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1、工业废水处理工业废水处理 1第十一节、工业废水厌氧生物处理第十一节、工业废水厌氧生物处理 一、概述一、概述 厌氧生物处理法最早用于处理城市污水处理厂的沉淀污泥，厌氧生物处理法最早用于处理城市污水处理厂的沉淀污泥，后来用于处理高浓度有机废水。普通厌氧生物处理法的主要缺点后来用于处理高浓度有机废水。普通厌氧生物处理法的主要缺点是水力停留时间长，一般需要是水力停留时间长，一般需要2030d。 常用的新型厌氧生物处理有厌氧接触法、厌氧生物滤池、升常用的新型厌氧生物处理有厌氧接触法、厌氧生物滤池、升流式厌氧污泥床、厌氧膨胀床和厌氧流化床、厌氧生物转盘、厌流式厌氧污泥床、厌氧膨胀床和厌氧流化床、厌氧生物转
2、盘、厌氧挡板式反应器等。氧挡板式反应器等。 工业废水厌氧生物处理后面常常要连接好氧生物处理。工业废水厌氧生物处理后面常常要连接好氧生物处理。2产生有还原性的有机物；产生有还原性的有机物；CH3COCOOH2CO2+CH3CHO2CH3COOH2CH4+2CO2碳水化合物（脂肪、蛋白质）在碳水化合物（脂肪、蛋白质）在水解发酵菌水解发酵菌作用作用下下糖类、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳；糖类、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳； 脂肪酸在脂肪酸在产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌作用下作用下H2、CO2、乙、乙 酸；酸； CH3CH2COOHCO2+CH3COOH+H2 最后两组生理不同的最后两组生理不同的产甲烷菌
3、产甲烷菌，有共同的产物，有共同的产物 4H2+CO2CH4+2H2O （1/3）CO2还原还原 2CH3COOH2CH4+2CO2 （2/3）乙酸脱羧）乙酸脱羧 2、三段厌氧三段厌氧11.1 厌氧的机理厌氧的机理1、两段厌氧、两段厌氧酸性发酵阶段酸性发酵阶段脂肪酸；稳定发酵阶段脂肪酸；稳定发酵阶段甲烷和甲烷和CO2发酵：指氢供体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用。发酵：指氢供体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用。33、参与厌氧的微生物、参与厌氧的微生物（1）第一阶段）第一阶段细菌、原生生物和真菌细菌、原生生物和真菌微絮凝、发酵细菌微絮凝、发酵细菌 纤维素分解菌纤维素分解菌最重要的一步；产物
4、最重要的一步；产物CO2，H2，已醇；，已醇； 碳水化合物分解菌碳水化合物分解菌丙酮乙醇，乙酸（杆状菌生化絮凝）；丙酮乙醇，乙酸（杆状菌生化絮凝）； 蛋白质水解蛋白质水解-生成氨基酸、（棱菌生化絮凝）生成氨基酸、（棱菌生化絮凝） 脂肪分解菌脂肪分解菌脂肪酸（弧菌生化絮凝）脂肪酸（弧菌生化絮凝）（2）第二阶段第二阶段产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌，产物：乙酸、产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌，产物：乙酸、甲烷、甲烷、CO2、H2（3）第三阶段）第三阶段产甲烷菌，产物为甲烷产甲烷菌，产物为甲烷产甲烷阶段产甲烷阶段细胞的增殖很少，（厌氧系统中的甲烷细胞的增殖很少，（厌氧系统中的甲烷细菌已不繁殖，数量少，厌氧时
