厌氧生化法全解课件

1、厌氧生化法The Anaerobic Processes15.1 概 述15.2 厌氧生物处理基本原理15.3 厌氧生物处理工艺和设备15.4 厌氧法的影响因素 15.5 产气量计算15.6 厌氧法工艺的新进展15.1 概 述厌氧生物处理是环境工程与能源工程中的一项重要技术。以前，多用于剩余污泥、有机废弃物及部分高浓度有机废水的处理。目前，不仅用于处理剩余污泥和高浓度有机废水，也用于处理中、低浓度有机废水，包括城市污水。1 厌氧法的主要特点（1）适用范围广好氧法：中、低浓度有机废水。厌氧法：高、中、低浓度有机废水；好氧难降解有机物 （如固体有机物、某些偶氮染料等）。（2）能耗低好氧法：曝气费用

2、随着有机物浓度的增加而增大。厌氧法：不充氧，且沼气可作为能源。 当原水BOD5达到1500mg/L时，厌氧处理即有能量剩余。 厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。（3）高负荷好氧：2-4 kgBOD/(m3d)厌氧：2-lO kgCOD/(m3d)，高的可达50 kgCOD/(m3d)。（4）剩余污泥产率低，浓缩性、脱水性良好 好氧：0.4-O.6 kg生物量/kgCOD 厌氧：0.02-0.l kg生物量/l kgCOD 消化污泥在卫生学和化学上是稳定的。（5）氮、磷营养需要量较少好氧：BOD:N:Pl00:5:1厌氧：BOD:N:Pl00:2.5:0.5（6）有杀菌作用（7）污泥易贮

3、存（1）厌氧微生物增殖缓慢，厌氧设备启动和厌氧处理所需时间比好氧长；（2）出水达不到排放标准，需进一步处理，一般在厌氧处理后串联好氧处理；（3）厌氧处理系统操作控制因素较为复杂；（4）厌氧过程产生气味对空气有污染。2 缺 陷 废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(anaerobic microbes)(包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷(methane)和二氧化碳(carbon dioxide)等物质的过程，也称为厌氧消化(anaerobic digestion)15.2 厌氧法的基本原理一、基本原理第一阶段普通厌氧菌碳水化合物、脂肪、蛋白质消化有机酸

4、、乙醇、乙醛第二阶段绝对厌氧菌甲烷二氧化碳消化细胞合成新细胞酶细胞合成厌氧消化两阶段示意图1 两阶段理论（30-60年代）第一阶段：发酵阶段 又称产酸阶段或酸性发酵阶段；进行水解和酸化，产物主要是脂肪酸、醇类、CO2和H2等； 主要参与微生物：发酵细菌或产酸细菌； 特点：1）生长快； 2）适应性（温度、pH等）强。 第二阶段：产甲烷阶段 又称碱性发酵阶段；产甲烷菌将前一阶段的产物转化为CH4和CO2； 主要参与微生物：产甲烷菌； 特点：1）生长慢； 2）对环境条件（温度、pH、抑制物等）敏感。在厌氧消化系统中微生物主要分为两大类：非产甲烷菌（non-menthanogens）和产甲烷细菌（me

5、nthanogens）。 产酸菌和产甲烷菌的特性参数参数产甲烷菌产酸菌对pH的敏感性敏感，最佳pH为6.87.2不太敏感，最佳pH为5.57.0氧化还原电位Eh-350mv(中温)，-560mv(高温)2000Na35005500氨氮15003000Fe1710溶解性硫化物200Cr6+3Ca25004500Cr3+500Mg10001500Cd150K25004500酸碱度、pH值和消化液的缓冲作用 微生物活性与pH有密切的关系，pH值变化直接影响着消化过程和产物，过高或过低pH对微生物是不利的。表现在：1pH的变化引起微生物体表面电荷变化，影响微生物对营养物的吸收；2pH可促使有机化合物的

6、离子化作用，多数非离子状态化合物比离子状态化合物更易渗入细胞；3酶在最适宜的pH值时发挥最大活性。 15.3 厌氧法的工艺和设备1 化粪池（Septic Tank）用于处理来自厕所的粪便废水。曾广泛用于不设污水厂的合流制排水系统。2 厌氧消化池 （Digester ）常用密闭圆柱形池，废水定期或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别由池底和上部排出，所产沼气从顶部排出。池形：圆柱形和蛋形两种。构造：主要包括污泥的投配、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等。 溢流系统贮气设备加温设备 主要应用：剩余污泥和固体含量很高的有机废水； 主要作用： 部分有机物转变为沼气； 部分有

