水污染控制工程(第二十六讲)

1、一、废水生物处理过程中的微生物一、废水生物处理过程中的微生物 二、微生物的呼吸类型及相应的生物处理方法二、微生物的呼吸类型及相应的生物处理方法 三、微生物的生长规律和影响因素三、微生物的生长规律和影响因素 第二节第二节 好氧悬浮生长系统处理技术好氧悬浮生长系统处理技术 第一节废水处理的微生物学基础第一节废水处理的微生物学基础 第三节第三节 好氧附着生长系统处理技术好氧附着生长系统处理技术 第四节第四节 厌氧生物处理技术厌氧生物处理技术 (1)UASB反应器的工作原理反应器的工作原理 2、上流式污泥床工艺、上流式污泥床工艺(UASB) 工作原理：工作原理： 废水自反应器底部进水。废水自反应器底部

2、进水。 通过一个高浓度污泥床，污水中的有机物通过一个高浓度污泥床，污水中的有机物 在此进行厌氧分解，转化为消化气。在此进行厌氧分解，转化为消化气。 在污泥床上部形成污泥悬浮层。在污泥床上部形成污泥悬浮层。 反应器上部是固、液、气三相分离装置反应器上部是固、液、气三相分离装置 生物体生物体：以：以0.1-40.1-4毫米的小颗粒存在毫米的小颗粒存在。UASBUASB反反 应器运行成功的关键是要形成沉淀性能良好应器运行成功的关键是要形成沉淀性能良好 的高活性的颗粒状污泥床。的高活性的颗粒状污泥床。 混和混和：是由上升水流和消化气搅动完成的。：是由上升水流和消化气搅动完成的。 利用多个进水口可使水流

3、分布均匀，混合充利用多个进水口可使水流分布均匀，混合充 分。分。 不适用于高浓度悬浮固体废水，进水的不适用于高浓度悬浮固体废水，进水的 TSSTSS应控制在应控制在500mg/L500mg/L以下。以下。 (2)UASB(2)UASB反应器运行的前提条件反应器运行的前提条件 A A、反应器内形成沉降性能、反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或良好的颗粒污泥或 絮状污泥。絮状污泥。 B B、由、由产气和进水产气和进水的均匀分布所形成的良好的的均匀分布所形成的良好的 自然搅拌作用自然搅拌作用。 C C、设计、设计合理的三相分离器合理的三相分离器，这使沉淀性能良，这使沉淀性能良 好的污泥能保留在反应器

4、内。好的污泥能保留在反应器内。 （3 3）UASBUASB工艺的特点工艺的特点 A A、消化液携带的污泥能自动返回反应区内。、消化液携带的污泥能自动返回反应区内。 B B、产气的搅拌作用使污泥床不断运动从而废、产气的搅拌作用使污泥床不断运动从而废 水混合很好。水混合很好。 C C、没有任何填料的没有任何填料的UASBUASB反应器有很大的空反应器有很大的空 间容纳污泥。间容纳污泥。 D D、反应器内设反应器上部设有气、反应器内设反应器上部设有气- -液液- -固三固三 相分离器相分离器 E E、没有填料的、没有填料的UASBUASB反应器在投资和运行成反应器在投资和运行成 本上更节省、更节能，

5、同时操作相对简单易本上更节省、更节能，同时操作相对简单易 于控制。于控制。 但其还有一些缺点：但其还有一些缺点： 反应器内有短流现象，影响处理能力；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，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，以免特别是难消化的有机物固体不宜太高，以免 对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积， 甚至引起堵塞甚至引起堵塞； 初次启动时间长，对水质和负荷突然变化初次启动时间长，对水质和负荷突然变化 比较敏感。比较敏感。 （4 4）UASBUASB反应器的构造反应器的构造 三相分