5、间长）细菌已不繁殖，数量少，厌氧时间长）食物不足的情况下生长的食物不足的情况下生长的4复杂有机物复杂有机物较高级有机酸较高级有机酸H2乙酸乙酸CH4水解与发酵水解与发酵4%76%20%24%52%28%72%生成甲烷生成甲烷生成乙酸与脱氢生成乙酸与脱氢第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段图图821 有机物厌氧模式图有机物厌氧模式图54、特征特征厌氧厌氧产生的能量仅为好氧的产生的能量仅为好氧的1/20-1/30 产甲烷阶段的反应方程产甲烷阶段的反应方程在好氧菌作用下：在好氧菌作用下： C2H3O2Na+2O2 NaHCO3+7H2 2O+CO2 2+848kj/mol在厌氧产甲烷菌时
6、：在厌氧产甲烷菌时： C2H3O2Na+2O2 NaHCO3+CH4+29.3kj/mol6 甲烷阶段是厌氧速率的控制因素，因此，厌氧动力学是甲烷阶段是厌氧速率的控制因素，因此，厌氧动力学是以该阶段作为基础建立的以该阶段作为基础建立的,已有：已有： -dS/dt底物去除速率，质量底物去除速率，质量/体积体积.时间；时间； k单位质量底物的最大利用速率，质量单位质量底物的最大利用速率，质量/细菌质量；细菌质量； S可降解的底物，质量可降解的底物，质量/体积；体积； Ks半速度常数，质量半速度常数，质量/底物体积，即在生长速率等于最底物体积，即在生长速率等于最 大生长速率大生长速率1/2时的底物浓
7、度；时的底物浓度； X细菌浓度，质量细菌浓度，质量/体积；体积； dx/dt细菌增长速率，质量细菌增长速率，质量/体积体积时间；时间； Y细菌产率，细菌质量细菌产率，细菌质量/底物质量；底物质量； b细菌衰亡速率系数，细菌衰亡速率系数，d-111.2 厌氧动力学厌氧动力学 7 池径池径D：6-35m 圆柱形圆柱形 池高池高/池径池径h/D：0.8-1.511.3 厌氧法池型，构造与设计厌氧法池型，构造与设计1、池型、池型 圆柱形、蛋型圆柱形、蛋型89101112 11.4 厌氧池的运行、管理厌氧池的运行、管理 2、正常运行的化学指标、正常运行的化学指标1、厌氧污泥的培养与驯化、厌氧污泥的培养与
8、驯化（1）逐步培养法）逐步培养法初沉污泥初沉污泥+浓缩后的活性污泥浓缩后的活性污泥投入厌氧池投入厌氧池加热加热30-40d（2）一次培养法）一次培养法池塘污泥，经池塘污泥，经22mm孔径过滤后投入孔径过滤后投入 （1）产气量（）产气量（CO230%、CH450%）（2）投配污泥含水率）投配污泥含水率94-96%（3）有机物含量）有机物含量60-70%（4）有机物分解程度）有机物分解程度45-55%（5）脂肪酸与总碱度）脂肪酸与总碱度2000mg/l（6）NH3N 500-1000mg/l13（1）投配率，温度；）投配率，温度；（2）搅拌）搅拌:连续或间歇搅拌；连续或间歇搅拌；（3）排泥，池内污
9、泥浓度不低于）排泥，池内污泥浓度不低于30g/l；（4）正常沼气气压：）正常沼气气压：1177-1961Pa.4、厌氧池异常现象、厌氧池异常现象 3、正常运行控制参数、正常运行控制参数（1）产气量下降）产气量下降底物不足底物不足排泥量过大排泥量过大厌氧池温度低厌氧池温度低厌氧池容积减少厌氧池容积减少有机酸积累，碱度不足有机酸积累，碱度不足14（2）出水水质恶化）出水水质恶化 原因：排泥量不够，固体负荷过大，搅拌过原因：排泥量不够，固体负荷过大，搅拌过度度 啤酒泡啤酒泡：排泥量大排泥量大,负荷过高负荷过高 （3）沼气的气泡异常）沼气的气泡异常 大量气泡喷出大量气泡喷出: 浮渣层过厚浮渣层过厚 不
