污水处理厌氧系统培训资料.ppt

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1、污水厌氧段基础知识和设备选型,Technology improves environment, Innovation brings values,2018.03,1 培训的主要内容,Technology improves environment, Innovation brings values,1,2,3,4,厌氧反应概述,厌氧处理技术的优势和不足,反应机理,厌氧反应器类型及主要设备,2、污水预处理段基础知识和设备选型,一、厌氧反应概述： 利用微生物生命过程中的代谢活动，将有机物分解为简单无机物，从而去除水中有机物污染的过程，称为废水的生物处理。根据代谢过程对氧的需求，微生物又分为好氧、厌氧

2、和介于两者间的兼性微生物。厌氧生物处理就是利用厌氧微生物的代谢过程，在无需提供氧的情况下，把有机物转化为无机物和少量的细胞物质，这些无机物包括大量的生物气（即沼气）和水。上世纪70年代以来，厌氧反应器在研究和应用方面取得了长足进步。特别是水力停留时间（HRT）与生物固体停留时间（SRT）的分离而导致高效反应器的研制和推广，使污水厌氧处理技术成为污水生物处理两大技术之一。从已开发的反应器系统来看，升流式厌氧污泥床（UASB）、膨胀颗粒污泥床（EGSB）、内循环（IC）反应器、厌氧折流板反应器（ABR）及其衍生的其它系统应用最广。这些反应器内部能自然生成具有出色降解有机物能力的和优越沉降性能的厌氧

3、颗粒污泥。,2、污水预处理段基础知识和设备选型,二、厌氧反应机理： 两阶段理论 20世纪3060年代，被普遍接受的是“两阶段理论” 第一阶段：发酵阶段，又称产酸阶段或酸性发酵阶段；主要功能是水解和酸化，主要产物是脂肪酸、醇类、CO2和H2等；主要参与反应的微生物统称为发酵细菌或产酸细菌；这些微生物的特点是：1）生长速率快，2）对环境条件的适应性（温度、pH等）强。 第二阶段：产甲烷阶段，又称碱性发酵阶段；是指产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2；主要参与反应的微生物被统称为产甲烷菌（Methane producing bacteria）；产甲烷细菌的主要特点是：1）生长速率慢

4、，世代时间长；2）对环境条件（温度、pH、抑制物等）非常敏感，要求苛刻。,2、污水预处理段基础知识和设备选型,二、反应机理： 两阶段理论,2、污水预处理段基础知识和设备选型,二、反应机理： 三阶段理论 对厌氧微生物学的深入研究后，发现将厌氧消化过程简单地划分为上述两个过程，不能真实反映厌氧反应过程的本质； 厌氧微生物学的研究表明，产甲烷菌是一类十分特别的古细菌（Archea），除了在分类学和其特殊的学报结构外，其最主要的特点是：产甲烷细菌只能利用一些简单有机物作为基质，其中主要是一些简单的一碳物质如甲酸、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2等，两碳物质中只有乙酸，而不能利用其它含两碳或以上的脂肪酸和

5、甲醇以外的醇类； 上世纪70年代，发现原来认为是一种被称为“奥氏产甲烷菌”的细菌，实际上是由两种细菌共同组成的，一种细菌首先把乙醇氧化为乙酸和H2（一种产氢产乙酸细菌），另一种细菌则利用H2和CO2产生CH4（一种真正意义上的产甲烷细菌嗜氢产甲烷细菌）；因而，提出了厌氧消化过程的“三阶段理论”：,2、污水预处理段基础知识和设备选型,二、反应机理： 三阶段理论,2、污水预处理段基础知识和设备选型,二、反应机理： 四阶段理论（四菌群学说） 几乎提出“三阶段理论”的同时，又有人提出了厌氧消化过程的“四菌群学说”： 实际上，是在上述三阶段理论的基础上，增加了一类细菌同型产乙酸菌，其主要功能是可以将产氢

6、产乙酸细菌产生的H2/CO2合成为乙酸。但研究表明，实际上这一部分由H2/CO2合成而来的乙酸的量较少，只占厌氧体系中总乙酸量的5%左右。 总体来说，“三阶段理论”、“四阶段理论”是目前公认的对厌氧生物处理过程较全面和较准确的描述。,2、污水预处理段基础知识和设备选型,二、反应机理： 厌氧消化过程中的主要微生物 主要介绍其中的发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等。 1、发酵细菌（产酸细菌）： 2、产氢产乙酸菌： 产氢产乙酸细菌的主要功能是将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H2；为产甲烷细菌提供合适的基质，在厌氧系统中常常与产甲烷细菌处于共生互营关系。 注意：上述反应只有在乙酸浓度

