厌氧生物处理相关知识

池外间接加温用套管式泥-水热交换器或热交换器兼混 合器完成。
加温设备
水
泥
1、污泥入口； 2、污泥出口 图19-8 套管式热交换器 3、热媒进口；4、热媒出口 1-污泥入口；2-污泥出口；3-热媒进口；4-热媒出口
厌氧接触工艺
沉淀池 废水 消化池 真空脱气器
回流污泥
图19-9 厌氧生物接触法 • 主要特征：在厌氧反应器后设沉淀池，污泥进行回流，使 厌氧反应器内能维持较高的污泥浓度。
第二节 厌氧处理的工艺构造及运行管理
一、厌氧处理的工艺构造
• • • • • • • 普通厌氧消化池 厌氧接触工艺 厌氧生物滤池 厌氧生物转盘 升流式厌氧污泥床（UASB） 两相厌氧法 厌氧折流板式反应器
普通厌氧消化池
• 池形：圆柱形和蛋形两种。 • 构造：主要包括污泥的投配、排泥及溢流系统，沼气排出、 收集与贮气设备、搅拌设备及加温设备等。
2、沼气的收集与贮存设备 由于产气量与用气量常常不平衡，所以必须设贮气柜 进行调节。沼气从集气罩通过沼气管输送倒贮气柜。贮气 柜有低压浮盖式与高压球形罐两种。
3、搅拌设备
搅拌的目的是使池内污泥温度与浓度均匀，防止污泥 分层或形成浮渣层，缓冲池内碱度，从而提高污泥分解速 度。当消化池内各处污泥浓度相差不超过10％时，被认为 混合均匀。 消化池的搅拌方法有沼气搅拌，泵加水射器搅拌及联 合搅拌等3种可用连续搅拌；也可用间歇搅拌，在5～10h 内将全池污泥搅拌一次。
厌氧生物滤池
• 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，废水淹没地通过滤料，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。产生的沼气则聚集于池顶部罩内，并从顶 部引出。处理水则由旁侧流出。为了分离处理水挟出的生 物膜，一般在滤池后需设沉淀池。 • 可分为升流式和降流式两种形式
有机物厌氧分解产甲烷过程 （1）产酸细菌；（2）产氢产乙酸细菌； （3）同型产乙酸细菌； （4）利用H2和CO2产甲烷菌 （5）分解乙酸的产甲烷菌
厌氧消化的影响因素
甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制阶段，因此厌氧 反应的各项影响因素也以对甲烷菌的影响因素为准。 • • • • • • • 温度因素 有机负荷 搅拌 营养比 氨氮 有毒物质 酸碱度、pH值
一、厌氧生物处理的机理
厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大类主 要细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌 的联合作用完成。因而根据复杂有机物在此过程中的物态及物性 变化，粗略地将厌氧消化过程分为三个连续的阶段，即水解酸化 阶段、产氢产乙酸阶段、产甲烷阶段。 第一阶段为水解酸化阶段：复杂的大分子、不溶性有机物先 在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细 胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要 产生高级脂肪酸。 第二阶段为产氢产乙酸阶段：在产氢产乙酸细菌的作用下， 第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H2 ，和CO2。 第三阶段为产甲烷阶段：产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、 H2和 CO2转化为甲烷。此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成。
两相厌氧法
沼气至锅炉
产酸 相
甲烷 相
废水
ห้องสมุดไป่ตู้
出水
两相厌氧流化床流程图 图19-13 二相厌氧流化床流程图
特
点
1）两段的反应条件较易分别控制在最佳条件
2）酸化反应器承担着对进水负荷的一定缓冲作用，给产甲 烷阶段保持一个相对稳定的环境。
3）负荷率高
4）硫酸盐还原作用主要在产酸相反应器中进行，避免了硫 化物对甲烷菌的毒害，且沼气中H2S含量较小，便于利用。
有毒物质