10、起泡：中止投配污泥。不起泡：中止投配污泥。高温甲烷菌不能用中温条件下的甲烷菌直接接种高温甲烷菌不能用中温条件下的甲烷菌直接接种,但可驯化但可驯化驯化时，升温速度为驯化时，升温速度为1 /h，最佳达到，最佳达到53原因：温度高于原因：温度高于38，中温甲烷菌大量死亡，污泥易变质，中温甲烷菌大量死亡，污泥易变质5、维护与管理、维护与管理 保温、防止在空气中的保温、防止在空气中的CH4占空气占空气5-16%，避免爆炸。，避免爆炸。人工加碱控制人工加碱控制PH6.5-7.5，15二、厌氧接触法二、厌氧接触法 厌氧接触法是在厌氧反应器后设沉淀池，污泥进行回流，使厌氧厌氧接触法是在厌氧反应器后设沉淀池，污
11、泥进行回流，使厌氧反应器内污泥能维持较高的污泥浓度，降低水力停留时间。反应器内污泥能维持较高的污泥浓度，降低水力停留时间。 特点特点 1)在反应器与沉淀池之间设脱气器，维持真空度，尽可能地将混在反应器与沉淀池之间设脱气器，维持真空度，尽可能地将混合液中的沼气脱除。合液中的沼气脱除。 2)在反应器与沉淀池之间设冷却器，使混合液的温度由下降，以在反应器与沉淀池之间设冷却器，使混合液的温度由下降，以抑制产甲烷菌在沉淀池内活动。抑制产甲烷菌在沉淀池内活动。 3)投加混凝剂，提高沉淀效果。投加混凝剂，提高沉淀效果。16三、厌氧生物滤池三、厌氧生物滤池 厌氧生物滤池是装填滤料的厌氧反应器。厌氧微生物以生物
12、膜厌氧生物滤池是装填滤料的厌氧反应器。厌氧微生物以生物膜的形态生长在滤料表面，废水淹没滤料，在生物膜的吸附作用和微的形态生长在滤料表面，废水淹没滤料，在生物膜的吸附作用和微生物的代谢作用以及滤料的截留作用下，废水中有机污染物被去除。生物的代谢作用以及滤料的截留作用下，废水中有机污染物被去除。 根据水流方向，厌氧生物滤池可分为升流式和降流式两种形式根据水流方向，厌氧生物滤池可分为升流式和降流式两种形式 升流式厌氧生物滤池，废水由底部进入，向上流动通过滤料层，升流式厌氧生物滤池，废水由底部进入，向上流动通过滤料层，处理水从滤池顶部旁侧升流式厌氧生物滤池中，生物量大部分以生处理水从滤池顶部旁侧升流式
13、厌氧生物滤池中，生物量大部分以生物膜的形式附在滤料表面，少部分以厌氧活性污泥的形式存在于滤物膜的形式附在滤料表面，少部分以厌氧活性污泥的形式存在于滤料的间隙中，它的生物总量比降流式厌氧生物滤池高，料的间隙中，它的生物总量比降流式厌氧生物滤池高， 降流式厌氧生物滤池，处理水由滤池底部排出，沼气收集管仍降流式厌氧生物滤池，处理水由滤池底部排出，沼气收集管仍设于池顶部上端，堵塞问题不如升流式厌氧生物滤池那样严重。设于池顶部上端，堵塞问题不如升流式厌氧生物滤池那样严重。 特点：特点：生物量浓度较高，有机负荷率较高；生物量浓度较高，有机负荷率较高；能承受冲击负能承受冲击负荷；荷；勿需污泥回流；勿需污泥回
14、流；设备简单、能耗低、运行管理方便，费用设备简单、能耗低、运行管理方便，费用低。低。17四、升流式厌氧污泥床四、升流式厌氧污泥床 升流式厌氧污泥床集生物反应与沉淀于一体的厌氧反应器升流式厌氧污泥床集生物反应与沉淀于一体的厌氧反应器 1)进水配水系统，将进入反应器的废水均匀地分配到反应器整个进水配水系统，将进入反应器的废水均匀地分配到反应器整个横断面，起到水力搅拌并均匀上升。横断面，起到水力搅拌并均匀上升。 2)反应区，反应区内存留大量具有良好凝聚和沉淀性能的污泥，反应区，反应区内存留大量具有良好凝聚和沉淀性能的污泥，在池底部形成颗粒污泥层。废水从厌氧污泥床底部流入，与颗粒污泥在池底部形成颗粒污
