唐白河水污染现状及防治对策第十章、厌氧生化.ppt
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第十章、厌氧生化法,1,本章内容,第一节、概述第二节、影响因素第三节、工艺与设备第四节、运行管理第五节、动力学第五节、产气量计算第六节、反应器设计第七节、技术与实例,2,第一节、概述,厌氧生物处理:
在缺分子态氧的条件下通过厌氧微生物(包括兼氧微生物)的作用,将废水中的有机物分解转化成CH4和CO2等物质。
3,厌氧生物处理的优点:
应用范围广:
能处理高到低浓度的废水、高到中浓度的有机污泥降解某些好氧生物处理法难以降解的有机物,如固体有机物、着色剂蒽醌、某些偶氮染料等。
能耗低:
不需提供氧气产生沼气可作为能源,4,厌氧生物处理的优点(cond):
负荷高210kg(COD)/(m3d)剩余污泥量少,浓缩性、脱水性好:
处理1kgCOD产泥量(kg):
厌氧法0.020.1kg;好氧法:
0.40.6N、P营养需要量少BOD:
N:
P=100:
2.5:
0.5有一定的杀菌作用厌氧活性污泥可以长期贮存,厌氧反应器可以季节性或间歇性运转。
5,厌氧生物处理的缺点:
厌氧微生物增殖缓慢设备启动和处理时间较长系统操作控制因素较复杂气味较大出水水质通常较差对氨氮的去除效果不好,6,厌氧消化过程,d=4n+a-2b-3cs:
转化成细胞的部分有机物e:
转化成沼气的部分有机物,7,厌氧法的基本原理(cond),8,厌氧消化过程(cond),酸性发酵阶段水解酸化阶段,产氢产乙酸阶段,9,厌氧消化过程(cond),甲烷发酵阶段,10,温度pH氧化还原电位有毒物质有机负荷厌氧活性污泥搅拌与混合废水的营养比,第二节、厌氧消化的影响因素(产甲烷菌),11,影响因素温度,产甲烷菌温度适宜的温度范围:
560C常温消化:
1030中温消化:
3538高温消化:
5055,12,影响因素pH,影响微生物体表面电荷影响微生物对营养物的吸收促使有机化合物离子化非离子状态化合物比离子状态化合物更容易渗入细胞影响酶的活性酶只有在最适宜的pH值时才能发挥最大活性适宜pH:
产酸细菌:
4.58.0产甲烷细菌:
6.67.4厌氧消化反应器:
6.57.5,13,。
影响因素氧化还原电位,影响氧化还原电位的因素氧、挥发性有机酸、pH、铵离子浓度厌氧消化的氧化还原电位产酸阶段:
+100-100mV产甲烷阶段:
-300-350mV高温厌氧消化系统:
-500-600mV中温厌氧消化系统:
-300-350mV。
14,影响因素有毒物质,对厌氧消化具有抑制作用的物质,15,影响因素有机负荷,在厌氧法中,有机负荷通常指有机容积负荷kg(COD)/(m3d)中温厌氧消化:
kg(COD)/(m3d)高温厌氧消化工艺:
kg(COD)/(m3d)影响产气量和处理效率。
16,影响因素厌氧活性污泥,厌氧活性污泥组成:
厌氧微生物及其代谢的和吸附的有机物和无机物在一定范围内,活性污泥浓度越高,厌氧消化的效率也越高。
17,影响因素混合和搅拌,通过搅拌,可消除池内梯度,增加食料与微生物之间的接触,避免产生分层,促进沼气分离。
18,影响因素废水的营养比,厌氧法中C:
N:
P=200300:
5:
1碳、氮比例对厌氧消化的影响更为重要。
氮源不足:
厌氧菌增殖缓慢有机物分解速度慢消化液缓冲能力降低。
氮源过剩:
系统中氨过分积累产甲烷菌生长被抑制消化效率降低,19,各种废物的碳氮比(C/N),20,第三节、厌氧消化的工艺与设备,按微生物生长状态:
厌氧活性污泥法:
普通厌氧消化、厌氧接触、上流式厌氧污泥床反应器(UASB)厌氧生物膜法:
厌氧生物滤池、厌氧流化床、上流式生物转盘按投料、出料及运行方式批式、半批式、半连续式按物质转化的总过程是否在同一工艺下完成:
一步厌氧消化、两步厌氧消化,21,普通厌氧消化池(传统/常规消化池),22,卵形消化池,23,池形:
圆柱形、卵形池径D:
几米三四十米柱高H:
D/2池底:
圆锥形-利于排泥池顶:
设有盖子以保证良好的厌氧条件,同时收集沼气、保持池内温度并减少池面的蒸发。
普通厌氧消化池(cond),24,普通厌氧消化池搅拌方式,池内机械搅拌沼气搅拌用压缩机将沼气从池顶抽出,再从池底进入,通过循环沼气达到搅拌的目的循环消化液搅拌利用水泵从消化池内抽出消化液,再经射流器喷射进入消化池,通过循环消化液达到搅拌目的,25,普通厌氧消化池加热方式,废水在消化池外先经热交换器预热到定温再进入消化池;热蒸汽直接在消化器内加热在消化池内部安装热交换管,26,普通厌氧消化池的特点,可直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。
结构较简单厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现不能保留或补充厌氧活性污泥,消化器中难以保持大量的微生物细胞。
