水处理工程厌氧.pptx

第一节第一节 厌氧法的基本原理厌氧法的基本原理废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氢等为受氢体。第1页/共48页 好氧呼吸、无氧呼吸、发酵三种呼吸方式，获得的能量水平不同，如下表所示。呼吸方式受氢体化学反应式好氧呼吸能量利用率42分子氧C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+2817.3kJ无氧呼吸无机物C6H12C6+4NO3-6CO2+6H2O+2N2+1755.6kJ发酵能量利用率26有机物C6H12C6 2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ问题：在废水的生物处理中如何利用微生物的呼吸类型第2页/共48页厌氧呼吸是在无分子氧（O2）的情况下进行的生物氧化。厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统。在呼吸过程中，底物中的氢被脱氢酶活化，从底物中脱下来的氢经辅酶传递给除氧以外的有机物或无机物，使其还原。厌氧呼吸的受氢体不是分子氧。在厌氧呼吸过程中，底物氧化不彻底，最终产物不是二氧化碳和水，而是一些较原来底物简单的化合物。这种化合物还含有相当的能量，故释放能量较少。厌氧呼吸按反应过程中的最终受氢体的不同，可分为发酵和无氧呼吸。厌 氧 呼 吸 第3页/共48页 发酵 指供氢体和受氢体都参与有机化合物的生物氧化作用，最终受氢体无需外加，就是供氢体的分解产物（有机物）。这种生物氧化作用不彻底，最终形成的还原性产物，是比原来底物简单的有机物，在反应过程中，释放的自由能较少，故厌氧微生物在进行生命活动过程中，为了满足能量的需要，消耗的底物要比好氧微生物的多。例如，葡萄糖的发酵过程：总反应式：第4页/共48页世纪 60年代以前、人们认为厌氧消化过程可分为两个阶段：第一阶段称发酵阶段，或产酸阶段。在此阶段中不溶性的复杂有机物先在微生物作用下得到水解，继而被转化为简单的有机物，如脂肪酸、醇类、CO2和H2等。这一阶段中起作用的微生物统称为发酵细菌或产酸细菌。第二阶段称为产甲烷阶段。在此阶段中由产甲烷细菌将第一阶段的产物转化为CH4和CO2。早期的厌氧生物处理主要面对的是固态有机物（包括有机污泥或粪便等），所以称为消化。第5页/共48页消化过程酸化污泥的pH迅速下降，大分子有机物转化为小分子有机酸、醇、醛等液态产物和CO2、H2、NH3、H2S等甲烷化产生消化气，主体是CH4，以及部分CO2等两阶段两阶段:第6页/共48页 对厌氧消化过程及厌氧微生物的深入研究使人们发现，上述两阶段学说并没有全面反映厌氧生物处理过程的本质，研究表明，产甲烷菌能够利用甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2产生CH4，却不能利用含有两个碳以上的脂肪酸和甲醇之外的醇类。布利安特(Bryant)等人又发现，过去被称为“奥氏产甲烷菌”的一种细菌，实际上是两种细菌组成的共培养物，其中一种细菌把乙醇氧化为乙酸和H2，另一种细菌则利用H2和CO2合成CH4。基于在厌氧微生物学方面的新发现，1979年布利安特等人提出了厌氧消化的三阶段理论。第一阶段为水解酸化阶段第一阶段为水解酸化阶段 第二阶段为产氢产乙酸阶段第二阶段为产氢产乙酸阶段 第三阶段为产甲烷阶段第三阶段为产甲烷阶段第7页/共48页三阶段理论认为，厌氧消化过程是按以下步骤进行的。第一阶段 水解酸化阶段 复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。例如，多糖先水解为单糖，再通过酵解途径进一步发酵成乙醇和脂肪酸，如丙酸、丁酸、乳酸等；蛋白质则先水解为氨基酸、再经脱氨基作用产生脂肪酸和氨。碳水化合物、脂肪和蛋白质的水解酸化过程碳水化合物、脂肪和蛋白质的水解酸化过程 第8页/共48页第二阶段，称为产氢、产乙酸阶段 在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H H2 2，在降解奇数碳素有机酸时还形成在降解奇数碳素有机酸时还形成COCO2 2。