污水的厌氧生物处理 (2)精品文稿.ppt
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1、污水的厌氧生物处理第1页,本讲稿共82页15-1 概述概述 第2页,本讲稿共82页一、厌氧生物处理的对象 1 1、有机污泥、有机污泥 有机污泥包括废水好氧生物处理过程生成的大量活性污泥有机污泥包括废水好氧生物处理过程生成的大量活性污泥和生物膜,初沉池可沉淀的有机固体,以及人畜的粪便等。和生物膜,初沉池可沉淀的有机固体,以及人畜的粪便等。2 2、有机废水、有机废水 食品工业,如酒精、味精、制糖、淀粉、屠宰和啤酒等工食品工业,如酒精、味精、制糖、淀粉、屠宰和啤酒等工业排出的废水,不仅数量多,而且浓度也很高。业排出的废水,不仅数量多,而且浓度也很高。3 3、生物质、生物质 以专门利用生物质转化为新能
2、源为主要目的的厌氧发酵法,以专门利用生物质转化为新能源为主要目的的厌氧发酵法,是利用某些植物茎杆和叶子等生物质通过厌氧发酵获得生物是利用某些植物茎杆和叶子等生物质通过厌氧发酵获得生物能能沼气。沼气。第3页,本讲稿共82页二、厌氧生物处理的目的1 1、杀菌灭卵、防蝇除臭,、杀菌灭卵、防蝇除臭,防止传染病的发生和蔓延防止传染病的发生和蔓延。2 2、去除废水中大量有机物,、去除废水中大量有机物,防止对水体的污染防止对水体的污染。3 3、利用污水厂污泥和高浓度有机废水产生沼气可、利用污水厂污泥和高浓度有机废水产生沼气可获得可观的获得可观的生物能源生物能源。第4页,本讲稿共82页三、厌氧法的基本原理 四
3、阶段发酵四阶段发酵Zeikus20Zeikus20世纪世纪7070年代年提出年代年提出 第5页,本讲稿共82页(1)第一阶段第一阶段:水解和发酵性细菌将复水解和发酵性细菌将复杂有机物水解为小分子有机物杂有机物水解为小分子有机物如:如:纤维素纤维素、淀粉淀粉水解为单糖,再发酵为丙酮酸;水解为单糖,再发酵为丙酮酸;蛋白质蛋白质水解为氨基酸,再脱氨基成有机酸和氨;水解为氨基酸,再脱氨基成有机酸和氨;脂类脂类水解为低级脂肪酸和醇水解为低级脂肪酸和醇,如乙酸、丙酸、丁酸、如乙酸、丙酸、丁酸、乙醇、乙醇、COCO2 2、H H2 2、NHNH3 3和和H H2 2S S等。等。微生物群落微生物群落:水解、
4、发酵性细菌水解、发酵性细菌:梭菌属、拟杆菌属、双:梭菌属、拟杆菌属、双歧杆菌;链球菌和肠道菌等。歧杆菌;链球菌和肠道菌等。第6页,本讲稿共82页(2)第第二二阶阶段段:产产氢氢和和产产乙乙酸酸菌菌把把第第一一阶阶段段的产物进一步分解为乙酸和氢气的产物进一步分解为乙酸和氢气。微微生生物物群群落落:产产氢氢和和产产乙乙酸酸菌菌,如如奥奥氏氏甲甲烷烷杆杆菌菌;将将三三碳碳以以上上有有机机酸酸、长长链链脂脂肪肪酸酸、芳芳香香族族酸酸及及醇等分解为乙酸和醇等分解为乙酸和H H2 2的细菌和硫酸还原菌。的细菌和硫酸还原菌。第7页,本讲稿共82页(3)第三阶段第三阶段:有2组生理不同的专性厌氧的产甲烷菌群。
5、一是将将COCO2 2或或COCO和和H H2 2合成合成CHCH4 4;另一组是将乙酸脱羧生成将乙酸脱羧生成CHCH4 4和和COCO2 2,或利,或利用甲酸、甲醇及甲基胺裂解为用甲酸、甲醇及甲基胺裂解为CHCH4 4。第8页,本讲稿共82页(4)第四阶段:第四阶段:同型产乙酸阶段 是同型产乙酸细菌将是同型产乙酸细菌将COCO2 2和和H H2 2转化为转化为乙酸的过程。其作用目前尚在研究。乙酸的过程。其作用目前尚在研究。第9页,本讲稿共82页四、厌氧法的影响因素 厌氧法对环境条件的要求比好氧法更严格。厌氧法对环境条件的要求比好氧法更严格。一般认为,控制厌氧处理效率的基本因素有一般认为,控制
