污染控制厌氧工艺与设备

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1、污染控制微生物工程 刘廷志刘廷志 张红杰张红杰 60601169 60601988 6号楼号楼421 生物楼生物楼2081四、厌氧处理技术的发展四、厌氧处理技术的发展18961896年年，英英国国出出现现第第一一座座用用于于处处理理生生活活污污水的厌氧消化池，产沼气用于街道照明；水的厌氧消化池，产沼气用于街道照明；19141914年，美国年，美国1414城市建立厌氧消化池；城市建立厌氧消化池；5050S S中期，出现厌氧接触反应器；中期，出现厌氧接触反应器；6060S S末，厌氧滤池末，厌氧滤池(Anaerobic Filter,AF(Anaerobic Filter,AF）7070S S，厌

2、氧处理的最大突破，厌氧处理的最大突破，UASBUASB；2污水厌氧生物处理的发展过程污水厌氧生物处理的发展过程 早期发展早期发展 18811950年年 第二代厌氧反应器第二代厌氧反应器 1955年年开发了开发了厌氧接触法厌氧接触法新工艺新工艺，标，标 志志着现代厌氧反应器的开端。着现代厌氧反应器的开端。第三代厌氧反应器第三代厌氧反应器 1980年年Switzenbaum等推出了厌氧附着等推出了厌氧附着膜膨胀膜膨胀 床反应器（床反应器（AAFEB）,还有厌氧流化还有厌氧流化床（床（AFB）。）。厌氧处理发展可分为三个阶段厌氧处理发展可分为三个阶段3厌氧法的工艺和设备厌氧法的工艺和设备微生物生长状

3、态微生物生长状态微生物生长状态微生物生长状态:厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法(anaerobic activated sludge)(anaerobic activated sludge)；厌氧生物膜法厌氧生物膜法厌氧生物膜法厌氧生物膜法(anaerobic slime)(anaerobic slime)；运行方式运行方式运行方式运行方式:间歇式间歇式间歇式间歇式(batch)(batch)、连续式、连续式、连续式、连续式(continuous)(continuous)和和和和半连续半连续半连续半连续式式式式(semi-continuous)(semi-continu

4、ous)；根据物质转化步骤根据物质转化步骤根据物质转化步骤根据物质转化步骤:一步厌氧消化一步厌氧消化一步厌氧消化一步厌氧消化(one stage digestion)(one stage digestion)两步厌氧消化两步厌氧消化两步厌氧消化两步厌氧消化(two stage digestion)(two stage digestion)等等等等 厌氧活性污泥法包括厌氧活性污泥法包括厌氧活性污泥法包括厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触池、普通消化池、厌氧接触池、普通消化池、厌氧接触池、普通消化池、厌氧接触池、上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床

5、反应器等。等。等。等。4(一一)普通厌氧消化池普通厌氧消化池 普通消化池又称传统或常规消化池普通消化池又称传统或常规消化池普通消化池又称传统或常规消化池普通消化池又称传统或常规消化池 5厌氧消化池搅拌方式(a)(a)池内机械搅拌；池内机械搅拌；池内机械搅拌；池内机械搅拌；(b)(b)沼气搅拌；沼气搅拌；沼气搅拌；沼气搅拌；(c)(c)循环消化液搅拌。循环消化液搅拌。循环消化液搅拌。循环消化液搅拌。6厌氧消化池加热方式厌氧消化池加热方式高温高温厌氧消化需要加温，常用加氧消化需要加温，常用加热方式有方式有三种三种:(a)池外加池外加热(b)直接加直接加热；(c)池内池内热交交换管。管。7普通消化池

6、的普通消化池的优点点:可直接处理悬浮固体含量较高料液。可直接处理悬浮固体含量较高料液。结构较简单。结构较简单。普通消化池的缺点普通消化池的缺点:缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，难以保持大量的微生物细胞。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的问题。严重，微生物不能与料液均匀接触的问题。温度不均匀，消化效率低。温度不均匀，消化效率低。8（二）厌氧滤池（二）厌氧滤池 厌氧滤池（厌氧滤池（anaerobic filteranaerobic filter又称又称厌氧

