证出水水质； 2）保证回流污泥，维持曝气池内一定的污泥浓度回流系统： 保证曝气池内维持足够的污泥浓度；剩余污泥排放系统：排放剩余污泥曝气设备： 1）提供足够的溶解氧 2）充分搅拌,（二）活性污泥法基本流程,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,一、活性污泥法的基本概念,（三）活性污泥降解污水中有机物的过程,降解过程,活性污泥具有很大表面积1545minBOD5可去除8090,吸附的污染物被微生物分解转化为CO2和H2O等简单化合物及自身细胞,稳定阶段,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,一、活性污泥法的基本概念,（四）活性污泥法的性能指标,1.混合液悬浮固体浓度（MLSS） MLSS = Ma + Me + Mi + Mii分别代表活细胞、内源代谢残留物、难降解有机物、无机物单位： mg/l 或 g/m3一般控制MLSS=20003000mg/L为宜2.混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS） MLVSS = Ma + Me + Mi在条件一定时，MLVSS / MLSS是较稳定的，对城市污水，一般是 0.7,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,一、活性污泥法的基本概念,（四）活性污泥法的性能指标,3.污泥沉降比（SV） （Sludge Volume）是指将曝气池中的混合液在量筒中静置30分钟，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以%表示；能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀；正常数值 2030%,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,一、活性污泥法的基本概念,（四）活性污泥法的性能指标,4.污泥体积指数（SVI） SVI（Sludge Volume Index）曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，1g干污泥所形成的污泥体积， 单位是 ml/g。,能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能其值过低，说明泥粒小，密实，无机成分多；其值过高，说明其沉降性能不好，将要或已经发生膨胀现象；,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,一、活性污泥法的基本概念,（四）活性污泥法的性能指标,5.泥龄 微生物在曝气池中的平均停留时间，又称为泥龄，用C表示，单位为d。 泥龄工程上是指，工作着的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量的比值。 常取C=35d 泥龄长，出水水质好 泥龄短，絮凝沉淀性能差，易流失，出水水质较差,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,二、活性污泥法的运行方式,(一) 氧化沟工艺(Oxidation Ditch，简称OD),氧化沟是20世纪60年代初荷兰的pasveer首先研究开发的，第一座氧化沟污水处理厂是pasveer于1954年在荷兰的Voorshoten建造的。 氧化沟是将曝气、沉淀和污泥稳定等处理过程集于一体，间歇运行，是活性污泥法的一种变形，经过50年的发展，形成了多种类型的处理系统，已广泛应用于城市污水和工业污水的处理工程中。,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,二、活性污泥法的运行方式,(一) 氧化沟工艺(Oxidation Ditch，简称OD),构造,氧化沟系统是由曝气设备、出水堰和自动控制设备组成。氧化沟的平面形状呈环状沟渠形，端面性状多为矩形或梯形，水深与所采用的曝气设备有关，一般为2 6m。曝气设备是氧化沟的主要装置，它的作用是供氧及推动水流作循环流动，防止活性污泥沉淀及对反应混合液的混合。,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,二、活性污泥法的运行方式,(一) 氧化沟工艺(Oxidation Ditch，简称OD),形式,氧化沟以其流程简单、管理方便和良好的处理效果等优点正在我国不少工程项目中采用，近几十年来，随着技术的不断发展，氧化沟已经突破只适用于小型污水处理厂的局限。概括的讲氧化沟有单沟、双沟、三沟、多沟同心和多沟串连等多种布置形式；有将二沉池与氧化沟分建或合建的；有连续进水或交替进水；有转刷曝气机、转盘曝气机或泵型、倒伞型表面曝气机进行充氧搅拌的氧化沟等等,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,二、活性污泥法的运行方式,(一) 氧化沟工艺(Oxidation Ditch，简称OD),Carrousel氧化沟,Carrousel氧化沟 在荷兰最为流行，其特点是在沟渠的一端设置垂直轴的表面曝气机，沟渠一般为廊道式，由于表面曝气机有较大的提升作用，使得氧化沟的水深一般可达4.5m，需设沉淀池和回流装置。