CH14-工业废水的生物处理市公开课获奖课件省名师优质课赛课一等奖课件

Ch14工业废水生物处理

工业废水可生化性工业废水好氧生物处理活性污泥法生物膜法工业废水厌氧生物处理工业废水厌氧－好氧串联生物处理1/6414.1工业废水可生化性

（一）工业废水可生化性评价方法：水质标准法（BOD/COD）微生物耗氧速率法脱氢酶活性法有机化合物分子结构评价法2/64（二）可生化性评价试验应注意问题：生物处理方法；微生物起源及浓度；有机物浓度、营养物质、pH值、水温、共存物质。3/6414.2工业废水好氧生物处理

（一）活性污泥法(ActivatedSludgeProcess)传统活性污泥法(TraditionalActivatedSludgeProcess)氧化沟(OxidationDitch)SBR(SequencingBatchedReactor)4/64（二）生物膜法(Bio-filmProcess)接触氧化法(ContactOxidationProcess)生物转盘(BiologicalRotatingContactor)生物滤池(BiologicalFilter)5/6414.3工业废水生物处理废水厌氧生物处理是环境工程与能源工程中一项主要技术可用于处理有机污泥和高浓度有机废水，也用于处理中、低浓度有机废水6/64（一）厌氧生物处理原理废水厌氧生物处理：指在无氧条件下，借助厌氧微生物新陈代谢作用分解废水中有机物质，并使之转变为小分子无机物质处理过程。1979年出现了厌氧消化三阶段理论，主要包含：7/64第一阶段水解发酵阶段，复杂有机物在厌氧菌胞外酶作用下，首先被分解成简单有机物；这些简单有机物在产酸菌作用下经过厌氧发酵和氧化转化为乙酸、丙酸和丁酸等脂肪酸和醇类等。第二阶段产氢产乙酸阶段，在产氢产乙酸菌作用下，把第一阶段产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类转化为乙酸等物质。第三阶段产甲烷阶段，产甲烷细菌利用第一阶段和第二阶段产生乙酸、二氧化碳和氢转化为甲烷。8/64（二）厌氧生物处理特点与好氧生物处理法相比优点：⑴应用范围广：适于处理中、高浓度废水；几百到上万吨规模；⑵能耗低，是好氧处理10~15%；且能够产生大量能源；⑶负荷高（5～10kgBOD/m3.d，是好氧10倍），占地少；⑷剩下污泥量少（是好氧1/20），且其浓缩性和脱水性能良好。9/64⑸对氮、磷营养物需求量少（BOD:N:P=200~400:5:1）⑹厌氧处理过程有一定杀菌作用；⑺厌氧活性污泥能够长久贮存（可保留一年以上），可间断或季节性运行。10/64与好氧生物处理法相比缺点：处理后出水水质较差，难以直接达标，普通需要进行后处理（普通在厌氧处理后串联好氧处理）。因为厌氧细菌增殖迟缓，厌氧反应器首次开启过程需时较长，普通需要8～12周时间才能完成。厌氧微生物对有毒物质和环境条件较为敏感，操作控制原因比较复杂，操作不妥可能造成反应器运行条件恶化（产生臭味和腐蚀性气体）。11/64（三）厌氧生物处理主要影响原因温度：产甲烷菌温度范围是5～60℃，在35℃和53℃上下能够分别取得较高消化效率，温度为40～45℃时，厌氧消化效率较低。各种产甲烷菌适宜范围不一致，且最适温度范围较小pH值：产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，产酸细菌适宜pH值4.5～8.0；产甲烷菌最适pH值7.0～7.2，适宜pH值6.6～7.412/64有机负荷：在一定范围内，伴随有机负荷提升，产气率趋向下降，而消化器容积产气量则增多。有机负荷过高，会使消化系统中污泥流失速率大于增加速率而降低消化效率；有机负荷过低，物料产气率即使能够提升，但容积产生率降低，反应器容积将增大，使消化设备利用效率降低，而增加投资和运行费用。厌氧活性污泥：厌氧活性污泥浓度和性状与消化效能有亲密关系。在一定范围内，活性污泥浓度愈高，厌氧消化效率也愈高，但到了一定程度后，效率提升不再显著。13/64有毒物质：厌氧系统中有毒物质会不一样程度地对过程产生抑制作用，通常包含有毒有机物、重金属离子和一些阴离子等氧化还原电位：产甲烷菌初始繁殖环境条件是氧化还原电位不能高于-0.3V。在厌氧消化全过程中，不产甲烷阶段可在兼氧条件下完成，氧化还原电位为＋0.1～-0.1V，而在产甲烷阶段，氧化还原电位须控制为-0.3～-0.35V（中温消化）与-0.56～-0.6V（高温消化）搅拌和混合：搅拌可消除池内梯度，增加食料与微生物之间接触，防止产生分层，促进沼气分离，显著地提升消化效率14/64第一代厌氧反应工艺：1880’s~1950’s开发，HRT长，效率低。第二代厌氧反应工艺：1960’s开始，以提升厌氧微生物浓度和停留时间、缩短液体停留时间为目标。第三代厌氧反应工艺：1990’s后，微生物以颗粒污泥固定化方式存在于反应器中，反应器单位容积生物量更高，能承受更高水力负荷，并含有较高有机污染物净化效能。（五）厌氧生物反应器15/64第一代厌氧反应工艺：1950’s以前开发，经典代表：城市污水：①1881年法国Mouras自动净化器：②1891年英国Moncriff装有填料升流式反应器：③1895年，英国设计化粪池（SepticTank）；④19，德国Imhoff池（双层沉淀池）；剩下污泥：各种厌氧消化池等。16/64特点：处理废水同时，也处理沉淀下来污泥HRT长（污泥处理时:长达90天，当前WWTP污泥处理20~30天）；处理效率低，处理效果不好；（因为废水与污泥不分隔而影响出水水质；双层沉淀池则有了很大改进，有上层沉淀池和下层消化池）含有浓臭气味（原污泥中含有有机氮或硫酸盐等在厌氧条件下分别转化为氨氮或硫化氢）17/64第二代厌氧反应工艺：1960’s开始，以提升厌氧微生物浓度和停留时间、缩短液体停留时间为目标，SRT与HRT分离。经典代表：厌氧接触池、厌氧滤池（AF）、升流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧流化床（AFB）、厌氧附着膜膨胀床（AAFEB）等。与第一代厌氧工艺相比，第二代工艺愈加重视对系统环境条件控制，反应器中通常增加了温控设施和搅拌装置，经过不一样运行方式在反应器内保持很高浓度生物量。18/64特点：SRT长，厌氧微生物浓度高；SRT与HRT分离，HRT短；效率高。19/64第三代厌氧反应工艺：1990’s后，微生物以颗粒污泥固定化方式存在于反应器中，反应器单位容积生物量更高，能承受更高水力负荷，并含有较高有机污染物净化效能，含有较大高径比，占地面积小等。经典工艺有：厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）、厌氧内循环反应器(IC)、升流式厌氧污泥床过滤器等。