7、固定膜厌氧固定膜反应器）。反应器）。厌氧微生物附着于填料的表面生长，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。解，并产生沼气，沼气从池顶部排出。9升流式厌氧滤池升流式厌氧滤池升流式厌氧滤池升流式厌氧滤池；降流式厌氧滤池降流式厌氧滤池降流式厌氧滤池降流式厌氧滤池。升流式厌氧生物滤池结构10厌氧生物氧生物滤池的特征：池的特征：厌氧生物固定化厌氧生物固定化厌氧微生物量分布不均匀厌氧微生物量分布不均匀进水部位容易发生堵塞现象进水部位容易发生堵塞

8、现象。11厌氧生物滤池的特点是：厌氧生物滤池的特点是：（a a）表表面面积积大大，生生物物量量较较高高，停停留留时时间间长长，平平均均停停留留时时间间长长达达100100天天左左右右，可可承承受受的的有有机机容容积积负负荷荷高高，CODCOD容容积积负负荷荷为为2-16 2-16 kgCOD/kgCOD/(m(m3 3d)d)，且耐冲击负荷能力强；，且耐冲击负荷能力强；12（b b）废水与生物膜两相接触面大，强化了传）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质过程，因而有机物去除速度快（c c）微生物固着生长为主，不易流失，因此）微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污泥

9、回流和搅拌设备；不需污泥回流和搅拌设备；（d d）启动时间短。）启动时间短。（e e）处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发）处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发生堵塞。生堵塞。13主要缺点：主要缺点：滤料费用较贵滤料费用较贵 滤料容易堵塞滤料容易堵塞主要优点：主要优点：处理能力较高处理能力较高 滤池内可以保持很高的微生物浓度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、出水不需另设泥水分离设备、出水SS较较 低低 设备简单、操作方便设备简单、操作方便14（三）（三）厌氧接触法厌氧接触法 在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了化池，形成了厌氧

10、接触法（厌氧接触法（anaerobic contact process)。厌厌厌厌氧氧氧氧接接接接触触触触法法法法工工工工艺艺艺艺动动动动画画画画15 厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法，厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法，不需要曝气而需要脱气。不需要曝气而需要脱气。厌氧接触法对悬浮物高的有机废水厌氧接触法对悬浮物高的有机废水(如如肉类加工废水等肉类加工废水等)效果很好，悬浮颗粒成为效果很好，悬浮颗粒成为微生物的载体，并且很容易在沉淀池中沉微生物的载体，并且很容易在沉淀池中沉淀。淀。在混合接触池中，要进行适当搅拌以在混合接触池中，要进行适当搅拌以使污泥保持悬浮状态。搅拌可以用机械方使污泥保持悬浮状

11、态。搅拌可以用机械方法，也可以用泵循环池水。法，也可以用泵循环池水。16厌氧接触法的特点氧接触法的特点:（a a）通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，）通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为一般为10-15g/L10-15g/L，耐冲击能力强；，耐冲击能力强；（b b）消消化化池池的的容容积积负负荷荷较较普普通通消消化化池池高高，中中温温消消化化时时，一一般般为为2-l0kgCOD/m2-l0kgCOD/m3 3dd，水水力力停停留留时时间间比比普普通通消消化化池池大大大大缩缩短短，如如常常温温下下，普普通通消消化化池池为为15-3015-30天，而接触法小于天，而接触法小于101

12、0天；天；17（c c）可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的）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；料液，不存在堵塞问题；（d d）混合液经沉降后，出水水质好，）混合液经沉降后，出水水质好，（e e）但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备）但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备 （f f）厌氧接触法存在）厌氧接触法存在混合液难于在沉淀池中进行固混合液难于在沉淀池中进行固液分离液分离的缺点的缺点。18（四）膨胀颗粒污泥床反应器（四）膨胀颗粒污泥床反应器（EGSBEGSB）上流速度高（2.5-6m/h），远高于UASB所采用的0.5-2.5m/h，污泥床处于部分或全部“膨胀

13、化”。适宜处理低浓度废水（1500mg/L以下）目前尚未形成生产规模应用。19（五）上流式厌氧污泥床反应器（五）上流式厌氧污泥床反应器UASBUASB1 概述概述2 基本特点（优点、缺点）基本特点（优点、缺点）3 UASB的构造和组成的构造和组成4 颗粒污泥颗粒污泥5 UASB的设计的设计 （1 1）容积）容积）容积）容积 （2 2）配水）配水）配水）配水 （3 3）排泥的设计）排泥的设计）排泥的设计）排泥的设计 （4 4）结构设计的要求）结构设计的要求）结构设计的要求）结构设计的要求 （5 5）三相分离器设计）三相分离器设计）三相分离器设计）三相分离器设计6 UASB的启动的启动20上流式厌