,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,二、活性污泥法的运行方式,(一) 氧化沟工艺(Oxidation Ditch，简称OD),Orbal氧化沟,Orbal氧化沟是一种多渠道的氧化沟，氧化沟由多个同心的沟渠组成，沟渠呈圆形和椭圆形，进水先引入最外的沟渠，在不断循环同时，依次引入下一沟渠，最后从中心沟渠排出，这相当于一系列完全混合反应池串连在一起，每个沟渠表现出单个反应器的性质， Orbal氧化沟兼有完全混合式与推流式的特点，能够快速去除有机物和氨氮。,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,二、活性污泥法的运行方式,(一) 氧化沟工艺(Oxidation Ditch，简称OD),三沟式（T型）交替氧化沟,此系统由三个相同的氧化沟组建在一起作为一个单元运行，三个氧化沟之间相互双双连通，两侧氧化沟可起曝气和沉淀的作用。每个池子配有可供污水和环流（混合）的转刷曝气刷起到混合器和曝气器的功能。当处于反硝化阶段时，转刷低速运转，仅保持池中污泥悬浮，而池内处于缺氧状态，好氧和缺氧状态完全由转刷的转速的改变来控制。,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,二、活性污泥法的运行方式,(二) AB工艺 AB工艺也称为吸附生物降解（Adsorption-Biodegradation）工艺。,工艺主要特点,未设初沉池 A、B 两段污泥各自回流,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,二、活性污泥法的运行方式,(二) AB工艺,A段和B段特征,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,二、活性污泥法的运行方式,(二) AB工艺,主要设计参数,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,二、活性污泥法的运行方式,(三)序批式活性污泥法（SBR） SBR工艺（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process，简写为SBR），又称为间歇式活性污泥法。 70年代末期美国教授R.L.Irvine等人为解决连续污水处理法存在的一些问题首次提出，并于1979年发表了第一篇关于采用SBR 工艺进行污水处理得论著。 继后, 日本、美国、澳大利亚等国的技术人员陆续进行了大量的研究。,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,二、活性污泥法的运行方式,(三)序批式活性污泥法（SBR）,工艺原理,SBR是活性污泥法的一种变形，它的反应机理和污染物去除机制和传统活性污泥法相同，只是在运行操作不同。 SBR是在单一的反应器内, 在时间上进行各种目的的不同操作, 故称之为时间序列上的废水处理工艺，它集调节池、曝气池、沉淀池为一体, 不需设污泥回流系统。,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,二、活性污泥法的运行方式,SBR工艺的一个完整操作周期有五个阶段: 进水期(fill)、反应期(react)、沉淀期(settle)、排水期(draw) 和闲置期(idle),(三)序批式活性污泥法（SBR）,进水 反应 沉淀 排水 闲置 SBR 运行工序图,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,二、活性污泥法的运行方式,(四) ICEAS工艺（Intermittent Cycle Extended Aeration System）,ICEAS工艺为间歇式循环延时曝气工艺，是澳大利亚新南威尔士大学与美国ABJ公司的Goronszy教授合作研究开发的。1976年建成了世界上第一座ICEAS工艺废水处理厂，随后在世界各国得到了广泛的应用。该工艺的特点是在反应器的进水端增加了一个预反应区，运行方式为连续进水、间歇排水，没有明显的反应阶段和闲置阶段。,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,二、活性污泥法的运行方式,(四) ICEAS工艺（Intermittent Cycle Extended Aeration System）,经预处理的废水连续不断的进入反应池前部的预反应区，在该区内污水中的大部分可溶性BOD5被活性污泥微生物吸附，并从主、预反应区隔墙下部的孔眼以低速（0.030.05m/min）进入主反应区，在主反应区内按照曝气、沉淀、排水、排泥的程序周期性的运行，使有机废水在交替的好氧缺氧厌氧的条件下完成生物降解作用，各过程的历时可由计算机自动控制。,第三章 废水的生物处理,第二节 活性污泥法,二、活性污泥法的运行方式,(四) ICEAS工艺（Intermittent Cycle Extended Aeration System）,ICEAS 运行工序图,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,一、生物膜法的基本原理,概 述,生物膜法和活性污泥法一样，都是利用微生物来去除废水中有机物的方法，两者是平行发展起来的污水好氧处理工艺。,生物膜法和活性污泥法的区别,活性污泥法中的微生物在曝气池内以活性污泥的形式呈悬浮状态，属于悬浮生长系统；,生物膜法中的微生物附着生长在填料或载体上，形成膜状的活性污泥，属于固着生长系统。