第三阶段，称为产甲烷阶段，出产甲烷细菌利用乙酸和H2、CO2产生CH4。研究表明，厌氧生物处理过程中约有70CH4产自乙酸的分解，其余少量则产自H2和CO2的合成。产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、COCO2 2和和H H2 2等转化为甲烷。此过程由两组生理上不同的等转化为甲烷。此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的烷，前者约占总量的1/31/3，后者约占，后者约占2/32/3。n至今，三阶段理论巳被公认为对厌氧生物处理过程较全面和较准确地描述。第9页/共48页大分子有机物（碳水化合物、蛋白质、脂肪等）简单有机物（单糖、氨基酸等）有机酸（丙酸、丁酸、戊酸等）、醇、醛等H2/CO2乙酸CH4水解(胞外酶)酸化（产酸细菌）乙酸化（乙酸细菌）甲烷化（甲烷细菌）甲烷化（甲烷细菌）第10页/共48页厌氧生化法与好氧生化法相比具有下列优点：（1）既适用于高浓度废水，又适用于中低浓度废水。（2）能耗低：厌氧法产生的沼气可作为能源。1kgCOD约能产生3.5kWh电能（3）负荷高：厌氧法为210kgCOD/m3d。（4）剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好。（5）氮、磷营养需要量少：厌氧法的C:N:P为100:2.1:0.5（6）厌氧处理过程有一定的杀菌作用。（7）厌氧活性污泥可以长期贮存。厌氧生物处理法也存在下列缺点：（1）厌氧微生物增殖缓慢，设备启动时间长。（2）出水往往达不到排放标准，需要进一步处理。（3）厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。第11页/共48页厌氧消化微生物（1）发酵细菌(产酸细菌)多为兼性厌氧或专性厌氧细菌，主要参与复杂有机物的水解.主要包括梭菌属(Clostridium)、拟杆菌属(Badteroides)、真细菌属(Eubacterium)、和双岐杆菌属(Bifidobacterium)等。这类细菌的主要功能是先通过胞外酶的作用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脂肪酸、醇类等。研究表明，该类细菌对有机物的水解过程相当缓慢，pH和细胞平均停留时间等因素对水解速率的影响很大。不同有机物的水解速率也不同，如类脂的水解就得困难。因此，当处理的废水中含有大量类脂时，水解就会成为厌氧消化过程的限速步骤。但产酸的反应速率较快，并远高于产甲烷反应。第12页/共48页（2）产氢产乙酸菌 绝对厌氧或兼性厌氧细菌，可将前面步骤产生的挥发性有机酸转化为乙酸、H2/CO2。近10余年来研究所发现的产氢产乙酸菌包括互营单胞菌属(Syntophomonas)、互营杆菌属(Synyrophobacter)、梭菌属(Clostridium)、和暗杆菌属(Pelobacter)等。这类细菌能把各种挥发性脂肪酸降解为乙酸和H2。其反应如下：对乙醇：CH3CH20H+H20CH3COOH+2H2 对丙酸：CH3CH2COOH+2H20CH3COOH+3H2+CO2 对丁酸：CH3CH2CH2COOH+2H2O2CH3COOH+2H2 上述反应只有在乙酸浓度低、液体中氢分压也很低时才能完成。产氢产乙酸细菌可能是绝对厌氧菌或是兼性厌氧菌。第13页/共48页（3）产甲烷细菌 产甲烷细菌是严格专性厌氧细菌，其生存环境要求绝对无氧；对绝对厌氧的产甲烷菌的分离和研究，是由于60年代末洪达德(Hungate)开创了绝对厌氧微生物培养技术而得到迅速发展的。产甲烷菌大致可分为两类，一类主要利用乙酸产生甲烷，另一类数量较少，利用氢和CO2的合成生成甲烷。也有极少量细菌，既能利用乙酸，也能利用氢。以下是两个典型的产甲烷反应：利用乙酸：CH3COOHCH4+CO2 利用H2和CO2：4H2+CO2CH4+2H20产甲烷菌都是绝对厌氧细菌，要求生活环境的氧化还原电位在-150-400mV范围内。氧和氧化剂对产甲烷菌有很强的毒害作用。