污水的厌氧生物处理污水处理PPT学习教案

1、会计学1污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理 污水处理污水处理第1页/共75页厌氧反应器的早期研究厌氧反应器的早期研究 早期的厌氧处理生物处理，重点是解决城市污水废污泥的处理问题。早期的厌氧处理生物处理，重点是解决城市污水废污泥的处理问题。1895年，英国的年，英国的Cameron创造了一种类似创造了一种类似Mouras自动净化器的构筑物，自动净化器的构筑物，被命名为被命名为化粪池化粪池。到。到1927年，年，Ruhrverband在专用的消化池中采用污泥在专用的消化池中采用污泥加热装置之后，使得这种消化池得以推广。到加热装置之后，使得这种消化池得以推广。到1950年，年，Morgan和和To

2、rpey的研究成果也促进了高效的、可加温和搅拌的消化池的发展，导致了厌的研究成果也促进了高效的、可加温和搅拌的消化池的发展，导致了厌氧消化池中搅拌装置的广泛应用。上述这些反应器后来被统称之为第一氧消化池中搅拌装置的广泛应用。上述这些反应器后来被统称之为第一代反应器。代反应器。 由于厌氧微生物生长缓慢，时代时间长，而厌氧消化池无法将水力由于厌氧微生物生长缓慢，时代时间长，而厌氧消化池无法将水力停留时间和污泥停留时间分离，由此造成水力停留时间必须较长，一般停留时间和污泥停留时间分离，由此造成水力停留时间必须较长，一般来讲，第一代厌氧反应器处理废水的停留时间至少来讲，第一代厌氧反应器处理废水的停留时

3、间至少2030天。典型第一天。典型第一代厌氧反应器的主要技术指标见表。代厌氧反应器的主要技术指标见表。 主要技术指标 化粪池 普通消化池停留时间（d） 150360 2030有机负荷（g/Ld） 1.01.5处理对象 生活污水 污泥、污水运行温度 常温 中、常温第2页/共75页 第一代厌氧生物反应器的共同特点是：第一代厌氧生物反应器的共同特点是： 水力停留时间（水力停留时间（HRTHRT）很）很长，有时在污泥处理时，污泥消化池的长，有时在污泥处理时，污泥消化池的HRTHRT会长达会长达9090天，即使是目前在天，即使是目前在很多现代化城市污水处理厂内所采用的污泥消化池的很多现代化城市污水处理厂

4、内所采用的污泥消化池的HRTHRT也还长达也还长达20302030天；天； 虽然虽然HRTHRT相当长，但处理效率仍十分低，处理效果还很不相当长，但处理效率仍十分低，处理效果还很不好；好； 具有浓臭的气味，因为在厌氧消化过程中原污泥中含有的有机具有浓臭的气味，因为在厌氧消化过程中原污泥中含有的有机氮或硫酸盐等会在厌氧条件下分别转化为氨氮或硫化氢，而它们都具氮或硫酸盐等会在厌氧条件下分别转化为氨氮或硫化氢，而它们都具有十分特别的臭味。以上这些特点使得人们对于进一步开发和利用厌有十分特别的臭味。以上这些特点使得人们对于进一步开发和利用厌氧生物过程的兴趣大大降低，而且此时利用活性污泥法或生物膜法处氧

5、生物过程的兴趣大大降低，而且此时利用活性污泥法或生物膜法处理城市污水已经十分成功。理城市污水已经十分成功。 当进入上世纪当进入上世纪50、60年代，特别是年代，特别是70年代的中后期，随着世界范围年代的中后期，随着世界范围的能源危机的加剧，人们对利用厌氧消化过程处理有机废水的研究得以的能源危机的加剧，人们对利用厌氧消化过程处理有机废水的研究得以强化，相继出现了一批被称为现代高速厌氧消化反应器的处理工艺，从强化，相继出现了一批被称为现代高速厌氧消化反应器的处理工艺，从此厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理，真正成为一种可以与好此厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理，真正成为一种可以与好氧生物