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,一、生物膜法的基本原理,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,一、生物膜法的基本原理,(一)生物膜的形成和结构, 生物膜法主要是用于处理溶解性有机物。 生物膜废水处理技术的关键是形成性能良好的生物膜。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,一、生物膜法的基本原理,(一)生物膜的形成和结构,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,一、生物膜法的基本原理,(一)生物膜的形成和结构,状态良好的生物膜是细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物及固体杂质等构成的生态系统。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,一、生物膜法的基本原理,(二)生物膜法的基本流程,初沉池,生物膜反应器,进水,回流,排泥,出水,二沉池,排泥,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,一、生物膜法的基本原理,(三)生物膜法的净化过程,生物膜由好氧和厌氧两层组成，有机物的降解主要是在好氧层内进行。流动水层中的氧和有机物，通过附着水层传送给生物膜，氧供微生物用于呼吸；有机物通过细菌的代谢活动而被降解。这样就使污水在其流动过程中逐步得到净化。微生物的代谢产物如H20等则进入流动水层，并随其排走，而C02及厌氧层分解产物如H2S、NH3以及CH4等气态代谢产物则从水层逸出进入空气中。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,一、生物膜法的基本原理,(三)生物膜法的净化过程,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,一、生物膜法的基本原理,(四)生物膜的分类和特点,生物膜分类,充填式,浸没式,生物滤池,生物转盘,生物流化床,生物接触氧化,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,一、生物膜法的基本原理,(四)生物膜的分类和特点,生物膜特点,生物膜中微生物相复杂,由于生物膜上的微生物不象活性污泥法中的悬浮生长微生物那样承受强烈的曝气搅拌冲击，生物膜反应器为微生物的繁衍、增殖及生长栖息创造了安稳的环境。生物膜上除以细菌生长为主外，还可能出现大量丝状菌，但不会发生污泥膨胀。线虫类、轮虫类以及寡毛虫类的微型动物出现的频率也较高。生物膜上的生物固体停留时间较长，故还能够生长世代时间较长、比增殖速度很小的微生物，如硝化菌等。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,一、生物膜法的基本原理,(四)生物膜的分类和特点,生物膜特点,(2) 微生物量大，净化效果好,微生物的附着生长使生物膜含水率低，单位反应器容积内的生物量可高达活性污泥法的520倍，因而生物膜反应器具有较大的处理能力，净化功能显著提高。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,一、生物膜法的基本原理,(四)生物膜的分类和特点,生物膜特点,(3) 污泥量少,(4) 污泥密实，沉降性能好,(5) 耐冲击负荷，能处理低浓度污水,(6) 操作简单，运行费用低,(7) 不易发生污泥膨胀,(8) 投资费用较大,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,一、生物膜法的基本原理,(四)生物膜的分类和特点,生物膜法的不足,（1）需要较多的填料和支撑结构，在不少情况下基建投资超过活性污泥法； （2）出水常常携带较大的脱落的生物膜片，大量非活性细小悬浮物分散在水中使处理水的澄清度降低； （3）活性生物量较难控制，在运行方面灵活性差； （4）载体材料的比表面积小，BOD容积负荷有限； （5）采用自然通风供氧，在生物膜内层往往形成厌氧层，从而缩小了具有净化功能的有效容积。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,二、生物滤池,(一)生物滤池的分类,生物滤池分类,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,二、生物滤池,(二)生物滤池的构造,生物滤池由池体、滤料、布水装置和排水系统等部分组成。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,二、生物滤池,(二)生物滤池的构造,1、池体 方形、矩形、圆形； 池壁可有孔洞或不带孔洞的两种 一般要求池壁高于滤料0.5m。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,二、生物滤池,(二)生物滤池的构造,2、滤料滤料是生物膜赖以生长的载体，其主要特性有：大的表面积；能使废水以液膜状均匀分布于其表面；有足够大的孔隙率，同时保证良好的通风；既不被微生物分解，又不抑制微生物的生长；较好的化学稳定性；有较好的机械强度，不易变形和破碎。