7、很低、系统中氢分压也很低时才能顺利进行，因此产氢产乙酸反应的顺利进行，常常需要后续产甲烷反应能及时将其主要的两种产物乙酸和H2消耗掉。 3、产甲烷菌 产甲烷细菌的主要功能是将产氢产乙酸菌的产物乙酸和H2/CO2转化为CH4和CO2，使厌氧消化过程得以顺利进行；主要可分为两大类：乙酸营养型和H2营养型产甲烷菌，一般来说，在自然界中乙酸营养型产甲烷菌的种类较少，但这两种产甲烷细菌在厌氧反应器中居多，因为在厌氧反应器中乙酸是主要的产甲烷基质，一般来说有70%左右的甲烷是来自乙酸的氧化分解；,2、污水预处理段基础知识和设备选型,二、反应机理： 厌氧生物处理的影响因素 产甲烷反应是厌氧消化过程的控制阶段

8、，因此，一般来说，在讨论厌氧生物处理的影响因素时主要讨论影响产甲烷菌的各项因素；主要影响因素有：温度、pH值、氧化还原电位、营养物质、F/M比、有毒物质等。 。 1、温度： 温度对厌氧微生物的影响尤为显著；厌氧细菌可分为嗜热菌（或高温菌）、嗜温菌（中温菌）；相应地，厌氧消化分为：高温消化（55C左右）和中温消化（35C左右）；高温消化的反应速率约为中温消化的1.51.9倍，产气率也较高，但气体中甲烷含量较低；当处理含有病原菌和寄生虫卵的废水或污泥时，高温消化可取得较好的卫生效果，消化后污泥的脱水性能也较好；随着新型厌氧反应器的开发研究和应用，温度对厌氧消化的影响不再非常重要（新型反应器内的生物

9、量很大），因此可以在常温条件下（2025C）进行，以节省能量和运行费用。 2、pH值和碱度： pH值是厌氧消化过程中的最重要的影响因素；重要原因：产甲烷菌对pH值的变化非常敏感，一般认为，其最适pH值范围为6.87.2，在8.2时，产甲烷菌会受到严重抑制，而进一步导致整个厌氧消化过程的恶化；厌氧体系中的pH值受多种因素的影响：进水pH值、进水水质（有机物浓度、有机物种类等）、生化反应、酸碱平衡、气固液相间的溶解平衡等；厌氧体系是一个pH值的缓冲体系，主要由碳酸盐体系所控制；一般来说：系统中脂肪酸含量的增加（累积），将消耗 ，使pH下降；但产甲烷菌的作用不但可以消耗脂肪酸，而且还会产生 ，使系统

10、的pH值回升。 碱度曾一度在厌氧消化中被认为是一个至关重要的影响因素，但实际上其作用主要是保证厌氧体系具有一定的缓冲能力，维持合适的pH值；厌氧体系一旦发生酸化，则需要很长的时间才能恢复。,2、污水预处理段基础知识和设备选型,二、反应机理： 厌氧生物处理的影响因素 产甲烷反应是厌氧消化过程的控制阶段，因此，一般来说，在讨论厌氧生物处理的影响因素时主要讨论影响产甲烷菌的各项因素；主要影响因素有：温度、pH值、氧化还原电位、营养物质、F/M比、有毒物质等。 。 3、氧化还原电位： 严格的厌氧环境是产甲烷菌进行正常生理活动的基本条件；非产甲烷菌可以在氧化还原电位为+100 -100mv的环境正常生长

11、和活动；产甲烷菌的最适氧化还原电位为-150 -400mv，在培养产甲烷菌的初期，氧化还原电位不能高于-330mv； 4、营养要求： 5、F/M比： 厌氧生物处理的有机物负荷较好氧生物处理更高，一般可达510kgCOD/m3.d，甚至可达5080 kgCOD/m3.d；无传氧的限制；可以积聚更高的生物量。 产酸阶段的反应速率远高于产甲烷阶段，因此必须十分谨慎地选择有机负荷； 高的有机容积负荷的前提是高的生物量，而相应较低的污泥负荷； 高的有机容积负荷可以缩短HRT，减少反应器容积。 6、有毒物质： 常见的抑制性物质有：硫化物、氨氮、重金属、氰化物及某些有机物； 氨氮：氨氮是厌氧消化的缓冲剂；但

