厌氧生化法全解课件.ppt
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1、厌氧生化法厌氧生化法The Anaerobic Processes15.1 15.1 概概 述述15.2 15.2 厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理15.3 15.3 厌氧生物处理工艺和设备厌氧生物处理工艺和设备15.4 15.4 厌氧法的影响因素厌氧法的影响因素 15.5 15.5 产气量计算产气量计算15.6 15.6 厌氧法工艺的新进展厌氧法工艺的新进展15.1 15.1 概概 述述厌氧生物处理是环境工程与能源工程中的一项重要技术。厌氧生物处理是环境工程与能源工程中的一项重要技术。以前,多用于以前,多用于剩余污泥剩余污泥、有机废弃物有机废弃物及部分及部分高浓度有机废高浓度有机废水
2、水的处理。的处理。目前,不仅用于处理剩余污泥和高浓度有机废水,也用于目前,不仅用于处理剩余污泥和高浓度有机废水,也用于处理处理中、低浓度有机废水中、低浓度有机废水,包括,包括城市污水城市污水。1 1 厌氧法的主要特点厌氧法的主要特点(1 1)适用范围广适用范围广好氧法:中、低浓度有机废水。好氧法:中、低浓度有机废水。厌氧法:高、中、低浓度有机废水;好氧难降解有机物厌氧法:高、中、低浓度有机废水;好氧难降解有机物 (如固体有机物、某些偶氮染料等)。(如固体有机物、某些偶氮染料等)。(2 2)能耗低能耗低好氧法:曝气费用随着有机物浓度的增加而增大。好氧法:曝气费用随着有机物浓度的增加而增大。厌氧法
3、:不充氧,且沼气可作为能源。厌氧法:不充氧,且沼气可作为能源。当原水当原水BODBOD5 5达到达到1500mg/L1500mg/L时,厌氧处理即有能量剩余。时,厌氧处理即有能量剩余。厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/101/10。(3 3)高负荷高负荷好氧:好氧:2-4 kgBOD/(m2-4 kgBOD/(m3 3d)d)厌氧:厌氧:2-lO kgCOD/(m2-lO kgCOD/(m3 3d)d),高的可达高的可达50 kgCOD/(m50 kgCOD/(m3 3d)d)。(4 4)剩余污泥产率低剩余污泥产率低,浓缩性、脱水性良好,浓缩性、脱水性良好 好
4、氧:好氧:0.4-O.60.4-O.6 kg kg生物量生物量/kgCODkgCOD 厌氧:厌氧:0.02-0.l0.02-0.l kg kg生物量生物量/l/l kgCODkgCOD 消化污泥在卫生学和化学上是稳定的。消化污泥在卫生学和化学上是稳定的。(5 5)氮、磷营养需要量较少)氮、磷营养需要量较少好氧:好氧:BOD:N:PBOD:N:Pl00:5:1l00:5:1厌氧:厌氧:BOD:N:PBOD:N:Pl00:2.5:0.5l00:2.5:0.5(6 6)有杀菌作用)有杀菌作用(7 7)污泥易贮存)污泥易贮存(1 1)厌氧微生物增殖缓慢,厌氧设备启动和厌氧处理所需时)厌氧微生物增殖缓慢
5、,厌氧设备启动和厌氧处理所需时间比好氧长;间比好氧长;(2 2)出水达不到排放标准,需进一步处理,一般在厌氧处理)出水达不到排放标准,需进一步处理,一般在厌氧处理后串联好氧处理;后串联好氧处理;(3 3)厌氧处理系统操作控制因素较为复杂;)厌氧处理系统操作控制因素较为复杂;(4 4)厌氧过程产生气味对空气有污染。)厌氧过程产生气味对空气有污染。2 2 缺缺 陷陷 废水厌氧生物处理是指在废水厌氧生物处理是指在无分子氧无分子氧条件下通过条件下通过厌氧微生物厌氧微生物(anaerobic microbes)(anaerobic microbes)(包括兼氧微生物)的作用,将废水中包括兼氧微生物)的作
6、用,将废水中的各种复杂有机物分解转化成的各种复杂有机物分解转化成甲烷甲烷(methane)(methane)和二氧化碳和二氧化碳(carbon dioxide)(carbon dioxide)等物质的过程,也称为厌氧消化等物质的过程,也称为厌氧消化(anaerobic(anaerobic digestion)digestion)15.2 15.2 厌氧法的基本原理厌氧法的基本原理一、基本原理一、基本原理第一阶段普通厌氧菌碳水化合物、脂肪、蛋白质消化有机酸、乙醇、乙醛第二阶段绝对厌氧菌甲烷二氧化碳消化细胞合成新细胞酶细胞合成厌氧消化两阶段示意图1 1 两阶段理论两阶段理论(30-6030-60年