产甲烷菌的增殖速率慢（生长特别缓慢），繁殖世代期长，甚至达46天，因此在一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的控制阶段。第14页/共48页第二节第二节 厌氧法的影响因素厌氧法的影响因素 甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制阶段，因此厌氧反应的各项影响因素也以对甲烷菌的影响因素为准。一、温度条件一、温度条件 温度是影响微生物生存及生物化学反应最重要的因素之一。各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，产甲烷菌的温度范围为560，在35和53上下可以分别获得较高的消化效率，温度为4045时，消化效率较低。温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。短时间内温度升降5，沼气产量明显下降，波动的幅度过大时，甚至停止产气。温度的波动，不仅影响沼气产量，还影响沼气中的甲烷含量，此其高温消化对温度变化更为敏感。第15页/共48页第16页/共48页二、二、pHpH值值 pH值条件失常首先使产氢产乙酸作用和产甲烷作用受抑制，使产酸过程所形成的有机酸不能被正常地代谢降解，从而使整个消化过程的各阶段间的协调平衡丧失。若pH值降到5以下，对产甲烷菌毒性较大，同时产酸作用本身也受抑制，整个厌氧消化过程即停滞。即使pH值恢复到7.0左右，厌氧装置的处理能力仍不易恢复；而在稍高pH值时，只要恢复中性，产甲烷菌能较快地恢复活性。所以厌氧装置适宜在中性或稍偏碱性的状态下运行。最适pH值为7.07.2，pH6.67.4较为适宜。第17页/共48页三、氧化还原电位三、氧化还原电位 无氧环境是严格厌氧的产甲烷菌繁殖的最基本条件之一，产甲烷菌对氧和氧化剂非常敏感。产甲烷菌初始繁殖的环境条件是氧化还原电位不能高于-330mV,相当于2.361056L水中有1mol氧。在厌氧消化全过程中，不产甲烷阶段可在兼氧条件下完成，氧化还原电位为+0.1-0.1V，而在产甲烷阶段，氧化还原电位须控制为-0.3-0.35V（中温消化）与-0.560.6V（高温消化），常温消化与中温相近。第18页/共48页四、有机负荷四、有机负荷 在一定范围内，随着有机负荷的提高，产气率趋向下降，而消化器的容积产气量则增多，反之亦然。若有机负荷过高，则产酸率将大于用酸（产甲烷）率，挥发酸将累积而使pH值下降、破坏产甲烷阶段的正常进行，严重时产甲烷作用停顿，系统失败，并难以调整复苏。此外，有机负荷过高，则过高的水力负荷还会使消化系统中污泥的流失速率大于增长速率而降低消化效率。若有机负荷过低，物料产气率或有机物去除率虽可提高，但容积产气率降低，反应器容积将增大，使消化设备利用效率降低，投资和运行费用提高。第19页/共48页五、厌氧活性污泥五、厌氧活性污泥 厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成。厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关系。性状良好的污泥是厌氧消化效率的基础保证。厌氧活性污泥的性质主要表现为它的作用效能与沉淀性能，前者主要取决于活微生物的比例及其对废物的适应性和活微生物中生长速率低的产甲烷菌的数量是否达到与不产甲烷菌数量相适应的水平。活性污泥的沉淀性能与污泥的凝聚性有关、与好氧处理一样，厌氧活性污泥的沉淀性能也以SVI衡量。第20页/共48页六、搅拌和混合六、搅拌和混合 混合搅拌是提高消化效率的工艺条件之一。没有搅拌的厌氧消化池，池内料液常有分层现象。通过搅拌可消除池内梯度，增加食料与微生物之间的接触，避免产生分层，促进沼气分离。在连续投料的消化池中，还使进料迅速与池中原有料液相混匀。搅拌的方法有:（1）机械搅拌器搅拌法；（2）消化液循环搅拌法；（3）沼气循环搅拌法等。其中沼气循环搅拌，还有利于使沼气中的CO2作为产甲烷的底物被细菌利用，提高甲烷的产量。第21页/共48页七、废水的营养比七、废水的营养比 一般认为，厌氧法中碳:氮:磷控制为20O300:5:1为宜。此比值大于好氧法中100:5:1，这与厌氧微生物对碳素养分的利用率较好氧微生物低有关。