6、厌氧处理效率的基本因素有2 2类:类:一类是一类是基础因素基础因素,包括微生物量,包括微生物量(污泥浓度污泥浓度)、营养比、营养比、混合接触状况、有机负荷等;混合接触状况、有机负荷等;另一类是另一类是环境因素环境因素,如温度、,如温度、pHpH值、氧化还原电位、值、氧化还原电位、有毒物质等。有毒物质等。第10页,本讲稿共82页 各类微生物适宜的温度范围是不同的,一般认为,产甲各类微生物适宜的温度范围是不同的,一般认为,产甲烷菌的温度范围为烷菌的温度范围为5-605-60。常温厌氧消化,指在自然气温或水温下进行废水常温厌氧消化,指在自然气温或水温下进行废水厌氧处理的工艺,适宜温度范围厌氧处理的工
7、艺,适宜温度范围10103030。中温中温消化,适宜温度消化,适宜温度35353838,若低于,若低于3232或者高于或者高于4040,厌氧消化的效率即趋向明显地降低。,厌氧消化的效率即趋向明显地降低。高温高温厌氧消化,适宜温度厌氧消化,适宜温度50505555。1 1、温度、温度第11页,本讲稿共82页 一定范围内,温度提高,有机物去除率提高,产气量提高。一定范围内,温度提高,有机物去除率提高,产气量提高。温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。短时内温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。短时内温度升降温度升降55,沼气产量明显下降,波动的幅度过大时,甚至,沼气产量明显下降,波动的
8、幅度过大时,甚至停止产气。停止产气。温度的波动,不仅影响沼气产量,还影响沼气中甲烷温度的波动,不仅影响沼气产量,还影响沼气中甲烷的含量,尤其高温消化对温度变化更为敏感。的含量,尤其高温消化对温度变化更为敏感。温度的暂时性突然降低不会使厌氧消化系统遭受根本性的温度的暂时性突然降低不会使厌氧消化系统遭受根本性的破坏,温度一经恢复到原来水平时,处理效率和产气量也随破坏,温度一经恢复到原来水平时,处理效率和产气量也随之恢复。之恢复。第12页,本讲稿共82页2 2、pHpH值值 每每种种微微生生物物可可在在一一定定的的pHpH值值范范围围内内活活动动,产产酸酸细细菌菌对对酸酸碱碱度度不不及及甲甲烷烷细细
9、菌菌敏敏感感,其其适适宜宜的的pHpH值值范范围围较较广广,在在4.5-8.04.5-8.0之间。之间。产产甲甲烷烷菌菌要要求求环环境境介介质质pHpH值值在在中中性性附附近近,最最适适宜宜pHpH值值为为7.0-7.27.0-7.2,pH6.6-7.4pH6.6-7.4较为适宜。较为适宜。在厌氧法处理废水的应用中,由于产酸和产甲烷大多在在厌氧法处理废水的应用中,由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行,故为了维持平衡,避免过多的酸积累,同一构筑物内进行,故为了维持平衡,避免过多的酸积累,常保持反应器内的常保持反应器内的pHpH值在值在6.5-7.5(6.5-7.5(最好在最好在6.8-7.2)
10、6.8-7.2)的范围的范围内内。第13页,本讲稿共82页 在厌氧消化过程中,在厌氧消化过程中,pHpH值的升降变化除了外界因素值的升降变化除了外界因素的影响之外,的影响之外,还取决于有机物代谢过程中某些产物的增减还取决于有机物代谢过程中某些产物的增减。(产酸作用产物使有机酸的含量增加,会使pH值下降。含氮有机物分解产物氨的增加,会引起pH值升高。)在生产运转中常把在生产运转中常把挥发酸浓度挥发酸浓度及及碱度碱度作为管理指标。作为管理指标。第14页,本讲稿共82页3 3、氧化还原电位、氧化还原电位 无氧环境是严格厌氧的无氧环境是严格厌氧的产甲烷菌产甲烷菌繁殖的最基本条件繁殖的最基本条件之一。产
