厌氧生物处理工艺讲义

厌氧生物处理工艺讲义内容摘要：

35C 时，投配率 p 可取 6~18%；在实际工程中，一般要求消化池 不少于 2 个，以便轮流检修。 而国外则多按固体负荷率来计算消化池的有效容积，即： vsLGV 式中： Gs—— 每日需要处理的污泥干固体量， kgVSS/d； Lv—— 单位容积消化池固体负荷率， kgVSS/。 一般认为固体负荷率 Lv值与污泥的含固率、消化池内的反应温度等有关，下表中的数据可供参考： 污泥含固率（ %） 固体负荷率（ kgVSS/m） 24C 29C 33C 35C 4 5 6 7 消化池的结构尺寸 在确定了所需的消化池的有效容积后，就可计算消化池各部的结构尺寸，其一般要求如下： ① 圆柱形池体的直径一般为 6~35m； ② 柱体高径之比为 1： 2； ③ 池总高与直径之比为 ~； ④ 池底坡度一般为 ； ⑤ 池顶部的集气罩，高度和直径相同，一般为 ； ⑥ 池顶至少设两个直径为 的人孔。 消化池的工艺管道 在消化池中还需要设置多种工艺管道，其中主要包括：① 污泥管：进泥管、出泥管、循环搅拌管；② 上清液排放管；③ 溢流管；④ 沼气管；⑤ 取样管；等。 三、沼气的收集与利用 污泥和高浓度有机废水进行厌氧消化时均会产生大量沼气；沼气的热值很高（一般为 21000~25000 kJ/m3，即 5000~6000 kCal/m3），是一种可利用的生物能源。 污泥消化过程中沼气产量的估算 沼气成分：一般认为 CH4 50~70%， CO2 20~30%， H2 2~5%， N2 ~10%，微量 H2S 等；沼气产率是指每处理单位体积的生污泥所产生的沼气量，即 m3 沼气 /m3 生污泥；产气率与污泥的性质、污泥投配率、污泥含水 13 率、发酵温度等有关；当污泥来自城市污水处理厂，生污泥含水率为 96%时：中温消化，投配率为 6~8%，产气率可达 10~12 m3沼气 /m3生污泥；高温消化，投配率为 6~8%，产气率可达 22~26 m3沼气 /m3生污泥；投配率为 13~15%，产气率可达 13~15 m3沼气 /m3生污泥 沼气的收集 在沼气管道沿程上应设置凝结水罐；注意安全；设置阻火器；为防止在冬季结冰引起堵塞，有时在沼气管上还应采取保温措施。 沼气的贮存与利用 一般需要采用沼气柜来调节产气量与用气量之间的平衡；调节容积一般为日平均产气量的 25~40%，即6~10h 的产气量；注意防腐、防火。 第五 节 现代高速厌氧生物反应器 厌氧消化技术发展上的第三个时期； 1955 年， Schroepter 提出了厌氧接触法，主要是 在 参考好氧活性污泥法的基础上，在高速消化池之后增设二沉池和污泥回流系统，并将其应 用于有机废水的处理；处理能力提高，应用于食品包装废水的处理；标志着厌氧技术应用于有机废水处理的开端。 随后又相继出现了厌氧生物滤池 AF(Anaerobic Filter)、 上流式厌氧污泥床反应器 UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)、 厌氧附着膜膨胀床反应器 AAFEB(Anaerobic Attached Film Expanded Bed)、厌氧流化床 AFB(Anaerobic Fluidized Bed)等高效厌氧反应器，在这些厌氧反应器中，主要具有如下特点：微生物不呈 悬浮生长状态，而是呈附着生长；有机容积负荷大大提高，水力停留时间显著缩短；首先应用于高浓度有机工业废水的处理，如食品工业废水、酒精工业废水、发酵工业废水、造纸废水、制药工业废水、屠宰废水等；也有应用于城市废水的处理；如果与好氧生物处理工艺进行串联或组合，还可以同时实现脱氮和除磷；并对含有难降解有机物的工业废水具有较好的处理效果。 一、厌氧接触法 工艺流程与特点 从上述的工艺流程图中可看出，厌氧接触法工艺（ Anaerobic Contact Process）的最大的特点是污泥回流 ，由于增加了污泥回流，就使得消化池的 HRT 与 SRT 得以分离，即整个系统的污泥龄可以用下式进 14 行计算： Wwewc XQXVX  )( 在厌氧生物处理工艺中，由于厌氧细菌生长缓慢，基本可以作到不从系统中排放剩余污泥，则 Qw = 0，则有： eec XXHRTQXVX  对于普通高速厌氧消化池，由于其 Xe = X，所以其 c = HRT，因此在中温条件下，为了满足产甲烷菌的生长繁殖， SRT 要求 20~30d，因此高速厌氧消化池的 HRT 为 20~30d。 