水污染控制工程第十七章

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1、第十七章第十七章 污水的厌氧污水的厌氧 生物处理生物处理第一节第一节 厌氧生物处理的基本原理厌氧生物处理的基本原理第二节第二节 厌氧生物处理方法厌氧生物处理方法 第三节第三节 厌氧生物处理法的设计厌氧生物处理法的设计 第四节第四节 厌氧和好氧技术的联合运用厌氧和好氧技术的联合运用第一节第一节 厌氧生物处理的基本原理厌氧生物处理的基本原理厌氧生物处理的特点 l1、优点能耗少、运转费低，适用于高浓度有机废水的处理；污泥产量及营养需求少；产生甲烷，可作潜在能源；可承受较高的有机负荷，并实现HRT与SRT的有效分离。l2、缺点运行启动时间长、控制要求高；难以一次性实现达标排放；处理效果受温度的影响大。

2、厌氧生物处理的发展 l1、历史沿革l问世至今已百余年；l经历四个不同发展时期： l20世纪20年代前：主要用于生活污水（粪便）处理。 如法国的自动净化器（1881年）、英国的化粪池（1895 年）和德国的Imhoff池（1905年）；l20世纪50年代前：应用于污泥的稳定化处理（普通污 泥消化池）； l20世纪50年代后：应用于各种高浓度有机（工业）废 水处理。 l20世纪70年代后：开发和应用新型、高效厌氧处理工 艺，应用迅速推广。 l2、工艺类型l第一代厌氧反应器工艺（传统型污泥消化池和 废水厌氧反应器）：20世纪5060年代前应用于 污泥的稳定化和污水处理处理；时间长、容积大 、效率低。

3、 HRT=SRT；l第二代厌氧反应器工艺（两相及 UASB工艺等 ）： 20世纪70年代后应用于污水处理；时间短、 容积大大缩小、效能提高。 SRTHRT（SRT与 HRT分离）；l第三代厌氧反应器工艺（分相多级工艺等）： 20世纪90年代后应用于高浓度有机废水处理；时 间更段、容积更小、效能更高。 SRTHRT （ SRT与HRT分离、微生物分相、复合流态） 。l3、应用现状污泥的厌氧处理面对的是固态有机物，所以称 为消化。消化 过程液化(酸化)液态污泥的pH迅速下降， 转化产物中有机酸是主体 气化(甲烷化 )产生消化气，主体是CH4两阶段:四阶段: 大分子有机物( 碳水化合物，蛋 白质，脂

4、肪等)水解细菌的胞外 酶水解的和溶 解的有机物酸化产酸细菌有机酸 醇 类 醛类等H2，CO2乙酸化乙酸细菌乙酸甲烷化甲烷细菌CH4甲烷细菌CH4低温1525，中温3035， 高温5055影响厌氧的环境因素 温 度 pH 氧化还原电位有 毒 物 质 产酸菌：4.57.0， 产甲烷菌：6.58.0，最佳：6.57.5 碱度：2000mg/l不产甲烷菌：100100mv 产甲烷菌：350 400mv甲烷菌专性厌氧，且处理系统中不能含有浓度过 高的SO42-，SO32-。污水和泥液中的碱度有缓冲作用，如果有足够的碱 度中和有机酸，其pH有可能维持在6.8以上，酸化和甲 烷化两大类细菌就可以共存，从而消

5、除分阶段现象。厌氧法与好氧法相比，降解较不彻底，放出的热 量少，反应速度低。主要用于污泥的消化、高浓度有机废水和温度较 高的有机工业废水的处理。影响甲烷菌 生长的因素pH：6.87.2温度：3538C、5255C第二节第二节 污水的厌氧生物处理方法污水的厌氧生物处理方法一、化粪池化粪池例图用于处理来自厕所的粪便废水。曾广泛用于不 设污水厂的合流制排水系统。还可用于郊区的别墅 式建筑。二、厌氧生物滤池优点：处理能力高 ；滤池内可以保持很高 的微生物浓度；不需另 设泥水分离设备，出水 SS较低；设备简单、操 作方便。缺点：滤料费用较 高；滤料易堵塞，尤其 是下部，生物膜很厚； 堵塞后，没有简单有效