6、处理工艺相提并论的废水生物处理工艺。这些被称为现代高速厌氧生物处理工艺相提并论的废水生物处理工艺。这些被称为现代高速厌氧消化反应器的厌氧生物处理工艺又被统一称为氧消化反应器的厌氧生物处理工艺又被统一称为“第二代厌氧生物反应第二代厌氧生物反应器器” 。第3页/共75页blogaseffluentinfluentblogaseffluentinfluenteffluentblogasinfluentAFFEB or FBUASBDSFFblogaseffluentinfluentAFB第二代厌氧反应器结构示意图 1974年，荷兰的年，荷兰的Lettinga等人开发了升流式厌氧污泥床反应器，等人开发

7、了升流式厌氧污泥床反应器，标志着厌氧反应器的研究进入了新的时代。第二代厌氧反应器的典型标志着厌氧反应器的研究进入了新的时代。第二代厌氧反应器的典型代表有厌氧滤池代表有厌氧滤池(AF),上流式厌氧污泥床上流式厌氧污泥床(UASB)，厌氧流化床，厌氧流化床(AFB)。第二代厌氧反应器第二代厌氧反应器 blogaseffluentinfluentblogaseffluentinfluenteffluentblogasinfluentAFFEB or FBUASBDSFFblogaseffluentinfluentAFB第4页/共75页表1-2 第二代厌氧反应器的主要技术性能 第二代厌氧生物反应器的共

8、同特点是第二代厌氧生物反应器的共同特点是: HRT大大缩短，有机负荷大大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率大大提高；大提高，处理效率大大提高； 主要包括：厌氧接触法、厌氧滤池（主要包括：厌氧接触法、厌氧滤池（AF）、上流式厌氧污泥床（）、上流式厌氧污泥床（UASB）反应器、厌氧流化床（）反应器、厌氧流化床（AFB）、厌氧生）、厌氧生物转盘（物转盘（ARBC）和挡板式厌氧反应器等；）和挡板式厌氧反应器等； HRT与与SRT分离，分离，SRT相对相对很长，很长，HRT则可以较短，反应器内生物量很高。则可以较短，反应器内生物量很高。第5页/共75页 进入20世纪90年代以后，随着以颗粒污泥为主要特点

9、的UASB反应器的广泛应用，在其基础上又发展起来了同样以颗粒污泥为根本的颗粒污泥膨胀床（EGSB）反应器和厌氧内循环（IC）反应器。其中EGSB反应器利用外加的出水循环可以使反应器内部形成很高的上升流速，提高反应器内的基质与微生物之间的接触和反应，可以在较低温度下处理较低浓度的有机废水，如城市废水等；而IC反应器则主要应用于处理高浓度有机废水，依靠厌氧生物过程本身所产生的大量沼气形成内部混合液的充分循环与混合，可以达到更高的有机负荷。这些反应器又被统一称为“第三代厌氧生物反应器”。第6页/共75页 第三代厌氧反应器第三代厌氧反应器 九十年代初在国际上以厌氧膨胀颗粒污泥床九十年代初在国际上以厌氧

10、膨胀颗粒污泥床(EGSB) , 内循环反应器内循环反应器(IC) , 升流式厌氧污泥床过滤器升流式厌氧污泥床过滤器(UBF）为代表的第三代厌氧反应器）为代表的第三代厌氧反应器相继出现相继出现, 图图1-2为为EGSB和和IC反应器及反应器及UBF反应器的结构示意图。反应器的结构示意图。 blogaseffluentinfluentinfluenteffluentblogasblogaseffluentinfluentEGSBICUBF第7页/共75页表1-3 第三代厌氧反应器的主要技术性能 第三代厌氧反应器的共同特点是：(1) 微生物均以颗粒污泥固定化方式存在于反应器中，反应器单位容积的生物量

11、更高。(2) 能承受更高的水力负荷，并具有较高的有机污染物净化效能；(3) 具有较大的高径比，一般在510以上；(4) 占地面积小；(5) 动力消耗小。第8页/共75页第9页/共75页第10页/共75页第11页/共75页第12页/共75页第13页/共75页第14页/共75页第15页/共75页第16页/共75页第17页/共75页第18页/共75页 1967年，Bryant报告认为消化经历四个阶段：先是水解阶段，固态有机物被细菌的胞外酶所水解；第二阶段是酸化；在进入甲烷化阶段之前，代谢中间液态产物都要乙酸化，称乙酸化阶段；第四阶段是甲烷化阶段。然而甲烷化效率很高的甲烷八叠球菌能够代谢甲醇，乙酸和二