11、甲烷菌对氧和氧化剂非常敏感,这是因为它之一。产甲烷菌对氧和氧化剂非常敏感,这是因为它不象好氧菌那样具有过氧化氢酶。不象好氧菌那样具有过氧化氢酶。氧是影响厌氧反应器中氧化还原电位条件的重要因素,氧是影响厌氧反应器中氧化还原电位条件的重要因素,但不是唯一因素。但不是唯一因素。挥发性有机酸的增减、挥发性有机酸的增减、pHpH值的升降以及铵离子浓度值的升降以及铵离子浓度的高低等因素均影响系统的还原强度的高低等因素均影响系统的还原强度。如pH值低,氧化还原电位高;pH值高,氧化还原电位低。第15页,本讲稿共82页4 4、有机负荷、有机负荷 在通常的情况下,常规厌氧消化工艺中温处理高在通常的情况下,常规厌
12、氧消化工艺中温处理高浓度工业废水的有机负荷为浓度工业废水的有机负荷为2-3 kgCOD/(m2-3 kgCOD/(m3 3d)d),在,在高温下为高温下为4-6 kgCOD/(m4-6 kgCOD/(m3 3d)d)。上流式厌氧污泥床反应器、厌氧滤池、厌氧流化床上流式厌氧污泥床反应器、厌氧滤池、厌氧流化床等新型厌氧工艺的有机负荷在中温下为等新型厌氧工艺的有机负荷在中温下为5-15 5-15 kgCOD/(mkgCOD/(m3 3d)d),可高达,可高达30 kgCOD/(m30 kgCOD/(m3 3d)d)。在处理具。在处理具体废水时,最好通过试验来确定其最适宜的有机负荷。体废水时,最好通过
13、试验来确定其最适宜的有机负荷。第16页,本讲稿共82页5 5、厌氧活性污泥、厌氧活性污泥 厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸附的厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成。有机物、无机物组成。厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关系。系。性状良好的污泥是厌氧消化效率的基础保证性状良好的污泥是厌氧消化效率的基础保证。厌氧活性污泥的性质主要表现为它的作用效能与沉降厌氧活性污泥的性质主要表现为它的作用效能与沉降性能。性能。故在一定的范围内,故在一定的范围内,活性污泥浓度愈高,厌氧消化的效活性污泥浓度愈高,厌氧消化的效
14、率也愈高。但也不是越高越好率也愈高。但也不是越高越好。第17页,本讲稿共82页6 6、搅拌和混合、搅拌和混合 通过搅拌可通过搅拌可消除池内梯度消除池内梯度,增加食料与微,增加食料与微生物之间的接触,避免产生分层,促进沼气生物之间的接触,避免产生分层,促进沼气分离。分离。在连续投料的消化池中,还使进料迅速在连续投料的消化池中,还使进料迅速与池中原有料液相混匀。与池中原有料液相混匀。第18页,本讲稿共82页搅拌的方法:搅拌的方法:(1)(1)机械搅拌器搅拌法;机械搅拌器搅拌法;(2)(2)消化液循环搅拌法;消化液循环搅拌法;(3)(3)沼沼气气循循环环搅搅拌拌法法等等。其其中中沼沼气气循循环环搅搅
15、拌拌,还还有有利利于于使使沼沼气气中中的的COCO2 2作作为为产产甲甲烷烷的的底底物物被被细菌利用,提高甲烷的产量。细菌利用,提高甲烷的产量。第19页,本讲稿共82页 厌氧滤池和上流式厌氧污泥床等厌氧滤池和上流式厌氧污泥床等新型厌氧消化设备,虽没有专设搅拌新型厌氧消化设备,虽没有专设搅拌装置,但以上流的方式连续投入料液,装置,但以上流的方式连续投入料液,通过液流及其扩散作用,也起到一定通过液流及其扩散作用,也起到一定程度的搅拌作用。程度的搅拌作用。第20页,本讲稿共82页7 7、废水的营养比、废水的营养比 厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取碳、氮、厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取碳