EGSB反应器：利用外加出水循环使反应器内部形成很高上升流速，提升反应器内基质与微生物之间接触和反应，能够在较低温度下处理较低浓度有机废水，如城市废水等；

IC反应器：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大量沼气形成内部混合液充分循环与混合，能够到达更高有机负荷

。20/64厌氧生物处理技术厌氧接触法(AnaerobicContactProcess)厌氧生物滤池(AnaerobicFilter,AF)升流式厌氧污泥床(Up-flowAnaerobicSludgeBlanket,UASB)厌氧膨胀床（AnaerobicExpandedBed,AEB）和厌氧流化床（AnaerobicFluidizedBed,AFB)厌氧生物转盘（AnaerobicRotatingBiologicalContactor）厌氧膨胀颗粒污泥床(ExpandedGranularSludgeBlanket,EGSB)厌氧内循环反应器（InternalCirculation,IC）两相厌氧消化工艺(AnaerobicDigester)21/641.厌氧接触法

机械、水力或压缩沼气搅拌：完全混合状态真空脱气装置：脱气，提升沉淀池中混合液固液分离效果沉淀池、沉淀污泥回流至消化池：SRT与HRT分离，保持污泥浓度，降低HRT22/641.厌氧接触法

厌氧细菌生长迟缓，基本能够作到不从系统中排放剩下污泥，则Qw=0

：23/641.厌氧接触法

普通厌氧消化池：因Xe=X，故

c=HRT。中温条件下，为满足产甲烷菌生长繁殖，SRT要求20~30d，所以厌氧消化池HRT为20~30d。厌氧接触法：由X>>Xe，故HRT<<SRT；而且X越大，Xe越小，则HRT能够越短。24/641.厌氧接触法

厌氧接触法含有以下特点：⑴耐冲击能力强（污泥浓度5～10gMLVSS/L）⑵消化池容积负荷较普通消化池大大提升⑶能够直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大料液；⑷出水水质好，但需增加沉淀池、污泥回流和脱气设备；⑸混合液难于在沉淀池中进行固液分离，污泥中脱气不彻底，沉淀池中存在厌氧生化反应