15、泥层。废水从厌氧污泥床底部流入，与颗粒污泥层中的污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解有机物，同时产生的层中的污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解有机物，同时产生的微小沼气气泡不断地放出。微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐微小沼气气泡不断地放出。微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡。在颗粒污泥层上部，由于沼气的搅动，形成一个污形成较大的气泡。在颗粒污泥层上部，由于沼气的搅动，形成一个污泥浓度较小的悬浮污泥层。泥浓度较小的悬浮污泥层。 3)三相分离器，由沉淀区、回流缝和气封三相分离器，由沉淀区、回流缝和气封 组成，其功能是将气体、固体和液体三相进组成，其功能是将气体、固体和液体三相
16、进 行分离。沼气进入气室，污泥在沉淀区进行行分离。沼气进入气室，污泥在沉淀区进行 沉淀，并经回流缝回流到反应区，经沉淀澄沉淀，并经回流缝回流到反应区，经沉淀澄 清后的废水作为处理水排出反应器。清后的废水作为处理水排出反应器。 4)集气室，其功能是收集产生的沼气，并集气室，其功能是收集产生的沼气，并 将其导出气室送往沼气柜。将其导出气室送往沼气柜。 5)处理水排出系统，均匀收集处理水并将处理水排出系统，均匀收集处理水并将 其排出反应器。其排出反应器。18 特点特点 1)污泥床内生物量多污泥床内生物量多 2)容积负荷率高容积负荷率高 3)设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置，不存在设备简
17、单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置，不存在堵塞问题。堵塞问题。四、升流式厌氧污泥床四、升流式厌氧污泥床19五、厌氧膨胀床和厌氧流化床五、厌氧膨胀床和厌氧流化床 厌氧膨胀床和厌氧流化床内充填细小的固体颗粒填料，如石英砂厌氧膨胀床和厌氧流化床内充填细小的固体颗粒填料，如石英砂、无烟煤、活性炭、陶粒和沸石等，填料粒径一般为、无烟煤、活性炭、陶粒和沸石等，填料粒径一般为O2lmm。废水从床底部流人，为使填料层膨胀，需将部分出水用循环泵进行废水从床底部流人，为使填料层膨胀，需将部分出水用循环泵进行回流，提高床内水流的上升流速。一般认为膨胀率为回流，提高床内水流的上升流速。一般认为膨胀率为1020称
18、称膨胀床，颗粒略呈膨胀状态，但仍保持互相接触；膨胀率为膨胀床，颗粒略呈膨胀状态，但仍保持互相接触；膨胀率为2070时，称为流化床，颗粒在床中作无规则自由运动。时，称为流化床，颗粒在床中作无规则自由运动。 特点特点 1)细颗粒的填料为微生物附着生长提供比较大的比表面积，使床细颗粒的填料为微生物附着生长提供比较大的比表面积，使床内具有很高的微生物浓度，水力停留时间短，耐冲击负荷能力强，内具有很高的微生物浓度，水力停留时间短，耐冲击负荷能力强，运行稳定。运行稳定。 2)载体处于膨胀状态，能防止载体堵塞。载体处于膨胀状态，能防止载体堵塞。 3)生物固体停留时间较长，运行稳定，剩余污泥量少。生物固体停留