14、氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器:UASB（upflow anaerobic sludge blanket reactor)是由荷兰的是由荷兰的G.Lettnga等人在上世纪等人在上世纪70年代年代初研制开发的。初研制开发的。污泥床反应器内没有人工载体，反应器内微污泥床反应器内没有人工载体，反应器内微生物以自身聚集生长，为颗粒污泥状态存在，生物以自身聚集生长，为颗粒污泥状态存在，因而能达到高生物量和高效高负荷。因而能达到高生物量和高效高负荷。1概述概述21上流式上流式厌氧氧污泥床的池形有泥床的池形有圆形、方形、矩形、方形、矩形。小型装置常形。小型装置常为圆柱形，底部呈柱形，底部呈锥形或形或

15、圆弧形。弧形。大型装置大型装置为便于便于设置气、液、固三相分离器，置气、液、固三相分离器，则一般一般为矩形，高度一般矩形，高度一般为3-8m，其中，其中污泥床泥床1-2m，污泥泥悬浮浮层2-4m，多用，多用钢结构构或或钢筋混凝土筋混凝土结构。构。22UASBUASB反应器示意图反应器示意图23UASB外形图24UASB顶部图25UASB气帽图262上流式厌氧污泥床反应器的上流式厌氧污泥床反应器的基本基本特点特点 优点：优点：优点：优点：（a a a a）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓

16、度为度为度为度为30-40g/L30-40g/L30-40g/L30-40g/L，其中底部污泥床，其中底部污泥床，其中底部污泥床，其中底部污泥床(sludge bed)(sludge bed)(sludge bed)(sludge bed)污泥污泥污泥污泥浓度浓度浓度浓度60-80g/L60-80g/L60-80g/L60-80g/L，污泥悬浮层，污泥悬浮层，污泥悬浮层，污泥悬浮层(sludge blanket)(sludge blanket)(sludge blanket)(sludge blanket)污泥污泥污泥污泥浓度浓度浓度浓度5-7g/L5-7g/L5-7g/L5-7g/L；污泥床

17、中的污泥由活性生物量占污泥床中的污泥由活性生物量占污泥床中的污泥由活性生物量占污泥床中的污泥由活性生物量占70-70-8080的高度发展的的高度发展的的高度发展的的高度发展的颗粒污泥颗粒污泥颗粒污泥颗粒污泥(sludge granules)(sludge granules)组成，组成，组成，组成，颗粒的直径一般在颗粒的直径一般在颗粒的直径一般在颗粒的直径一般在0.5-5.0mm0.5-5.0mm之间，颗粒污泥是之间，颗粒污泥是之间，颗粒污泥是之间，颗粒污泥是UASBUASB反应器的一个重要特征。反应器的一个重要特征。反应器的一个重要特征。反应器的一个重要特征。27（b）有机负荷高，）有机负荷高

18、，水力停留时间短，中温消化，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷在小试验和中型试验中可高达容积负荷在小试验和中型试验中可高达20-40kg COD/（m3d）在大型生产装置中可达到）在大型生产装置中可达到 6-8kg COD/（m3d）。）。（c）反应器内设三相分离器）反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污，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；泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；简化了工艺，节约了投资和运行费用。简化了工艺，节约了投资和运行费用。（d）无混合搅拌设备。）无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动；本身产生的

19、沼气和进水来搅动；（e e）污泥床内不填载体，）污泥床内不填载体，提高了容积利用率，提高了容积利用率，节节省造价及避免堵塞问题。省造价及避免堵塞问题。28缺点：缺点：（a a a a）大型装置内会有短流现象（要求配水装置性能）大型装置内会有短流现象（要求配水装置性能）大型装置内会有短流现象（要求配水装置性能）大型装置内会有短流现象（要求配水装置性能要好）要好）要好）要好）（b b b b）进水进水进水进水SSSSSSSS要求要求要求要求200mg/L200mg/L200mg/L200mg/L，以免对污泥颗粒化不，以免对污泥颗粒化不，以免对污泥颗粒化不，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积

20、，甚至引起堵塞利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞（c c c c）在没有颗粒污泥接种的情况下，启动时间长）在没有颗粒污泥接种的情况下，启动时间长）在没有颗粒污泥接种的情况下，启动时间长）在没有颗粒污泥接种的情况下，启动时间长（d d d d）对水质和负荷突然变化比较对水质和负荷突然变化比较对水质和负荷突然变化比较对水质和负荷突然变化比较敏感敏感敏感敏感（e e e e）要求水温高些，最好）要求水温高些，最好）要求水温高些，最好）要求水温高些，最好35353535以上。以上。以上。以上。29 3 UASB的构造和组成

