工业废水处理(10) 31页

工业废水处理哈尔滨工业大学韩洪军教授1n第十一节、工业废水厌氧生物处理一、概述厌氧生物处理法最早用于处理城市污水处理厂的沉淀污泥，后来用于处理高浓度有机废水。普通厌氧生物处理法的主要缺点是水力停留时间长，一般需要20～30d。常用的新型厌氧生物处理有厌氧接触法、厌氧生物滤池、升流式厌氧污泥床、厌氧膨胀床和厌氧流化床、厌氧生物转盘、厌氧挡板式反应器等。工业废水厌氧生物处理后面常常要连接好氧生物处理。2n产生有还原性的有机物；CH3COCOOH→2CO2+CH3CHO2CH3COOH→2CH4+2CO2碳水化合物（脂肪、蛋白质）在水解发酵菌作用下→糖类、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳；脂肪酸在产氢产乙酸菌作用下→H2、CO2、乙酸；CH3CH2COOH→CO2+CH3COOH+H2最后两组生理不同的产甲烷菌，有共同的产物4H2+CO2→CH4+2H2O（1/3）CO2还原2CH3COOH→2CH4+2CO2（2/3）乙酸脱羧2、三段厌氧11.1厌氧的机理1、两段厌氧酸性发酵阶段——脂肪酸；稳定发酵阶段——甲烷和CO2发酵：指氢供体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用。3n3、参与厌氧的微生物（1）第一阶段——细菌、原生生物和真菌→微絮凝、发酵细菌纤维素分解菌——最重要的一步；产物CO2，H2，已醇；碳水化合物分解菌——丙酮乙醇，乙酸（杆状菌生化絮凝）；蛋白质水解-----生成氨基酸、（棱菌生化絮凝）脂肪分解菌→脂肪酸（弧菌生化絮凝）（2）第二阶段—产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌，产物：乙酸、甲烷、CO2、H2（3）第三阶段——产甲烷菌，产物为甲烷产甲烷阶段——细胞的增殖很少，（厌氧系统中的甲烷细菌已不繁殖，数量少，厌氧时间长）食物不足的情况下生长的4n复杂有机物较高级有机酸H2乙酸CH4水解与发酵4%76%20%24%52%28%72%生成甲烷生成乙酸与脱氢第一阶段第二阶段第三阶段图8－21有机物厌氧模式图5n4、特征厌氧——产生的能量仅为好氧的1/20-1/30产甲烷阶段的反应方程在好氧菌作用下：C2H3O2Na+2O2→NaHCO3+7H2O+CO2+848kj/mol在厌氧产甲烷菌时：C2H3O2Na+2O2→NaHCO3+CH4+29.3kj/mol6n甲烷阶段是厌氧速率的控制因素，因此，厌氧动力学是以该阶段作为基础建立的,已有：-dS/dt——底物去除速率，质量/体积.时间；k——单位质量底物的最大利用速率，质量/细菌质量；S——可降解的底物，质量/体积；Ks——半速度常数，质量/底物体积，即在生长速率等于最大生长速率1/2时的底物浓度；X——细菌浓度，质量/体积；dx/dt——细菌增长速率，质量/体积·时间；Y——细菌产率，细菌质量/底物质量；b——细菌衰亡速率系数，d-111.2厌氧动力学7n池径D：6-35m圆柱形池高/池径h/D：0.8-1.511.3厌氧法池型，构造与设计1、池型圆柱形、蛋型8n9n10n11n12n11.4厌氧池的运行、管理2、正常运行的化学指标1、厌氧污泥的培养与驯化（1）逐步培养法初沉污泥+浓缩后的活性污泥→投入厌氧池→加热30-40d（2）一次培养法池塘污泥，经2×2mm孔径过滤后投入（1）产气量（CO230%、CH450%）（2）投配污泥含水率94-96%（3）有机物含量60-70%（4）有机物分解程度45-55%（5）脂肪酸与总碱度2000mg/l（6）NH3—N500---1000mg/l13n（1）投配率，温度；（2）搅拌:连续或间歇搅拌；（3）排泥，池内污泥浓度不低于30g/l；（4）正常沼气气压：1177---1961Pa.4、厌氧池异常现象3、正常运行控制参数（1）产气量下降①底物不足②排泥量过大③厌氧池温度低④厌氧池容积减少⑤有机酸积累，碱度不足14n（2）出水水质恶化原因：排泥量不够，固体负荷过大，搅拌过度啤酒泡：排泥量大,负荷过高（3）沼气的气泡异常大量气泡喷出:浮渣层过厚不起泡：中止投配污泥。