污水厌氧生物处理及污泥处置

污水厌氧生物处理及污泥处置污水的厌氧生物处理Chapter15WastewaterAnaerobicBiologicalTreatment第一节厌氧生物处理的基本原理1basicprincipleofanaerobicbiologicaltreatment污泥的厌氧处理面对的是固态有机物，所以称为消化。1967年，Bryant报告认为消化经历四个阶段（如图15-1）:有机酸大分子有机物水解水解的和溶解酸化醇类—（碳水化合物，——f——f醛类等蛋白质，脂肪f等）细菌的胞外酶的有机物产酸细菌H2,CO2乙酸化甲烷化f乙酸fCH4乙酸细菌甲烷细菌fCH4甲烷细菌图15-1厌氧发酵的几个阶段在工程技术上，研究甲烷细菌的通性是最重要的，这将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时间。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的环境因素。pH值应在6.8〜7.2之间。在35-38C。和52-55C各有一个最适温度。污水和泥液中的碱度有缓冲作用，如果有足够的碱度中和有机酸，其pH值有可能维持在6.8之上，酸化和甲烷化两大类细菌就有可能共存，从而消除分阶段现象。此外，消化池池液的充分混合对调整pH值也是必要的。从液温看，消化可在中温（35-38C。）进行，也可在高温（52-55C。）进行。但后者需要的热量比前者要高得多。研究表明，产乙酸细菌和产甲烷细菌存在严格的共生关系，考虑到这种关系，反应器中的剪切力要注意控制，不能在系统内进行连续的剧烈搅拌。研究表明，厌氧处理系统中SO42-、SO32-浓度高时，产甲烷细菌就会受到抑制。消化气中CO2成分提高，并含有较多的H2S。H2S对甲烷细菌的毒害作用更进一步影响整个系统的正常工作。与产酸菌相比，甲烷细菌对温度、pH值、有毒物质等更为敏感，因此要保持温度的恒定。通常采用的厌氧处理的温度一般选择在中温或高温。甲烷细菌要求的pH值严格控制在6.8~7.2。基质的组成也直接影响厌氧处理的效率和微生物的生长，有资料报道，COD:N:P=800:5:1即足够。要缩短厌氧处理的时间，最主要的方法是增加参加反应的微生物数量(浓度)和提高反应时的温度。目前，厌氧生物处理法主要用于污泥的消化、高浓度有机废水和温度较高的工业废水的处理。第二节污水的厌氧生物处理方法2wastewateranaerobicbiologicaltreatmentmethod一.化粪池(sewagetank)图15-2是化粪池的一种构造方式。二.厌氧生物滤池(anaerobicbiologicalfilter)图15-3所示。厌氧生物滤池的主要优点：处理能力较高；滤池内可以保持很高的微生物浓度；不需另设泥水分离设备，出水SS较低；设备简单、操作方便等。厌氧生物滤池的主要缺点：滤料费用较贵；滤料容易堵塞，堵塞后没有简单有效的清洗方法。三.厌氧接触法(anaerobiccontactprocess)图15-4是厌氧接触法的流程。消化气接真空系统进水出水污泥回流剩余污泥图15-4厌氧接触法的流程①混合接触池(消化池)②沉淀池③真空脱气器厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法，不需要曝气而需要脱气。四.上流式厌氧污泥床反应器(upflowanaerobicsludgebedreactor)如图15-5。消化气出水澄清区悬浮污泥层污泥层进水图15-5上流式厌氧污泥床反应器试验结果表明，良好的污泥床，有机负荷率和去除率高，不需要搅拌，能适应负荷冲击和温度与pH值的变化。它是一种有发展前途的厌氧处理设备。五.分段厌氧处理法(stepanaerobictreatmentprocess)根据消化分阶段进行的事实，研究开发了二段厌氧处理法，将水解酸化过程和甲烷化过程分开在两个容器内进行，以使两类微生物都能在各自的最适宜条件下生长繁殖。二段厌氧处理法具有运行稳定可靠，能承受pH值、毒物等的冲击，有机负荷率高，消化气中甲烷含量高等特点；但这种方法也有设备多，流程和操作复杂等缺陷。消化气进水出水回流污泥剩余污泥图15-6厌氧接触法和上流式厌氧污泥床串联的二段厌氧处理法①混合接触池②沉淀池③上流式厌氧污泥床反应器第三节厌氧生物处理法的设计3designanaerobicbiologicaltreatmentprocess—.