7、机物形成稳定性良好的腐殖质； 提高污泥的脱水性能； 减少污泥体积（可达1/2以上）； 致病微生物也得到了一定程度的灭活。3 厌氧接触法（anaerobic contact process）消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成厌氧接触法。特点：（1）污泥回流保持消化池内较高污泥浓度（10-15g/L），耐冲击能力强；（2）容积负荷较普通消化池高（中温消化时为2-l0kgCOD/m3d），水力停留时间比普通消化池短（常温下普通消化池为15-30天，而接触法小于10天）；（3）可直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，不存在堵塞问题；4 厌氧生物滤池（Anaerobic Biofilte

8、r）优点：（1）生物固体浓度高，有机负荷高, SRT长，可缩短HRT， 耐冲击负荷能力强；（2）废水与生物膜接触面大，强化了传质过程，有机物去除速度快；5 升流式厌氧污泥层(床)反应器Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Bed) Reactor上流式厌氧污泥床反应器（UASB反应器），是荷兰G. Lettnga等人在70年代初研制开发的。污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器。由反应区、沉淀区和气室三部分组成。池形有圆形、方形、矩形。小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形。大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，一般为矩形，高度一般为3-8m，其中污泥床

9、1-2m，污泥悬浮层2-4m，多用钢结构或钢筋混凝土结构，(2)反应区： 污泥床区:集中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:絮状污泥集中的区域。A、组成：由沉淀区、回流缝和气封组成 ；B、功能： 保证出水水质； 将气体(沼气)、固体(污泥)、和液体(出水)分开； 保证反应器内污泥量； 有利于污泥颗粒化;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；(1)进水配水系统： 将废水均匀地分配到整个反应器的底部； 水力搅拌； UASB反应器结构工艺特征 反应器上部设置了气、固、液三相分离器； 在反应器底部设置了均匀布水系统；

10、反应器内的污泥能形成颗粒污泥： 颗粒污泥的平均浓度为50gVss/l以上； 反应器的HRT相应较短，SRT较长； 反应器具有很高的容积负荷；适合于处理高浓度的有机工业废水， 具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。上流式厌氧污泥床反应器特点:（a）污泥浓度高 平均浓度：30-40g/L， 底部：60-80g/L 污泥悬浮层(sludge blanket)：5-7g/L 由颗粒污泥(sludge granules)组成，直径在0.5-5.0mm之间，颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征。（b）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷一般为10-20kg COD/（m3d）；（c）反应

11、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；（d）无混合搅拌设备。利用本身产生的沼气和进水来搅动；（e）污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题；（f）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，以免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；（g）运行启动时间长，对水质和负荷突然变化比较敏感。Anaerobic Sludge Granules6 厌氧挡板反应器 主要特点： 与厌氧生物转盘相比，可省去转动装置； 与UASB相比，可不设三相分离器而截流污泥； 反应器启动运行时间较短，远行较稳定； 不需设置混

12、合搅拌装置；不存在污泥堵塞问题；7 两相厌氧生物处理与两级厌氧生物处理两相厌氧消化：根据消化机理设计。 目的：改善厌氧消化条件，从而减少池容与能耗。 特点： 第一相： 处于水解与发酵、产氢产乙酸阶段（即消化的第一、二阶段）。 需加热、搅拌。 第二相： 处于产甲烷阶段（即消化的第三阶段）需加热、搅拌。 优点： （1） 总容积小 （2） 加热耗热量少，搅拌能耗少 （3） 运行管理方便两相工艺最本质的特征：实现相的分离。 方法主要有： 化学法：投加抑制剂或调整氧化还原电位，抑制产甲烷菌在产酸相中生长； 物理法：选择性的半透明膜使进入两个反应器基质有显著差别，实现相分离； 动力学控制法：利用产酸菌和产

13、甲烷菌在生长速率上的差异，控制两个反应器的水力停留时间，使产甲烷菌无法在产酸相中生长；主要优点： 有机负荷比单相工艺明显提高； 产甲烷相中产甲烷菌活性得到提高，产气量增加； 运行更加稳定，承受冲击负荷的能力较强；两级消化：根据沼气产生的规律（如下）设计。 目的：节省能量（节省污泥加温与搅拌的部分能量） 特点：第一级：加热（3335）、搅拌； 第二级：不加热（2026）、不搅拌（可视为污泥浓缩池用）。 根据废水有机物化学组成计算产气量 用化学经验方程式计算产气量，对不含氮的有机物可用以下巴斯维尔（Buswell和Mueller）通式计算: 根据COD与产气量关系计算 在标准状态下，1mol甲烷相