有许多化学物质能抑制厌氧消化过程中微生物的生命 活动，这类物质被称为抑制剂。抑制剂的种类也很多，包 括部分气态物质、重金属离子、酸类、醇类、苯、氰化物 及去垢剂等。
对厌氧消化具有抑制作用的物质
抑制物质
挥发性脂肪酸
浓度/(mg/L)
>2000
抑制物质
Na
浓度/(mg/L)
3500～5500
温度因素
• 厌氧消化中的微生物对温度的变化非常敏感，温度的突然 变化，对沼气产量有明显影响，温度突变超过一定范围时， 则会停止产气。 • 根据采用消化温度的高低，可以分为低温消化（20℃以 下）、中温消化（35℃左右）和高温消化（54℃左右）。
有机负荷
• 负荷率是表示消化装置处理能力的一个参数。负荷率有三 种表示方法：容积负荷率、污泥负荷率、投配率。
2、新鲜污泥投到消化池，应充分搅拌，并应保持消化温度恒定； 3、消化池污泥必须在2～5h 之内充分混合一次；消化池中的搅拌不得 与排泥同时进行； 4、应监测产气量、pH 值、脂肪酸、总碱度和沼气成分等数据，并根据 监测数据调整消化池运行工况； 5、消化池的上清液应按设计要求定时排放；消化池前栅筛上的杂物， 必须及时清捞并外运； 6、环境温度低于0℃时，应防止水封结冰；消化池启动初期，搅拌时间 和次数可适当减少。运行数年的消化池的搅拌次数和时间可适当增多 和延长。
维护保养
1、消化池的各种加热设施均应定期除垢、检修、更换； 2、消化池池体、沼气管道、蒸气管道和热水管道、热交换 器及闸阀等设施、设备应每年进行保温检查和维修； 3、寒冷季节应做好设备和管道的保温防冻工作；热交换器 管路和闸阀处的密封材料应及时更换； 4、正常运行的消化池，宜5年彻底清理、检修一次。
升流式厌氧污泥床反应器
特
点
1）污泥床内生物量多，折合浓度可达20～30g/L； 2）容积负荷率高，在中温发酵条件下，一般情况下可 达10kgCOD/(m3· d)左右甚至能够高达15～40 kgCOD/(m3· d)， 废水在反应器内的水力停留时间较短，因此所需池容大大 缩小。
3）设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装 置，不需填充填料，也不需在反应区内设机械搅拌装置， 造价相对较低，便于管理，而且不存在堵塞问题。
厌氧折流板式反应器
沼气 挡板 进水
上向流 下向流
出水
回流 循环泵
图19-14 厌氧挡板反应器工艺流程图
特 点
1）反应器启动时间短 2）无堵塞问题和污泥流失问题 3）无载体和搅拌装置
二、厌氧生物处理的运行管理 运行管理 安全操作事项 维护保养 技术指标
运行管理
1、消化池内，应按一定投配率投加新鲜污泥，并定时排放消化污泥；
第六章 水的厌氧生物处理
【教学目的】
（1）理解厌氧消化的机理、厌氧生物处理的影响控制因素。 （2）了解污泥、污水厌氧消化的工艺方法。
【教学内容】
第一节 基本原理与概念 第二节 厌氧处理的工艺构造及运行管理
第一节 基本原理与概念
厌氧生物处理法定义： 在断绝与空气接触(无分子氧)的条件下，依赖兼性厌氧 菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对复杂有机物进行生物降 解的过程，称为厌氧生物处理法或厌氧消化法。 厌氧生物处理法的处理对象： 高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体及 粪便等。
• 反应器单位有效容积在单位时间内接纳的有机物量，称为 容积负荷率，单位为kg/m3· d或g/L· d。有机物量可用COD、 BOD、SS和VSS表示。 • 反应器内单位重量的污泥在单位时间内接纳的有机物量， 称为污泥负荷率，单位为kg/kg· d或g/g· d。 • 每天向单位有效容积投加的新料的体积，称为投配率，单 位为m3/m3· d。投配率的倒数为平均停留时间或消化时间， 单位为d。
技术指标
安全操作事项
1、在投配污泥、搅拌、加热及排放等项操作前，应首先检查 各种工艺管路闸阀的启闭是否正确，严禁跑泥、漏气、漏 水； 2、每次蒸汽加热前，应排放蒸汽管道内的冷凝水；沼气管道 内的冷凝水应定期排放； 3、消化池排泥时，应将沼气管道与贮气柜联通； 4、消化池内压力超过设计值时，应停止搅拌； 5、消化池放空清理应采取防护措施，池内有害气体和可燃气 体含量应符合规定； 6、操作人员检修和维护加热、搅拌等设施时，应采取安全防 护措施；应每班检查一次消化池和沼气管道闸阀是否漏气。