流程和设备的选择(selectprocessandequipment)包括：处理工艺和设备的选择；消化温度；采用单级或两级消化等。可参考表15-4选择。二.厌氧反应器的设计(designanaerobicreactor)计算确定反应器容积的常用参数是负荷率N和消化时间t,公式为:V=qVt或V二qVp/N式中：V反应(消化)区的容积，m3;qV废水的设计流量，m3/d;t——消化时间，d;p——废水有机物的浓度，g(BOD5)/L或g(COD)/L;N——反应区的设计负荷率，kg(BOD5)/m3d或kg(COD)/m3d。采用中温消化时，对于传统的消化法，消化时间在1-5d，负荷摔在13kg(COD)/m3d,BOD5去除率可达50-90%。对于厌氧生物滤池和厌氧接触法，消化时间可缩短至0.5-3d，负荷率可提高到3-10kg(COD)/m3d。消化气的产气3/kg(COD)进行估算。量一般可按0.4-0.5Nm三.消化池的热量计算(heatcalculationfordigestiontank)消化池所需的热量包括：将废水提高到池温所需的热量和补偿池壁、池盖所散失的热量。提高废水温度所需的热量Q1为：Q1=qVC(t2-t1)式中：qV——废水投加量，m3/h;C——废水的比热，约为4200kJ/m3C。(实验值)；t2——消化池温度，C。;t1——废水温度，C。。通过池壁、池盖等散失的热量Q2可用下式计算：Q2=K2-t1)A(t式中：A——散热面积，O;K——传热系数，kJ/(hC);Ot2——消化池内壁温度，C;t1——消化池外壁温度，C。对于一般的钢筋混凝土池子，外面加设绝缘层，K值约为20-25kJ/(hC)。O第四节厌氧和好氧技术的联合运用4anaerobicandaerobictechnologyunitedapply第十八章城市污水的深度处理Chapter18AdvancedTreatmentofSewage第一节氮、磷的去除section1removalofnitrogenandphosphorus—.氮的去除(removalofnitrogen)1.化学法除氮(removalofnitrogenbychemicalprocess)(1)吹脱法废水中的氨氮可以气态吹脱。废水中，NH3与NH4+以如下的平衡状态共存：NH3+H2O=NH4++OH这一平衡受pH值的影响，pH为10.5~11.5时，因废水中的氨呈饱和状态而逸出，所以吹脱法常需加石灰。(2)折点加氯法含氨氮的水加氯时，有下列反应：Cl2+H2O=HOCl+H++ClNH4++HOCl=NH2Cl+H++H2ONH4++2HOCl=NHCl2+H++2H2O2NH4++3HOCl二N2f+5H++3Cl-+3H2O图18-3是含氨氮水的加氯曲线。(3)离子交换法2.生物法脱氮(removalofnitrogenbybiologicalprocess)(1)生物脱氮机理(mechanism)生物脱氮是在微生物的作用下,将有机氮和氨转化为N2和NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程。此作用是由亚硝酸菌和硝酸菌两种菌共同完成的。这两种菌属于化能自养型微生物。其反应如下：亚硝酸菌2NH4++3O2—2NO2-+4H++2H2O硝酸菌2NO2-+O2—2NO3总反应式为：硝化细菌NH4++2O2—NO3-+2H++H2O硝化细菌是化能自养菌,生产率低,对环境条件变化较为敏感。温度,溶解氧,污泥龄，pH,有机负荷等都会对它产生影响。硝化反应的适宜温度为20〜30C。。低于15C。时，反应速度迅速下降，5C。时反应几乎完全停止。由于硝化菌是自氧菌，若水中BOD5值过高，将有助于异养菌的迅速增殖，微生物中的硝化菌的比例下降。硝化菌的生长世代周期较长，为了保证硝化作用的进行，泥龄应取大于硝化菌最小世代时间两倍以上。硝化反应对溶解氧有较高的要求，处理系统中的溶解氧量最好保持在2mg/L以上。适宜的pH为7〜8。反硝化反应是指在无氧条件下，反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气的过程。