第六章厌氧生物处理

6 2污泥的厌氧消化 处理对象 初次沉淀污泥 腐殖污泥 剩余活性污泥 构筑物 消化池 化粪池 双层沉淀池 沼气池 分类定容式 动容式人工小型 中型 大型低温 中温 高温一级 二级自然 1 消化工艺 1 一级消化工艺 传统消化池 消化和浓缩在单个池内同时完成 不设搅拌设备 污泥有分层现象 仅一部分池容积起有机物的分解作用 池底部容积主要用于贮存和浓缩污泥 特点 消化速率低 消化时间长 适用于小型装置 单级浮动盖式消化池 不设搅拌装置 有分层 顶部为浮渣层 中间是清液和起厌氧分解的活性层 底部为熟污泥 功能 挥发性有机物的消化 熟污泥的浓缩和贮存 特点 能提供1 3的贮存体积 2 二级消化工艺 一级消化池 有机物的分解 二级消化池 污泥浓缩 2 消化池的构造 主体 集气罩 池盖 池体 下椎体 附设 新鲜污泥投配系统 熟污泥排出系统 溢流系统 沼气的排出收集贮存系统 加温设备 搅拌设备 1 消化池池形 2 投配 排泥 溢流系统 污泥投配 生污泥需先排入消化池的污泥投配池 然后用污泥泵抽送至消化池 投配池一般为矩形 至少设两个 池容根据生污泥量及投配方式确定 常用12h的贮泥量设计 应加盖 设排气管 上清液排放管和溢流管 排泥 排泥管设在池底 出泥口布置在池底中央或在池底分散数处 排空管可和出泥管合并使用 溢流装置 沼气压缩 气压增加甚至可能压破池顶盖 形式 倒虹管式 大气压式 水封式 3 沼气的收集与贮存设备 产气量和用气量不平衡 贮气柜来调节 贮气柜有低压浮盖式 高压球形罐 4 消化池的加热方法 方法 池内蒸汽直接加热 池外预热 池内蒸汽直接加热法 利用插在消化池内的蒸汽竖管 直接向消化池送入蒸汽 加热污泥 优点 方法比较简单 热效率高 缺点 竖管周围的污泥易被过热 影响甲烷菌的正常活动 含水率稍有提高 4 消化池的加热方法 池外预热法 新鲜污泥预先加热后 投配到消化池中 优点 预热污泥数量较少 易于控制 预热达到的温度较高 有利于杀灭寄生虫卵 提高卫生条件 不会使甲烷菌受到过热的影响 缺点 加热设备比较复杂 分类 热交换器预热 投配池内预热 4 消化池的加热方法 分类 热交换器预热 投配池内预热 4 消化池的加热方法 分类 热交换器预热 投配池内预热 5 消化池的搅拌方法 方法 泵加水射器搅拌 沼气搅拌 联合搅拌 一 名词解释 污泥投配率二 填空题1 厌氧消化三阶段 2 厌氧中温消化最适温度是 甲烷菌的最适PH值范围是 厌氧消化的碳氮磷比应控制在为宜 3 厌氧消化的主要构筑物有 4 二级消化工艺中 一级消化池起作用 二级消化池起作用 5 消化池的主体包括有 6 溢流装置常用形式有 7 消化池的加热方法有 8 消化池的搅拌方法有 三 简答题1 为什么说产甲烷阶段是控制整个厌氧消化的关键 2 有哪些因素影响了厌氧消化的效率 6 3污水的厌氧消化 一 厌氧接触法 为克服普通消化池不能持留或补充厌氧活性污泥的缺点 在消化池后设沉淀池 将沉淀污泥回流至消化池 形成了厌氧接触法 其工艺流程如右图所示 该系统既使污泥不流失 出水水质稳定 又可提高消化池内污泥浓度 从而提高设备的有机负荷和处理效率 1 厌氧接触法的特点 1 通过污泥回流 保持消化池内污泥浓度较高 一般为10 15g L 耐冲击能力强 2 消化池的容积负荷较普通消化池高 中温消化时 一般为2 5kgCOD m3 d 3 水力停留时间比普通消化池大大缩短 如常温下 普通消化池为15 30天 而接触法小于10天 4 不仅可以处理溶解性有机污水 也可以用于处理悬浮较高的高浓度有机污水 5 混合液经沉淀后 出水水质好 