①高温甲烷菌不能用中温条件下的甲烷菌直接接种,但可驯化驯化时，升温速度为1℃/h，最佳达到53℃原因：温度高于38℃，中温甲烷菌大量死亡，污泥易变质5、维护与管理保温、防止在空气中的CH4占空气5-16%，避免爆炸。人工加碱控制PH6.5-7.5，15n二、厌氧接触法厌氧接触法是在厌氧反应器后设沉淀池，污泥进行回流，使厌氧反应器内污泥能维持较高的污泥浓度，降低水力停留时间。特点1)在反应器与沉淀池之间设脱气器，维持真空度，尽可能地将混合液中的沼气脱除。2)在反应器与沉淀池之间设冷却器，使混合液的温度由下降，以抑制产甲烷菌在沉淀池内活动。3)投加混凝剂，提高沉淀效果。16n三、厌氧生物滤池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，废水中有机污染物被去除。根据水流方向，厌氧生物滤池可分为升流式和降流式两种形式升流式厌氧生物滤池，废水由底部进入，向上流动通过滤料层，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，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，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。特点：①生物量浓度较高，有机负荷率较高；②能承受冲击负荷；③勿需污泥回流；④设备简单、能耗低、运行管理方便，费用低。17n四、升流式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床集生物反应与沉淀于一体的厌氧反应器1)进水配水系统，将进入反应器的废水均匀地分配到反应器整个横断面，起到水力搅拌并均匀上升。2)反应区，反应区内存留大量具有良好凝聚和沉淀性能的污泥，在池底部形成颗粒污泥层。废水从厌氧污泥床底部流入，与颗粒污泥层中的污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解有机物，同时产生的微小沼气气泡不断地放出。微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡。在颗粒污泥层上部，由于沼气的搅动，形成一个污泥浓度较小的悬浮污泥层。3)三相分离器，由沉淀区、回流缝和气封组成，其功能是将气体、固体和液体三相进行分离。沼气进入气室，污泥在沉淀区进行沉淀，并经回流缝回流到反应区，经沉淀澄清后的废水作为处理水排出反应器。4)集气室，其功能是收集产生的沼气，并将其导出气室送往沼气柜。5)处理水排出系统，均匀收集处理水并将其排出反应器。18n特点1)污泥床内生物量多2)容积负荷率高3)设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置，不存在堵塞问题。四、升流式厌氧污泥床19n五、厌氧膨胀床和厌氧流化床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、无烟煤、活性炭、陶粒和沸石等，填料粒径一般为O．2～lmm。废水从床底部流人，为使填料层膨胀，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。20n六、厌氧生物转盘厌氧生物转盘由盘片、密封的反应槽、转轴及驱动装置组成，上部加盖密封，防止液面上的空间有氧存在。