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要。在厌氧处理时提供氮源，除满足合成菌体所需之外，还有利于提高反应器的缓冲能力。若氮源不足，不仅厌氧菌增殖缓慢，而且消化液缓冲能力降低。相反，若氮源过剩，氮不能被充分利用，将导致系统中氨的过分积累，抑制产甲烷菌的生长繁殖，使消化效率降低。第22页/共48页八、有毒物质八、有毒物质抑制物质容许浓度/(mg/L)抑制物质容许浓度/(mg/L)挥发性脂肪酸2000Na35005500氨氮15003000Fe1710溶解性硫化物200Cr6+3Ca25004500Cr3+500Mg10001500Cd150K25004500第23页/共48页第三节 厌氧消化工艺的发展及其应用 厌氧消化技术已具有百年以上的悠久历史其发展过程大致可分为三个时期。从18811920年代：厌氧消化应用于废水处理的初级阶段 法国的自动净化器（1881年）、英国孟克列夫Moncrieff）设计的装有填料的升流式反应器（1891年，类似于现代的厌氧滤池）、英国的化粪池（1895年）和德国的殷霍夫（Imhoff）池（双层沉淀池）（1905年）。此阶段厌氧消化技术应用于废水处理的特点是，在处理废水的同时也处理废水所产生的污泥。前几种构筑物由于废水和污泥不分割而影响出水水质，双层沉淀池作了改造，设上层沉淀池和下层消化池。由于厌氧消化的运行条件如温度等均未得到良好控制，这些初级的厌氧处理设备均需很长的停留时间，出水水质也较差。但化粪池和双层沉淀池曾在美、德、法等国得到较多的推广，并延用至今，在我国的很多大小城市中，目前也仍有不少化粪池在运行。第24页/共48页化粪池例图化粪池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。第25页/共48页 19201950年代：厌氧消化应用的第二阶段 随着活性污泥法、生物滤池等好氧生物处理工艺的开发和应用，厌氧生物处理被认为效率低，需时长和受温度影响大而不再被普遍应用于废水处理。同时，由于沉淀池和活性污泥法的应用，污泥数量日益增多，其稳定化处理的主要手段仍是厌氧消化。因此，采用厌氧消化于污泥的稳定化处理，并设置单独消化污泥的消化池，这是厌氧消化应用的第二阶段的主要特征。1927年，首次在消化池中装上了加热装置，使产甲烷速率显著提高，沼气的利用也发展得很快。后来有人在污泥消化池中设置了机械搅拌器，50年代初又开发了利用沼气循环的装置使细菌和物料接触充分，消化速率进一步提高。这种带有加热和搅拌装置的消化池，被称为高速消化池，得到了广泛的应用，至今仍是城市废水处理厂中污泥处理的主要技术。第26页/共48页1950年代至今：厌氧消化应用的第三阶段 1955年，契罗泼特(schroepter)参考活性污泥法流程开发了厌氧接触法问世。采用二沉池和污泥回流系统，使厌氧消化池生物固体浓度提高，污泥龄得以延长，因此停留时间大大缩短，处理能力大大提高。它最初被应用于食品包装废水的处理，取得了很好的效果。出现了一系列先进的高效的厌氧消化反应器，美国(Young和McCarty)开创的厌氧滤池(1972)、荷兰莱廷格(Lettinga)等人开创的升流式厌氧污泥床反应器(1979)、美国杰维尔（Jewell）等人开发的厌氧附着膜膨胀床(1980)，以及后来出现的厌氧流化床等。这些高效厌氧消化反应器的共同特点是保持有很高浓度的生物固体。生物固体在反应器中停留时间很长。在这些反应器中，微生物不再呈悬浮生长状态，而是呈附着生长状态，在厌氧滤池、厌氧膨胀床，厌氧流化床中，微生物附着生长在载体的表面。在升流式厌氧污泥床反应器中，微生物互相粘结缠绕，形成紧密的颗粒，这种颗粒污泥产甲烷活性高，沉症性能好。第27页/共48页 新型反应器的上述特点，使其有机负荷大大提高，反应时间显著缩短，因此厌氧消化又重新被应用于废水处理（高浓度有机工业废水，如食品工业废水、酒精工业废水、发酵工业废水、造纸废水、制药废水、屠宰废水等。去除有机物，还可以产生大量沼气）。研究工作还表明，厌氧过程与好氧过程的串联配合使用，还可起到生物脱氮、除磷的作用；对含有生物难降解的有机物的工业废水，可以显著地提高效果。