但需增加沉淀池 污泥回流和脱气等设备 厌氧接触法还存在混合液难于在沉淀池中进行固液分离的缺点 耐冲击能力强 容积负荷较普通消化池高 水力停留时间 大大缩短 可以处理溶解性 悬浮较高的 有机污水 出水水质好 2 问题及解决方法污泥中有气泡 继续产气 1 真空脱气 由消化池排出的混合液经真空脱气器 将污泥絮体上的气泡除去 改善污泥的沉淀性能 2 热交换器急冷法 将从消化池排出的混合液进行急速冷却 如中温消化液35 冷到15 25 可以控制污泥继续产气 使厌氧污泥有效地沉淀 3 絮凝沉淀 向混合液中投加絮凝剂 使厌氧污泥易凝聚成大颗粒 加速沉降 4 用超滤器代替沉淀池 以改善固液分高效果 3 应用 二 厌氧滤池 又称厌氧固定膜反应器 滤池呈圆柱形 池内装有填料 浸没于水中 池顶密封 还有布水系统和沼气收集系统 厌氧微生物附着于填料的表面生长 当废水通过填料层时 在填料表面的厌氧生物膜作用下 废水中的有机物被降解并产生沼气 沼气从池顶部排出 滤池中的生物膜不断地进行新陈代谢 脱落的生物膜随出水流出池外 填料 比表面积大 孔隙率高 表面粗糙生物膜易附着 对微生物细胞无抑制和毒害作用 有一定强度 且质轻 价廉 来源广 常用填料有碎石 卵石 焦炭和各种形式的塑料 1 分类 废水从池底进入 从池上部排出 称升流式厌氧滤池 废水从池上部进入 从池底部排出 称降流式厌氧滤池 为什么实际应用中多采用升流式 2 特点是什么 书P256 自行整理 3 存在问题 堵塞 水流短路 解决方法 出水回流 预处理 升流式改为平流式 三 升流式厌氧污泥床反应器 UASB A 反应区 B 沉降区 2 主体部分结构 C 气室 1 简单描述 没有载体 微生物悬浮生长 A 反应区 反应器底部是浓度较高的污泥层 称污泥床 在污泥床上部是浓度较低的悬浮污泥层 通常把污泥层和悬浮层称为反应区 B 沉降区 在反应区上部设有气 液 固三相分离器 三相分离器周围就是沉降区 C 气室 最顶部污水没有的空间就是气室 进行沼气的暂时储存和收集 反应过程 废水从污泥床底部进入 与污泥床中的污泥进行混合接触 微生物分解废水中的有机物产生沼气 微小沼气泡在上升过程中 不断合并逐渐形成较大的气泡 由于气泡上升产生较强烈的搅动 在污泥床上部形成悬浮污泥层 气 水 泥的混合液上升至三相分离器内 沼气气泡碰到分离器下部的反射板时 折向气室而被有效地分离排出 污泥和水则经孔道进入三相分离器的沉淀区 在重力作用下 水和泥分离 上清液从沉淀区上部排出 沉淀区下部的污泥沿着斜壁返回到反应区内 气液固三相分离器是完成气 液 固体三相的分离 即将附着于颗粒污泥上的气体分离 并收集反应区产生的沼气 通过集气室排出反应器 使分离区的悬浮物沉淀下来 回落到反应区 有效防止厌氧污泥流失 保证反应器中足够的生物量 降低出水中悬浮物的含量 三相分离器同时具有传统废水生物处理工艺中的二沉池 污泥回流及气体收集的功能 因此 三相分离器分离效果好坏直接影响到整个反应器的处理效果 布水系统 进水配水系统 布水系统兼有均匀配水和水力搅拌作用 使进水与污泥充分接触 最大限度地利用反应器内的厌氧污泥 防止进水在通过污泥层时出现沟流和死角 布水系统设计包括了进水方式的选择和布水点的布置 其合理设计对于反应器的良好运行至关重要 树枝管式配水系统 穿孔管式配水系统 多点多管配水系统 UASB应用于高浓度有机废水处理时的允许容积负荷 升流式厌氧污泥床反应器的特点是 1 反应器内污泥浓度高 一般平均污泥浓度为30 40g L 高的可达60 80g L 2 有机负荷高 水力停留时间短 中温消化 