污水的厌氧生物处理(环工)课件.ppt
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- 污水 生物 处理 环工 课件
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1、8/17/20221第十五章第十五章 废水的厌氧生物处理废水的厌氧生物处理8/17/20222主要讲述内容主要讲述内容n概述概述n厌氧处理理论基础厌氧处理理论基础n厌氧处理工艺发展厌氧处理工艺发展n厌氧好氧技术的联合运用厌氧好氧技术的联合运用8/17/20223一、概一、概 述述 厌氧生物处理是指利用厌氧微生物的代厌氧生物处理是指利用厌氧微生物的代谢过程,在无氧条件下把污水中的有机谢过程,在无氧条件下把污水中的有机污染物转化为无机物和少量细胞物质的污染物转化为无机物和少量细胞物质的污水处理方法。污水处理方法。与好氧生物处理技术相比,它具有以下与好氧生物处理技术相比,它具有以下突出优点:突出优点
2、:8/17/20224 能耗低能耗低(约为好氧的约为好氧的10101515)厌氧对厌氧对N N、P P的含量要求低,的含量要求低,COD:N:P=800:5:1COD:N:P=800:5:1即可满足营养要求即可满足营养要求 可回收生物能源(沼气)可回收生物能源(沼气)产生的剩余污泥量少(相当于好氧的产生的剩余污泥量少(相当于好氧的1/101/101/61/6),节省污泥脱水费用),节省污泥脱水费用 可承受的有机负荷高,占地少(人口密集、可承受的有机负荷高,占地少(人口密集、地价昂贵的地区)地价昂贵的地区)可季节性运行或间断性运行(厌氧菌能保持可季节性运行或间断性运行(厌氧菌能保持至少至少1 1
3、年以上的活性)年以上的活性)优优 点:点:8/17/20225 缺缺 点:点:受温度等影响大,要保温受温度等影响大,要保温 厌氧水力停留时间一般较长,厌氧的厌氧水力停留时间一般较长,厌氧的启动启动时间时间一般也较长一般也较长 厌氧处理后出水厌氧处理后出水COD、BOD值较高,难以值较高,难以达标(需好氧处理作为后处理)达标(需好氧处理作为后处理)有恶臭(有恶臭(H2S)综合看来:综合看来:在处理高浓度难降解有机废水时,首选厌氧,再辅在处理高浓度难降解有机废水时,首选厌氧,再辅之以好氧处理。之以好氧处理。8/17/20226二、厌氧处理理论基础二、厌氧处理理论基础厌氧生物降解过程可分为四个阶段:
4、厌氧生物降解过程可分为四个阶段:1.1.水解阶段水解阶段2.2.酸化阶段酸化阶段(也叫发酵阶段也叫发酵阶段)3.3.乙酸化阶段乙酸化阶段4.4.产甲烷阶段产甲烷阶段8/17/202271.水解阶段 水解细菌将不溶性有机物转变成可溶性水解细菌将不溶性有机物转变成可溶性有机物有机物,将高分子溶性有机物转变成小分将高分子溶性有机物转变成小分子有机物子有机物(通过细菌胞外酶作用通过细菌胞外酶作用)纤维素被纤维素酶水解成纤维二糖和葡萄糖纤维素被纤维素酶水解成纤维二糖和葡萄糖 淀粉被淀粉酶水解成麦芽糖和葡萄糖淀粉被淀粉酶水解成麦芽糖和葡萄糖 蛋白质被蛋白酶水解成短酞和氨基酸蛋白质被蛋白酶水解成短酞和氨基酸
5、 脂肪被脂肪酶水解成丙二醇和脂肪酸脂肪被脂肪酶水解成丙二醇和脂肪酸8/17/202282.酸化阶段酸化阶段 水解阶段产生的小分子水解产物在酸化水解阶段产生的小分子水解产物在酸化菌的细胞内转化为更简单的化合物并分菌的细胞内转化为更简单的化合物并分泌到细胞外泌到细胞外,这一阶段的主要产物有这一阶段的主要产物有VFA醇类醇类乳酸乳酸CO2NH3H2S等。与此同时,等。与此同时,酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质。质。8/17/20229发酵细菌发酵细菌(产酸细菌产酸细菌)主要包括梭菌属主要包括梭菌属(Clostridigm)、似杆菌、似杆菌属属(B a c t e