总之，厌氧消化工艺经过了不断的研究、实践，取得了很大的发展和进步，其应用范围越来越广阔。其应用范围主要包括：用于城市废水处理厂污泥的稳定化处理；用于高浓度有机工业废水的处理；用于城市废水的处理，包括去除有机物，除磷、脱氮；用于含难降解有机物工业废水的处理。第28页/共48页第四节第四节 厌氧法的工艺和设备厌氧法的工艺和设备普通厌氧消化池普通厌氧消化池：结构、搅拌方式、加热方式、负荷、特结构、搅拌方式、加热方式、负荷、特点点厌氧接触法厌氧接触法：改进之处、固液分离困难原因、脱气方式、特：改进之处、固液分离困难原因、脱气方式、特点点UASBUASB工艺工艺：构造、工艺过程、三相分离器、进水系统、特点：构造、工艺过程、三相分离器、进水系统、特点厌氧滤池厌氧滤池：结构与工艺过程、填料、堵塞的解决办法、特点：结构与工艺过程、填料、堵塞的解决办法、特点厌氧流化床厌氧流化床：工艺流程、首要条件、特点、防止床层堵塞措：工艺流程、首要条件、特点、防止床层堵塞措施施其他其他：厌氧与好氧生物转盘不同之处及特点、挡板反应器、：厌氧与好氧生物转盘不同之处及特点、挡板反应器、两步厌氧法及特点、复合厌氧法两步厌氧法及特点、复合厌氧法第29页/共48页一、普通厌氧消化池一、普通厌氧消化池 废水定期或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别由消化池底和上部排出，所产沼气从顶部排出。为了使进料和厌氧污泥充分接触、使所产的沼气气泡及时逸出而设有搅拌装置，常用搅拌方式有三种：（1）池内机械搅拌；（2）沼气搅拌；（3）循环消化液搅拌。第30页/共48页 常用加热方式有三种：（1）废水在消化池外先经热交换器预热到定温再进入消化池；（2）热蒸汽直接在消化器内加热；（3）在消化池内部安装热交换管。普通消化池一般的负荷，中温为23kgCOD/m3d,高温为56kgCOD/m3d。普通消化池的特点是可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较简单。但缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，消化器中难以保持大量的微生物细胞；对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象严重，微生物不能与料液均匀接触，温度也不均匀，消化效率低等缺点。第31页/共48页二、厌氧接触法二、厌氧接触法 为克服普通消化池不能持留或补充厌氧活性污泥的缺点，在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法，其工艺流程如右图所示。该系统既使污泥不流失、出水水质稳定，又可提高消化池内污泥浓度，从而提高设备的有机负荷和处理效率。第32页/共48页 为了提高沉淀池中混合液的固液分离效果，目前采用以下几种方法脱气：（1）真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气器，将污泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉淀性能；（2）热交换器急冷法，将从消化池排出的混合液进行急速冷却，如中温消化液35冷到1525，可以控制污泥继续产气，使厌氧污泥有效地沉淀；上页图是设真空脱气器和热交换器的厌氧接触法工艺流程；（3）絮凝沉淀，向混合液中投加絮凝剂，使厌氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降；（4）用超滤器代替沉淀他，以改善固液分高效果。第33页/共48页 厌氧接触法的特点：（1）通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为1015g/L,耐冲击能力强；（2）消化池的容积负荷较普通消化池高，中温消化时，一般为210kgCOD/m3d，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1530天，而接触法小于10天；（3）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；（4）混合液经沉淀后，出水水质好，但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备。