21、的构造和组成3031颗粒颗粒(granules)菌胶团菌胶团(pellets)絮体（絮体（flocs)絮状污泥絮状污泥(nocculent sludge)4 厌氧颗粒污泥厌氧颗粒污泥325 UASB 的设计（三相分离）的设计（三相分离）33三相分离器设计三相分离器设计 三相分离器的基本构造三相分离器的基本构造：三相分离器的型式是多种多样三相分离器的型式是多种多样的，但其三项的，但其三项主要功能均为气液分主要功能均为气液分离、固液分离和污泥回流；离、固液分离和污泥回流；主要组主要组成部分为气封、沉淀区和回流缝。成部分为气封、沉淀区和回流缝。34356升流式厌氧污泥床反应器的启动升流式厌氧污泥床反

22、应器的启动 UASB反应器的启动可分为两个阶段反应器的启动可分为两个阶段:l接种污泥在适宜的驯化过程中获得一个合接种污泥在适宜的驯化过程中获得一个合理分布的微生物群体。理分布的微生物群体。l这种合理分布群体的大量生长、繁殖这种合理分布群体的大量生长、繁殖 启动具体过程如下：启动具体过程如下：36工作过程参数工作过程参数污泥浓度：污泥浓度：40-80g/L容积负荷：容积负荷：10-20kgCOD/（m3d）。荷兰Biothane公司为加拿大Bathurst造纸公司设计15600m3UASB反应器，日处理造纸废水185tCOD。37厌氧、好氧结合工艺实例厌氧、好氧结合工艺实例38(六)IC反应器I

23、C（internal circulation）反应器是新一代高效厌氧反应器，废水在反应器中自下而上流动，污染物被细菌吸附并降解，净化过的水从反应器上部流出。39(六)IC反应器优点优点（1）容积负荷高：IC反应器内污泥浓度高，微生物量大，且存在内循环，传质效果好，进水有机负荷可超过普通厌氧反应器的3倍以上。（2）节省投资和占地面积：IC 反应器容积负荷率高出普通UASB 反应器3倍左右，其体积相当于普通反应器的1/41/3 左右，大大降低了反应器的基建投资；而且IC反应器高径比很大（一般为48），所以占地面积少。3）抗冲击负荷能力强：处理低浓度废水（COD=20003000mg/L）时，反应器

24、内循环流量可达进水量的23 倍；处理高浓度废水（COD=1000015000mg/L）时，内循环流量可达进水量的1020倍。大量的循环水和进水充分混合，使原水中的有害物质得到充分稀释，大大降低了毒物对厌氧消化过程的影响。40(六)IC反应器优点（4）抗低温能力强：温度对厌氧消化的影响主要是对消化速率的影响。IC反应器由于含有大量的微生物，温度对厌氧消化的影响变得不再显著和严重。通常IC反应器厌氧消化可在常温条件（2025）下进行，这样减少了消化保温的困难，节省了能量。（5）具有缓冲pH值的能力：内循环流量相当于第1 厌氧区的出水回流，可利用COD转化的碱度，对pH值起缓冲作用，使反应器内pH值

25、保持最佳状态，同时还可减少进水的投碱量。（6）内部自动循环，不必外加动力：普通厌氧反应器的回流是通过外部加压实现的，而IC 反应器以自身产生的沼气作为提升的动力来实现混合液内循环，不必设泵强制循环，节省了动力消耗。IC 反应器当前在造纸行业应用较多的是用各类废纸作原料的造纸企业，处理的目的包括实现一般的达标排放，通过治理后的废水回用，从而达到节水和治污的双重目的。41(六)IC反应器缺点：IC缺点尤其在污水可生化性不是太好的情况下，由于水力停留时间比较短去除率远没有UASB高，增加了好氧的负担。另外，IC由于气体内循环，特别是对进水水质不太稳定的厂，导致IC出水水量极不稳定，出水水质也相对不稳定，有时可能还会出现短暂不出水现象，对后序处理工艺是有影响的。42思考题厌氧接触氧化和厌氧消化有哪些共同特点？UASB分为几个功能区，各自有什么功能？43