25/641.厌氧接触法

存在问题：厌氧污泥上附着小气泡，影响污泥沉淀；且污泥在二沉池中还含有活性，还会继续产生沼气，有可能造成已下沉污泥上浮。改进办法：①真空脱气设备（真空度为500mmH2O）；②增加热交换器，使污泥骤冷，暂时抑制厌氧污泥活性。26/642.厌氧生物滤池

厌氧生物滤池结构类似于普通生物滤池，但池顶密封，产生沼气聚焦在池顶部罩内，并从顶部引出。处理水所挟带生物膜，在滤后沉淀池分离。按水流方向，厌氧生物滤池可分为：升流式、降流式和升流式混合型。27/642.厌氧滤池

厌氧滤池（AnaerobicFilter，简称AF）是世界上最早使用污水生物处理构筑物之一。1891年，Scott-Moncrieff在英格兰建成了第一座使用石质载体池子，池子上部是滤层，污水自下而上经过滤层，使污水得到净化。即使这座池子只供处理10人生活污水，也未冠以厌氧生物滤池之名，但实质上能够称作厌氧生物滤池首次应用实例。到20世纪60年代，美国McCarty等人将厌氧生物滤池发展成为第一个高速厌氧反应器，容积负荷可达10-15kgCOD/m3.d。

28/642.厌氧滤池

厌氧生物滤池主要优点是：微生物浓度较高，能承受较高有机负荷及冲击负荷；泥龄长，HRT较短，反应器体积小；开启时间短，短时间停运后再开启轻易；不需搅拌和回流污泥，设备简单，操作方便，能耗低。29/642.厌氧滤池

AF工艺计算与设计主要内容：①滤料选择；②滤料体积计算；③布水系统设计；④沼气系统设计。但当前尚无定型设计计算程序。厌氧生物滤池设计30/642.厌氧滤池

1)滤料体积计算：

V=Q（Si–Se）/LvCOD2)惯用设计参数：有机容积去除负荷可达0.5~12

kgCOD/m3.d；有机物去除率可达60~95%；滤料层高度为2~5m；相邻进水孔口距离1~2m（小于2m）；污泥排放口距离小于3m。厌氧生物滤池设计31/642.厌氧滤池

3)出水水质Se：取决于对处理后出水水质要求；有机物去除率；所采取有机负荷高低。4)有机容积负荷影响原因：废水水质，包含有机物种类和浓度；滤料性质；温度；其它，如：pH值、营养物、有毒物质浓度等。 （无可靠资料可借鉴时，小试或中试试验确定）32/643.升流式厌氧污泥反应器（UASB）UpflowAnaerobicSludgeBlanket，简称UASB:是荷兰农业大学1974－1978年间研制出来一个高效厌氧生物反应器。据1993年报道，国外最少已经有300多座生产规模处理装置在运行，其中设备最大容积达15600m3。2#33/643.升流式厌氧污泥反应器（UASB）主要工艺特征：

①在反应器上部设置了气、固、液三相分离器；②在反应器底部设置了均匀布水系统；③反应器内污泥能形成颗粒污泥（直径0.5~4mm，湿比重1.04~1.08）；含有良好沉降性能和很高产甲烷活性。34/643.升流式厌氧污泥反应器（UASB）与厌氧接触法及厌氧生物滤池相比，UASB主要特点：①污泥颗粒化使反应器内平均浓度50gVSS/L以上，污泥龄普通为30天以上；②反应器水力停留时间对应较短；③反应器含有很高容积负荷；④不但适于处理高、中浓度有机工业废水，也适于处理低浓度城市污水；⑤集生物反应和沉淀分离于一体，结构紧凑；⑥无需设置填料，节约了费用，提升了容积利用率；⑦普通也无需设置搅拌设备，上升水流和沼气产生上升气流起到搅拌作用；⑧结构简单，操作运行方便。35/64UASB反应器组成进水配水系统反应区三相分离器出水系统气室浮渣搜集系统排泥系统等3.升流式厌氧污泥反应器（UASB）36/64UASB反应器型式1)开敞式UASB反应器：顶部不加密封，或仅加一层不太密封盖板；多用于处理中、低浓度有机废水；其结构较简单，易于施工安装和维修。2)封闭式UASB反应器：顶部加盖密封，液面与池顶之间形成气室；主要适合用于高浓度有机废水处理；与传统厌氧消化池有一定类似，其池顶也能够做成浮动盖式。3.升流式厌氧污泥反应器（UASB）37/643.升流式厌氧污泥反应器（UASB）UASB产生剩下颗粒污泥在常温下可保留很长时间而不损失活性，所以UASB采取剩下污泥接种，可使反应器开启时间缩短到几天之内。产气搅拌作用使污泥床不停运动而与废水良好混合，所以UASB普通不易形成沟流。因为没有填料，UASB有更大空间容纳污泥，容积负荷比其它厌氧处理工艺更高。因为没有填料，UASB在投资和运行成本上更节约，能耗低，操作维护相对简易。升流式厌氧污泥反应器特点38/643.升流式厌氧污泥反应器（UASB）优点：⑴反应器内污泥浓度高；⑵有机负荷高，水力停留时间短，中温消化；⑶反应器内设三相分离器，普通无污泥回流设备；⑷无混合搅拌设备；⑸污泥床内不填载体，节约造价。缺点：⑴反应器内有短流现象，影响处理能力⑵运行开启时间长，对水质和负荷突变比较敏感39/643.升流式厌氧污泥反应器（UASB）设计计算主要内容：①池型选择、有效容积以及各主要部位尺寸确实定；②进水配水系统、出水系统、三相分离器等主要设备设计计算；③其它设备和管道如排泥和排渣系统等设计计算。