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,二、生物滤池,(二)生物滤池的构造,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,二、生物滤池,(二)生物滤池的构造,Biofilm on rough surface,Biofilm on smooth surface,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,二、生物滤池,(二)生物滤池的构造,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,二、生物滤池,(二)生物滤池的构造,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,二、生物滤池,(二)生物滤池的构造,3、布水装置 两种：固定式布水装置、旋转式布水装置；普通生物滤池多采用固定式布水装置。高负荷生物滤池和塔式生物滤池则常用旋转布水装置。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,二、生物滤池,(二)生物滤池的构造,4、排水系统 其作用是收集、排出处理后的废水和保证良好的通风；由渗水顶板、集水沟和排水渠所组成；渗水顶板用于支撑滤料，其排水孔的总面积应不小于滤池表面积的20%；渗水顶板的下底与池底之间的净空高度一般应在0.6m以上，以利通风，一般在出水区的四周池壁均匀布置进风孔。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,二、生物滤池,(三)影响生物滤池性能的因素,1、滤床的高度 处理城市污水时，普通生物滤池的经济高度为2.0-3.0m，塔滤池的经济高度在710m。2、有机负荷与水力负荷有机负荷kgBOD5/m3.d；水力负荷： 1）水力表面负荷m3/m2.d，或m/d； 滤速 2）水力容积负荷 m3/m3.d 处理城市污水时，普通生物滤池的适宜表面水力负荷为1-4 m3/(m2d)，高负荷生物滤池为10-30 m3/(m2d)。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,二、生物滤池,(三)影响生物滤池性能的因素,3、回流 在下列三种情况下应考虑回流：进水有机物浓度高时（BOD5200mg/L）；水量小无法维持最低水力负荷时；污水中存在高浓度有毒物质时。 4、供氧 一般是自然通风,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,二、生物滤池,(三)影响生物滤池性能的因素,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,三、生物转盘,(一)生物转盘的工作原理,1、净化原理： 废水处于半静止状态，而微生物则在转动的盘面上，转盘40%的面积浸没在废水中，盘面低速转动；盘面上生物膜的厚度与废水浓度、性质及转速有关，一般0.10.5mm。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,三、生物转盘,(一)生物转盘的工作原理,2、构成与系统组成转速一般为18m/min；有一轴一段、一轴多段、以及多轴多段等形式；废水的流动方式，有轴 直角流与轴平行流。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,四、生物接触氧化法,生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法处理工艺。在池内充满填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。又称为“淹没式生物滤池”。采用与曝气池相同的曝气方法，又称“接触曝气法”。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,四、生物接触氧化法,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,四、生物接触氧化法,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,四、生物接触氧化法,1. 基本流程,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,四、生物接触氧化法,2. 生物接触氧化池的构造,由池体、填料、布水系统和曝气系统等组成；填料高度一般为3.0m左右，填料层上部水层高约为0.5m，填料层下部布水区的高度一般为0.51.5m；,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,四、生物接触氧化法,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,四、生物接触氧化法,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,五、生物流化床,生物流化床是70年代开发的一种新型生物膜法处理工艺；以比重大于1的细小惰性颗粒如砂、焦碳、陶粒、活性炭等为载体；废水以较高的上升流速使载体处于流化状态；生物固体浓度很高，传质效率也很高，是一种高效的生物处理构筑物。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,五、生物流化床,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,五、生物流化床,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,五、生物流化床,1.