水污染控制工程中国地质大学污水的厌氧生物处理学习教案.pptx
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1、会计学 1水污染控制工程中国地质大学 污水的厌氧生物(shngw)处理第一页,共43 页。2023/5/26厌氧生物处理的不足 厌氧生物处理的不足1 1)出水的)出水的COD COD浓度 浓度(nngd)(nngd)高,原则上需要后 高,原则上需要后续处理才能达到较高的排水标准;续处理才能达到较高的排水标准;2 2)厌氧反应器初次启动过程缓慢,一般需要)厌氧反应器初次启动过程缓慢,一般需要8 8 12 12周时间;周时间;3 3)对有毒物质、温度、)对有毒物质、温度、pH pH等环境因素较敏感;等环境因素较敏感;4 4)气味较大;气味较大;5 5)对氨氮的去除效果不好;对氨氮的去除效果不好;第
2、2 页/共43 页第二页,共43 页。2023/5/26第一节 厌氧生物(shngw)处理的基本原理污泥(固态 污泥(固态(gti)(gti)有机物)的消化 有机物)的消化废水(fishu)厌氧生物处理在早期又被称为厌氧消化、厌氧发酵;是指在厌氧条件下由多种(厌氧或兼性)微生物的共同作用下,使有机物分解并产生CH4和CO2的过程。第3 页/共43 页第三页,共43 页。2023/5/26一、厌氧生物(shngw)处理中的基本生物(shngw)过程阶段性理论 nn 1、两阶段理论(lln)nn 2、三阶段理论(lln)nn 3、四阶段理论(lln)(四菌群学说)nn 4、多阶段理论(lln)第4
3、 页/共43 页第四页,共43 页。2023/5/261、两阶段(jidun)理论 图1厌氧反应的两阶段理论图示内源呼吸产物碱性发酵阶段酸性发酵阶段水解胞外酶胞内酶产甲烷菌胞内酶产酸菌不溶性有机物可溶性有机物细菌细 胞脂肪酸、醇类、H2、CO2其它产物细菌细胞 CO2、CH420世纪3060年代,被普遍接受(jishu)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(xjn)或产酸细菌(xjn);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
4、:产甲烷阶段,又称碱性发酵阶段产甲烷菌利用前一阶段的产物,并将其转化为CH 4 和CO 2;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,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。第5 页/共43 页第五页,共43 页。2023/5/262、三阶段(jidun)理论n n 对厌氧微生物学的深入研究后,发现将厌氧消化过程简单 对厌氧微生物学的深入研究后,发现将厌氧消化过程简单(ji(ji ndn)ndn)地划分为上述两个过程,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 不
5、能真实反映厌氧反应过程的本质 n n 产甲烷菌是一类十分特别的古细菌(产甲烷菌是一类十分特别的古细菌(Archea Archea),特点是:只能利用一些简单),特点是:只能利用一些简单(ji(ji ndn)ndn)有机 有机物作为基质,其中主要是一些简单 物作为基质,其中主要是一些简单(ji(ji ndn)ndn)的一碳物质如甲酸、甲醇、甲基胺类以及 的一碳物质如甲酸、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2 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甲醇以外的醇 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甲醇以外的醇类 类 n n 上世纪 上世纪70 7
6、0年代,年代,Bryant Bryant发现原来认为是一种被称为 发现原来认为是一种被称为“奥氏产甲烷菌 奥氏产甲烷菌”的细菌,实际上是由两 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 种细菌共同组成的,一种细菌首先把乙醇氧化为乙酸和H2 H2(一种产氢产乙酸细菌),另一(一种产氢产乙酸细菌),另一种细菌则利用 种细菌则利用H2 H2和 和CO2 CO2产生 产生CH4 CH4(一种真正意义上的产甲烷细菌(一种真正意义上的产甲烷细菌 嗜氢产甲烷细菌)嗜氢产甲烷细菌)第6 页/共43 页第六页,共43 页。2023/5/26Bryant的“三阶段(jidun)理论”说明
