废水厌氧生物处理工程课件

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1、第三章废水的厌氧处理 The Anaerobic Processes,第三章 废水厌氧生物处理技术,第一节 厌氧生物处理的基本原理 第二节 厌氧消化池 第三节 厌氧接触法 第四节 升流式厌氧污泥层反应器,第一节 厌氧生物处理的基本原理,一、厌氧生物处理过程及其特征 厌氧生物处理过程又称厌氧消化，是在厌氧条件下由多种微生物的共同作用，使有机物分解并生成CH4和CO2的过程。,厌氧分解过程,图3-1 有机物的厌氧分解过程,图3-2 厌氧生物处理的四阶段理论 （1967年，Bryant),有机物质 发酵细菌 长链脂肪酸、醇类 产氢产乙酸细菌 乙酸 H2/CO2 产甲烷细菌 CH4,图3-3 厌氧生物

2、处理的三阶段理论（1979年）,第一阶段：水解发酵阶段 水解 糖酵解 多糖 单糖 乙醇和脂肪酸 水解 脱氨基 蛋白质 氨基酸 脂肪酸和氨 第二阶段：产氢、产乙酸阶段，由产氢产乙酸 细菌将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为 乙酸、H2和CO2。 第三阶段：产甲烷阶段，由产甲烷细菌利用乙 酸、H2和CO2，产生甲烷。,厌氧生物处理的主要特征：,1. 能量需求大大降低，还可产生能量。 不需供氧，相反却能生产出沼气。 污泥产量极低。 厌氧微生物的增殖 速率比好氧微生物低得多。 对温度、pH等环境因素更为敏感。高 温厌氧菌和中温厌氧菌的适宜温度范 围分别为55 和35 左右。 4.处理后废水有机物浓度高于

3、好氧处理。,厌氧微生物可对好氧微生物所不能降 解的一些有机物进行降解（或部分降解）。 6. 处理过程的反应较复杂。,二、厌氧消化微生物,（一） 发酵细菌（产酸细菌) 1.属别包括梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、真细菌属和双歧杆菌属。 大多数为专性厌氧菌，也有大量兼性厌氧菌。 2.功能 通过胞外酶将不溶性有机物水解成可溶性有机物，再将可溶性的大分子有机物转化成脂肪酸、醇类等。,（二）产氢产乙酸细菌,1.属别 包括互营单胞菌属、互营杆菌属、 梭菌属和暗杆菌属。 为绝对厌氧菌或是兼性厌氧菌。 2.功能 把各种挥发性脂肪酸降解为乙酸 H2，反应如下： 乙醇：CH3CH2OH + H2O CH3COOH

4、+ 2H2 丙酸：CH3CH2COOH + 2H2O CH3COOH + 3H2 +CO2 丁酸：CH3CH2CH2COOH + 2H2O 2CH3COOH + 2H2,(三）产甲烷细菌,最常见的是：产甲烷杆菌、产甲烷球菌、产 甲烷八叠球菌、产甲烷螺菌和产甲烷丝 菌等。 产甲烷菌都是绝对厌氧菌,在分类学上属于古细菌。 可分为两类： （1）利用乙酸产生甲烷 CH3COOH CH4 + CO2 (2) 利用H2和CO2合成CH4 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O,三、厌氧微生物的培养,上世纪60年代末Hungate 开创了绝对厌氧微生物的培养技术。 (一）Hungate 滚管法 （二）充氮

5、厌氧培养袋法 原理利用NaBH4或 KBH4与水反应生成氢气，在催化剂钯的作用下，H2与袋内的O2生成水。 （三）焦性没食子酸去氧法 在碱性溶液中。 （四）厌氧罐培养法 (五） 倒扣平板法,四、产甲烷菌古细菌与 三原界系统,在对各大类生物的16SrRNA核苷酸顺序的同源性测定的基础上，R. H. Whittaker 和 L. Marhulis提出了三原界学说（图34）,产甲烷菌在分类学上属于古细菌 （Archaebacteria) 与真细菌相比，古细菌有特点： （1）细胞膜的类脂结构 古细菌所含的类 是不可皂化的。 （2）细胞壁成分独特而多样 不含胞壁酸、 D型氨基酸和二氨基庚二酸 （3）核糖

