有机废水处理学术报告.ppt

1、1有机废水及其环境污染,水是宝贵的自然资源，水是地球上一切生命赖以生存的物质基础之一。20世纪以来全世界人口增长了3倍，经济增长了20倍，用水量增长了10倍，水资源的匮乏已严重威胁着世界经济的发展和人类的生存。据专家预测，水资源危机将成为21世纪继能源危机后又一全球性危机。,我国是一个水资源非常紧缺的国家，人均水资源拥有量约为2200m3，仅为世界平均水平的1/4，而且时空分布极不均衡。目前全国有16个省人均水资源拥有量低于联合国确定的1700m3用水紧张线，其中有10个省低于500m3的严重缺水线，全国669座城市中400座供水量不足，110座严重缺水，造成工农业用水紧张。城乡争水、地区间争

2、水、超采地下水和挤占生态环境用水，水资源不足已成为我国经济社会发展的制约因素。,水环境的有机污染是一个全球性的问题，其严重程度、性质和危害是随着工业的发展而不断发展和变化的。20世纪特别是50年代以来，化学工业的发展使人工合成的有机物种类与数量与日俱增。据有关资料报道，1880年人们知道的有机物有1.2万种，1910年增加至15万种，1940年达到40万种，1978年俱增至500万种，目前已知的有机物种类约为700多万种，并仍然以每年数以千计的速度在上升，全球合成有机物总量已达2.5亿吨。,有机物始终是造成水体污染最重要的污染物，它是水体变黑、发臭的主要因素。废水中有机物的来源主要为工业废水和

3、城市污水，1999年全国废水排放总量为401.1亿吨，其中工业废水排放量为197.3亿吨，生活污水排放量为203.8亿吨，废水中COD排放总量为1388.9万吨，其中工业废水COD排放量为691.7万吨，生活污水COD排放量为697.2万吨。,世界主要国家人均水资源对比,我国七大水系水污染现状,近20年来随着社会经济的高度发展以及城市化和工业化进程的加快，水污染和水资源短缺问题已严重制约着我国社会经济的可持续发展，影响了人民群众的生活和身体健康。对此我国政府已高度重视，制定了相关的法律法规来控制水体污染，以保证我国社会经济持续稳定的发展。,2厌氧生物处理理论与技术的发展,厌氧生物处理是废水生物

4、处理技术的一种方法。厌氧生物处理是在无氧的环境中，利用厌氧微生物的生命活动，将各种有机物转化成甲烷、二氧化碳等的过程。在厌氧处理过程中，复杂的有机化合物被降解，转化为简单、稳定的化合物，同时释放能量。厌氧生物处理包括多种不同类型的微生物所完成的代谢过程，是一个相互影响、相互制约、同时进行的极其复杂的生物化学过程。,从20世纪30年代开始，厌氧消化过程被认为是由不产甲烷的发酵性细菌和产甲烷的细菌共同进行的两阶段过程，如图1-1所示。第一阶段由发酵性细菌把复杂有机物进行水解和发酵，形成脂肪酸、醇类、CO2、H2等；第二阶段是由产甲烷细菌将第一阶段的一些发酵产物转化为CH4和CO2的过程。第一阶段常

5、称作酸性发酵阶段，第二阶段则被称作碱性或甲烷发酵阶段。这个两阶段理论简要地描述了厌氧消化过程，在相当长时间内指导着生产实践，被应用于厌氧生物处理过程的动力学描述。但是两阶段理论实际上没有全面地反应厌氧消化的本质。研究表明，产甲烷菌能利用甲烷、乙酸、甲醇、甲基胺类、H2/CO2，但不能利用两碳以上的脂肪酸和除甲醇以外的醇类产生甲烷，因此两阶段理论难以确切的揭示脂肪酸或醇类是如何转化为CH4和CO2的。,1967年Bryant等人通过研究发现厌氧消化过程中一种新型微生物的相互关系，即严格共生关系，由此提出了厌氧消化的三阶段理论，与此同时Zeikus提出了厌氧消化过程的四菌群理论，于是便形成了“三阶