7、:1)I、II、III为三阶段(jidun)理论,I、II、III、IV为四类群理论;2)所产生的细胞物质未表示在图中III发酵性细菌脂肪酸、醇类产氢产乙酸菌 II同型产乙酸菌IV有机物乙酸H2+CO2CH4I产甲烷菌图2厌氧反应(fnyng)的三阶段理论和四类群理论I 水解、发酵阶段:II 产氢产乙酸阶段:产氢产乙酸菌,将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H 2/CO 2;III 产甲烷阶段:产甲烷菌利用乙酸和 H 2、CO 2 产生CH 4;一般认为,在厌氧生物处理过程中约有70%的CH4产自乙酸的分解,其余的则产自H2和CO2 第7 页/共43 页第七页,共43 页。2023/5/2
8、63、四阶段理论(lln)(四菌群学说)n n 在上述三阶段 在上述三阶段(jidun)(jidun)理论的基础上,增加一类细菌 理论的基础上,增加一类细菌 同型产乙酸菌,其 同型产乙酸菌,其主要功能是可以将产氢产乙酸细菌产生的 主要功能是可以将产氢产乙酸细菌产生的H2/CO2 H2/CO2合成为乙酸。合成为乙酸。n n 研究表明,实际上这一部分由 研究表明,实际上这一部分由H2/CO2 H2/CO2合成而来的乙酸的量较少,只占厌氧 合成而来的乙酸的量较少,只占厌氧体系中总乙酸量的 体系中总乙酸量的5%5%左右。左右。n n 总体来说,总体来说,“三阶段 三阶段(jidun)(jidun)理论
9、 理论”、“四阶段 四阶段(jidun)(jidun)理论 理论”是目前公 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。认的对厌氧生物处理过程较全面和较准确的描述。第8 页/共43 页第八页,共43 页。2023/5/264、多阶段(jidun)理论nn 当利用厌氧生物处理工艺处理含有(hn yu)复杂有机物的时候,在厌氧反应器中发生的反应会远比上述“三阶段理论”、“四阶段理论”中所描述的反应过程复杂 第9 页/共43 页第九页,共43 页。2023/5/26二、厌氧消化过程(guchng)中的主要微生物1 1、发酵细菌(产酸细菌):、发酵细菌(产酸细菌):主要功能 主要功能 水解 水
10、解 在胞外酶的作用下,将不溶性有机物水解成可溶性 在胞外酶的作用下,将不溶性有机物水解成可溶性有机物;有机物;酸化 酸化 将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等;将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等;主要的发酵产酸细菌:梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐 主要的发酵产酸细菌:梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等;杆菌属等;水解过程较缓慢 水解过程较缓慢(hu(hu nmn)nmn),并受多种因素影响(,并受多种因素影响(pH pH、SRT SRT、有机物种类等);有机物种类等);产酸反应的速率较快;产酸反应的速率较快;大多数是厌氧菌,也有大量是兼性厌氧菌;大多数是厌氧菌,也有大量是
11、兼性厌氧菌;可以按功能来分:纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解 可以按功能来分:纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。发酵(f jio)细菌(产酸细菌)、产氢产乙酸菌、产甲烷菌第10 页/共43 页第十页,共43 页。2023/5/262、产氢产乙酸(y sun)菌 n n 产氢产乙酸细菌 产氢产乙酸细菌(xjn)(xjn)的主要功能是将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙 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 酸和H2 H2;为产甲烷细菌;为产甲烷细菌(xjn)(xjn)提供合适的基质,在厌氧系统中常常与产甲烷 提
12、供合适的基质,在厌氧系统中常常与产甲烷细菌 细菌(xjn)(xjn)处于共生互营关系。处于共生互营关系。n n 主要的产氢产乙酸反应有:主要的产氢产乙酸反应有:n n 主要的产氢产乙酸细菌 主要的产氢产乙酸细菌(xjn)(xjn)多为:互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、多为:互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等;多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。暗杆菌属等;多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。第11 页/共43 页第十一页,共43 页。2023/5/263、产甲烷菌 nn 产甲烷菌有各种不同的形态,常见的有:产甲烷杆菌;产甲烷球菌(qijn);产甲烷八叠球菌(qijn);产甲烷丝菌;等等。甲烷细