6、离器：三相分离器： A A、三相分离器满足的要求、三相分离器满足的要求 沉淀室的斜壁倾角约为沉淀室的斜壁倾角约为50500 0，以利于污泥下滑；，以利于污泥下滑； 水流在沉淀室内的表面负荷率低于水流在沉淀室内的表面负荷率低于0.70.7m m3 3/m/m2 2.h.h， 在沉淀室底部的进水口处，表面符合率保持在在沉淀室底部的进水口处，表面符合率保持在 2.02.0m m3 3/m/m2 2.h.h以下。以下。 处于气室液处于气室液- -气界面上的污泥要浸于水中。气界面上的污泥要浸于水中。 应防止气室内出现大量气泡。应防止气室内出现大量气泡。 B B、三相分离器的工作原理三相分离器的工作原理

7、气、液、固混合物上流至三相分离器；气、液、固混合物上流至三相分离器； 污泥返回反应器，溶解的沼气释放；污泥返回反应器，溶解的沼气释放； 随水流进入沉淀室的污泥经浓缩后返回反应器随水流进入沉淀室的污泥经浓缩后返回反应器。 C C、三相分离器的特点、三相分离器的特点 沉淀室的底板可充当气体分离器；沉淀室的底板可充当气体分离器； 反应器与沉淀室合为一体，无需另外空间，整反应器与沉淀室合为一体，无需另外空间，整 个工艺过程连续完成；个工艺过程连续完成； 沉淀室分离的污泥可直接返回反应器内，无需沉淀室分离的污泥可直接返回反应器内，无需 机械设备；机械设备； 污泥始终保留在系统内，可减轻外界环境带来污泥始

8、终保留在系统内，可减轻外界环境带来 的不利影响。的不利影响。 D D、三相分离器正常工作的条件、三相分离器正常工作的条件 在水、泥混合物进入沉淀室前，必须把气在水、泥混合物进入沉淀室前，必须把气 泡分开；泡分开； 为避免水、泥混合物在沉淀室内继续产气，为避免水、泥混合物在沉淀室内继续产气， 必须适当控制污泥在沉淀室中的滞留时间，必须适当控制污泥在沉淀室中的滞留时间， 并使反应器流出液有较高的净化程度；并使反应器流出液有较高的净化程度； 污泥沉淀后，常积聚于沉淀室底部，沉淀污泥沉淀后，常积聚于沉淀室底部，沉淀 室的进水口处应有一定的流速，以促使污泥室的进水口处应有一定的流速，以促使污泥 返回反应

9、器内。返回反应器内。 进水系统进水系统 A A、布水点的设置、布水点的设置 B B、进料方式、进料方式 水封：调节气室高度的作用水封：调节气室高度的作用 （5 5）UASBUASB反应器的操作运行反应器的操作运行 A A、UASBUASB反应器初次起动的操作原则反应器初次起动的操作原则 选取性能优良的接种污泥，以保证反应器选取性能优良的接种污泥，以保证反应器 有较好的微生物种源；有较好的微生物种源； 控制合适的反应器环境，以促进厌氧微生控制合适的反应器环境，以促进厌氧微生 物（特别是产甲烷细菌）的增殖；物（特别是产甲烷细菌）的增殖； 控制工艺条件，以促使污泥的颗粒化。控制工艺条件，以促使污泥的

10、颗粒化。 B B、工艺条件的控制、工艺条件的控制 接种污泥接种污泥 接种污泥具有以下作用：接种污泥具有以下作用： 可供微生物附着的载体物质微粒对刺激和发动可供微生物附着的载体物质微粒对刺激和发动 细胞的聚集是有益的；细胞的聚集是有益的； 种泥的比产甲烷活性对启动的影响不大。尽管种泥的比产甲烷活性对启动的影响不大。尽管 浓度大于浓度大于60gTSS/L60gTSS/L的稠消化污泥的产甲烷活性小的稠消化污泥的产甲烷活性小 于较稀的消化污泥，前者却更有利于于较稀的消化污泥，前者却更有利于UASBUASB的初次的初次 启动；启动； 添加部分颗粒污泥或破碎的颗粒污泥，了可提添加部分颗粒污泥或破碎的颗粒污