COD容积负荷一般为10 20kgCOD m3 d 3 反应器内设三相分离器 被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区 一般无污泥回流设备 4 无混合搅拌设备 投产运行正常后 利用本身产生的沼气和进水来搅动 5 污泥床内不填载体 节省造价及避免堵塞问题 但反应器内有短流现象 影响处理能力 进水中的悬浮物应比普通消化池低得多 特别是难消化的有机物固体不宜太高 运行启动时间长 对水质变化比较敏感 全世界有几千座UASB反应器 占所有厌氧反应器总数的64 应用最为广泛 工业上应用的UASB装置 厌氧生物处理的运行管理 UASB UASB反应器良好运行的三个重要前提是 1 反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥 2 由产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌作用 3 设计合理的三相分离器 这使沉淀性能良好的污泥能保留在反应器内 UASB反应器的初次启动 UASB反应器初次启动通常指对一个新建的UASB系统以未经驯化的非颗粒污泥接种 使反应器达到设计负荷和有机物去除效率的过程 通常这一过程伴随着污泥颗粒化的完成 因此也称为污泥的颗粒化 UASB反应器启动的目标和启动成功的标志是颗粒污泥化 UASB初次启动的过程 分三个阶段 启动的初期 启动的中期 启动的后期 划分依据为反应器负荷大小 反应器负荷低于2kgCOD m3 d 反应器负荷2 5kgCOD m3 d 反应器负荷大于5kgCOD m3 d 洗出的污泥仅限于种泥中非常细小的分散污泥 洗出原因主要是水的上流数度和逐渐产生的少量沼气 洗出量增大 大多为絮状污泥 洗出原因主要是产气和上流速度增加引起污泥床的膨胀 颗粒污泥从反应器底部开始形成 这阶段末期 污泥洗出由于颗粒污泥形成而减少 絮状污泥迅速减少 颗粒污泥加速形成使得反应器大部分被颗粒污泥所充满 此时反应器最大负荷可超过50kgCOD m3 d UASB初次启动的要点 启动的要点 对启动初期的目标应明确 进液的浓度 启动前应了解废水特征 不能追求反应器的处理效率 产气率的改进和出水的质量等 初期目标是是反应器逐渐进入工作状态 即菌种的活化过程 废水浓度低于5000mgCOD L时 不用稀释直接进液 主要是针对工业废水 其种类非常多 成分复杂 负荷增加的操作方法 以出水VFA浓度来确定负荷增加 出水VFA浓度过高意味着甲烷菌活力不够或环境因素使甲烷菌活力下降而导致VFA利用不充分 低于3mmol L认为反应器运行状态良好 当负荷上升2kgCOD m3 d 后促进颗粒污泥形成的启动操作要点 出水VFA一旦低于3mmol L即增加反应器负荷 使细小分散的污泥洗出 不回流 使反应器保持最佳的细菌生长条件 一般地 PH 6 8 7 5 温度30 38 中温范围 或53 58 高温范围 保持微生物生长所需的营养与微量元素 为防止过负荷 在每次增加负荷时总是小于50 以显微镜和放大镜作为污泥的镜检 启动大约6周后 在400 1000倍放大倍数下应当看到污泥中的丝状物 初期形成的污泥微小粒子应当是相当坚固的 可用40 80倍的放大镜检查其外观 使用污泥的比产甲烷活性作为参考 使反应器负荷不至于超过污泥的最大降解能力 当HRT达到大约5d时 开始降低稀释用水量 在HRT小于20h时 对于COD浓度小于15g L的废水 稀释不再是必需的了 如果废水浓度大于15g L 则需要出水的循环 UASB反应器的二次启动 