UASB反应器设计计算组成：进水配水系统反应区三相分离器出水系统气室浮渣搜集系统排泥系统等40/64①颗粒污泥外观：卵形、球形、丝形等；其平均直径为1mm，普通为0.1~2mm，最大可达3~5mm；反应区底部颗粒污泥多以无机粒子作为关键，外包生物膜；颗粒关键多为黑色，生物膜表层则呈灰白色、淡黄色或暗绿色等；反应区上部颗粒污泥挥发性相对较高；颗粒污泥质软，有一定韧性和粘性。UASB反应器中颗粒污泥（了解）41/64②颗粒污泥组成各类微生物、无机矿物以及有机胞外多聚物等，VSS/SS普通为70~90%；颗粒污泥主体是各类微生物，包含水解发酵菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌，有时还会有硫酸盐还原菌等，细菌总数为1~4×1012个/gVSS；颗粒污泥中C、H、N百分比为C约为40~50%、H约为7%、N约为10%；灰分含量因接种污泥起源、处理水质等不一样而有较大差距，普通灰分含量可达8.8~55%。胞外多聚物：在颗粒污泥表面和内部，透明发亮粘液状物质，主要是多聚糖、蛋白质和糖醛酸等；其存在有利于保持颗粒污泥稳定性。42/643)颗粒污泥生物活性颗粒污泥中细菌是成层分布，即外层中占优势细菌是水解发酵菌，而内层则是产甲烷菌；颗粒污泥实际上是一个生物与环境条件相互依存和优化生态系统，各种细菌形成了一条很完整食物链，有利于种间氢和种间乙酸传递，所以其活性很高。43/643.升流式厌氧污泥反应器（UASB）4)颗粒污泥培养条件培养出高浓度、高活性颗粒污泥普通需要1~3个月；能够分为三个阶段：开启期、颗粒污泥形成期、颗粒污泥成熟期。影响颗粒污泥形成主要原因：①接种污泥选择；②维持稳定环境条件，如温度、pH值等；③初始污泥负荷普通为0.05~0.1kgCOD/kgSS.d，容积负荷普通应小于0.5kgCOD/m3.d；④保持反应器中低VFA浓度；⑤表面水力负荷应大于0.3m3/m2.d，以保持较大水力分级作用，冲走轻质絮体污泥；⑥进水COD浓度不宜大于4000mg/l，不然可采取水回流或稀疏等办法；⑦进水中可适当提供无机微粒，尤其能够补充钙和铁，同时应补充微量元素(如Ni、Co、Mo)。44/644.厌氧膨胀床和厌氧流化床AnaerobicExpanded/FluidizedBedReactor，简称AEBR/AFBR：借鉴流态化技术一个生物反应装置。以小粒径载体（石英砂、活性炭、沸石、塑料颗粒等，粒径多在0.2－1mm）为流化粒料，污水作为流化介质，当污水以升流式经过粒料床体时，污水上升流速使颗粒载体呈膨胀/流化状态，污水与表面生长厌氧生物膜颗粒载体不停接触反应，到达厌氧生物反应处理污水目标。