19、时间较长，运行稳定，剩余污泥量少。20六、厌氧生物转盘六、厌氧生物转盘 厌氧生物转盘由盘片、密封的反应槽、转轴及驱动装置组成，厌氧生物转盘由盘片、密封的反应槽、转轴及驱动装置组成，上部加盖密封，防止液面上的空间有氧存在。盘片转动时的剪力上部加盖密封，防止液面上的空间有氧存在。盘片转动时的剪力将老化的生物膜剥下，在水中呈悬浮状态，随水流出槽外。将老化的生物膜剥下，在水中呈悬浮状态，随水流出槽外。 特点：特点： 1)微生物浓度高，可承受高额的有机物负荷微生物浓度高，可承受高额的有机物负荷 2)废水在反应器内按水平方向流动，勿需提升废水废水在反应器内按水平方向流动，勿需提升废水 3)可处理含悬浮固体
20、较高的废水，不存在堵塞问题可处理含悬浮固体较高的废水，不存在堵塞问题 4)可采用多级串联，各级微生物处于最佳的生存条件下可采用多级串联，各级微生物处于最佳的生存条件下 5)由于转盘转动，不断使老化生物膜脱落，使生物膜经常保持由于转盘转动，不断使老化生物膜脱落，使生物膜经常保持较高的活性较高的活性21六、厌氧生物转盘六、厌氧生物转盘 厌氧生物转盘由盘片、密封的反应槽、转轴及驱动装置组成，厌氧生物转盘由盘片、密封的反应槽、转轴及驱动装置组成，上部加盖密封，防止液面上的空间有氧存在。盘片转动时的剪力将上部加盖密封，防止液面上的空间有氧存在。盘片转动时的剪力将老化的生物膜剥下，在水中呈悬浮状态，随水流
21、出槽外。老化的生物膜剥下，在水中呈悬浮状态，随水流出槽外。 特点：特点： 1)微生物浓度高，可承受高额的有机物负荷微生物浓度高，可承受高额的有机物负荷 2)废水在反应器内按水平方向流动，勿需提升废水废水在反应器内按水平方向流动，勿需提升废水 3)可处理含悬浮固体较高的废水，不存在堵塞问题可处理含悬浮固体较高的废水，不存在堵塞问题 4)可采用多级串联，各级微生物处于最佳的生存条件下可采用多级串联，各级微生物处于最佳的生存条件下 5)由于转盘转动，不断使老化生物膜脱落，使生物膜经常保持较由于转盘转动，不断使老化生物膜脱落，使生物膜经常保持较高的活性高的活性22八、复合厌氧法八、复合厌氧法 复合厌氧
22、法是在一个设备内由几种厌氧反应器复合而成的一复合厌氧法是在一个设备内由几种厌氧反应器复合而成的一种厌氧处理法。目前开发的多为升流式厌氧污泥床和厌氧生物滤种厌氧处理法。目前开发的多为升流式厌氧污泥床和厌氧生物滤池复合而成的升流式厌氧污泥床过滤器。可分为无三相分离器的池复合而成的升流式厌氧污泥床过滤器。可分为无三相分离器的升流式厌氧污泥床过滤器升流式厌氧污泥床过滤器(UBF)和有三相分离器的升流式厌氧污泥和有三相分离器的升流式厌氧污泥床过滤器床过滤器(UASB+AF)。23九、两相厌氧法九、两相厌氧法 两相厌氧法是一种新型的厌氧生物处理工艺，有机底物的厌氧降解，两相厌氧法是一种新型的厌氧生物处理工
23、艺，有机底物的厌氧降解，可以分为产酸和产甲烷两个阶段。把这两个阶段的反应分别在两个独立可以分为产酸和产甲烷两个阶段。把这两个阶段的反应分别在两个独立的反应器内进行。分别创造各自最佳的环境条件，培养两类不同的微生的反应器内进行。分别创造各自最佳的环境条件，培养两类不同的微生物，并有旺盛的生理功能活动，将这两个反应器串联起来，形成能够承物，并有旺盛的生理功能活动，将这两个反应器串联起来，形成能够承受较高的负荷率的两相厌氧发酵系统。受较高的负荷率的两相厌氧发酵系统。 特点特点 1)能够向产酸菌、乙酸菌、产甲烷菌分别提供各自最佳的生长繁殖条能够向产酸菌、乙酸菌、产甲烷菌分别提供各自最佳的生长繁殖条件，