6、段四菌群”理论，见图1-2。三阶段消化的第一阶段是在水解发酵细菌的作用下，把碳水化合物、蛋白质与脂肪等复杂有机物通过水解与发酵转化成脂肪酸、H2、CO2等产物；第二阶段是在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化成H2、CO2和乙酸；第三阶段是通过两组生理上不同的产甲烷菌的作用，把第二阶段的产物转化为CH4和CO2等产物。一组把H2和CO2转化成甲烷，即：4H2+CO2=CH4+2H2O另一组是乙酸脱羧转化为甲烷，即：CH3COOH=CH4+CO2厌氧消化过程中还存在一个横向转化过程，即在同型产乙酸菌的作用下把H2和有机质转化为乙酸。,“三阶段四菌群”理论实质上是二阶段理论的补充和发展，更好

7、地揭示了厌氧消化的本质。在厌氧消化过程中将参与反应的细菌根据其代谢的差异划分为四类菌群，即水解发酵细菌群、产氢产乙酸细菌群、同型产乙酸细菌群和产甲烷细菌群。发酵性细菌有兼性的，也有厌氧的，在自然界中数量较多。而甲烷细菌是专性厌氧菌，它们对环境的变化，如PH值、碱度、重金属离子、硫化物和温度等的变化比发酵性细菌敏感的多，并且生长缓慢（世代周期长），必须维持较高的细胞停留时间才能在反应器中生长繁殖。,厌氧生物处理技术是对普遍存在于自然界的微生物过程的人为控制与强化，是处理有机污染物和废水的有效手段。在过去，它多用于城市污水处理厂的污泥、有机废料以及高浓度有机废水的处理，在构筑物形式上主要采用普通消

8、化池。由于存在水力停留时间长、有机负荷低等缺点，较长时期内限制了它在废水处理中的应用。到20世纪60-70年代，随着工业和经济的快速发展，环境污染和能源紧张问题变得越来越严重，厌氧处理工艺作为一种低能耗的有机废水生物处理方法，才得到人们越来越广泛的重视，研究与实践也由此不断深入，从而促进了厌氧处理技术的快速发展。,厌氧处理技术从1881年法国的莫拉斯（Mouras）发明“污泥自动净化器”开始，到目前已经有100多年的发展历程。在此期间这项技术主要经历了三个发展时代：第一代厌氧反应器：以厌氧消化池为代表，属于低负荷系统。第二代厌氧反应器：可以将固体停留时间与水力停留时间分离，能够保持大量的活性污

9、泥和足够长的污泥龄，属于高负荷系统。代表反应器有厌氧滤池（AF）、升流式厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧附着膜膨胀床（AFFEB）及厌氧流化床（AFB）等。第三代厌氧反应器：在将固体停留时间和水力停留时间相分离的前提下，使固液两相充分接触，从而既能保持大量污泥又能使废水和活性污泥之间充分混合、接触，以达到真正高效的目的。代表反应器有厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）、内循环厌氧反应器（IC）、厌氧序批式间歇反应器（ASBR）等。现将厌氧生物处理技术发展的历程归结为表1-1。,表1-1厌氧生物处理技术发展历程表,1、生物处理是有机废水处理的有效方法2、生物处理可分为好氧生物处理和厌氧生物处理3、好

10、氧生物处理主要用于低浓度有机废水处理中，建设投资和能耗高，1kwh/1KgCOD。厌氧处理0.075kwh/1KgCOD4、厌氧生物处理不但能耗低，而且可以产生大量的沼气可以作为优质的能源利用，是一种环境友好型的绿色生物技术，随着环境问题和资源问题的日益严重，厌氧生物处理技术越来越得到重视。5、传统的厌氧生物处理技术由于效率低、启动慢，严重限制了本项技术的应用。厌氧生物处理技术是一种不断发展中的生物处理技术，也是国内外研究最活跃的领域之一。6、研究开发先进高效的厌氧生物处理技术是解决有机物污染的有效途径。,1、厌氧生物处理是多种不同的有机物在多种不同类型的微生物作用下，经过多步生物化学反应，把

11、复杂有机物转化为简单、稳定的化合物，同时释放能量。是多种微生物所完成的代谢过程，是一个相互影响、相互制约、同时进行的及其复杂的生物化学过程。2、厌氧生物处理理论在不断发展之中，目前能够阐述厌氧处理过程的是三阶段四菌群理论。3、从厌氧处理理论分析，高效的厌氧生物处理技术（厌氧生物反应器）必须满足2个条件（1）具有保持大量厌氧微生物的能力；（2）具有使有机物和厌氧微生物之间充分混合、接触的能力。,1、从1881年发明厌氧生物处理技术开始，厌氧处理技术向着提高厌氧处理效率的方向在不断的发展之中。2、厌氧生物处理技术经历了三个发展时代：（1）第一代厌氧反应器：以厌氧消化池为代表，属于低负荷系统。（2）