12、浓度过高，则会对厌氧消化过程产生毒害作用；抑制浓度为50200mg/l，但驯化后，适应能力会得到加强。,2、污水预处理段基础知识和设备选型,三、厌气处理技术的优势和不足： 优势： 可作为环境保护、能源回收和生态良性循环结合系统的技术，具有良好的社会、经济、环境效益。 耗能少,运行费低,对中等以上(1500mg/L)浓度废水费用仅为好氧工艺1/3. 回收能源,理论上讲1kgCOD可产生纯甲烷0.35m3,燃值(3.9310-1J/m3)，高于天然气(3.9310-1J/m3)。以日排10t COD工厂为例,按COD去除80%,甲烷为理论值80%计算，日产沼气2240m3,相当于2500m3天然气

13、或3.85t煤,可发电5400Kwh. 设备负荷高、占地少。 剩余污泥少,仅相当于好氧工艺1/61/10. 对N、P等营养物需求低，好氧工艺要求C：N:P=100:5:1,厌氧工艺为C:N:P=(350-500):5:1。 可直接处理高浓有机废水,不需稀释。 厌氧菌可在中止供水和营养条件下，保留生物活性和沉泥性一年,适合间断和季节性运行。 系统灵活,设备简单,易于制作管理，规模可大可小。,2、污水预处理段基础知识和设备选型,三、厌气处理技术的优势和不足： 不足： 对温度、pH等环境因素较敏感； 处理出水水质较差，需进一步利用好氧法进行处理； 气味较大； 对氨氮的去除效果不好；等等,2、污水预处

14、理段基础知识和设备选型,四、厌氧反应器发展简史： 实际上，厌氧生物过程广泛地存在于自然界中，但人类第一次有意识地利用厌氧生物过程来处理废弃物，则是在1881年由法国的Louis Mouras所发明的“自动净化器”开始的，随后人类开始较大规模地应用厌氧消化过程来处理城市污水（如化粪池、双层沉淀池等）和剩余污泥（如各种厌氧消化池等）。这些厌氧反应器现在通称为“第一代厌氧生物反应器”，它们的共同特点是： 水力停留时间（HRT）很长，有时在污泥处理时，污泥消化池的HRT会长达90天，即使是目前在很多现代化城市污水处理厂内所采用的污泥消化池的HRT也还长达2030天； 虽然HRT相当长，但处理效率仍十分

15、低，处理效果还很不好； 具有浓臭的气味，因为在厌氧消化过程中原污泥中含有的有机氮或硫酸盐等会在厌氧条件下分别转化为氨氮或硫化氢，而它们都具有十分特别的臭味。以上这些特点使得人们对于进一步开发和利用厌氧生物过程的兴趣大大降低，而且此时利用活性污泥法或生物膜法处理城市污水已经十分成功。 但是，当进入上世纪50、60年代，特别是70年代的中后期，随着世界范围的能源危机的加剧，人们对利用厌氧消化过程处理有机废水的研究得以强化，相继出现了一批被称为现代高速厌氧消化反应器的处理工艺，从此厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理，真正成为一种可以与好氧生物处理工艺相提并论的废水生物处理工艺。这些被称为现代高速

16、厌氧消化反应器的厌氧生物处理工艺又被统一称为“第二代厌氧生物反应器”，它们的主要特点有： HRT大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率大大提高； 主要包括：厌氧接触法、厌氧滤池（AF）、上流式厌氧污泥床（UASB）反应器、厌氧流化床（AFB）、厌氧生物转盘（ARBC）和挡板式厌氧反应器等； HRT与SRT分离，SRT相对很长，HRT则可以较短，反应器内生物量很高。以上这些特点彻底改变了原来人们对厌氧生物过程的认识，因此其实际应用也越来越广泛。 进入20世纪90年代以后，随着以颗粒污泥为主要特点的UASB反应器的广泛应用，在其基础上又发展起来了同样以颗粒污泥为根本的颗粒污泥膨胀床（EGSB）反应器和厌氧内循环（IC）反应器。其中EGSB反应器利用外加的出水循环可以使反应器内部形成很高的上升流速，提高反应器内的基质与微生物之间的接触和反应，可以在较低温度下处理较低浓度的有机废水，如城市废水等；而IC反应器则主要应用于处理高浓度有机废水，依靠厌氧生物过程本身所产生的大量沼气形成内部混合液的充分循环与混合，可以达到更高的有机负荷。这些反应器又被统一称为“第三代厌氧生物反应器”。,2、污水预处