1、第七章 水的厌氧生物处理,学时：8 形式：理论教学和小组研讨,厌氧生物处理概念和原理,1,厌氧发展过程和特点,2,厌氧接触法,3,厌氧生物滤池（AF）,4,升流式厌氧污泥床（UASB）,5,概念和反应机理,反应机理： 第一阶段是有机物在水解和发酵细菌的作用下，分解成脂肪酸及其它产物； 第二阶段是产氢产乙酸细菌的作用下，进一步转化成氢、二氧化碳和乙酸； 第三阶段是甲烷发酵阶段，又称碱性发酵阶段，是通过两组不同的产甲烷菌的作用，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组对乙酸脱羧产生甲烷。,厌氧生物处理：利用厌氧微生物的代谢过程，在无须提供氧气的情况下将有机物降解转化为无机物和少量的微生物细胞物质。,参
2、与第阶段的微生物包括细菌、原生动物和真菌，统称为水解与发酵细菌多数为专性厌氧菌也有不少兼性厌氧菌：纤维素分解菌、碳水化合物分解菌、蛋白质、脂肪分解菌；原生动物包括：鞭毛虫、纤毛虫和变形虫；真菌：毛、根、共头和曲霉。,第二阶段：产氢产乙酸菌和同型乙酸菌； 第三阶段：产甲烷菌，包括甲烷杆菌、甲烷球菌、甲烷八叠球菌和甲烷螺旋菌。,普通厌氧法：水力停留时间长，基建和运行管理费用高。 高效厌氧法：生物固体浓度增加和污泥龄延长，使得处理能力大大提高，停留时间大为缩短。（1） 第一代厌氧处理工艺：厌氧接触法；（2）第二代厌氧处理工艺：厌氧生物滤池（AF）、升流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧生物转盘、厌氧挡板
3、式反应器、（3）第三代厌氧处理工艺：厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）、复合厌氧法、两相厌氧法。 3、处理对象：生活污泥、高浓度有机废水、生活污水。,厌氧生物处理技术发展过程,优点和缺点,课前预习,厌氧生物处理的对象是什么？ 普通厌氧消化池的缺点是什么？,厌氧接触法实质上就是厌氧活性污泥法。 废水进入厌氧消化池后，依靠池内大量的厌氧微生物絮体降解废水中的有机物，池内设有搅拌设备以保证废水与厌氧生物的充分接触，并促进降解过程中产生的沼气从污泥中分离出来。厌氧接触池流出的泥水混合液进入沉淀分离装置，进行泥水分离。沉淀污泥按一定的要求返回厌氧消化池，以保证消化池内拥有大量的厌氧微生物。,厌氧接触法：原理
4、和工艺流程,由于污泥的回流，反应器内能够维持较高的污泥浓度，大大降低了HRT，且具有一定的耐冲击负荷能力。,厌氧接触法：特点,消化池污泥浓度高，降低了水力停留时间，其挥发性悬浮物的浓度一般为510g/L，耐冲击能力强。 有机容积负荷较高，COD容积负荷一般为15kg/(m3d)，COD去除率为70%80%；BOD5容积负荷为0.52.5kg/(m3d)，BOD5去除率为80%90%。 增设沉淀池、污泥回流系统和真空脱气设备，流程较复杂。 适合处理悬浮物和COD浓度高的废水，生物量（SS）可达到50g/L。,厌氧接触法：存在问题和措施,存在问题 ： 从厌氧反应器排出的混合液中的污泥由于附着大量的
5、气泡，在沉淀池中易于上浮到水面而被出水带走。 二沉池中会产生沼气，是已近沉淀的污泥上翻，导致固液分离效果不佳，影响回流污泥的浓度，进而影响到反应器内的污泥浓度。,措施： 在反应器与沉淀池之间设真空脱气器，进行脱气； 在反应器与沉淀池之间设冷却器（热交换器，利用消化池的出水加热进入反应器的废水），抑制出水中甲烷菌的活动； 投加混凝剂，提高沉淀效果； 用超滤代替滤池。,厌氧接触法：工艺设计,厌氧接触法应用实例：酒厂废水,我国某酒精厂，采用两座20m3消化池，原废水COD浓度5000054000mg/L，COD容积负荷为9.1111.7kgCOD/(m3d)，水力停留时间4.55d，COD去除率达8