反应如下：硝酸还原菌6NO3-+2CH3OH—6NO2-+2CO2+4H2O亚硝酸还原菌6NO2-+3CH3OH—3N2+3H2O+6OH-+3CO2总反应NO2-+3CH3OHIIII式为：反硝化菌6NO3-+5CH3OH—5CO2+3N2+7H2O+6OH反硝化菌属于异氧型兼性厌养菌，在有氧存在时，进行好氧呼吸；在无氧而有NO3-或NO2-存在时，进行反硝化反应。在反硝化菌代谢活动的同时，伴随着反硝化菌的生长繁殖，即菌体合成过程，其反应如下：3NO3-+14CH3OH+CO2+3H+—3C5H7O2N+19H2O式中C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。反硝化还原和微生物合成的总反应式为：NO3-+1.08CH3OH+H+—0.065C5H7O2N+0.47N2+0.76CO2+2.44H2O在反硝化反应中，最大的问题就是污水中可用于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度。反硝化反应的适宜pH值为6.5〜7.5。pH值高于8或低于6时，反硝化速率将迅速下降。反硝化反应的温度范围较宽，在5〜40C。范围内都可以进行。但温度低于15C时，反硝化速率明显下降。(2)生物脱氮工艺(technique)①三段生物脱氮工艺。碱沉淀池原污水CH3OHN2沉淀池沉淀池处理水曝气池污泥回流I硝化池污泥回流反硝化池污泥回流Ill剩余污泥剩余污泥剩余污泥图18-4Barth三段生物脱氮工艺②Bardenpho生物脱氮工艺。原污水沉淀池缺氧池1好氧池1缺氧池2好氧池2处理水剩余污泥污泥回流图18-5Bardenpho脱氮法流程③缺氧――好氧生物脱氮工艺。N2内循环（硝化液回流）碱沉淀池原废水反硝化反应器（缺氧）BOD5去除及硝化反应反应器（好氧）处理水回流污泥剩余污泥图18-6缺氧好氧生物脱氮工艺二.磷的去除（removalofphosphorus）1.化学法除磷（removalofphosphorusbychemicalprocess）它是以磷酸盐能和某些化学物质如铝盐、铁盐石灰等反应生成不溶的沉淀物为基础进行的，反应如下表所示。这些反应常有伴生反应，产物常具有絮凝作用，有助于磷酸盐的分离。表18-2化学法除磷过程中发生的化学反应化学反应化学污泥成分石灰1.5Ca2++3PO43-+OH-—Ca5(PO4)3(OH)2.Ca2++CO32-—CaCO3Ca5(PO4)3(OH)CaCO3铝盐1.AI3++PO43-—AIPO42.AI3++3OH-tAI(OH)3A1PO4Al(OH)3铁盐1.Fe3++PO43-TFePO42.Fe3++3OH-—Fe(OH)3FePO4Fe(OH)3化学法除磷的特点：去除率较高，处理结果稳定，污泥在处理和处置过程中不会重新释放磷而造成二次污染，但污泥的产量比较大。2.生物法除磷(removalofphosphorusbybiologicalprocess)它是利用微生物在好氧条件下对水中溶解性磷酸盐的过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。含有过量磷的污泥部分以剩余污泥的形式排出系统，大部分和污水一起进入厌氧状态，此时污水中的有机物在厌氧发酵产酸菌的作用下转化为乙酸苷；而活性污泥中的聚磷菌在厌氧的不利状态下，将体内积聚的聚磷分解，分解产生的能量部分供聚磷菌生存。另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为PHB的形态储藏于体内。聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧放磷。进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分解并释放出大量的能量供聚磷菌增殖，部分供其主动吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，这就是好氧吸磷。由于活性污泥在运行中不断增殖，为了系统的稳定运行，必须从系统中排除和增殖量相当的活性污泥，也就是剩余污泥。剩余污泥中包含过量吸收磷的聚磷菌，也就是从污泥中去除的含磷物质。这就是厌氧和好氧交替的生物处理系统除磷的本质。除磷效果与碳源的性质，硝酸盐的含量，温度等因素有关。