6、 r o i d e s)、丁 酸 弧 菌 属、丁 酸 弧 菌 属(Butyrivibrio)、真细菌属、真细菌属(Eubacterium)和双歧杆菌属和双歧杆菌属(Bifidobacterium)等。等。8/17/2022103.乙酸化阶段乙酸化阶段 在此阶段,酸化阶段的产物被进一步转在此阶段,酸化阶段的产物被进一步转化为乙酸、化为乙酸、H2、碳酸等以及新的细胞物、碳酸等以及新的细胞物质。质。8/17/202211产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌 近年来的研究所发现的产氢产乙酸菌包近年来的研究所发现的产氢产乙酸菌包括互营单孢菌属括互营单孢菌属(Syntrophomonas)、杆、杆菌属菌属(Synt
7、rophobacter)、梭菌属、梭菌属(Clostridium)、暗杆菌属、暗杆菌属(Petobacter)等。等。8/17/2022124.产甲烷阶段产甲烷阶段 在此阶段,乙酸、在此阶段,乙酸、H2、碳酸、甲酸和甲醇等、碳酸、甲酸和甲醇等被转化为被转化为CH4、CO2和新的细胞物质。和新的细胞物质。整个厌氧降解的速率取决于以上四个阶段中整个厌氧降解的速率取决于以上四个阶段中速度最慢的那个阶段,因为产甲烷菌的生长速度最慢的那个阶段,因为产甲烷菌的生长缓慢缓慢,所以产甲烷的反应较慢所以产甲烷的反应较慢,所以一般产甲所以一般产甲烷阶段是整个厌氧降解过程的速率限制性阶烷阶段是整个厌氧降解过程的速率
8、限制性阶段段.产甲烷菌世代时间:产甲烷菌世代时间:46d酸化菌:酸化菌:1030min8/17/202213产甲烷阶段的菌种 嗜甲烷菌或称产甲烷菌(嗜甲烷菌或称产甲烷菌(Methanogens),是甲是甲烷发酵阶段的主要细菌,属于绝对厌氧细菌,烷发酵阶段的主要细菌,属于绝对厌氧细菌,主要代谢产物是甲烷。常见的有四种:主要代谢产物是甲烷。常见的有四种:1、甲烷杆菌,、甲烷杆菌,杆状细胞,连成链或长丝状,或杆状细胞,连成链或长丝状,或呈短而直的杆状呈短而直的杆状2、甲烷球菌,、甲烷球菌,球形细胞呈正圆或椭圆形,排列球形细胞呈正圆或椭圆形,排列成对或成链成对或成链3、甲烷八叠球菌,、甲烷八叠球菌,它
9、可繁殖成为有规则的,大它可繁殖成为有规则的,大小一致的细胞,堆积在一起小一致的细胞,堆积在一起4、甲烷螺旋菌,、甲烷螺旋菌,呈有规则弯曲杆状和螺旋丝状呈有规则弯曲杆状和螺旋丝状 8/17/202214大分子有机物(碳水化合物、蛋大分子有机物(碳水化合物、蛋白质、脂肪等)白质、脂肪等)水解的和溶解的有机物水解的和溶解的有机物有机酸、醇类、醛类等有机酸、醇类、醛类等H2、CO2乙酸乙酸CH41水解阶段水解阶段细菌胞外酶细菌胞外酶2酸化阶段酸化阶段产酸细菌产酸细菌2酸化阶段酸化阶段3乙酸化阶段乙酸化阶段4甲烷化阶段甲烷化阶段4甲烷化阶段甲烷化阶段甲烷细菌甲烷细菌甲烷细菌甲烷细菌8/17/202215
10、关于厌氧理论的关于厌氧理论的3点思考:点思考:1.1.水解水解-好氧工艺好氧工艺2.2.生物制氢生物制氢3.3.一步或两步(两相)厌氧一步或两步(两相)厌氧8/17/202216水解水解-好氧工艺好氧工艺 厌氧处理从开始只能处理高浓度的污水发展厌氧处理从开始只能处理高浓度的污水发展到可以处理中低浓度的污水,如啤酒、屠宰到可以处理中低浓度的污水,如啤酒、屠宰甚至生活污水。甚至生活污水。北京市环科院开发了水解北京市环科院开发了水解好氧生物处理技好氧生物处理技术。术。水解反应器利用厌氧反应中的水解酸化阶段,水解反应器利用厌氧反应中的水解酸化阶段,而放弃了停留时间长的甲烷发酵阶段。而放弃了停留时间长的
11、甲烷发酵阶段。8/17/202217 水解反应器对有机物的去除率,特别是水解反应器对有机物的去除率,特别是对悬浮物的去除率显著高于具有相同停对悬浮物的去除率显著高于具有相同停留时间的初沉池。留时间的初沉池。(2.53h)由于水解反应器可使啤酒废水中的大分由于水解反应器可使啤酒废水中的大分子难降解有机物被转变为小分子易降解子难降解有机物被转变为小分子易降解的有机物,出水的可生化性能得到改善,的有机物,出水的可生化性能得到改善,这使得好氧处理单元停留时间小于传统这使得好氧处理单元停留时间小于传统的工艺。的工艺。悬浮固体物质悬浮固体物质(包括进水悬浮物和后续好包括进水悬浮物和后续好氧处理中的剩余污泥