6、0%以上。 推算：该处理工艺的处理规模？,厌氧接触法应用实例：屠宰厂废水,厌氧接触法实例分析,应用案例：烟台第二酿酒厂采用厌氧接触工艺处理酒精蒸馏废液，处理水量为100m3/d，原废水COD浓度50000mg/L，容积负荷为10 kgCOD/(m3d)，水力停留时间4.55d,COD去除率达85%以上，BOD5去除率接近90%，SS去除率为97.9%，产气率为4.6m3/(m3d)。 计算：分别按照水力停留时间和有机物容积负荷计算厌氧接触消化池的容积。,厌氧生物滤池（AF）：原理和工艺流程,工作原理：有机废水通过挂有生物膜的滤料时，废水中的有机物扩散到生物膜表面，并被生物膜中的微生物降解转化为
7、生物气。净化后的废水通过排水设备排至池外，所产生的生物气被收集。,升流式厌氧生物滤池：生物总量高，处理效率更高，缺点是底部易于堵塞。 实际工程应用中，绝大部分是升流式厌氧生物滤池。,概念：厌氧生物滤池（AF）是一种内部装有微生物载体（填料）的厌氧反应器，填料改善了微生物的生存环境并提高了微生物的浓度，因此反应器的效率比较高，运行稳定。,厌氧生物滤池（AF）：优点和缺点,优点： 微生物浓度较高，能够承受较高的有机物体积负荷，AF具有良好的运行稳定性，较能承受水质或水量的冲击负荷 ；不需搅拌和回流污泥，但如果出水回流，可降低进水浓度，减小堵塞的可能性，使填料中生物量趋向于均匀分布 ； 设备简单，操
8、作方便，能耗低； 反应器内污泥产率低，运行启动快。 缺点：缺点是进水分配不易均匀，滤料容易堵塞，滤料费用高。 适应对象：主要适用于含悬浮物量很少的溶解性有机废水。,厌氧生物滤池（AF）：工艺设计,厌氧生物滤池应用实例：淀粉废水,厌氧生物滤池实例分析：淀粉废水,处理工艺：厌氧好氧法（AO工艺）；原废水与回流水混合；使用热交换器加热原废水，升流式滤池。 处理规模：400600m3/d（平均550m3/d） COD：1500020000mg/L 原废水温度：1020,滤池容积：1000m3； 反应温度：36 滤料：塑料滤料 COD容积负荷：10 kgCOD/(m3d) 平均水力停留时间：48h CO
9、D去除率：80%,初始条件,运行参数,课前复习,从有机负荷、辅助工艺设备、运行管理、适宜处理对象等方面比较厌氧接触法和厌氧生物滤池？ 在工艺设计中，如何确定厌氧接触法和厌氧生物滤池的反应器容积，通常它们有机容积负荷的取值范围是多少？ 思考厌氧接触法和厌氧生物滤池发展过程中存在的局限。,升流式厌氧污泥床（Upflow Anaerobic sludge Blanket, UASB）：集厌氧生物反应和沉淀于一体，是一种结构紧凑的厌氧生物反应器。污废水从底部进入，自下而上穿过污泥床区、污泥悬浮层区，在三相分离器处实现气、液、固三相的分离。,升流式厌氧污泥床：原理和工艺流程,基本原理与特征： 反应器上部
10、设置气、固、液三相分离器； 反应器内由颗粒污泥替代了填料，颗粒污泥不仅具有良好的沉降性和较高的产甲烷的活性，而且使反应器具有很高的容积负荷。 反应器底部设置均匀布水系统，反应器内不设搅拌设备，混合由上升水流和反应产生的沼气扰动完成；,进水配水系统： 将废水均匀地分配到整个反应器的底部； 水力搅拌；一个有效的进水配水系统是保证UASB反应器高效运行的关键之一。 反应区：反应区是UASB反应器中生化反应发生的主要场所，分为污泥床区和污泥悬浮区。污泥床区主要集中了大部分高活性的颗粒污泥，是有机物的主要降解场所；而污泥悬浮区则是絮状污泥集中的区域。 三相分离器： 三相分离器由沉淀区、回流缝和气封等组成
11、；其主要功能有： 将气体(沼气)、固体(污泥)、和液体(出水)分开； 保证出水水质； 保证反应器内污泥量； 有利于污泥颗粒化。 出水系统： 主要作用是收集沉淀区的出水，并排出反应器。 气室： 气室也称集气罩，其主要作用是收集沼气。 浮渣收集系统： 主要功能是清除沉淀区液面和气室液面的浮渣。 排泥系统： 排泥系统的主要功能是均匀地排除反应器内的剩余污泥。,升流式厌氧污泥床：构造,污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度2040gVSS/L，污泥龄30天以上。 水力停留时间相应较短；容积负荷高，中温达10kgCOD/(m3d)以上，甚至高达1540 10kgCOD/(m3d) 。 UASB反应器集生物反应