d1
D
d2
圆柱形厌氧消化池
h4
h3
h2 h1
蛋形厌氧消化池
1、投配、排泥与溢流系统
1）污泥投配：生污泥需先排入消化池的污泥投配池， 然后用污泥泵抽送至消化池。
2）排泥：消化池的排泥管设在池底，依靠消化池内 的静水压力将熟污泥排至污泥的后续处理装置。 3）溢流装置：用以保持沼气室压力恒定。溢流装置 必须绝对避免集气罩与大气相通。溢流装置常用形式有倒 虹管式、大气压式及水封式等3种。
搅拌
搅拌可使消化物料分布均匀，增加微生物与物料的接 触，并使消化产物及时分离，从而提高消化效率、增加产 气量。同时，对消化池进行搅拌，可使池内温度均匀，加 快消化速度，提高产气量。消化池在不搅拌的情况下，消 化料液明显地分成结壳层、清液层、沉渣层，严重影响消 化效果。
营养比
在厌氧菌生命活动过程中需要一定比例的氮素和碳素。 原料C/N比过高，碳素多，氮素养料相对缺乏，细菌和其 他微生物的生长繁殖受到限制，有机物的分解速度就慢、 发酵过程就长。若C/N比过低，可供消耗的碳素少，氮素 养料相对过剩，则容易造成系统中氨氮浓度过高，出现氨 中毒。
升流式和降流式厌氧生物滤池
沼气 沼气
原废水 滤 料 滤 料
处理水
处理水
原废水
厌氧生物滤池 图19-10 厌氧生物滤池
厌氧生物转盘
• 由盘片、密封的反应槽、转轴及驱动装置等组成
固定盘片 沼气 转动盘片
进水
转轴 反应槽
图19-11 厌氧生物转盘构造图 厌氧生物转盘构造图
特
点
1） 微生物浓度高，可承受高的有机物负荷； 2） 废水在反应器内按水平方向流动，勿需提升废水，节 能； 3） 勿需处理水回流，与厌氧膨胀床和流化床相较既节能 又便于操作； 4） 处理含悬浮固体较高的废水，不存在堵塞问题； 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； 6） 有承受冲击负荷的能力，处理过程稳定性较强； 7） 可采用多级串联，各级微生物处于最佳生存条件下； 8） 便于运行管理。
氨氮
溶解性硫化物 Ca Mg
1500～3000
>200 2500～4500 1000～1500
Fe
Cr6+ Cr3+ Cd
1710
3 500 150
K
2500～4500
酸碱度、pH值
在厌氧处理中，pH值除受进水的pH影响外，主要取决 于代谢过程中自然建立的缓冲平衡，取决于挥发酸、碱度、 CO2、氨氮、氢之间的平衡。所以在生产运转中常把挥发 酸浓度及碱度作为管理指标。 由于发酵系统中的CO2分压很高（20.3-40.5kPa）， 发酵液的实际pH值比在大气条件下的实测值为低。一般认 为，厌氧装置宜在中性或稍偏碱性的条件下运行，实测值 应在7.2-7.4之间为好。
各种废物的碳氮比（C/N）
原料
大便 小便 牛厩肥 鲜马粪 鲜羊粪
碳氮比
(6~10):1 0.8:1 18:1 24:1 29:1
原料
厨房垃圾 混合垃圾 初沉池污泥 二沉池污泥 鲜猪粪
碳氮比
25:1 34:1 5:1 10:1 13:1
氨氮
厌氧消化系统中,由于细胞的增殖很少，故只有很少 的氮转化为细胞，大部分可生物降解的氮都转化为消化液 中的氨氮，因此消化液中氨氮的浓度都高于进料中氨氮的 浓度。 实验研究表明，氨氮以NH4+及NH3等形式存在于消化液 中，氨氮对厌氧消化过程有较强的毒性或抑制性。
4、加温
消化池加温目的在于：维持消化池的消化温度（中温或 高温），使消化能有效地进行。加温方法有两种：
1）用热水或蒸汽直接通入消化池或通入设在消化池内 的盘管进行间接加热； 缺点：使污泥的含水率增加，局部污泥受热过高及在盘 管外壁结壳等。 2）池外间接加温，即把生污泥加温到足以达到消化温 度、补偿消化池壳体及管道的热损失。 优点：壳有效地杀灭生污泥中的寄生虫卵。
升流式厌氧污泥床（UASB）
UASB在构造上的特点：集生物反应与沉淀与一体，是一 种结构紧凑的厌氧反应器。 主要由下列几部分组成; 进水配水系统：起均匀布水和搅拌作用，是UASB高效运行的 关键环节。 反应区：是UASB的主要部位，包括颗粒污泥区和悬浮污泥区 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。 气室：也称集气罩，其功能是收集产生的沼气，并降其导出 气室。 处理水排出系统