盘片转动时的剪力将老化的生物膜剥下，在水中呈悬浮状态，随水流出槽外。特点：1)微生物浓度高，可承受高额的有机物负荷2)废水在反应器内按水平方向流动，勿需提升废水3)可处理含悬浮固体较高的废水，不存在堵塞问题4)可采用多级串联，各级微生物处于最佳的生存条件下5)由于转盘转动，不断使老化生物膜脱落，使生物膜经常保持较高的活性21n六、厌氧生物转盘厌氧生物转盘由盘片、密封的反应槽、转轴及驱动装置组成，上部加盖密封，防止液面上的空间有氧存在。盘片转动时的剪力将老化的生物膜剥下，在水中呈悬浮状态，随水流出槽外。特点：1)微生物浓度高，可承受高额的有机物负荷2)废水在反应器内按水平方向流动，勿需提升废水3)可处理含悬浮固体较高的废水，不存在堵塞问题4)可采用多级串联，各级微生物处于最佳的生存条件下5)由于转盘转动，不断使老化生物膜脱落，使生物膜经常保持较高的活性22n八、复合厌氧法复合厌氧法是在一个设备内由几种厌氧反应器复合而成的一种厌氧处理法。目前开发的多为升流式厌氧污泥床和厌氧生物滤池复合而成的升流式厌氧污泥床过滤器。可分为无三相分离器的升流式厌氧污泥床过滤器(UBF)和有三相分离器的升流式厌氧污泥床过滤器(UASB+AF)。23n九、两相厌氧法两相厌氧法是一种新型的厌氧生物处理工艺，有机底物的厌氧降解，可以分为产酸和产甲烷两个阶段。把这两个阶段的反应分别在两个独立的反应器内进行。分别创造各自最佳的环境条件，培养两类不同的微生物，并有旺盛的生理功能活动，将这两个反应器串联起来，形成能够承受较高的负荷率的两相厌氧发酵系统。特点1)能够向产酸菌、乙酸菌、产甲烷菌分别提供各自最佳的生长繁殖条件，使各个反应器达到最佳的运行效果；2)当进水负荷有大幅度变动时，酸化反应器存在着一定的缓冲作用，对后续的产甲烷反应器影响能够缓解，具有一定的耐冲击负荷的能力。3)酸化反应器反应进程快，水力停留时间短，负荷率高，能够减轻产甲烷反应器的负荷。24n厌氧影响因素1、温度因素（1）中温（30-36℃）（2）高温（50-53℃）25n2、停留时间（污泥龄）与负荷停留时间θc=Mr/Фe，Mr厌氧池内总生物量Фe=Me/t厌氧池每日排出的生物量；Me排出的生物总量，t排泥时间容积设计V=Sv/S，Sv进水中挥发有机物重量kg/dS挥发性有机物负荷中温：0.6-1.5kg/m³.d高温：2.0-2.8kg/m³.d26n3、搅拌搅拌作用——加速热传→均匀底物供给→打碎液面上的浮渣层→提高负荷→厌氧活跃状态搅拌与不搅拌：产气量增加30%4、营养物与C/N比C5H7NO3→即细胞合成C/N=5：1，要求C/N=（10-20）：1C/N高，细胞的氮不足，水中缓冲能力下降，PH下降C/N低，氮量上升，铵盐积累，抑制厌氧27n5、有毒物质例如：重金属Cu2+、Hg2+（1）重金属对甲烷厌氧的抑制①与酶结合，使酶的作用消失R—SH+Me+→R—S—Me+H+②Me及氢氧化物的絮凝作用，使酶沉淀（2）阴离子的毒害作用如S2-的毒害作用28n6、厌氧夜的缓冲作用（1）水解与发酵菌5-6.5产氢产乙酸菌5-6.5产甲烷菌6.8-7.4（2）缓冲剂CO2和NH3（NH3、NH4+）H++HCO3-→H2CO3组成缓冲液电离常数：K+=[H+][HCO3-]/[H2CO3]PH=-lgK’+lg([HCO3-]/[CH2CO3])厌氧系统应保持2000mg/l的碱度，具有缓冲能力，防止pH下降。29n让我们为美丽的碧水蓝天而努力30n致谢水质工程学的工业废水处理课程的讲授全部结束，在此，希望各位同学能继承哈尔滨工业大学教师的严谨的治学态度、忘我的工作精神、渊博的专业学识、务实的学术作风，在新的工作岗位上快速发展。希望3、5年后我们再相会时你们能赶超你们的老师。谢谢今天的同学，明天的校友。31