12、和沉淀分离于一体，不需要沉淀池和污泥回流装置；无需设置搅拌设备，上升水流和沼气产生的上升气流起到搅拌的作用；无需设置填料，无堵塞问题；构造简单，造价相对较低，操作运行方便。 不仅适合于处理高、中浓度的有机工业废水，也适合于处理低浓度的城市污水。 缺点：启动周期比较长，一般416周。,升流式厌氧污泥床：特点,UASB设计：三相分离器,混合液进入沉淀区时，不能携带气泡； 沉淀区表面水力负荷应在0.7m3/(m2h); 通过沉淀槽底缝隙上升流速不大于2m/h； 沉淀槽斜底与水平面交角不应小于50度。,UASB设计内容： 选定池型，确定反应器有效容积及主要尺寸； 设计进水系统、配水系统和出水系统; 选
13、定三相分离器的形式，确定设备尺寸。,反应器设计说明： 反应器一般采用容器负荷法； 容积负荷率随污水温度而变化，查设计手册确定; UASB有效高度以46m为宜，直径或边长530m； 通常设计两座以上反应器。,UASB设计：反应器,UASB调试：污泥床的启动,最好一次投加足够量的接种污泥； 从污泥床流出的污泥一般不需回流，以使特别轻的污泥连续地从污泥床流出，使较重的污泥在床内积累，并促进其增殖进行颗粒化； 最初污泥负荷率应低于0.10.2kgCOD/kgTSS.d； 污水中原来存在的和产生出来的多种挥发酸未能有效分解之前，不应提高有机容积负荷率； 可降解的COD去除率达到80左右时，才能增加有机容
14、积负荷率； 为促进污泥颗粒化，反应区内的最小空塔速度为1m/d，采用较高的表面水力负荷有利于小颗粒污泥与污泥絮凝分开，使小颗粒污泥发展为大颗粒。,UASB应用实例：酿造废水,处理规模：3060m3/d COD：20006000mg/L；BOD5：14002200mg/L；SS：3302600mg/L；pH:6.0 原废水温度：1528,滤池容积：130m3, 两格； 反应温度：常温 COD容积负荷：25 kgCOD/(m3d) 平均水力停留时间：30h COD去除率：82%,初始条件,运行参数,书面作业：教材第222页，第1题，第3题，第4题，第6题。 完成要求：课后完成，提交作业本，人人都要
15、提交。 成绩权重：5分,小组合作研讨任务： 任务一：比较厌氧接触法、上流式厌氧滤池（AF）和升流式厌氧污泥床（UASB）三种厌氧反应器的原理、工艺流程、主要特点和适应范围，以列表形式完成。 任务二：图示UASB的构造，并简述其工作原理。 研讨时间：第二周周四下午 完成要求：课堂完成，3人一个小组，以小组为单位提交。 参考书籍：需要自行提前到图书馆借阅参考书。 成绩权重：15分，其中课堂讨论表现5分，完成质量10分。,各种高速厌氧反应器的特征,升流式厌氧污泥床构造：废水为上向流，反应器的上部设置了三相分离器，反应区中根据污泥的分布状况和密室程度分为下部的污泥床区和上部的污泥悬浮层区。,升流式厌氧
16、污泥床基本原理： 污废水从底部进入反应器，自下而上穿过污泥床区、污泥悬浮层区，在三相分离器处实现气、液、固三相的分离。 反应器底部设置均匀布水系统，反应器内不设搅拌设备； 进水底物和厌氧活性污泥充分接触而得到降解，并产生沼气。 产生的沼气形成小气泡，小气泡上升将污泥颗粒托起，污泥层产生膨胀，污泥颗粒在气泡和自身重力的作用下持续产生上下运动，进一步促进了进水底物和厌氧活性污泥的反应；颗粒污泥不仅具有良好的沉降性和较高的产甲烷的活性，而且使反应器具有很高的容积负荷； 很小的颗粒或絮状物污泥一般存在于污泥层上面，形成悬浮层； 反应器上部设置气、固、液三相分离器，气体通过气室收集，污泥和水进入沉淀区，
17、上清液通过沉淀区出水堰排出，污泥被截留在三相分离取下部并沉降到反应区。,参考书籍,废水处理工程，唐受印等，北京：化学工业出版社，1999 水污染控制工程，高廷耀等，北京：高等教育出版社，1996 水处理工程师手册，唐受印等，北京：化学工业出版社，2000 三废处理工程手册（废水卷），王凯军等，北京：化学工业出版社，2000 赵奎霞主编，水处理工程，第二版，北京：中国环境科学出版社，2008 赵庆良，任南琪主编，水污染控制工程，北京：化学工业出版社，2005 王绍文，罗志腾等，高浓度有机废水处理技术与工程应用，北京：冶金工业出版社，2003 李兴旺主编，水处理工程技术，北京：中国水利水电出版社，2007,