UASB反应器的二次启动是指直接采用颗粒污泥作为种泥来启动一个UASB反应器的过程 新启动的反应器在选择种泥时应尽量使种泥的原处理废水种类与拟处理的废水种类一致 废水种类与性质越接近 驯化所需的时间就越少 从而大大缩短启动时间 此外 不同温度范围的种泥也会延长启动时间 二次启动进液浓度在开始时一般与初次启动相当 但可以相对迅速的增大进液浓度 增大负荷 颗粒污泥来源 原有的UASB反应器 购买现成的颗粒污泥产品 四 厌氧复合床反应器 厌氧生物滤池 UASB 污水依次通过悬浮泥层及填料层 有机物将与污泥层颗粒污泥及填料生物膜上的微生物接触并得到稳定 下部是污泥悬浮层 上部是填料层 五 厌氧膨胀床和流化床 厌氧流化床 厌氧流化床工艺是借鉴流态化技术的一种生物反应装置 它以小粒径载体为流化粒料 废水作为流化介质 当废水以升流式通过床体时 与床中附着于载体上的厌氧微生物膜不断接触反应 达到厌氧生物降解目的 产生沼气 于床顶部排出 流化床操作的首要满足条件是 上升流速即操作速度必须大于临界流态化速度 而小于最大流态化速度 上升流速应控制在1 2 1 5倍临界流化速度 厌氧流化床特点 1 载体颗粒细 比表面积大 可高达2000 3000m2 m3左右 使床内具有很高的微生物浓度 因此有机物容积负荷大 一般为10 40kgCOD m3 d 水力停留时间短 具有较强的耐冲击负荷能力 运行稳定 2 载体处于流化状态 无床层堵塞现象 对高 中 低浓度废水均表现出较好的效能 3 载体流化时 废水与微生物之间接触面大 同时两者相对运动速度快 强化了传质过程 从而具有较高的有机物净化速度 4 床内生物膜停留时间较长 剩余污泥量少 5 结构紧凑 占地少以及基建投资省等 但载体流化耗能较大 且对系统的管理技术要求较高 六 厌氧生物转盘 厌氧生物转盘的构造与好氧生物转盘相似 不同之处在于盘片大部分 70 以上 或全部浸没在废水中 为保证厌氧条件和收集沼气 整个生物转盘设在一个密闭的容器内 厌氧生物转盘由盘片 密封的反应槽 转轴与驱动装置等组成 其构造如图所示 对废水的净化靠盘片表面的生物膜和悬浮在反应槽中的厌氧菌完成 产生的沼气从反应器顶部排出 由于盘片的转动 作用在生物膜上的剪力可将老化的生物膜剥落 在水中呈悬浮状态 随水流出槽外 七 两段厌氧消化工艺厌氧消化过程包括水解酸化 产氢产乙酸 产甲烷三个连续阶段 分别由三大类微生物群体参与反应 由于这几类微生物群体对环境条件要求不同 对底物的代谢速率也很不相同 因此 同在一个消化池内很难都处于生长繁殖最佳状态 不能充分发挥各自的作用 而两段厌氧消化工艺则克服了这一缺点 使消化阶段的前两个阶段在一个消化池内完成 后一个阶段在另一个池内完成 分别在两个独立的反应器中进行 水解酸化细菌 产氢产乙酸菌 产甲烷菌都能在各自适合生长的最佳环境条件中 7 两段厌氧消化工艺 复合厌氧法是在一个反应器内由两种厌氧法组合而成 如上流式厌氧污泥床与厌氧滤池组成的复合厌氧法 八 水解工艺 水解和酸化是无法截然分开的 这是由于水解细菌实际上是一种有水解能力的发酵细菌 水解是耗能过程 发酵细菌付出能量进行水解的目的是为了获取能进行发酵的水溶性底物 并通过细胞内的生化反应取得能量 同时排出代谢产物 厌氧消化条件下主要为各种有机酸 水解工艺仅利用厌氧反应中的水解酸化阶段 放弃了停留时间长的甲烷发酵阶段 因此 水解工艺是一种预处理工艺 其后可以根据需要采用厌氧的或者好氧的生物处理工艺 水解池一般是改进的UASB反应器 不设三相分离器 全称水解上流式污泥床 HUSB 水解 酸化 过程的影响因素1 