12、第二代厌氧反应器：可以将固体停留时间与水力停留时间分离，能够保持大量的厌氧活性污泥和足够长的污泥龄，属于高负荷系统。（3）第三代厌氧反应器：在将固体停留时间和水力停留时间相分离的前提下，使固液两相充分接触，从而既能保持大量的污泥又能使废水和活性污泥之间充分混合、接触，以达到真正高效的目的。,3厌氧生物处理技术的工程应用,厌氧生物处理能够把废水中的有机物转化为沼气，在废水处理的同时生产沼气，具有环境保护和可再生能源利用的双重作用，符合可持续发展和科学发展观，随着环境问题和资源问题的日益突出，在国内外有机废水处理领域得到高度的重视，也是我国鼓励发展的技术领域之一。本课题组密切跟踪国际厌氧生物处理理

13、论与技术的发展前沿，并紧密结合我国有机废水处理的实际问题开展研究工作，近几年来研究开发了第2代厌氧生物处理技术（UASB、UBF）和第3代厌氧生物处理技术（IC）并成功的进行了生产性应用，取得了显著的环境效益和经济效益。,UASB工作原理,IC反应器的研究开发应用,内循环厌氧反应器（InternalCirculationReactor，简称IC反应器）是第三代先进高效的厌氧生物反应器。IC反应器的基本构造如图2-1所示。IC反应器由第一反应室和第二反应室组成，每个厌氧反应室的顶部各设一个气-液-固三相分离器。在第一反应室的集气罩顶部设有沼气升流管直通IC反应器顶部的气-液分离器，气-液分离器的

14、底部设一回流管直通至IC反应器的底部，由此组成内循环系统。在反应器底部安装进水配水系统和内循环反应液配水系统。,IC工作原理,IC反应器的特点是在一个反应器内将有机物的生物降解分为两个阶段，底部一个阶段（第一反应室）处于高负荷，上部一个阶段（第二反应室）处于低负荷。进水由反应器底部进入第一反应室与厌氧颗粒污泥均匀混合，大部分有机物在这里被降解而转化为沼气，所产生的沼气被第一厌氧反应室的集气罩收集，沼气将沿着升流管上升，沼气上升的同时把第一厌氧反应室的混合液提升至IC反应器顶部的气-液分离器，被分离出的沼气从气液分离器顶部的导管排走，分离出的泥水混合液将沿着回流管返回到第一厌氧反应室的底部，并与

15、底部的颗粒污泥和进水充分混合，实现了混合液的内部循环。内循环的结果使第一厌氧反应室不仅有很高的生物量，很长的污泥龄，并具有很大的升流速度，一般为10-20m/h，使该室内的颗粒污泥完全达到流化状态，从而大大提高第一反应室去除有机物的能力。,经第一反应室处理过的废水，会自动的进入第二厌氧反应室被继续进行处理。第二反应室的液体上升流速小于第一反应室，一般为2-10m/h。该室除了继续进行生物反应外，由于上升流速的降低，还充当第一反应室和沉淀区之间的缓冲段，对防止污泥流失及确保沉淀后的出水水质起着重要作用。废水中的剩余有机物可被第二反应室的厌氧颗粒污泥进一步降解，使废水得到更好的净化，提高出水水质。

16、产生的沼气由第二厌氧反应室的集气罩收集，通过集气管进入气-液分离器。第二厌氧反应室的混合液在沉淀区进行固液分离，处理过的上清液由出水管排走，沉淀的污泥可自动返回到第二厌氧反应室。,抗生素废水的水质和排放特征是：1、高浓度废水排放量大，产生的发酵废水中有机物COD和悬浮物质SS浓度高。2、生物毒性物质多，如残留抗生素及其中间代谢产物、表面活性剂和提取分离中残留的有机溶剂（甲醛）等；废水中有机物由于是微生物的代谢产物，属于难生物降解的有机废水。,表3-5IC与UASB运行效果的比较,图3-12IC和UASB出水VFA的变化情况比较,表3-6IC和UASB的技术经济比较,IC反应器的特性：1、处理效率高；2、运行稳定性强；3、抗冲击能力强；4、占地面积小；5