16、、氮、磷以及其他微量元素。工程上主要控制进料的碳、氮、磷以及其他微量元素。工程上主要控制进料的碳、氮、磷比例,因为其他营养元素不足的情况较少见。磷比例,因为其他营养元素不足的情况较少见。厌氧法中碳厌氧法中碳:氮氮:磷控制为磷控制为(200200300):5:1300):5:1为宜。为宜。在碳、氮、磷比例中,碳氮比例对厌氧消化的影响更在碳、氮、磷比例中,碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要。为重要。第21页,本讲稿共82页8 8、有毒物质、有毒物质 包括包括有毒有机物、重金属离子和一些阴离有毒有机物、重金属离子和一些阴离子等。子等。对有机物来说,带醛基、双键、氯取代对有机物来说,带醛基、双键、氯取代
17、基、苯环等结构,往往具有抑制性。基、苯环等结构,往往具有抑制性。有毒物质的最高容许浓度与处理系统的运行有毒物质的最高容许浓度与处理系统的运行方式、污泥驯化程度、废水特性、操作控制条方式、污泥驯化程度、废水特性、操作控制条件等因素有关。件等因素有关。第22页,本讲稿共82页五、厌氧生物处理的主要特征 1 1、优点、优点(1)(1)应用范围广应用范围广 (2)(2)能能耗耗大大大大降降低低,而而且且还还可可以以回回收收生生物物能能(沼沼气气);(3)(3)处理负荷高、占地少,反应器体积小;处理负荷高、占地少,反应器体积小;第23页,本讲稿共82页(4)(4)污泥产量很低,且其浓缩性、脱水性能良好;
18、污泥产量很低,且其浓缩性、脱水性能良好;(5)(5)对营养物需求量小,其对营养物需求量小,其BODBOD5 5NPNP8005180051;(6)(6)厌氧处理过程有一定的杀菌作用,可以杀死废水和污厌氧处理过程有一定的杀菌作用,可以杀死废水和污泥中的寄生虫卵、病毒等;泥中的寄生虫卵、病毒等;(7)(7)厌氧方法的菌种沉降性能好,生物活性保存期长,厌氧方法的菌种沉降性能好,生物活性保存期长,中止营养条件下可保留至少中止营养条件下可保留至少1 1年以上。年以上。(8)(8)密闭系统,臭味对环境影响小。密闭系统,臭味对环境影响小。第24页,本讲稿共82页2 2、主要缺点、主要缺点 厌氧生物处理过程中
19、所涉及到的厌氧生物处理过程中所涉及到的生化反生化反应过程较为复杂应过程较为复杂;厌厌氧氧微微生生物物特特别别是是其其中中的的产产甲甲烷烷细细菌菌对对温温度度、pHpH等等环环境境因因素素非非常常敏敏感感,也也使使得得厌厌氧氧反反应应器器的的运行和应用运行和应用受到很多限制和困难受到很多限制和困难;第25页,本讲稿共82页 出水水质通常较差出水水质通常较差,一般需要利用好氧工艺,一般需要利用好氧工艺进行进一步的处理;进行进一步的处理;厌氧生物处理的厌氧生物处理的气味较大气味较大;对对氨氨氮氮的的去去除除效效果果不不好好,一一般般认认为为在在厌厌氧氧条条件件下下氨氨氮氮不不会会降降低低,而而且且还
20、还可可能能由由于于原原废废水水中中含含有有的的有有机机氮在厌氧条件下的转化导致氨氮浓度的上升。氮在厌氧条件下的转化导致氨氮浓度的上升。厌厌氧氧反反应应器器初初次次启启动动过过程程缓缓慢慢,一一般般需需要要8 81212周时间。周时间。第26页,本讲稿共82页15-2 厌氧生物处理装置厌氧生物处理装置 第27页,本讲稿共82页按微生物生长状态分为:按微生物生长状态分为:厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法包括:普通消化池、厌氧接触工艺、上流包括:普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器等。式厌氧污泥床反应器等。厌氧生物膜法厌氧生物膜法包括:厌氧生物滤池、厌氧流化床、厌氧生包括:厌氧生物滤池、厌氧