pH值 最佳pH值范围5 5 6 52 水温 水解微生物对低温变化适应性强3 底物的种类和形态 分子量 粒径等4 污泥生物固体停留时间 SRT 由排除剩余污泥来控制5 水力停留时间 HRT 应通过试验确定 九 膨胀颗粒污泥床反应器 EGSB 在UASB基础上发展起来的第三代厌氧反应器 与UASB 9 膨胀颗粒污泥床反应器 EGSB 在UASB基础上发展起来的第三代厌氧反应器 与UASB相比 增加了出水再循环 使反应器内液体上升流速远远高于UASB 污泥颗粒处于 膨胀 状态 废水与颗粒泥接触更充分 水力停留时间更短 大大提高了有机负荷和处理效率 10 内循环厌氧反应器 IC 在UASB基础上发展起来的第三代厌氧反应器 与UASB相比 处理低浓度和高浓度有机废水时 不需要为了防止活性污泥流失而限制有机物容积负荷 看成由两个UASB反应器上下串联而成 下面第一个反应器具有很高的有机负荷率 起 粗 处理作用 上面第二个反应器起 精 处理作用 10 内循环厌氧反应器 IC 进水通过泵进入底部混合区 与该区内的污泥颗粒混合 废水中的大部分有机物在这里转化成沼气 产生的沼气被第一反应室的集气罩收集 沿着提升管上升 同时 把第一反应室的混合液提升至设在反应器顶部的气液分离器 被分离出来的沼气由顶部沼气排出管排出 分离出的泥水混合液将沿着回流管返回到底部的混合区 并与底部原来的污泥颗粒和新进的水充分混合 10 内循环厌氧反应器 IC 经过第一反应室处理过的废水 会自动上升到第二反应室继续处理 废水中剩余有机物可被第二反应室内的厌氧颗粒污泥进一步降解 产生的沼气由第二反应室的二级三相分离器收集 通过集气管进入气液分离器并通过沼气排出管排出 第二反应室的泥水混合液进入沉淀区进行固液分离 处理过的上清液由出水管排走 沉淀下来的污泥可自动返回第二反应室 第三代厌氧生物反应器 EGSBICUBF 厌氧膨胀颗粒污泥床内循环反应器升流式污泥床过滤器 6 4污泥处理和处置 目的 使废水处理厂能够正常运行 有毒物质得到及时处置 有用物质得到利用 以便达到变害为利 综合利用 保护环境的目的 一般方法与流程 6 4 1概述 1 分类 1 按其所含主要成分的不同 分为污泥和沉渣 2 按产生的来源 分为初次沉淀污泥 腐殖污泥与剩余活性污泥 熟污泥 6 4 1概述 2 特性 1 污泥含水率 体积与含水率的关系公式6 3 计算 6 4 1概述 2 特性 2 污泥的相对密度 3 挥发性固体和灰分 4 污泥的肥分 5 污泥的细菌组成 6 4 1概述 3 污泥流动的水力特征 层流 紊流 4 管道输送 重力输泥管 压力输泥管 长距离输泥管 6 4 2污泥浓缩 1 污泥中所含的水分 6 4 2污泥浓缩 1 污泥中所含的水分 浓缩脱水的对象 空隙水 浓缩脱水的目的 缩小污泥的体积 减少后续处理构筑物的容积及运行费用 6 4 2污泥浓缩 2 方法 重力浓缩 气浮浓缩 离心浓缩 1 重力浓缩重力浓缩的基本原理是污泥 水悬浮液中的固体在重力作用下沉淀和进一步固化的物理过程 处理构筑物 污泥浓缩池 运行方式 连续式 间歇式 图12 3间歇式浓缩池示意图 图12 4连续式重力浓缩池 2 气浮浓缩 通过压力溶气罐溶入过量空气 然后突然减压释放出大量的微小气泡 并附着在污泥颗粒周围 使其相对密度减小而强制上浮 最常用方法 加压溶气气浮 效果 98 5 99 3 浓缩到94 96 3 离心浓缩 通过压力溶气罐溶入过量空气 然后突然减压释放出大量的微小气泡 并附着在污泥颗粒周围 使其相对密度减小而强制上浮 离心机 转盘式 篮式 转鼓式 效果 表6 8 离心机