厌氧生物处理课件.ppt
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1、厌氧生物处理法简介作者:张欣一、厌氧生物处理法的定义 厌氧生物处理又称为厌氧消化、厌氧发酵,是指在没有游离氧的条件下由多种厌氧或兼性厌氧微生物的共同作用,使有机物分解并产生CH4和CO2的过程。二、厌氧生物处理的特点 不需要另加氧元源,运行费用低;剩余污泥少;可回收能源甲烷;反应速度较慢,反应时间长;处理构筑物容积大。一般可用于对有机污泥和高浓度有机废水(BOD 2000mg/L)的处理。三、厌氧生物处理的基本原理 3.1两阶段理论 在20世纪3060年代,人们普遍认为厌氧消化过程可以简单地分为酸性发酵和碱性发酵两个阶段,两阶段学说可用图1表示。图1 第一阶段:复杂的有机物,如糖类、脂类和蛋白
2、质等,在产酸菌(厌氧和兼性厌氧菌)的作用下被分解为低分子的中间产物,主要是一些低分子有机酸,如乙酸、丙酸、丁酸等,和醇类,并有H2、CO2、NH+4和H2S等产生。因为该阶段中,有大量的脂肪酸产生,使发酵液的PH降低,所以,此阶段被称为酸性发酵阶段,或称产酸阶段。第二阶段:产甲烷菌(专性厌氧菌)将第一阶段产生的中间产物继续分解成CH4和CO2等。由于有机酸在第二阶段的不断被转化为CH4和CO2,同时系统中有NH4+存在,使发酵液的PH不断升高。所以此阶段被成为碱性发酵阶段,或称产甲烷阶段。3.2三阶段理论如图2.图2 该理论认为产甲烷菌不能利用除乙酸、H2、CO2和甲醇等以外的有机酸和醇类,所
3、以真实的厌氧消化过程在酸性发酵和碱性发酵阶段之间应该还有一个中间过程,就是产氢产乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以外的第一阶段产生的中间产物,如丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等转化成乙酸和H2,并有CO2产生。3.3四菌群理论 该理论认为复杂有机物的厌氧消化过程有四种群厌氧微生物参与,这四种群是:水解发酵菌、产氢产乙酸菌、同型产乙酸菌以及产甲烷菌。四种群理论与三阶段理论相比,增加了同型产乙酸菌群,该菌群的代谢特点是能将H2/CO2合成为乙酸,一般情况下这类转化数量很少。3.4五菌群理论 五菌群理论与四种群理论最大的不同在于,把产甲烷菌分为食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌两类不同的菌群。厌氧消化过程的5群细菌,
4、构成一条食物链,前三群菌为不产甲烷菌,它们的主要代谢产物为有机酸和氢及二氧化碳。后两群细菌利用乙酸和氢及二氧化碳生成甲烷。所以称前三群菌为不产甲烷菌,或称酸化菌群,后两群菌为产甲烷菌,或称甲烷化菌群。四、厌氧生物处理的方法 厌氧生物处理的工艺经过不断的发展现在已出现了三代厌氧反应器。4.1第一代厌氧反应器厌氧化粪池双 层 沉 淀池(腐 化池)厌 氧 消 化池厌氧接触反应器 (a)(b)(c)(d)图4 第一代厌氧处理典型工艺第一代厌氧反应器的缺点:由于厌氧微生物生长缓慢,世代时间长,而厌氧消化池无法将水力停留时间和污泥停留时间分离,由此造成水力停留时间必须较长,一般来讲第1代厌氧反应器处理废水
5、的停留时间至少需要20 30天。4.2第二代厌氧反应器的发展历程厌氧滤池(AF)UASB 反应器厌氧固定膜膨胀床反应器(AAFEB)厌氧流化床 (AFB)厌氧折流式反应器(ABR)图5 第二代厌氧处理典型工艺(1)厌氧滤池(AF)高效厌氧处理系统必须满足以下两个条件:(1)系统内能够保持大量的活性厌氧污泥;(2)反应器进水应与污泥保持良好的接触。基于这两个条件产生了一种以微生物固定为原理的高效厌氧反应器厌氧滤池。它的成功之处在于在反应器中加入固体填料(如沙砾等),微生物由于附着生长在填料的表面,免于水力冲刷而得到保留从而巧妙地将平均水力停留时间与生物固体停留时间相分离,其固体停留时间可以长达上
6、百天,这就使得厌氧处理高浓度污水的停留时间从过去的几天或几十天缩短到几小时或几天。(2)升流式厌氧污泥床(UASB)该工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点,作为能够将污水中的污染物转化成再生清洁能源沼气的一项技术。对于不同含固量污水的适应性也强,且其结构、运行操作维护管理相对简单,造价也相对较低,技术已经成熟,正日益受到污水处理业界的重视,得到广泛的欢迎和应用。UASB的工作原理:UASB由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥,具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中与污泥进行
7、混合接触,污泥中的微生物分解污水中的有机物,把它转化为沼气。UASB 反应器内有机负荷高,水力停留时间短,处理周期大为缩短;反应器无填料,无污泥回流装置,无搅拌装置,成本和运行费用大大降低;初次启动后可直接以污泥颗粒接种,目前已成为应用最广泛的厌氧处理方法。但反应器内可能出现短流现象,影响处理能力;当进水中的悬浮物浓度过高时会引起堵塞。对于这些情况,无疑传统高效UASB 系统的设计需要很大的改进,正是对于这些困难问题的研究,导致产生了第三代高效厌氧反应器的开发和利用。4.3第三代厌氧反应器厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)厌氧内循环(IC)上流污泥床过滤器(UBF)厌氧序批反应器(ASBR)折流式
8、厌氧反应器(ABR)厌氧迁移式污泥床反应器(AMBR)上流式分段污泥床(USSB)厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)EGSB 与UASB 反应器的不同之处仅仅在于运行方式。上流速度高达2.56.0 m/h,远远大于UASB 反应器中采用的约0.52.5 m/h 的上流速度。因此,在EGSB 反应器内颗粒污泥床处于“膨胀状态”,而且在高的上流速度和产气的搅拌作用下,废水与颗粒污泥间的接触更充分,水力停留时间更短,从而可大大提高反应器的有机负荷和处理效率。厌氧内循环反应器(IC)IC反应器实际上是由底部和上部两个UASB反应器串联叠加而成,包括4个不同的功能单元:混合部分、膨胀床部分、精处理部分和回流
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