45/64厌氧生物流化床膨胀床：膨胀率＝110～120％称膨胀床，床体内载体略有松动，载体间空隙增加但仍保持相互接触。流化床：膨胀率＝120～170％，上升流速增大到能够使载体在床体内自由运动而互不接触。出水回流：使载体颗粒在反应器内膨胀或形成流化状态；46/644.厌氧膨胀/流化床流态化能够最大程度使厌氧污泥与污水接触颗粒与流体相对运动速度高，液膜扩散阻力小。另外，颗粒表面生物膜厚度小，传质作用强。所以，生物化学过程进行较快，污水在反应器内水力停留时间短，处理效率高。克服了厌氧生物滤池存在堵塞和沟流问题。高容积负荷使反应器体积减小，同时，因为其高度与直径百分比大于其它厌氧反应器，所以，厌氧生物流化床占地面积小。厌氧膨胀/流化床主要特点47/64厌氧流化床存在主要问题为了实现良好流态化并使污泥与填料不致从反应器流失，必须使生物膜颗粒保持均匀形状、大小和密度，但这在工程上是难以实现，所以，稳定流态化液难以确保。为了取得高水流速度以确保流态化，流化床需要大量回流水，造成能耗增大，成本提升。流化床设计中一个主要问题是底部进水均匀分布，尽管出现了各种布水方式，但在生产规模设备中，均匀布水是非常困难。

4.厌氧膨胀/流化床48/645.厌氧生物转盘（ARBC）AnaerobicRotatingBiologicalContactorProcess，是Pretorius等人于1975年废水反硝化脱氮处理时提出，1980年Tati等人开展了ARBC用于处理有机废水试验研究工作。49/64厌氧生物转盘结构 同“好”相同，不一样是ARBC反应器是加盖密闭，圆盘全部浸没于水中。厌氧生物转盘组成盘片密封反应槽转轴驱动装置50/64微生物浓度高，有机负荷高，HRT短，耐冲击负荷能力强转盘转动，老化生物膜脱离，生物膜保持较高活性废水沿水平方向流动，反应槽高度小，节约了提升高度普通不需回流，节能且便于操作不会发生堵塞，可处理含较高SS有机废水多采取多级串联，厌氧微生物在各级中分级，处理效果更加好运行管理方便（缺点）盘片成本较高，使装置造价较高厌氧生物转盘特点51/64当前还多处于小试阶段国外：对各种废水如牛奶废水、奶牛粪、生活污水等研究表明：在进水TOC为110~6000mg/L范围内，TOC去除率可达60~80%，有机负荷可达20gTOC/m3.d国内：对玉米淀粉废水和酵母废水研究表明：其COD去除率可达70~90%，有机容积负荷可高达30~70gCOD/m3.d厌氧生物转盘应用情况（了解）52/64水力停留时间进水水质有机负荷率系统分级影响厌氧生物转盘运行性能原因53/646.厌氧挡板式反应器（ABR）AnaerobicBaffledReactor（ABR）是美国Macarty于1982年开发一个新型厌氧活性污泥法。ABR开发：与UASB（1974~1978）同时由厌氧生物转盘（1975~1980）发展而来：ARBC转盘不动，全为固定盘ARBC54/64结构及工艺流程在反应器中设置多个垂直挡板，将反应器分隔为数个上向流和下向流小室，使废水循序流过这些小室；上向流室较宽，便于污泥聚集；下向流室较窄，60O导流板便于送水入上向流中心，使泥水充分混合，保持较高污泥浓度；相当于多个UASB反应器串联；当废水浓度过高时，可将处理后出水回流（保持进水5~10g/L）。55/64系列UASB串连，具备UASB工艺特点；良好生物固体截留能力，无需三相分离器；推流串连，良好生物分布；工艺简单，投资省，运行费用低；耐冲击负荷能力强，适应范围广；固液分离效果好，出水水质好；运行稳定，维护操作简便；ABR主要特点56/647.复合厌氧法一个设备内由几个厌氧反应器复合而成厌氧处理法当前开发多为UASB+AF复合而成升流式厌氧污泥床过滤器（UpflowBlanketFilter,UBF），已经工程应用，效果良好。实际工程中，为减小占地，需要UASB向空中发展，但UASB反应区

4m，上部空间发挥作用不大。为减小占地又发挥空间降解作用，提出了UBF，即在UASB污泥层（或悬浮层）上部加填料，填料上附着微生物，起到污泥拦截和增加生物量作用。57/648.两相厌氧消化工艺

实现了生物相分离，使产酸相和产甲烷相分别在最优条件下运行，确保发挥两大类微生物各自优势所需条