11、泥，了可提 高颗粒化过程。高颗粒化过程。 废水性质废水性质 （6 6）反应器污泥流失的原因及控制对策）反应器污泥流失的原因及控制对策 通常反应器的污泥流失可分为三种情况。 沉淀室中的悬浮污泥层表面保持在出水沉淀室中的悬浮污泥层表面保持在出水 堰以下，污泥的流失量低于污泥的增长量；堰以下，污泥的流失量低于污泥的增长量； 在有机质负荷率相对稳定的条件下，悬在有机质负荷率相对稳定的条件下，悬 浮污泥层升至出水堰处，此时应及时排放剩浮污泥层升至出水堰处，此时应及时排放剩 余污泥；余污泥； 由于冲击负荷或水质突变，污泥过度膨由于冲击负荷或水质突变，污泥过度膨 胀，导致污泥大量流失。胀，导致污泥大量流失。

12、 控制对策：控制对策： 对于污泥过量积累对于污泥过量积累，控制的措施较简单， 只需排弃过量部分即可只需排弃过量部分即可；对于污泥过量流对于污泥过量流 失，则需通过控制工艺条件来加以抑制失，则需通过控制工艺条件来加以抑制。通 常，调节有机质负荷是控制污泥过量流失的调节有机质负荷是控制污泥过量流失的 主要方法，而提高污泥沉淀性能则是防止污主要方法，而提高污泥沉淀性能则是防止污 泥流失的根本途径泥流失的根本途径。从控制来说，有机质负 荷控制容易在短期内收效，而提高污泥沉淀提高污泥沉淀 性能则需较长的时间性能则需较长的时间。为了弥补启动中污泥弥补启动中污泥 过量流失的，可在过量流失的，可在UASBUA

13、SB反应器后设置沉淀池反应器后设置沉淀池， 沉淀池的容积无需很大，能满足HRTh 即可。 增设沉淀池的好处是：增设沉淀池的好处是： 可加速污泥的积累、缩短启动时间；可加速污泥的积累、缩短启动时间； 去除悬浮物，提高出水水质；去除悬浮物，提高出水水质； 遇冲击负荷时，可回收流失的污泥，保遇冲击负荷时，可回收流失的污泥，保 持工艺运行的稳定性；持工艺运行的稳定性； 污泥返回反应器进一步分解，可减少污污泥返回反应器进一步分解，可减少污 泥排放量。泥排放量。 3 3、两相厌氧工艺、两相厌氧工艺 为了充分发挥各类厌氧消化微生物的活性，为了充分发挥各类厌氧消化微生物的活性， 提高厌氧反应器的处理效率，并改

14、善其工作提高厌氧反应器的处理效率，并改善其工作 性能而研制开发了两相厌氧消化（性能而研制开发了两相厌氧消化（Two-phase Two-phase anaerobic digestionanaerobic digestion）工艺）工艺. . （1 1）工艺流程）工艺流程 系统由两个厌氧反应器串联组成。系统由两个厌氧反应器串联组成。废水中废水中 的的有机质先在第一个反应器中水解产酸有机质先在第一个反应器中水解产酸，所，所 形成的形成的产物再用作第二个反应器的进料，并产物再用作第二个反应器的进料，并 转化为沼气。转化为沼气。 两个反应器之后可设沉淀分离装置，分别两个反应器之后可设沉淀分离装置，分

15、别 用于各自的污泥沉淀和回流。用于各自的污泥沉淀和回流。 (2)(2)两相厌氧消化机理两相厌氧消化机理 单相厌氧消化单相厌氧消化中，产酸和产甲作用被放置中，产酸和产甲作用被放置 于相同的物理和化学条件下进行，于相同的物理和化学条件下进行，单相厌氧单相厌氧 消化器的处理效率较低，工作稳定性较差。消化器的处理效率较低，工作稳定性较差。 两相厌氧消化工艺并非是单相厌氧消化工两相厌氧消化工艺并非是单相厌氧消化工 艺的简单分离艺的简单分离；相反，单；相反，单相厌氧消化工艺也相厌氧消化工艺也 不是两相厌氧消化工艺的简单结合不是两相厌氧消化工艺的简单结合，它们所，它们所 涉及的微生物生态和生态生理作用明显有