12、氧化碳为甲烷。 在工程技术上，研究甲烷细菌的通性是重要的，这将有助于打破厌氧生物处理过程分阶段的现象，从而最大限度地缩短处理过程的历时。经验和研究表明，pH值和温度是影响甲烷细菌生长的两个重要环境因素。pH值应在6.87.2之间。在3538和5255各有一个最适温度。 第19页/共75页第20页/共75页22 l发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产甲烷菌发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等等 1 1、发酵细菌（产酸细菌）：、发酵细菌（产酸细菌）： l主要功能：主要功能：水解水解在胞外酶的作用下，将不溶性在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物；有机物水解成可溶性有机物；

13、酸化酸化将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等；类等； l主要细菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐主要细菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等杆菌属等第21页/共75页23 l水解过程较缓慢，并受多种因素影响（水解过程较缓慢，并受多种因素影响（pHpH、SRTSRT、有机物种类等），有时会成为厌氧、有机物种类等），有时会成为厌氧反应的限速步骤；反应的限速步骤； l产酸反应的速率较快；产酸反应的速率较快； 可以按功能来分：纤维素分解菌、半纤维素可以按功能来分：纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解

14、菌、脂肪分解菌等。肪分解菌等。 第22页/共75页24 (2)(2)产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌 l主要功能：主要功能：将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和酸和H H2 2 l主要反应：主要反应： 乙醇：乙醇： 丙酸：丙酸： 丁酸：丁酸： 注意：上述反应只有在乙酸浓度很低，系统中氢分压注意：上述反应只有在乙酸浓度很低，系统中氢分压很低时才能顺利进行。很低时才能顺利进行。 l主要细菌：互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、主要细菌：互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等暗杆菌属等 l多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。232232HCOO

15、HCHOHOHCHCH22322332COHCOOHCHOHCOOHCHCH232223222HCOOHCHOHCOOHCHCHCH第23页/共75页25 (3)(3)产甲烷菌产甲烷菌 l6060年代年代HungateHungate开创了严格厌氧微生物培养技术；开创了严格厌氧微生物培养技术； l主要功能：将产氢产乙酸菌的产物主要功能：将产氢产乙酸菌的产物乙酸和乙酸和H H2 2/CO/CO2 2转化为转化为CHCH4 4和和COCO2 2，使厌氧消化过程得以顺利，使厌氧消化过程得以顺利进行；进行； l一般可分为两大类：乙酸营养型和一般可分为两大类：乙酸营养型和H H2 2营养型产甲营养型产甲烷

16、菌；烷菌； l一般来说，乙酸营养型产甲烷菌的种类较少，但一般来说，乙酸营养型产甲烷菌的种类较少，但在厌氧反应器中，有在厌氧反应器中，有70%70%左右的甲烷是来自乙酸的左右的甲烷是来自乙酸的氧化分解；氧化分解； 第24页/共75页26 l根据产甲烷菌的形态和生理生态特征，其分类如下根据产甲烷菌的形态和生理生态特征，其分类如下： l l l l l l l l l l l最新的分类（最新的分类（BergyBergys s细菌手册第九版），共分为：细菌手册第九版），共分为：三目、七科、十九属、三目、七科、十九属、6565种；种； 第25页/共75页27 l产甲烷菌有各种不同的形态产甲烷菌有各种不同

17、的形态，常见的有：，常见的有： 产甲烷杆菌产甲烷杆菌 产甲烷球菌产甲烷球菌 产甲烷八产甲烷八叠球菌叠球菌 产甲烷丝菌产甲烷丝菌 l在生物分类学上，产甲烷菌（在生物分类学上，产甲烷菌（MethanogensMethanogens）属于古细菌（）属于古细菌（ArchaebacteriaArchaebacteria），大小、），大小、外观上与普通细菌（外观上与普通细菌（EubacteriaEubacteria）相似，但）相似，但实际上，其细胞成分特殊，特别是细胞壁的实际上，其细胞成分特殊，特别是细胞壁的结构较特殊结构较特殊第26页/共75页28 l在自然界的分布，一般可以认为是栖息于一在自然界的分布