厌氧接触法还存在混合液难于在沉淀池中进行固液分离的缺点。第34页/共48页三、上流式厌氧污泥床应应器三、上流式厌氧污泥床应应器 废水从污泥床底部进入，与污泥床中的污泥进行混合接触，微生物分解废水中的有机物产生沼气，微小沼气泡在上升过程中，不断合并逐渐形成较大的气泡。由于气泡上升产生较强烈的搅动，在污泥床上部形成悬浮污泥层。气、水、泥的混合液上升至三相分离器内，沼气气泡碰到分离器下部的反射板时，折向气室而被有效地分离排出；污泥和水则经孔道进入三相分离器的沉淀区，在重力作用下，水和泥分离，上清液从沉淀区上部排出，沉淀区下部的污泥沿着斜壁返回到反应区内。第35页/共48页 上流式厌氧污泥床反应器的特点是：（1）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为3040g/L；（2）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷一般为1020kgCOD/m2d；（3）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；（4）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；（5）污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。但反应器内有短流现象，影响处理能力；进水中的悬浮物应比普通消化池低得多，特别是难消化的有机物固体不宜太高；运行启动时间长，对水质和负荷变化比较敏感。第36页/共48页四、厌氧生物滤池四、厌氧生物滤池 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。滤池中的生物膜不断地进行新陈代谢，脱落的生物膜随出水流出池外。废水从池底进入，从池上部排出，称升流式厌氧滤池；废水从池上部进入，从池底部排出，称降流式厌氧滤池。第37页/共48页 厌氧生物滤池的特点是：（1）由于填料为微生物附着生长提供广较大的表面积，滤池中的微生物量较高，又生物膜停留时间长，平均停留时间长达100天左右，因而可承受的有机容积负荷高，COD容积负荷为216kgCOD/m3d，且耐冲击负荷能力强；（2）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；（3）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；（4）启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短。但该工艺也存在一些问题：处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发生堵塞，尤以进水部位更严重。滤池的清洗也还没有简单有效的方法。第38页/共48页五、厌氧流化床五、厌氧流化床 厌氧流化床工艺是借鉴流态化技术的一种生物反应装置，它以小粒径载体为流化粒料，废水作为流化介质，当废水以升流式通过床体时，与床中附着于载体上的厌氧微生物膜不断接触反应，达到厌氧生物降解目的，产生沼气，于床顶部排出。流化床操作的首要满足条件是：上升流速即操作速度必须大于临界流态化速度，而小于最大流态化速度。上升流速应控制在1.21.5倍临界流化速度。第39页/共48页厌氧流化床特点：（1）载体颗粒细，比表面积大，可高达20003000m2/m3左右，使床内具有很高的微生物浓度，因此有机物容积负荷大，一般为1040kgCOD/m3d，水力停留时间短，具有较强的耐冲击负荷能力，运行稳定；（2）载体处于流化状态，无床层堵塞现象，对高、中、低浓度废水均表现出较好的效能；（3）载体流化时，废水与微生物之间接触面大，同时两者相对运动速度快，强化了传质过程，从而具有较高的有机物净化速度；（4）床内生物膜停留时间较长，剩余污泥量少；（5）结构紧凑、占地少以及基建投资省等。