13、菌生长(shngzhng)的影响因素 pH值:6.87.2 温度:最适温度 3538oC(中温)5255oC(高温)第12 页/共43 页第十二页,共43 页。2023/5/26三、厌氧消化(xiohu)过程中的影响因素1、pH2、温度中温3538、高温52553、污泥龄4、混合和搅拌5、营养(yngyng)与C/N比 与好氧相比6、有毒物质 重金属、H2S、氨等第13 页/共43 页第十三页,共43 页。2023/5/26第二节 污水的厌氧生物(shngw)处理方法一、化粪池处理厕所(c su)的粪便污水。进入下水道。第14 页/共43 页第十四页,共43 页。2023/5/26二、厌氧生物
14、滤池(固着(zhe)生长厌氧生物处理)Anaerobic Filter优点:负荷率高;可保持高微生物浓度;出水SS小;设备简单,操作方便缺点:滤料费用高;滤料易堵塞(ds),不适合SS高的废水。第15 页/共43 页第十五页,共43 页。2023/5/262 固着生长(shngzhng)厌氧生物处理法(厌氧生物滤池)2.1 升流式厌氧填充(tinchng)床反应器 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(fishu)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(fishu)中有机污染物被去除。所处理的废水(fishu)的CO
15、D浓度范围较宽,约在30085000mg/l之间,处理效果良好,运行管理方便;与好氧生物滤池相似,厌氧生物滤池是装填有滤料的厌氧生物反应器,在滤料的表面形成了以生物膜形态生长的微生物群体,在滤料的空隙中则截留了大量悬浮生长的厌氧微生物,废水(fishu)通过滤料层向上流动或 向下流动时,废水(fishu)中的有机物被 截留、吸附及分解转化为甲烷和 二氧化碳等。分为升流式厌氧生物滤池、降流式厌氧生物滤池和升流式混合型厌氧生物滤池等三种形式 第16 页/共43 页第十六页,共43 页。2023/5/26 升流式厌氧生物滤池,废水由底部进入,向上 升流式厌氧生物滤池,废水由底部进入,向上(xings
16、hng)(xingshng)流动通过滤料层,处理水 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,生物量大部分以生物膜的形式附在滤料表面,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 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,滤池高,降流式厌氧生物滤池,处理水由滤池底部排出,沼气收集管仍设于池顶部上端,堵塞 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。问题不如升流式厌氧生物
17、滤池那样严重。特点:特点: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HRT HRT,耐冲击负荷能力强;,耐冲击负荷能力强;启动时间较短,停止运行后的再启动也较容易;启动时间较短,停止运行后的再启动也较容易;无需回流污泥,运行管理方便;无需回流污泥,运行管理方便;运行稳定性较好。而主要缺点是易堵塞,会给运行造成困 运行稳定性较好。而主要缺点是易堵塞,会给运行造成困 难。难。第17 页/共43 页第十七页,共43 页。2023/5/262.2 厌氧膨胀(png zhng)床与流化床反应器 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
18、烟煤、活性炭、陶粒(to l)和沸石等,填料粒径一般为0.2 lmm。废水从床底部流人,为使 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10 20 称膨胀床,颗粒略呈膨胀状态,但仍保持 互相接触;膨胀率为20 70 时,称为流化 床,颗粒在床中作无规则自由运动。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。2.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。第18 页/共43 页第十八页,共43 页。2023/5/262.3 厌氧生物
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