两相生物流化床在生物流化床外设充氧设备和脱膜设备，在床体内只有液、固两相；进入反应器之前，废水中的DO可达89mg/l(以纯氧为气源时，可达3040mg/l)。,第三章 废水的生物处理,第三节 生物膜法,五、生物流化床,2.三相生物流化床直接向反应器内充氧，床体内有气、固、液三相共存；气体搅动剧烈，载体颗粒之间摩擦剧烈，可使表层的生物膜自行脱落，因此一般无需体外脱膜装置。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生物降解的过程，称为厌氧生物处理法或厌氧消化法。 DO0.5mg/L ，好氧；DO0.5mg/L，有NO2-、NO3-，缺氧； DO=0mg/L， 无NO2-、NO3-，厌氧。 厌氧生物处理法的主要处理对象是：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。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,厌氧与好氧相比较具有以下优点： 应用范围广 能耗低 容积负荷高 反应器容积小，占地少。 剩余污泥量少 氮、磷营养需要量较少 厌氧处理过程有一定的杀菌作用。 厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以季节性或间歇性运转 。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,厌氧处理法的缺点如下： 厌氧处理设备启动时间长， 处理后出水水质差，往往需进一步处理才能达到排放标准。一般在厌氧处理后串联好氧生物处理。 厌氧生物处理系统的操作控制较复杂。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,一、概述,1630年，Vam Helmeut第一次发现由生物质厌氧消化产生可燃的甲烷气体。1776年，意大利物理学家Volta认为甲烷气体产生与湖泊沉积物中植物体的腐烂有关。1868年，Becbamp首次指出甲烷形成过程是一种微生物学过程。至1989年，已分离获得的产甲烷菌有3目16科13属43种。至1991年已收集了产甲烷菌65种。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,一、概述,由于厌氧消化细菌的生长繁殖要求极其严格的厌氧条件，研究厌氧消化细菌工作较为困难。直至1978年我国才开始这方面的研究工作。1980年美国著名微生物学家，厌氧操作技术的发明者Hungate教授被应邀来华讲学，对我国厌氧消化微生物的研究工作起到了指导和推动作用。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,二、厌氧生物处理法的基本原理,有机物在厌氧条件下的消化降解过程可分为三个阶段： 水解酸化阶段（酸性发酵） 产氢产乙酸阶段 产甲烷阶段（碱性发酵）,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,二、厌氧生物处理法的基本原理,第一阶段：水解酸化阶段（酸性发酵）产物主要是脂肪酸、醇类、CO2和H2等；主要参与微生物统称为发酵细菌或产酸细菌；其特点有：1）生长快，2）适应性（温度、pH等）强。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,二、厌氧生物处理法的基本原理,第二阶段：产氢气产乙酸阶段 第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H2，在降解有机酸时还形成CO2。第三阶段：产甲烷阶段 产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2和H2等转化为甲烷。其特点有：1）生长慢；2）对环境条件非常敏感。 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O CH3COOH CH4 + CO2,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,三、影响厌氧生物处理的因素,（1）温度 工程上： 中温消化温度为3038（以3335为多）； 高温消化温度为5055。 厌氧消化对温度的突变也十分敏感，要求日变化于2。温度突变幅度太大，会招致系统的停止产气。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,三、影响厌氧生物处理的因素,（2）pH值和碱度pH值是厌氧消化过程中的最重要的影响因素；重要原因：产甲烷菌对pH值的变化非常敏感，一般认为，常保持反应器内的pH值在6.57.5的范围内，其最适pH值范围为6.87.2。,(3) 营养比 一般认为，厌氧生物法中的碳、氮、磷比控制为(200300) 51为宜。 在碳、氮、磷比例中，碳氮比对厌氧消化的影响更为重要，对于污泥处理来说，碳氮比以（1020）:1较合适。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,三、影响厌氧生物处理的因素,(4) 搅拌 搅拌可使新鲜有机物与腐熟有机物均匀接触，加速热传导；均匀地供给细菌以养料；打碎发酵池液面上的浮渣层，使整个池子处于消化发酵活跃状态，以提高发酵池的负荷。