对于厌氧接触法，由于 X Xe，所以 HRTSRT；而且 X 越大， Xe越小，则 HRT可以越短。 与普通厌氧消化池相比，厌氧接触法的特点有： ① 污泥浓度高，一般为 5~10 gVSS/l，抗冲击负荷能力强； ② 有机容积负荷高，中温时， COD 负荷 1~6 kgCOD/，去除率为 70~80%； BOD 负荷 ~ kgBOD/，去除率 80~90%； ③ 出水水质较好； ④ 增加了沉淀池、污泥回流系统、真空脱气设备，流程较复杂； ⑤ 适合于处理悬浮物和有机物浓度均很高的废水。 在厌氧接触法工艺中，最大的问题是污泥的沉淀，因为厌氧污泥上一般总是附着有小的气泡，且由于污泥在二沉池中还具有活性，还会继续产生沼气，有可能导致已下沉的污泥上浮。 因此，必须采用有效的改进措施，主要有以下两种，即：① 真空脱气设备（真空度为 500mmH2O）；② 增加热交换器，使污泥骤冷，暂时抑制厌氧污泥的活性。 工艺计算与设计 消化池容积的 计算： 有机容积负荷法：vCODiL SQV  vCODL —— 有机容积负荷， dmkgCOD 3/。 应用实例 ① 美国： HRT=12~13 h， X=7~12 g/l， SRT=~6 d， Lv= dmkgBOD 35 / ② 日本： T=52C， CODi=11~12g/l， CODe=2100~2700mg/l， V=3000m3； 15 ③ 我国：南阳酒精厂 Lv=9~12 dmkgCOD 3/ ， CODE =~83%， BODE =87%， HRT=4~ d， CODi=50~54 g/l， BODi=26~34 g/l 二、厌氧生物滤池 工艺特征与主要型式 60 年代末，美国的 Young 和 McCarty 首先开发出厌氧生物滤池； 1972 年以后，一批生产规模的厌氧生物滤池投入运行，它们所处理的废水的 COD 浓度范围较宽，约在 300~85000mg/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，废水通过滤料层向上流动或向下流动时，废水中的有机物被截留、吸附及分解转化为甲烷和二氧化碳等。 根据废水在厌氧生物滤池中的流向的不同，可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，即分别如下图所示： 从工艺运行的角 度，厌氧生物滤池具有以下特点： ① 厌氧生物滤池中的厌氧生物膜的厚度约为 1~4mm； ② 与好氧生物滤池一样，其生物固体浓度沿滤料层高度而有变化； ③ 降流式较升流式厌氧生物滤池中的生物固体浓度的分布更均匀； ④ 厌氧生物滤池适合于处理多种类型、浓度的有机废水，其有机负荷为 ~16 kgCOD/； ⑤ 当进水 COD 浓度过高 (8000或 12020mg/l)时，应采用出水回流的措施：减少碱度的要求；降低进水 COD 浓度；增大进水流量，改善进水分布条件。 与传统的厌氧生物处理工艺相比，厌氧滤池的突出 优点是：① 生物固体浓度高，有机负荷高；② SRT长，可缩短 HRT，耐冲击负荷能力强；③ 启动时间较短，停止运行后的再启动也较容易；④ 无需回流污泥，运行管理方便；⑤ 运行稳定性较好。 而主要缺点是易堵塞，会给运行造成困难。 厌氧生物滤池的组成 厌氧生物滤池主要由以下几个重要部分组成的，即：滤料、布水系统、沼气收集系统。 分述如下： 1) 滤料： 滤料是厌氧生物滤池的主体，其主要作用是提供微生物附着生长的表面及悬浮生长的空间，因此，应具备下列条件：① 比表面积大，以利于增加厌氧生物滤池中的生物量；② 孔 隙率高，以截留并保持大量 16 悬浮微生物，同时也可防止堵塞；③ 表面粗糙度较大，以利于厌氧细菌附着生长；④ 其它方面，如：机械强度高；化学和生物学稳定性好；质量轻；价格低廉；等。 