6、 的清洗方法。因此，悬 浮物高的废水不适用。特点：1、生物浓度高，有机负荷率较高2、抗冲击负荷能力高3、无需回流，无污泥流失4、升流式SS200mg/l类型：升流式降流式三、厌氧接触法对于悬浮物较高的有机废水，可以采用厌氧接 触法，它实际上是厌氧活性污泥法，不需要曝气而 需要搅拌、需要脱气。主要特征：在厌氧器后设沉淀池，污泥进行回 流，使反应器内维持较高的污泥浓度，降 低水力停留时间。有关技术措施： 1、在反应器与沉淀池之间设脱气器 2、在反应器与沉淀池之间设冷却器（ 35-15），抑制甲烷菌活动 3、投加混凝剂四、上流式厌氧污泥床反应器(UASB)试验结果证明，良好的污泥床，有机负荷率和 去

7、除率高，不需要搅拌设备，能适应负荷冲击和温 度与pH的变化。上流式厌氧污泥床反应器结结构组成：集生物反应与沉淀于一体1、进水配水系统：均匀布水、水利搅拌2、反应区：颗粒污泥区 4080mg/l悬浮污泥区 1030mg/l3、三相分离器：由沉淀区、回流缝、气封组 成，将沼气、污泥和废水三相分离4、气室：集气5、废水排出系统颗粒污泥形成机理颗粒污泥：密实、边缘圆滑的颗粒，直径为 0.54mm，、反应区：颗粒污泥区和悬浮污 泥区形成机理：晶核假说Lettinga电中和作用Mahoney胞外多聚物架桥作用Samson影响颗粒污泥形成的因素1、温度：中温或高温2、接种污泥的数量和质量3、碱度：75010

8、00mg/l4、废水性质：C/N高5、水力负荷和有机负荷：颗粒污泥的类型颗粒污泥的类型 （1）杆菌颗粒：紧密球形颗粒，主要由杆 状菌、丝状菌组成；颗粒直径13mm。 （2）丝菌颗粒：颗粒大致呈球形，主要由 松散互卷的丝状菌组成，丝状菌附着在惰 性粒子表面；颗粒直径15mm。 （3）球菌颗粒：精密球状颗粒，主要由甲 烷八叠球菌组成；颗粒直径0.11.5mm。颗粒污泥的形成过程 UASB初次启动的操作原则最初的污泥负荷低于0.10.2kgCODcr/kgMLSS.d ； 在废水中原有和分解产生的VFA有效分解之前， 不应提高反应器负荷； 反应器内的环境条件应控制在有利于产甲烷菌繁 殖之范围内； 接

9、种污泥量应尽可能多，一般应为 1015kgVSS/m3； 控制一定的上升流速，允许多余（稳定差）的污 泥洗脱掉，而截留重质污泥。主要设计参数 表面水力负荷（上升流速u，m/h）； 有机容积负荷（OLR，kgCODcr/m3.d）； 反应区高度（h）。 形成絮凝性污泥层时：u=0.5m/h（最大1.5m/h） ，相应的OLR为56 kgCODcr/m3.d，反应区高度 一般为6m为宜； 完全为颗粒污泥床时： u=0.60.9m/h（最大 1.5m/h），相应的OLR为1020 kgCODcr/m3.d或 以上，反应区高度一般为3.56m；表面水力负荷（上升流速u，m/h）重要的工艺设计参数； 决

10、定UASB的截面积（A） ； 与颗粒污泥的沉降速度和进水水质有关。有机容积负荷（OLR，kgCODcr/m3.d） 有机容积负荷（OLR，kgCODcr/m3.d） 重要工艺设计参数； 决定UASB的处理效能 ； 与所需达到的处理要求和进水水质有关。三相分离器的设计 集气罩安装角度= 4560； 沉淀区表面水力负荷0.7m3/m2.h； 水流通过缝隙的流速2.0m/h； 集气室间缝隙的总截面积不小于反应器截面积的 15%20%； 集气室高度1.01.5m； 气封交叉板重叠1020cm。布水系统的设计作用：均匀布水是保证处理效果的重要条件； 原则：采用大阻力配水系统； 方式：间歇式、脉冲式、连续