,(5) 有机负荷 在厌氧生物处理法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称容积负荷，即厌氧反应器单位有效容积每天接受的有机物量kgCOD/(m3d)，一般可达510kgCOD/m3.d， 。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,三、影响厌氧生物处理的因素,(6) 厌氧活性污泥(7) 有毒物质 常见的抑制性物质有：硫化物、氨氮、重金属、氰化物及某些有机物；,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,早期的厌氧生物反应器厌氧消化应用于废水处理的初级阶段，是从1881年法国Mouras设计的自动净化器开始到20世纪的20年代；1860年法国人Louis Mouras把简易沉淀池改进作为污水污泥处理构筑物使用。1881年法国Cosmos杂志上登载了介绍Mouras创造的处理污水污泥的自动净化器。1890年，英国的Scott-Moncrieff建造了第一个初步的装有填料的升流式厌氧滤池（Anaerobic Filter）： 建造了一个底部空、上边铺一层石子的消化池。石子的作用是拦截废液中的固体，这种装置长期未受重视，没有发展，直至现在处理工业废水时，才又被人们所认识。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,传统消化池(Conventional digestor),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(Conventional digestor)，又称普通消化池，而且也是最早采用的二级消化池。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,高速消化池(High Rate Digestor),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。二是增设搅拌设备，使有机物与微生物良好接触。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,消化池的类型与构造,消化池的分类：按形状：圆柱形、椭圆形（卵形）；按池顶结构：固定盖式和浮动盖式；按运行方式：传统消化池和高速消化池。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,圆筒形厌氧消化池,蛋形厌氧消化池,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,从功能上分：包括污泥的投配、排泥及溢流系统，沼气排出、收集与贮气设备，搅拌设备及加温设备 (1)投配、排泥与溢流系统 (2)沼气的收集与贮存设备 (3)搅拌设备 (4)加热设备,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,(一)厌氧接触法,普通消化池用于处理高浓度有机废水时，为了强化有机物与池内厌氧污泥的充分接触，必须连续搅拌； 同时为了提高处理效率，必须改间断进水排水为连续进水排水。但这样一来，会造成厌氧污泥的大量流失。 为了克服这一缺点，可在消化池后串联一个沉淀池，将沉淀下的污泥又送回消化池，因此组成了厌氧接触系统。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,(一)厌氧接触法,1955年，Schroefer等人开发成功了厌氧接触法(Anaerobic Contact Process)。标志着现代废水厌氧生物工艺的诞生。厌氧接触法的工艺流程如下图所示,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,污泥回流是其最大的特点；污泥回流使得HRT与SRT分离：由于厌氧细菌生长缓慢，可以做到不从系统中排放剩余污泥，则Qw = 0，则有：,(一)厌氧接触法,对于普通高速厌氧消化池，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2030d，因此高速厌氧消化池的HRT为2030d。 对于厌氧接触法，由于X Xe，所以HRTSRT,X越大，Xe越小，则HRT可以越短。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,污泥回流量约为进水流量的23倍。消化池内的MLVSS为610g/L。有机容积负荷高，中温时，COD负荷16 kgCOD/m3.d，去除率为7080%；适合于处理悬浮物和有机物浓度均很高的废水,(一)厌氧接触法,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,(一)厌氧接触法,最大的问题是污泥的沉淀： 污泥上附着有小气泡； 污泥在二沉池中还有活性，还会产生气体，导致已下沉的污泥上浮。改进措施： 真空脱气设备（真空度为500mmH2O）； 增加热交换器，使污泥骤冷，暂时抑制厌氧污泥的活性。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,(二)厌氧滤池,厌氧生物滤池的工艺特征60年代末，美国的Young和McCarty首先研制出厌氧生物滤池；1972年以来，一批生产性的厌氧生物滤池投入运行，处理废水的COD浓度在30085000mg/l的范围内，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的悬浮生长的微生物，废水通过滤料层(上向流或下向流)时，有机物被截留、吸附及分解。