14、当于2mol（或64g）COD，则还原1gCOD相当于生成22.4/64=0.35L甲烷。 1 理论产气量计算15.5 厌氧产气量计算 产气率受物料的性质、工艺条件以及管理技术水平等多种因素的影响。物料的性质：脂类（类脂物）蛋白质碳水化合物COD浓度：浓度越低，单位有机物的甲烷产率越低甲烷含量：甲烷含量越高，在水中的溶解度越大，实际产气率越低。生物相：硫酸盐还原菌及反硝化细菌等使产气率下降。工艺条件：不同的工艺条件产气率不同。2 实际产气率分析发展思路：处理效能与微生物活性与数量直接相关1.持留厌氧活性污泥 增设搅拌装置，发展高效厌氧消化器，但SRT与HRT相等，提高水力负荷，导致污泥流失。延

15、长SRT成为提高效能的关键。 泥水分离：增设沉淀池，如厌氧接触反应器。 克服分离难题：通过培养颗粒污泥和设置三相分离器等措施，如UASB。2.提高厌氧污泥活性 三大类厌氧消化菌群：发酵菌群、产氢产乙酸菌群和产甲烷菌群。 为提高微生物活性，采用两相厌氧工艺。15.6 厌氧生物处理工艺的新进展 高效厌氧反应器的条件：一是保持大量的厌氧污泥和足够的活性；二是保持废水与污泥之间的充分接触。 为了满足第一个条件，可以采用固定化（生物膜）或沉淀性能良好的活性污泥（颗粒污泥）的方式。这一类反应器可以划分为第二代厌氧反应器。如：厌氧滤器、厌氧流化床、UASB反应器。 为了满足第二个条件，必须采用高搅拌强度，措

16、施包括高的反应器或者出水回流，这类反应器称为第三代厌氧反应器。如：厌氧颗粒膨胀床反应器（EGSB）、厌氧内循环反应器（IC）、厌氧折板反应器（ABR）、厌氧序批式反应器（ASBR）等。1 内循环厌氧反应器(Internal Circulation,IC) 由荷兰PAQUES公司于20世纪80年代中期研制； 基于USAB概念而改进的新型反应器； 第三代厌氧生物反应器；基本构造IC反应器由第一厌氧反应室和第二厌氧反应室叠加而成.每个厌氧反应室的顶部各设有一个气固液 三相分离器，如两个UASB反应器单元上下重叠串联。1-进水气液分离器7-出水管2-沉淀区3-集气管5-沼气导管6-回流管4-三相分离器

17、工作原理第一个UASB反应器产生的沼气作为动力，实现下部混合液的内循环，使废水获得强化的预处理；IC反应器实际上是由两个上下重叠的UASB反应器串联组成。第二个UASB反应器对废水继续进行后处理，使出水可达到预期的处理要求。IC反应器的技术特点A、优点：（1）容积负荷率高，水力停留 时间短；（2）基建投资省，占地面积小；（3）节省能耗；（4）具有缓冲pH变化的能力；（5）出水水质稳定；B、缺点：（1）出水中含较多的细微颗粒，加重后续处理的负担；（2）反应器内部结构较复杂，增加了安装和维护困难； 二、厌氧颗粒污泥膨胀床（EGSB） 是改进的UASB反应器，与UASB结构相同，运行不同通过维持较高

18、的水流上升速度使颗粒污泥处于悬浮状态，或采用出水回流获得较高的搅拌强度，保证进水与颗粒污泥充分接触第三代厌氧反应器的主要代表工艺之一 工艺流程废水由底部进入反应器，通过富含厌氧菌的颗粒污泥，膨胀区，在厌氧菌的作用下，COD大量去除，同时产生大量沼气，在反应器的顶部通过三相分离器的作用，气体和出水分别排出，部分处理水流，污泥则沉降回污泥区。能在高负荷下取得高处理效率，尤其是在低温条件下，对低浓度有机废水的处理； EGSB反应器内维持很高的上升水流速度； 颗粒污泥性能良好，呈膨胀状态； EGSB对布水系统要求较为宽松，但对三相分离器要求比较严格； 采用处理水回流技术工艺特点研究和应用 EGSB厌氧工艺是在UASB厌氧工艺的基础