很多研究者对多种不同的滤料进行过研究，但所得出的结论也不尽相同，如有人认为滤料的孔隙率更重要，即他们认为厌氧生物滤池中是悬浮细菌所起的作用更大；也有人认为滤料最重要的特性是：粗糙度、孔隙率以及孔隙大小。 在厌氧滤池中经常使用的滤料由多种，可以简单分为如下几种： ① 实心块状滤料： 30~45mm 的碎块；比表面 积和孔隙率都较小，分别为 40~50m2/m3和 50~60%；这样的厌氧生物滤池中的生物浓度较低，有机负荷也低，仅为 3~6 kgCOD/；易发生局部堵塞，产生短流。 ② 空心块状滤料：多用塑料制成，呈圆柱形或球形，内部有不同形状和大小的孔隙；比表面积和孔隙率都较大。 ③ 管流型滤料：包括塑料波纹板和蜂窝填料等；比表面积为 100~200 m2/m3，孔隙率可达 80~90%；有机负荷可达 5~15 kgCOD/。 ④ 交叉流型滤料： ⑤ 纤维滤料：包括软性尼龙纤维滤料、半软性聚乙烯、聚丙烯滤料、弹性聚苯乙烯填料；比表面积和孔隙率都较大；偶有纤维结团现象；价格较低，应用普遍。 2) 布水系统： 在厌氧生物滤池中布水系统的作用是将进水均匀分配于全池，因此在设计计算时，应特别注意孔口的大小和流速。 与好氧生物滤池不同的是，因为需要收集所产生的沼气，厌氧生物滤池多是封闭式的，即其内部的水位应高于滤料层，将滤料层完全淹没。 其中升流式厌氧生物滤池的布水系统应设置在滤池底部，这种形式在实际应用中较 为广泛，一般滤池的直径为 6~26m，高为 3~13m；而降流式厌氧生物滤池的水流方向正好与之相反；升流式混合型厌氧生物滤池的特点是减小了滤料层的厚度，留出了一定空间，以便悬浮状态的颗粒污泥在其中生长和累积。 3) 沼气收集系统： 厌氧生物滤池的沼气收集系统基本与厌氧消化池的类似。 厌氧生物滤池的工艺计算与设计 厌氧生物滤池的工艺计算与设计的主要内容包括： ① 滤料的选择； ② 滤料体积的计算； ③ 布水系统的设计； ④ 沼气系统的设计等。 但目前尚无定型的设计计算程序，所以本文中仅主要介绍滤料体积的计算方法和某些关键设计参数的选取。 1) 滤料体积的计算： 滤料体积的计算方法仍以有机负荷法为主，即： V = Q（ Si – Se） /LvCOD 其中 LvCOD为有机容积负荷，一般为 ~12kgCOD/；需要根据具体的废水水质以及经验数据或直接的小试试验结果最终决定。 2) 常用设计参数： 一般来说，厌氧生物滤池的有机容积去除负荷可达 ~12 kgCOD/；有机物去除率可达 60~95%；一般采用的滤料层的高度为 2~5m；相邻进水孔口距离 —— 1~2m（不大于 2m）；污泥排放口距离 —— 不大于3m。 3) 出水水质关于 Se： Se 取决于对处理后出水的水质要求； Se 还取决于厌氧生物滤池一般能达到的有机物去除率； Se 还取决 17 于所采用的有机负荷的高低。 4) 关于有机容积负荷，其影响因素主要有： 废水水质，包括有机物的种类和浓度；滤料性质；温度；其它，如： pH 值、营养物、有毒物质浓度等。 一般，当废水性质较特殊，无可靠资料可借鉴时，应通过小试或中试试验结果来确定。 厌氧生物滤池的应用实例 厌氧生物滤池在美、加已被广泛应用；处理对象包括多种不同类型的废水，如生活污水及 COD 为3000~24000mg/l 的各种工业废水；处理规模也大小不等，最大的厌氧生物滤池为 12500m3； COD 的去除率在 61~94%之间；有机负荷为 ~15 kgCOD/。 三、升流式厌氧污泥层 (床 )(UASB)反应器 UASB 反应器的英文全称为 Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Bed) Reactor, 中文为上（升）流式厌氧污泥床（层）反应器，是由荷 兰 Wageningen 农业大学的 Gatze Lettinga 教授于上世纪 70年代初开发出来的。 UASB 反应器的基本原理与特征 UASB 反应器的工作原理可用下图表示： 从上图中可以看出， UASB 反应器具有如下的主要工艺特征： ① 在反应器的上部设置了气、固、液三相分离器；。