16、别。涉及的微生物生态和生态生理作用明显有别。 （3 3）两相厌氧消化工艺的操作和性状）两相厌氧消化工艺的操作和性状 A A、操作、操作 两相厌氧消化工艺操作的主要任务之一，两相厌氧消化工艺操作的主要任务之一， 就是要实现产酸相和产甲烷相的分离。就是要实现产酸相和产甲烷相的分离。 建立产酸相的技术有三种建立产酸相的技术有三种，即：，即： 抑制剂法抑制剂法 在产酸相中使用对产甲烷在产酸相中使用对产甲烷 菌进行选择性抑制。菌进行选择性抑制。 渗析法渗析法利用通透有机酸的选择性半利用通透有机酸的选择性半 透膜可使产酸相和产甲烷相分开透膜可使产酸相和产甲烷相分开 动力学控制法动力学控制法通过对废水在反应

17、器通过对废水在反应器 的水力停留时间的调节可以动力学控制产酸的水力停留时间的调节可以动力学控制产酸 菌和产甲烷菌的生长。菌和产甲烷菌的生长。 B B、运行性状运行性状 产酸菌主要为兼性厌氧菌产酸菌主要为兼性厌氧菌，对氧的适应，对氧的适应 性较强；而性较强；而产甲烷菌则均为严格厌氧菌产甲烷菌则均为严格厌氧菌，对，对 氧反应敏感；此外，它们适应的氧反应敏感；此外，它们适应的pHpH值和值和E Eh h值值 范围，以及所能耐受的范围，以及所能耐受的VFAVFA浓度都不相同。浓度都不相同。 （4 4）两相厌氧消化的特点两相厌氧消化的特点 与传统的单相厌氧消化工艺相比，具有特点： A A、两相分离提高了

18、产甲烷菌的活性。、两相分离提高了产甲烷菌的活性。 B B、两相分离提高反应器运行的稳定性。、两相分离提高反应器运行的稳定性。 C C、两相分离为定向生成中间产物提供了条件两相分离为定向生成中间产物提供了条件。 D D、两相厌氧法的上述工艺特点带来了如下优两相厌氧法的上述工艺特点带来了如下优 点：点： 避免了传统单相工艺中微生物之间的抑制避免了传统单相工艺中微生物之间的抑制 和代谢产物对微生物的抑制和代谢产物对微生物的抑制 能够处理单相厌氧工艺不宜处理的几类废能够处理单相厌氧工艺不宜处理的几类废 水。水。 适宜处理含高浓度悬浮固体的废水适宜处理含高浓度悬浮固体的废水 不致于引起产甲烷相发生酸败不

19、致于引起产甲烷相发生酸败 （5 5）两相厌氧反应器的选择和构造）两相厌氧反应器的选择和构造 两相厌氧工艺反应器选择和设计的主要原两相厌氧工艺反应器选择和设计的主要原 则是，产酸器尽可能构造简单化而降低基建则是，产酸器尽可能构造简单化而降低基建 费用；产甲烷器则必须选择运行稳定的高产费用；产甲烷器则必须选择运行稳定的高产 反应器。反应器。 产酸反应器产酸反应器 多选用完全混合式的多选用完全混合式的厌氧接厌氧接 触反应器触反应器作为产酸器。作为产酸器。 产甲烷反应器产甲烷反应器 作为产甲烷器的构筑物有上流作为产甲烷器的构筑物有上流 式厌氧滤器（式厌氧滤器（AFAF）、上流式厌）、上流式厌 氧污泥床