6、体的16SrRNA 其核苷酸顺序独特，不同于真细菌和真核生物。 （4) tRNA成分 顺序独特，不存在T,(5)蛋白质合成的起始密码 始于甲硫氨酸 与真核生物相同。 （6）对抗生素等的敏感性 对青霉素、 头孢霉素、D-环丝氨酸和氯霉素不敏 感，而对白喉毒素十分敏感。 （7）生态条件独特 严格厌氧菌：产甲烷菌 极端嗜盐菌 嗜热嗜酸菌,五、厌氧生物处理微生物群体 间的关系,（一） 不产甲烷细菌（包括发酵细菌和产 氢产乙酸细菌）为产甲烷细菌提供 生长和产甲烷所需要的基质。 （二）不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造适宜 的氧化还原条件。 （三）不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除有毒 物质。,（四）产甲烷细菌为不产

7、甲烷细菌的生 化反应解除反馈抑制。 （五）不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同 维持环境中适宜的pH值。 总之，在厌氧生物处理反应器中，不产甲烷菌和产甲烷菌相互依赖，互为对方创造与维持生命活动所需要的良好环境和条件，但又互相制约。,六、厌氧生物处理的影响因素,（一）温度,（二）pH值 产甲烷菌的最适pH值范围为6.87.2,高温消化（55 左右）的反应速率为中温消化（35 左右）的1.51.9倍，产气率较高，但甲烷含量较低。 新型反应器处理废水的厌氧消化反应在常温（2025 ）下进行。,厌氧发酵体系中的pH值除受进水pH的影响外，还取决于代谢过程中自然建立的缓冲平衡。 （三）氧化还原电位 严格的厌氧环

8、境是产甲烷菌进行正常活动的 基本条件，用氧化还原电位来表示反应器的含氧浓度。 不产甲烷菌: +100 -100mV 产甲烷菌: -150 -400mV,(四）营养 对C、N等营养物质的要求略低于好氧微生物。但由于不能合成某些必要的维生素或氨基酸，故需补充钾、钠、钙等金属盐类，以及镍、铝、钴和钼等微量金属。 （五）有机物负荷 以向每立方米消化池中，在1日内可投加的有机物量或BOD量来表示（kg（m3.d),（六）有毒物质 有毒物质会对厌氧微生物产生不同程度的抑制，使厌氧消化过程受到影响甚至遭到破坏。 抑制性物质：硫化物、氨氮、重金属、氰化物以及某些人工合成的有机物。 厌氧微生物可降解蒽醌类燃料、

9、偶氮燃料、含氯的有机杀虫剂等在好氧条件下难以降解的合成有机物。 2氯丙醇、1氯丙烷、2氯丙烷、丙烯醛和甲醛等对厌氧微生物有毒害作用。,七、厌氧生物处理与好氧生物处理的区别,（一）起分解作用的微生物类群不同。 （二）好氧处理有机物所需时间比用厌氧法处理短的多，没有臭气产生。 （三）厌氧生物处理对环境要求与好氧生物处理不同。 （四）厌氧法的降解较不彻底，放热少，反应速度低，处理的有机物负荷低。,（五）处理对象不同 厌氧生物处理多用于处理沉降的有机污泥和高浓度的有机废水；而好氧生物处理则多用于处理有机污染浓度较低或适中的废水。 近年来，开发了好氧技术和厌氧技术联合运用的方法，大大推进了生物处理技术的

10、研究和应用。,八、厌氧生物处理工艺的发展,化粪池、双层沉淀池 厌氧接触法 第二代废水厌氧处理反应器 （厌氧滤池、上流式厌氧污泥床反应器、厌氧附着膜膨胀床、下行式固定膜反应器和厌氧流化床等。,第二节 污水的厌氧生物处理方法,化粪池 厌氧生物滤池 厌氧接触法 上流式厌氧污泥床反应器 分段厌氧处理法,厌氧消化池,一、消化池类型与构造 厌氧消化池主要用于处理城市废水厂的污泥，也用于处理固体含量很高的有机废水。 （一）消化池的分类,根据消化池顶结构不同分为： 固定盖消化池 浮动盖消化池 根据消化池运行方式的不同分为： 传统消化池 高速消化池,1.传统消化池,又称低速消化池，池内不设加热和搅拌装置。 消化