12、氧处理中的剩余污泥)被水解为可溶性物被水解为可溶性物质,使污泥得到处理。质,使污泥得到处理。8/17/202218一步或两步(两相)厌氧一步或两步(两相)厌氧两步(两相)厌氧:两步(两相)厌氧:进行水解和酸化的酸化反应器进行水解和酸化的酸化反应器 产乙酸和产甲烷的甲烷反应器产乙酸和产甲烷的甲烷反应器8/17/202219厌氧消化的影响因素厌氧消化的影响因素1 温度温度:甲烷菌最适温度在甲烷菌最适温度在3538和和5255各各有一个。因此,甲烷菌可分为两类,即中温有一个。因此,甲烷菌可分为两类,即中温甲烷菌;高温甲烷菌,两区之间的温度,反甲烷菌;高温甲烷菌,两区之间的温度,反应速度反而减退应速度
13、反而减退 中温或高温厌氧消化允许的温度变动范围为中温或高温厌氧消化允许的温度变动范围为1.52.0。当有。当有3变化时,就会抑制变化时,就会抑制消化速率,有消化速率,有5的急剧变化时,就会突然的急剧变化时,就会突然停止产气,有机酸大量积累而破坏厌氧消化停止产气,有机酸大量积累而破坏厌氧消化 8/17/202220pH:产酸段(菌)适宜:产酸段(菌)适宜:4.58.2产甲烷段(菌)适宜产甲烷段(菌)适宜:(6.8)7.07.2 为了控制为了控制pH,溶液中碱度应在,溶液中碱度应在10004500mg/L(以以CaO计计)。通常加入石灰和重碳酸盐。通常加入石灰和重碳酸盐。Ca(OH)2+2CO2
14、Ca(HCO3)2 H+HCO3-H2CO3 CO2+H2O 8/17/202221 厌氧工艺发展总的趋势是越来越高效,而高效的厌氧工艺发展总的趋势是越来越高效,而高效的厌氧处理必须满足两个原则:厌氧处理必须满足两个原则:能够保持大量的厌氧活性污泥和足够长的污泥能够保持大量的厌氧活性污泥和足够长的污泥龄;龄;保持所处理的废水和污泥之间的良好接触。保持所处理的废水和污泥之间的良好接触。8/17/202222 按微生物生长状态分为厌氧活性污泥法按微生物生长状态分为厌氧活性污泥法(anaerobic activated sludge)和厌氧生物膜法和厌氧生物膜法(anaerobic slime);根
15、据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在同一反应器根据厌氧消化中物质转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,又可分为一步厌氧消化中并在同一工艺条件下完成,又可分为一步厌氧消化(one stage digestion)与两步厌氧消化与两步厌氧消化(two stage digestion)等等 厌氧处理工艺发展大致可分为三个发展阶段厌氧处理工艺发展大致可分为三个发展阶段(三代)(三代)8/17/202223第一代(第一代(20世纪世纪50年代)年代)代表:代表:厌氧消化池(化粪池)厌氧消化池(化粪池)厌氧接触工艺厌氧接触工艺8/17/202224普通厌氧消化池普通厌氧消化池 称传统
16、消化池称传统消化池(conventional digester)。消化池常用密闭的圆柱形池,废水定期或连续进入池中,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。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1/2,池底呈圆锥形,以利排泥。,池底呈圆锥形,以利排泥。为使进水与微生物尽快接触,需要一定的搅拌。常用搅为使进水与微生物尽快接触,需要一定的搅拌。常用搅拌方式有三种:拌方式有三种:(a)池内机械搅拌;池内机械
17、搅拌;(b)沼气搅拌;沼气搅拌;(c)循循环消化液搅拌。环消化液搅拌。8/17/202225螺旋桨搅拌的消化池8/17/202226进 水回 流 污 泥剩 余 污 泥沉 淀 池出 水沼 气发 酵 池厌氧接触法厌氧接触法 在消化池后设沉淀池,将沉淀污泥回流至消在消化池后设沉淀池,将沉淀污泥回流至消化池,形成了厌氧接触法(化池,形成了厌氧接触法(anaerobic contact process)。8/17/202227第二代(第二代(60年代年代70年代末)年代末)代表:代表:厌氧滤池(厌氧滤池(AF)上流式厌氧污泥床反应器(上流式厌氧污泥床反应器(UASB)流化床和膨胀床系统流化床和膨胀床系统
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