20、反应器氧污泥床反应器( (UASB)UASB)、上流、上流 式厌氧污泥床滤器（式厌氧污泥床滤器（UBFUBF） 4 4、厌氧流化床工艺、厌氧流化床工艺 固体流态化是一项改善固体颗粒与流体固体流态化是一项改善固体颗粒与流体 之间接触，并使其呈现流体状的技术。其之间接触，并使其呈现流体状的技术。其 广泛应用于石油、化工、冶金和煤炭等部广泛应用于石油、化工、冶金和煤炭等部 门。门。 厌氧流化床工艺是借鉴流化技术的一种厌氧流化床工艺是借鉴流化技术的一种 生物反应装置，其反应器称为厌氧流床反生物反应装置，其反应器称为厌氧流床反 应器（应器（Anaerobic Fluidized Bed Anaerobi

21、c Fluidized Bed Reactor,AFBRReactor,AFBR），是属于新型高效的有机），是属于新型高效的有机 废水厌氧处理工艺。废水厌氧处理工艺。 （1 1）工艺流程）工艺流程 （2 2）工作原理）工作原理 A A、载体的流态化载体的流态化 固定床阶段固定床阶段 浓相流化阶段浓相流化阶段 稀相流化阶段稀相流化阶段 B B、流态化的作用流态化的作用 C C、生物颗粒的形成及其对废物的去除、生物颗粒的形成及其对废物的去除 （3 3）工艺特点）工艺特点 (1)(1)流态化能最大程度使厌氧污泥与被处理的流态化能最大程度使厌氧污泥与被处理的 废水接触。废水接触。 (2)(2)载体处于

22、流化状态，防止载体堵塞，对高、载体处于流化状态，防止载体堵塞，对高、 中、低浓度废水均表现出好的性能；中、低浓度废水均表现出好的性能； (3)(3)床内生物膜停留时间较长，剩余污泥量少；床内生物膜停留时间较长，剩余污泥量少； (4)(4)载体流化时，废水与微生物之间接触面大，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，从而具有较高的同时两者相对运动速度快，从而具有较高的 有机质净化速度；有机质净化速度； (5)(5)结构紧凑，占地少以及基建投资省等优点。结构紧凑，占地少以及基建投资省等优点。 同时也存在一些缺点：同时也存在一些缺点： (1)(1)为了实现良好的流态化并使污泥

23、和填料不为了实现良好的流态化并使污泥和填料不 致于在反应器中流失，致于在反应器中流失，必须使生物膜必须使生物膜 颗粒保颗粒保 持均匀的形状、大小和密度持均匀的形状、大小和密度，但这几乎是很，但这几乎是很 难做到的，因此难做到的，因此稳定的流态化也难以保证稳定的流态化也难以保证； (2)(2)为了取得高的上流速度以保证流态化，流为了取得高的上流速度以保证流态化，流 化床反应器需要大量的回流水，导致能耗加化床反应器需要大量的回流水，导致能耗加 大，成本上升；大，成本上升； (3)(3)装置构造较复杂，操作条件要求高，应用装置构造较复杂，操作条件要求高，应用 前景不太乐观。前景不太乐观。 5 5、管

24、道厌氧消化工艺、管道厌氧消化工艺 该工艺是为了将将持留高度活性污泥持留高度活性污泥、两相两相 厌氧消化厌氧消化和和推流式水力流态推流式水力流态等有利于提高反等有利于提高反 应器效能的优良性状，应器效能的优良性状，兼蓄于同一处理系统兼蓄于同一处理系统 中中，使之运行稳定高效；为了节省动力，降，使之运行稳定高效；为了节省动力，降 低能耗，简化操作，便于管理；也为了减少低能耗，简化操作，便于管理；也为了减少 主体设施的总面积，解决企业建造废水处理主体设施的总面积，解决企业建造废水处理 系统土地紧张等问题，而研制开发的。系统土地紧张等问题，而研制开发的。 7、厌氧与好氧联合工艺、厌氧与好氧联合工艺 废水先经缺氧池，再进好氧池；好氧池混废水先经缺氧池，再进好氧池；好氧池混 合液和沉淀池污泥同时回流至缺氧池。合液和沉淀池污泥同时回流至缺氧池。 （1）A/O（Anoxic/Oxic）工艺）工艺 A1/O工艺的特点工艺的特点 (1)是是流程简单、构筑物少流程简单