11、速率很低，消化时间长，只有在规模小的废水处理厂才采用。,2.高速消化池,设有加热和搅拌装置，厌氧微生物与有机物得到充分的接触，消化速率高，消化期一般为15天，被废水处理厂广泛采用。,（二）消化池的构造,由池顶、池底和池体三部分组成。 搅拌设备： 机械搅拌：泵搅拌 螺旋桨式搅拌 喷射泵搅拌 沼气搅拌：气提式搅拌 竖管式搅拌 气体扩散式搅拌,加热设备： 1.池内蒸汽直接加热 设备简单，局部污泥易 过热，影响微生物的正常活动，增加污泥的含水率，从而增加消化池容积。 2.池外加热 污泥预热后投配到消化池中，易于控制，有利于杀死寄生虫卵，不会对厌氧微生物产生不利影响。但加热设备较复杂。,化粪池,是最早的

12、厌氧生物处理构筑物,厌氧滤池（anaerobic filter又称厌氧固定膜反应器，是60年代末开发的新型高效厌氧处理装置。 滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。 厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废水通过填料层时，在填料表面的厌氧生物膜作用下，废水中的有机物被降解，并产生沼气，沼气从池顶部排出。,厌氧生物滤池,进水可采用升流式，也可以采用降流式,厌氧生物滤池,厌氧生物滤池的特点： 缺点： 厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均匀的，在池进水部位高。 当废水中有机物浓度高时，特别是进水悬浮固体浓度和颗粒较大时，进水部位容易发生堵塞现象。 改进： 出水回流； 部分充填载体； 采用软性填料。

13、优点：,滤池中的微生物量较高，可承受的有机容积负荷高，COD容积负荷为2-16 kgCOD/(m3d)，且耐冲击负荷能力强； 废水与生物膜两相接触面大，强化了传质过程，因而有机物去除速度快； 微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污泥回流和搅拌设备； 启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短。,厌氧生物滤池,优点,厌氧接触法,在混合接触池（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（anaerobic contact process)。,厌氧接触法工艺,特点,特点,通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为10-15g/L，耐冲击能力强； 消化池的容积负荷较普通消化池

14、高，水力停留时间比普通消化池大大缩短，如常温下，普通消化池为15-30天，而接触法小于10天； 可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，不存在堵塞问题； 混合液经沉降后，出水水质好， 需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备 厌氧接触法存在混合液难于在沉淀池中进行固液分离的缺点。,厌氧接触法,上流式厌氧污泥床反应器,由反应区、沉淀区和气室三部分组成。 上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形。 大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，则一般为矩形，高度一般为3-8m，其中污泥床1-2m，污泥悬浮层2-4m，多用钢结构或钢筋混凝土结构，,（UASB upf

15、low anaerobic sludge blanket reactor),需要全图cad图纸,特点,反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为30-40g/L，污泥床中的污泥由活性生物量占70-80的高度发展的颗粒污泥。 有机负荷高，水力停留时间短。中温消化，COD容积负荷一般为10-20kg COD/（m3d）； 反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备； 无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动 污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。 反应器内有短流现象，影响处理能力。 运行启动时间长，对水质和负荷突然变化比较敏感。,上流式厌氧污泥床反应器,将水解酸化过程和甲烷化过程分开在两个反应器内进行。 第一段：完成水解和液化固态有机物为有机酸；缓冲和稀释负荷冲击与有害物质，并截留难降解的固态物质。 反应器可采用简易非密闭装置、在常温、较宽pH值范围条件下运行。 第二段：保持严格的厌氧条件和pH值，以利于甲烷菌的生长；降解、稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气。 第二步反应器则要求严格密封、严格控制温度和pH值范围。,分段厌氧处理法,接触消化池-上流式污泥床两步消化工艺,热交换器 被废水加热到需要的温度,水解产酸反应，控制条件之产生脂肪酸，尽量不产生沼气,沉降分离，去除不溶性有机物,产甲烷阶段