生物除磷的基本类型有二种：A/0法和Phostrip工艺。沉淀池原废水曝气池（释放磷）（BOD5去除（厌氧）吸收磷）（好氧）处理水回流污泥（含磷污泥）剩余污泥含磷污泥用作肥料图187厌氧――好氧除磷工艺流程原废（含P）水脱P水回流含P污泥+脱P水曝气池（吸收磷，去除BOD5）沉淀池II脱P水混合池缓速搅拌含磷废水沉淀池处理水丨脱P处理水石灰直接回流污泥含磷污泥除磷（厌氧）池剩余污泥排放冲洗水脱磷污泥回流（用于吸收磷）含P污泥图18-8Phostrip除磷工艺流程三.生物脱氮除磷(removalofnitrogenandphosphorusbybiologicalprocess）主要是A2/O工艺，改进的Bardenpho工艺、UCT工艺和SBR工艺。它们的流程如图18-9所示，典型的设计参数见表18-4。例题：教材P.262四•主要的脱氮除磷活性污泥法功能及影响因素讨论（discussionoffunctionandinfluencefactorsformainremovalofnitrogenandphosphorusbyactivatedsludgeprocess)1.脱氮除磷工艺及功能表表18-52.脱氮除磷活性污泥法的影响因素主要有三类：①环境因素，如温度、pH、溶解氧；②工艺因素，如泥龄、各反应区的水力停留时间；③污水成分，如BOD5与N、P的比值。第二节城市污水的三级处理section3tertiarytreatmentofsewage一.活性炭吸附(adsorptionbyactivatedcharcoal)三级处理中的活性炭吸附主要是去除传统活性污泥法出流中的难降解化合物，残余的无机化合物，如氮，硫化物和重金属。二.投加粉末活性炭的活性污泥工艺(activatedsludgetechniquebyaddingpowderactivatedcharcoal)活性炭贮存池聚电解质贮存池一沉池出水曝气池炭回流二沉池滤池选用出水分离箱溢流液浓缩池再生或处置图18-10投加粉末活性炭的活性污泥工艺流程图.化学氧化法(chemicaloxidationprocess)氧化剂用二氧化氯和臭氧。十九章小型污水处理设施Chapter19PackagedSewageTreatmentPlant第一节小型污水处理设施水量水质特点section1waterflowandqualitycharacteristicsofpackagedsewagetreatmentplant一.污水流量和水质特点（sewageflowandqualitycharacteristics)图19-1为某生活小区的水量和水质变化情况。第二节组合式生活污水处理设备section2componentsewagetreatmentequipment一.组合式生活污水处理设备分类(typesofcomponentsewagetreatmentequipment)1.好氧处理设备它可分为二类，一类主要是去除COD和BOD5，第二类在去除COD和BOD5的同时，还要去除NH3-N。(1)单级好氧处理设备其工艺流程如下：污水—格栅—调节池—初沉池—接触氧化池—二沉池—消毒池—出水—污泥池——处置这种设备一般是把初沉池，接触氧化池,二沉池和消毒池四个工序组合在一个设备内。调节池是混凝土池子。初沉池的停留时间为1.0-1.5h,消毒池为0.5h,设备总停留时间为6-8h。(2)多级好氧处理设备采用多级好氧处理设备的目的是转化NH3-N为硝态氮。其工艺流程和单级好氧一样。多级好氧处理设备的总停留时间一般为10h左右。2•缺氧——好氧和厌氧——缺氧——好氧相结合的处理设备这类处理设备不仅能有效的去除COD,BOD5，还能脱氮，对厌氧――缺氧――好氧工艺还能除磷。缺氧——好氧处理设备流程如下：污水T粗格栅T调节池—细格栅—缺氧池T接触氧化池—二沉池T消毒池—排放tJ处置这种工艺一般不设初沉池。缺氧段停留时间为2-3h,好氧为6-7h,总停留时间为8-10h。沉淀池污泥回流，回流污泥中携带的硝态氮在缺氧池中还原脱氮。厌氧一一缺氧——好氧脱氮除磷处理设备流程如下：污水—格栅—调节池—沉砂池—厌氧池—缺氧池—好氧池t沉淀池—消毒—排放—处置将厌氧——缺氧——好氧处理过程,沉淀池和消毒池组合在一个设备中，厌氧一一缺氧一一好氧的停留时间比为1:1:3,总停留时间为10h左右。二.组合式生活污