18、，一般可以认为是栖息于一些极端环境中（如地热泉水、深海火山口、些极端环境中（如地热泉水、深海火山口、沉积物等），但实际上其分布极为广泛，如沉积物等），但实际上其分布极为广泛，如污泥、瘤胃、昆虫肠道、湿树木、厌氧反应污泥、瘤胃、昆虫肠道、湿树木、厌氧反应器等。器等。 l产甲烷菌都是严格厌氧细菌，要求氧化还原产甲烷菌都是严格厌氧细菌，要求氧化还原电位在电位在-150-150 -400-400mvmv，氧和氧化剂对其有很，氧和氧化剂对其有很强的毒害作用；强的毒害作用； l产甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖世代时间长产甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖世代时间长，可达，可达4 4 6 6天，因此，一般情况下产甲烷反

19、天，因此，一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的限速步骤。应是厌氧消化的限速步骤。 第27页/共75页第28页/共75页种：种：( (a)a)池内机械搅拌；池内机械搅拌；( (b)b)沼气沼气搅拌；搅拌；( (c)c)循环消化液搅拌。循环消化液搅拌。第29页/共75页螺旋桨(机械)搅拌的消化池第30页/共75页第31页/共75页第32页/共75页第33页/共75页第34页/共75页第35页/共75页第36页/共75页第37页/共75页简单有效的方法。简单有效的方法。第38页/共75页第39页/共75页3 33 3 厌氧接触法厌氧接触法 在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至在消化池后设沉淀池，将沉淀污

20、泥回流至消化池，形成了消化池，形成了厌氧接触法（厌氧接触法（anaerobic contact process)。第40页/共75页用泵循环池水。用泵循环池水。第41页/共75页第42页/共75页第43页/共75页第44页/共75页46 l上图为上图为UASBUASB和氧化沟和氧化沟 l右图为三相分离器右图为三相分离器第45页/共75页第46页/共75页第47页/共75页第48页/共75页污泥床区进水出水沼气气水沉降区污泥泥+水+气污泥悬浮层区第49页/共75页第50页/共75页第51页/共75页第52页/共75页第53页/共75页第54页/共75页第55页/共75页第56页/共75页泥和液体

21、分开。泥和液体分开。第57页/共75页。(7)排泥系统排泥系统 其功能是均匀地排除其功能是均匀地排除反应区的剩余污泥。反应区的剩余污泥。第58页/共75页60 l尚无完整的工程设计计算方法；尚无完整的工程设计计算方法； l主要内容有：主要内容有： 池型选择，有效容积的确定以及主要部位的尺寸；池型选择，有效容积的确定以及主要部位的尺寸； 设计进水配水系统、出水系统、和三相分离器等；设计进水配水系统、出水系统、和三相分离器等； 其它：排泥和排渣系统等。其它：排泥和排渣系统等。 1 1、UASBUASB反应器容积及主要构造尺寸的确定：反应器容积及主要构造尺寸的确定： lUASBUASB反应器的有效容积反应器的有效容积( (包括沉淀区和反应区包括沉淀区和反应区) ) l多采用进水容积负荷法确定，即：多采用进水容积负荷法确定，即： V = QV = QS Si i / L / Lv v l 式中：式中：Q Q废水流量，废水流量，m m3 3/d/d；S Si i进水有机物浓进水有机物浓度，度，mgCOD/LmgCOD/L；L Lv v CODCOD容积负荷，容积负荷，kgCOD/mkgCOD/m3 3.d.d 第59页/共75页61 l容积负荷与反应温度、废水性质和浓度以及是否形容积负荷与反应温度、废水性质和浓度以及是否形成颗粒污泥有关；成颗粒污泥有关； l对于食品工业废