但载体流化耗能较大，且对系统的管理技术要求较高。第40页/共48页六、厌氧转盘和挡板反应器六、厌氧转盘和挡板反应器 厌氧生物转盘的构造与好氧生物转盘相似。不同之处在于盘片大部分(70以上)或全部浸没在废水中，为保证厌氧条件和收集沼气，整个生物转盘设在一个密闭的容器内。厌氧生物转盘由盘片，密封的反应槽、转轴瓦驱动装置等组成，其构造如图所示。对废水的净化靠盘片表面的生物膜和悬浮在反应槽中的厌氧菌完成，产生的沼气从反应槽顶排出。由于盘片的转动，作用在生物膜上的剪力可将老化的生物膜剥落，在水中呈悬浮状态，随水流出槽外。固定盘片沼气转动盘片进水出水反应槽转轴厌氧生物转盘构造图隔板第41页/共48页 厌氧挡板反应器是从研究厌氧生物转盘发展而来的，生物转盘不转动即变成厌氧挡板反应器。挡板反应器与生物转盘相比，可减少盘的片数和省去转动装置。其工艺流程如图所示。在反应器内垂直于水流方向设多块挡板来维持较高的污泥浓度。挡板把反应器分为若干上向流和下向流室，上向流室比下向流室宽，便于污泥的聚集。通往上向流的挡板下部边缘处加50的导流板，便于将水送至上向流室的中心，使泥水充分混合。因而无需混合搅拌装置，避免了厌氧滤池和厌氧流化床的堵塞问题和能耗较大的缺点，启动期比上流式厌氧污泥床短。沼气挡板进水出水厌氧挡板反应器工艺流程图回流循环泵第42页/共48页七、两步厌氧法和复合厌氧法七、两步厌氧法和复合厌氧法 两步厌氧消化法是厌氧消化反应分别在两个独立的反应器中进行，每一反应器完成一个阶段的反应；复合厌氧法是在一个反应器内由两种厌氧法组合而成。如上流式厌氧污泥床与厌氧滤池组成的复合厌氧法。第43页/共48页第五节第五节 厌氧设备的运行管理厌氧设备的运行管理一、厌氧设备的启动一、厌氧设备的启动 厌氧设备在进入正常运行之前应进行污泥的培养和驯化。厌氧活性污泥可以取自正在工作的厌氧处理构筑物或江河湖泊沼泽底，下水道及污水集积腐臭处等厌氧生境中的污泥，最好选择同类物料厌氧消化污泥。在启动过程中，控制升温速度为1/h，达到要求温度即保持恒温；注意保持pH值在6.87.8之间；此外，有机负荷常常成为影响启动成功的关键性因素。启动的初始有机负荷因工艺类型、废水性质、温度等的工艺条件以及接种污泥的性质而异。第44页/共48页二、厌氧反应器运行中的欠平衡现象及其原因二、厌氧反应器运行中的欠平衡现象及其原因 保持厌氧消化作用的平衡性是厌氧消化系统运行管理的关键。厌氧消化过程易于出现酸化，即产酸量与用酸量不协调，这种现象称为欠平衡。厌氧消化作用欠平衡时可以显示出如下的症状；（1）消化液挥发性有机酸浓度增高；（2）沼气中甲烷含量降低；（3）消化液pH值下降；（4）沼气产量下降；（5）有机物去除率下降。诸症状中最先显示的是挥发性有机酸浓度的增高，故它是一项最有用的监视参数，有助于尽早地察觉欠平衡状态的出现。其他症状则因其显示的滞缓性,或者因其并非专一的欠平衡症状，故不如前者那样灵敏有用。第45页/共48页 厌氧消化作用欠平衡的原因是多方面的，如：有机负荷过高；进水pH值过低或过高；碱度过低缓冲能力差；有毒物质抑制；反应温应急剧波动；池内有溶解氧及氧化剂存在等。一经检测到系统处于欠平衡状态时，就必须立即控制并加以纠正，以避免欠平衡状态进一步发展到消化作用停顿的程度。可暂时投加石灰乳以中和积累的酸，但过量石灰乳能起杀菌作用。解决欠平衡的根本办法是查明失却平衡的原因，有针对性地采取纠正措施。第46页/共48页三、运行管理中的安全要求三、运行管理中的安全要求 厌氧设备运行管理很重要的问题是安全问题。沼气中的甲烷比空气轻、非常易燃，空气中甲烷含量为5%15时，遇明火即发生爆炸。因此消化池、贮气罐、沼气管道及其附属设备等沼气系统，都应绝对密封，无沼气漏出。并且不能使空气有进入沼气系统的可能，周围严禁明火和电气火花。所有电气设备应满足防爆要求。沼气中含有微量有毒的硫化氢，但低浓度的硫化氢就能被人们所察觉。硫化氢比空气重，必须预防它在低凹处积聚。沼气中的二氧化碳也比空气重，同样应防止在低凹处积聚，因为它虽然无毒，却能使人窒息。因此，凡需因出料或检修进入消化池之前，务必以新鲜空气彻底置换池内的消化气体，以策安全。第47页/共48页感谢您的观看！第48页/共48页