7、代)年代)第一阶段:第一阶段:发酵阶段发酵阶段 又称产酸阶段或酸性发酵阶段;进行水解和酸化,产物主又称产酸阶段或酸性发酵阶段;进行水解和酸化,产物主要是脂肪酸、醇类、要是脂肪酸、醇类、COCO2 2和和H H2 2等;等;主要参与主要参与微生物微生物:发酵细菌或产酸细菌发酵细菌或产酸细菌;特点特点:1 1)生长快;)生长快;2 2)适应性(温度、)适应性(温度、pHpH等)强。等)强。第二阶段:第二阶段:产甲烷阶段产甲烷阶段 又称碱性发酵阶段;产甲烷菌将前一阶段的产物转化为又称碱性发酵阶段;产甲烷菌将前一阶段的产物转化为CHCH4 4和和COCO2 2;主要参与主要参与微生物微生物:产甲烷菌产
8、甲烷菌;特点特点:1 1)生长慢;)生长慢;2 2)对环境条件(温度、)对环境条件(温度、pHpH、抑制物等)敏感。抑制物等)敏感。在厌氧消化系统中微生物主要分为两大类:非产甲烷菌(non-menthanogens)和产甲烷细菌(menthanogens)。产酸菌和产甲烷菌的特性参数参数产甲烷菌产酸菌对pH的敏感性敏感,最佳pH为6.87.2不太敏感,最佳pH为5.57.0氧化还原电位Eh-350mv(中温),-560mv(高温)2000Na35005500氨氮15003000Fe1710溶解性硫化物200Cr6+3Ca25004500Cr3+500Mg10001500Cd150K250045
9、00酸碱度、酸碱度、pH值和消化液的缓冲作用值和消化液的缓冲作用 微生物活性与微生物活性与pHpH有密切的关系,有密切的关系,pHpH值变化直接影响着消值变化直接影响着消化过程和产物,过高或过低化过程和产物,过高或过低pHpH对微生物是不利的。表现在:对微生物是不利的。表现在:1 1pHpH的变化引起微生物体表面电荷变化,影响微生物对营的变化引起微生物体表面电荷变化,影响微生物对营养物的吸收;养物的吸收;2 2pHpH可促使有机化合物的离子化作用,多数非离子状态化可促使有机化合物的离子化作用,多数非离子状态化合物比离子状态化合物更易渗入细胞;合物比离子状态化合物更易渗入细胞;3 3酶在最适宜的
10、酶在最适宜的pHpH值时发挥最大活性。值时发挥最大活性。15.3 15.3 厌氧法的工艺和设备厌氧法的工艺和设备1 1 化粪池(化粪池(Septic TankSeptic Tank)用于处理来自厕所的粪便废水。曾广泛用于不设污水厂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。的合流制排水系统。2 2 厌氧消化池厌氧消化池 (Digester Digester)常用密闭圆柱形池,废水定期或连续进入池中,经消化的污泥常用密闭圆柱形池,废水定期或连续进入池中,经消化的污泥和废水分别由池底和上部排出,所产沼气从顶部排出。和废水分别由池底和上部排出,所产沼气从顶部排出。池形:圆柱形和
11、蛋形两种。池形:圆柱形和蛋形两种。构造:主要包括污泥的投配、排泥及构造:主要包括污泥的投配、排泥及溢流系统溢流系统,沼气排出、收,沼气排出、收集与集与贮气设备贮气设备、搅拌设备及、搅拌设备及加温设备加温设备等。等。溢流系统溢流系统贮气设备贮气设备加温设备加温设备 主要应用:剩余污泥和固体含量很高的有机废水;主要应用:剩余污泥和固体含量很高的有机废水;主要作用:主要作用:部分有机物转变为部分有机物转变为沼气沼气;部分有机物形成部分有机物形成稳定性良好稳定性良好的腐殖质;的腐殖质;提高污泥的提高污泥的脱水性能脱水性能;减少污泥体积(可达减少污泥体积(可达1/21/2以上以上););致病微生物也得到
12、了一定程度的致病微生物也得到了一定程度的灭活灭活。3 3 厌氧接触法(厌氧接触法(anaerobic contact processanaerobic contact process)消化池后设沉淀池,将沉淀污泥回流至消化池,形成厌消化池后设沉淀池,将沉淀污泥回流至消化池,形成厌氧接触法。氧接触法。特点:特点:(1 1)污泥回流保持消化池内较高污泥浓度()污泥回流保持消化池内较高污泥浓度(10-15g/L10-15g/L),),耐冲击能力强;耐冲击能力强;(2 2)容积负荷较普通消化池高(中温消化时为)容积负荷较普通消化池高(中温消化时为2-2-l0kgCOD/ml0kgCOD/m3 3d d