24、使各个反应器达到最佳的运行效果；件，使各个反应器达到最佳的运行效果； 2)当进水负荷有大幅度变动时，酸化反应器存在着一定的缓冲作用，当进水负荷有大幅度变动时，酸化反应器存在着一定的缓冲作用，对后续的产甲烷反应器影响能够缓解，具有一定的耐冲击负荷的能力。对后续的产甲烷反应器影响能够缓解，具有一定的耐冲击负荷的能力。 3)酸化反应器反应进程快，水力停留时间短，负荷率高，能够减轻产酸化反应器反应进程快，水力停留时间短，负荷率高，能够减轻产甲烷反应器的负荷。甲烷反应器的负荷。24厌氧影响因素厌氧影响因素 1、温度因素、温度因素（1）中温（）中温（30-36）（2）高温（）高温（50-53）252、停留
25、时间（污泥龄）与负荷、停留时间（污泥龄）与负荷停留时间停留时间 c=Mr/e，Mr 厌氧池内总生物量厌氧池内总生物量 e=Me/t 厌氧池每日排出的生物量；厌氧池每日排出的生物量； Me排出的生物总量，排出的生物总量，t排泥时间排泥时间容积设计容积设计 V=Sv/S，Sv进水中挥发有机物重量进水中挥发有机物重量kg/d S挥发性有机物负荷挥发性有机物负荷 中温：中温：0.6-1.5kg/m.d 高温：高温：2.0-2.8kg/m.d263、搅拌、搅拌 搅拌作用搅拌作用加速热传加速热传均匀底物供给均匀底物供给打碎液面上的浮渣层打碎液面上的浮渣层提高负荷提高负荷厌氧厌氧 活跃状态活跃状态 搅拌与不
26、搅拌：产气量增加搅拌与不搅拌：产气量增加30%4、营养物与、营养物与C/N比比 C5H7NO3即细胞合成即细胞合成C/N=5：1，要求，要求C/N=（10-20）：）：1 C/N高，细胞的氮不足，水中缓冲能力下降，高，细胞的氮不足，水中缓冲能力下降，PH下降下降 C/N低，氮量上升，铵盐积累，抑制厌氧低，氮量上升，铵盐积累，抑制厌氧275、有毒物质、有毒物质 例如：重金属例如：重金属Cu2+、Hg2+（1）重金属对甲烷厌氧的抑制）重金属对甲烷厌氧的抑制与酶结合，使酶的作用消失与酶结合，使酶的作用消失 RSH+Me+RSMe+H+Me及氢氧化物的絮凝作用，使酶沉淀及氢氧化物的絮凝作用，使酶沉淀（
27、2）阴离子的毒害作用阴离子的毒害作用 如如S2-的毒害作用的毒害作用 286、厌氧夜的缓冲作用厌氧夜的缓冲作用（1） 水解与发酵菌水解与发酵菌 5-6.5 产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌 5-6.5 产甲烷菌产甲烷菌 6.8-7.4 （2）缓冲剂）缓冲剂 CO2和和 NH3（NH3、NH4+） H+HCO3-H2CO3组成缓冲液组成缓冲液 电离常数：电离常数：K+=H+HCO3-/H2CO3 PH=-lgK+lg(HCO3-/CH2CO3) 厌氧系统应保持厌氧系统应保持2000mg/l的碱度，具有缓冲能力，防止的碱度，具有缓冲能力，防止pH下下降。降。 29让我们为美丽的碧水蓝天而努力让我们为美丽的碧水蓝天而努力30致致 谢谢l水水质质工工程程学学的的工工业业废废水水处处理理课课程程的的讲讲授授全全部部结结束束，在在此此，希希望望各各位位同同学学能能继继承承哈哈尔尔滨滨工工业业大大学学教教师师的的严严谨谨的的治治学学态态度度、忘忘我我的的工工作作精精神神、渊渊博博的的专专业业学学识识、务务实实的的学学术术作作风风，在在新新的的工工作作岗岗位位上上快速发展。快速发展。l希望希望3、5年后我们再相会时你们能赶超你们的老师。年后我们再相会时你们能赶超你们的老师。l 谢谢今天的同学，明天的校友。谢谢今天的同学，明天的校友。31