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,(二)厌氧滤池,厌氧滤池(Anaerobic Filter),第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,(二)厌氧滤池,厌氧生物滤池的构造特征 可分为升流式厌氧生物滤池和降流式厌氧生物滤池：,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,(三)升流式厌氧污泥床反应器,1974年Wageningen农业大学(WAU)的C.Lettinga等人开发成功了升流式厌氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)反应器，简称UASB反应器。如图所示，该反应器具有高的处理效能，获得广泛应用，对废水厌氧生物处理具有划时代意义。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,(三)升流式厌氧污泥床反应器(UASB),UASB,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,(三)升流式厌氧污泥床反应器,UASB反应器的构造(1)进水配水系统：功能： 将废水均匀地分配到整个反应器的底部； 水力搅拌；是反应器高效运行的关键之一。(2)反应区：又分为污泥床区和污泥悬浮区；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；污泥悬浮区则是絮状污泥集中的区域。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,(三)升流式厌氧污泥床反应器,(3)三相分离器：由沉淀区、回流缝和气封组成；功能：将气体(沼气)、固体(污泥)和液体(废水)等三相进行分离； (4)出水系统：作用是把沉淀区的处理后的废水均匀地加以收集，并排出反应器；(5)气室：也称集气罩，主要作用是收集沼气；(6)浮渣收集系统：功能是清除沉淀区液面和气室液面的浮渣,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,(三)升流式厌氧污泥床反应器,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,(三)升流式厌氧污泥床反应器,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,(四)厌氧膨化床和流化床,基本情况： 1978年W.J.Jewell等人和1979年R.P.Bowker分别开发出了厌氧膨胀床(Anaerobic Expanded Bed)和厌氧流化床(Anaerobic Fiudized Bed)。载体：固体颗粒，常用的有：石英砂、无烟煤、活性炭、陶粒和沸石等，粒径一般为0.21mm；常采用出水回流的方法使载体颗粒膨胀或流化；一般将床体内载体略有松动，载体间空隙增加但仍保持互相接触的反应器称为膨胀床；将上升流速增大到使载体可在床体内自由运动而互不接触的反应器称为流化床。,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,(四)厌氧膨化床和流化床,第三章 废水的生物处理,第四节 厌氧生物处理,四、废水的厌氧生物处理法,(五)厌氧生物转盘,1980年S.J.Tait等人开发成了厌氧生物转盘(Anaerobic Rotating Biological Reactor)新工艺。这是在好氧生物转盘基础上开发的。其工艺示意图如图所示。,第三章 废水的生物处理,第五节 废水脱氮除磷,污水中氮一般是过量的，经二级生物处理后的出水氨氮或总氮往往超标,带来较大危害： 导致水体营养化，降低水体DO浓度，使水有异味，增加水处理成本； 当农灌时，TN超过1mg/L，作物因过量吸收氨氮而疯长，不结果； 硝态氮会演变为致癌物。必需进行污染防治。 措施或对策：物理化学脱氮和生物脱氮。,第三章 废水的生物处理,第五节 废水脱氮除磷,一、脱氮原理,1.氮的吹脱处理,1）原理：当pH11时，以NH3的形式存在，以曝气形式使NH3从水中逸出，从而脱氮。2）装置：脱除塔。采用NaOH或石灰预处理调节pH至10.5以上；后进入脱除塔，水从上方喷淋，气从塔底进入，气液逆向接触，风扇排气。3）适宜范围：中高浓度的含NH3废水。对于城市生活污水和二级城市生活污水处理厂出水采用此法处理后，NH3浓度仍在数mg/L，冬季会超过10mg/L，很不经济，工程上少采用。因而一般用于含高氨氮的工业废水处理。,第三章 废水的生物处理,第五节 废水脱氮除磷,一、脱氮原理,1.氮的吹脱处理,第三章 废水的生物处理,第五节 废水脱氮除磷,一、脱氮原理,2.生物脱氮,1）污水中的含氮化合物有有机氮（蛋白质、氨基酸、尿素、胺类化合物等）和氨态氮等。在初沉池前，其形态以前者为主；经初沉池水解后以NH4为主。具体反应如下：氨化反应：以氨基酸为例， RCHNH2COOHO2RCOOHCO2NH3,第三章 废水的生物处理,第五节 废水脱氮除磷,一、脱氮原理,2）当初沉池出水进入曝气池后，由于C/N比高，微生物以异氧菌为主，对有机物进行降解，此时对氨氮的降解以同化代谢为主；当BOD5/N