11、式、组合式； 布置：多点布水，每个点的服务面积为13m2。水封高度 作用：保证集气； 原则：不堵塞； 计算：H=H1- H2=（h1+h2）-H2。沼气产量及其成分 1mol（16g） 的甲烷相当于64gCODcr； 氧化l.0gCODcr或BOD5可产生0.35L的CH4； CODcr浓度越低，单位重量有机物的产气率越高 。在实际工程中，高浓度有机废水的产气率能接 近理论值，而低浓度有机废水则一般低于理论值 ； 稳态运行时，沼气中的CH4含量和CO2的含量基 本稳定。甲烷的含量一般为65%75%，二氧化碳 的含量为20%30%。当沼气中含有H2S气体时， 反应器将受到严重的抑制而使甲烷和二氧

12、化碳的 含量大大降低。 上流式厌氧污泥床滤层反应器(UBF)UASB+AFEGSB反应器IC反应器五、分段厌氧处理法第一段：水解和液化有机物为有机酸；缓冲和 稀释负荷冲击与有害物质，并将截留难降解的固态 物质。第二段：保持严格的厌氧条件和pH，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，并截留悬浮固体，以改善出水水质。六、厌氧生物转盘厌氧生物转盘与好氧生物转盘大体相同，微生 物附着在惰性的介质上，它完全或部分淹没在水中 ，废水中同时保持一定数量的悬浮物。 七、厌氧流化床法厌氧流化床法与好氧流化床法相似，但它是在 厌氧条件下，封闭水力循环式的生物滤池反应器。 八、厌氧折流板

13、反应器（ABR）第三节第三节 厌氧生物处理法的设计厌氧生物处理法的设计一、流程和设备的选择处理工艺的选择消化温度采用单级或两级(段)消 化内容二、厌氧反应器的设计计算确定反应器容积的常用参数是负荷率N和 消化时间t，公式为：产气量一般可按0.40.5m3/kg(COD)进行估算。三、 消化池的热量计算包括将废水提高到池温所需的热量和补偿池壁、 池盖所散失的热量。提高废水温度所需的热量为Q1：通过池壁、池盖等散失的热量Q2与池子构造和材 料有关，可用下式估算：第四节第四节 厌氧和好氧技术的联合运用厌氧和好氧技术的联合运用有些废水含有很多复杂的有机物，对于好氧 生物处理而言是属于难生物降解或不能降

14、解的， 但这些有机物往往可以通过厌氧菌分解为较小分 子的有机物，而那些较小分子的有机物可以通过 好氧菌进一步分解。采用缺氧与好氧工艺相结合的流程，可以达 到生物脱氮的目的(A/O法)。厌氧-缺氧-好氧法 (A/A/O法)和缺氧-厌氧-好氧法(倒置A/A/O法)，可 以在去除BOD和COD的同时，达到脱氮、除磷的 效果。习题和思考题习题和思考题l试比较好氧生物处理与厌氧生物处理共同点与不同 点。l影响厌氧生物处理因素有哪些？lUASB反应器有哪几部分组成？各自的主要功能是 什么？ 。l试比较几种厌氧处理方法的优缺点及适应条件计算题l某工业废水水量为Q=500m3/d，进水 COD=36000mg

15、/L。厌氧生物处理温度为t=28， 水力停留时间（HRT）为T=5天，泥龄为C=15d ，产率系数为Y=0.021，微生物的自身衰减系数 Kd=0.028d-1，COD去除率为=80%，消化气中 的甲烷含量为65%，试计算该处理工艺的日产气 量。 l某工业废水量为Q=500m3/d，进水 BOD5=8500mg/L，经模型试验，在BOD5容积负 荷0.72kg/m3d的条件下（以BOD5去除量为基础 的容积负荷），厌氧消化处理出水中BOD5的浓 度为850mg/l，处理过程中的消化温度为35，试 计算厌氧反应器所需的容积及停留时间。本章导读书目本章导读书目l1 高廷耀等主编. 水污染控制工程（下）. 北 京：高等教育出版社，1999 l2 沈耀良等. 废水生化处理新技术理论与应用. 北京：中国环境科学出版社，2001 l3 张西衡等. 水污染控制工程. 修订版(第二版). 北京：冶金工业出版社，1998l4 顾夏声等编著. 水处理工程. 北京：清华大 学出版社，1985