21、流化床、厌氧生物转盘等。物转盘等。厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法(anaerobic activated sludge)(anaerobic activated sludge)厌氧生物膜法厌氧生物膜法(anaerobic slime)(anaerobic slime)第28页,本讲稿共82页 按投料、出料及运行方式分为按投料、出料及运行方式分为分批式分批式(batch)(batch)、连续式连续式(continuous)(continuous)和和半连续式半连续式(semi-continuous)(semi-continuous);根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在同一根据厌氧消化中物质转
22、化反应的总过程是否在同一反应器中并在同一工艺条件下完成,又可分为反应器中并在同一工艺条件下完成,又可分为一步厌一步厌氧消化氧消化(one stage digestion)(one stage digestion)与与两步厌氧消化两步厌氧消化(two(two stage digestion)stage digestion)等。等。第29页,本讲稿共82页一、早期的厌氧生物反应器早期的厌氧生物反应器 这是厌氧消化应用于废水处理的初级阶段,是从这是厌氧消化应用于废水处理的初级阶段,是从18811881年法国年法国MourasMouras设计的自动净化器开始到本世纪的设计的自动净化器开始到本世纪的20
23、20年代;主要代表有:年代;主要代表有:1881 1881年法国年法国MourasMouras的自动的自动净化器:净化器:1891 1891年英国年英国MoncriffMoncriff的装有填料的升流的装有填料的升流式反应器:式反应器:1895 1895年,英国设计的化粪池(年,英国设计的化粪池(Septic Septic TankTank););1905 1905年,德国的年,德国的ImhoffImhoff池(又称隐化池、池(又称隐化池、双层沉淀池);等等。双层沉淀池);等等。第30页,本讲稿共82页第31页,本讲稿共82页 这些早期的厌氧生物反应器的共同特点是:这些早期的厌氧生物反应器的共
24、同特点是:处理废水的同时,也处理从废水中沉淀下来的污泥;处理废水的同时,也处理从废水中沉淀下来的污泥;前几种构筑物由于废水与污泥不分隔而影响出水水质;前几种构筑物由于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;双层沉淀池则有了很大改进,有上层沉淀池和下层消化池;停留时间很长,出水水质也较差;停留时间很长,出水水质也较差;后两种反应器曾在英、美、德、法等国得到广泛推广,在我国后两种反应器曾在英、美、德、法等国得到广泛推广,在我国目前仍有应用。目前仍有应用。第32页,本讲稿共82页二、普通厌氧消化池 又称传统或常规消化池。又称传统或常规消化池。消化池常用密闭
25、的圆柱形池,废水定期或连续进入池中,经消化的污泥消化池常用密闭的圆柱形池,废水定期或连续进入池中,经消化的污泥和废水分别由消化池底和上部排出,所产沼气从顶部排出。和废水分别由消化池底和上部排出,所产沼气从顶部排出。池径从几米至三、四十米,柱体部分的高度约为直径的池径从几米至三、四十米,柱体部分的高度约为直径的1/21/2,池底呈圆锥形,池底呈圆锥形,以利排泥。以利排泥。第33页,本讲稿共82页 随着活性污泥法、生物滤池等好氧生物处理工艺的开随着活性污泥法、生物滤池等好氧生物处理工艺的开发和推广应用,厌氧生物处理被认为是效率低、发和推广应用,厌氧生物处理被认为是效率低、HRTHRT长、受长、受温
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