13、),水力停留时间比普通消化池短(常温下普通),水力停留时间比普通消化池短(常温下普通消化池为消化池为15-3015-30天天,而接触法,而接触法小于小于1010天天););(3 3)可直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液,不)可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;存在堵塞问题;4 4 厌氧生物滤池(厌氧生物滤池(Anaerobic Anaerobic BiofilterBiofilter)优点优点:(:(1 1)生物固体浓度高,有机负荷高生物固体浓度高,有机负荷高,SRT,SRT长,可缩短长,可缩短HRTHRT,耐冲击负荷能力强;耐冲击负荷能力强;(2 2)废水与生物
14、膜接触面大,强化了传质过程,有机物去)废水与生物膜接触面大,强化了传质过程,有机物去除速度快;除速度快;5 5 升流式厌氧污泥层升流式厌氧污泥层(床床)反应器反应器UpflowUpflow Anaerobic Anaerobic Sludge Blanket(Bed)ReactorSludge Blanket(Bed)Reactor上流式厌氧污泥床反应器(上流式厌氧污泥床反应器(UASBUASB反应器),是荷兰反应器),是荷兰G.G.LettngaLettnga等人在等人在7070年代初研制开发的。污泥床反应器内没有载年代初研制开发的。污泥床反应器内没有载体,是一种悬浮生长型的消化器。体,是一
15、种悬浮生长型的消化器。由反应区由反应区、沉淀区和气室三部分组成。沉淀区和气室三部分组成。池形有圆形、方形、矩形。小型装置常为圆柱形,底部呈锥池形有圆形、方形、矩形。小型装置常为圆柱形,底部呈锥形或圆弧形。形或圆弧形。大型装置为便于设置气、液、固三相分离器,一般为矩形,大型装置为便于设置气、液、固三相分离器,一般为矩形,高度一般为高度一般为3-8m3-8m,其中污泥床其中污泥床1-2m1-2m,污泥悬浮层污泥悬浮层2-4m2-4m,多用多用钢结构或钢筋混凝土结构,钢结构或钢筋混凝土结构,(2)(2)反应区:反应区:污泥床区污泥床区:集中大部分高活性的集中大部分高活性的颗粒颗粒污泥污泥,是有机物的
16、主要降解场所;,是有机物的主要降解场所;污泥悬浮区污泥悬浮区:絮状污泥集中的区域。絮状污泥集中的区域。A A、组成:由沉淀区、回流缝和气封、组成:由沉淀区、回流缝和气封组成组成 ;B B、功能:功能:保证出水水质;保证出水水质;将气体将气体(沼气沼气)、固体、固体(污泥污泥)、和、和液体液体(出水出水)分开;分开;保证反应器内污泥量;保证反应器内污泥量;有利于污泥颗粒化有利于污泥颗粒化;把沉淀区的处理后的废水均匀地加以把沉淀区的处理后的废水均匀地加以收集,并排出反应器;收集,并排出反应器;(5)(5)气室:也称集气罩,主要作用是气室:也称集气罩,主要作用是收集沼气;收集沼气;(1)(1)进水配
17、水系统:进水配水系统:将废水均匀地分配到整个反应器将废水均匀地分配到整个反应器的底部;的底部;水力搅拌;水力搅拌;UASBUASB反应器结构反应器结构工艺特征工艺特征 反应器上部设置反应器上部设置了气、固、液三相了气、固、液三相分离器;分离器;在反应器底部设置了均在反应器底部设置了均匀布水系统;匀布水系统;反应器内的污泥能形成颗粒反应器内的污泥能形成颗粒污泥:污泥:颗粒污泥的平均浓度为颗粒污泥的平均浓度为50gVss/l50gVss/l以上;以上;反应器的反应器的HRTHRT相应较短,相应较短,SRTSRT较长;较长;反应器具有很高的容积负荷;反应器具有很高的容积负荷;适合于处理高浓度的有机工
18、业适合于处理高浓度的有机工业废水,废水,具有良好的沉降性能和很高具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。的产甲烷活性。上流式厌氧污泥床反应器特点上流式厌氧污泥床反应器特点:(a a)污泥浓度高)污泥浓度高 平均浓度:平均浓度:30-40g/L30-40g/L,底部:底部:60-80g/L60-80g/L 污泥悬浮层污泥悬浮层(sludge blanket)(sludge blanket):5-7g/L5-7g/L 由颗粒污泥由颗粒污泥(sludge granules)(sludge granules)组成,直径在组成,直径在0.5-5.0mm0.5-5.0mm之间,之间,颗粒污泥是颗粒污泥是UA
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