27,厌氧接触法,28,厌氧接触法的特点,通过污泥回流,保持消化池内污泥浓度较高(1015g/L),耐冲击能力强;消化池的容积负荷较普通消化池高,中温消化时,一般为210kgCOD/m3d;水力停留时间小于10天;可直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液,无堵塞问题;混合液经沉淀,出水水质好;需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备;混合液难于在沉淀池中进行固液分离。
29,上流式厌氧污泥床反应器(UpflowAnaerobicSludgeBlanked,UASB),30,世界范围内厌氧反应器的统计(到1999年3月共统计了1303个项目),厌氧反应器的统计,31,UASB按废水类型的分布,32,UASB基本原理,反应器底部:
厌氧污泥。
废水从底部进入(0.51.5m/h),通过污泥层与微生物接触。
反应产生的气体:
附着在污泥颗粒上,使其悬浮于废水中。
聚集变大后脱离污泥颗粒上升,起一定的搅拌作用。
三相分离器:
将气体、固体、液体三相加以分离,33,UASB(cond),污泥层厌氧污泥:
颗粒状,粒径0.55mm污泥浓度:
4000080000mg/L污泥容积:
占整个反应器容积1/3降解量:
占全部的70%90%,34,污泥悬浮层:
厌氧污泥:
非颗粒状、高度絮凝污泥污泥浓度:
1500030000mg/L,自下而上逐渐减小污泥容积:
占整个反应器容积2/3降解量:
占全部的10%30%沉淀区:
沉淀被上升水流夹带的固体颗粒。
通过合理调整沉淀区的水位高度来保证整个反应器集气室的有效空间高度,防止集气空间的破坏。
UASB(cond),35,UASB(cond),三相分离器:
将气体(沼气)、固体(污泥)、和液体(出水)分开保证出水水质和反应器内污泥量,有利于污泥颗粒化。
36,UASB装置的设计数据,37,UASB的特点,反应器内污泥浓度高(3040g/L)有机负荷高,水力停留时间短,中温消化,COD容积负荷一般为1020kgCOD/m2d一般无污泥回流设备-利用三相分离器回流污泥无混合搅拌设备-利用本身产生的沼气和进水来搅动污泥床内不填载体,节省造价及避免堵塞问题反应器内有短流现象,影响处理能力进水中的悬浮物比普通消化池低,特别是难消化的有机物固体不宜太高运行启动时间长,对水质和负荷变化比较敏感。
38,厌氧生物滤池,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。
39,厌氧生物滤池(cond),40,厌氧生物转盘,盘片大部分(70)或全部浸没在废水中封闭式,41,厌氧挡板反应器,上向流室比下向流室宽:
便于污泥聚集50的导流板:
便于将水送至上向流室的中心,使泥水充分混合。
无需混合搅拌装置,避免堵塞和减少能耗启动期短。
42,美国McCarty的研究结果,43,小粒径载体为流化滤料废水为流化介质,以上流式通过床体,使粒料处于流态化。
废水与载体上的厌氧微生物不断接触、反应,达到厌氧生物降解目的。
床层上部保持一个清晰的泥水界面。
循环泵将部分出水回流,提高床内水流上升速度,使填料层流态化。
厌氧流化床,44,厌氧流化床特点,1)载体颗粒细,比表面积大(20003000m2/m3),使床内具有很高的微生物浓度,因此有机物容积负荷大(1040kgCOD/m3d),水力停留时间短,具有较强的耐冲击负荷能力,运行稳定;2)载体处于流化状态,无床层堵塞现象,对高、中、低浓度废水均表现出较好的效能;3)载体流化时,废水与微生物之间接触面大,同时两者相对运动速度快,强化了传质过程,从而具有较高的有机物净化速度;4)床内生物膜停留时间较长,剩余污泥量少;5)结构紧凑、占地少以及基建投资省等。
6)载体流化耗能较大,且对系统的管理技术要求较高。
45,两相厌氧消化工艺,46,两相厌氧消化工艺优点,有机负荷比单相工艺明显提高;产甲烷相中的产甲烷菌活性得到提高,产气量增加;运行更加稳定,承受冲击负荷的能力较强;当废水中含有SO42-等抑制物质时,其对产甲烷菌的影响由于相的分离而减弱;对于复杂有机物(如纤维素等),可以提高其水解反应速率,因而提高了其厌氧消化的效果。
47,厌氧接触法作为产酸相,以UASB反应器作为产甲烷相,荷兰:
淀粉废水,48,产酸相:
厌氧接触法产甲烷相:
UASB反应器,北京师范大学:
豆制品废水,49,第四节、厌氧消化设备的运行管理,启动欠平衡现象和原因运行管理中的安全要求,50,启动,污泥来源:
正在工作的厌氧处理构筑物、江河湖泊沼泽低、下水道及污水集积腐臭处。
升温速度:
1C/hpH:
6.87.8。
有机负荷是影响启动成功的关键性因素。
正常的成熟污泥:
深灰到黑色带焦油气,无H2S臭味pH7.07.5污泥易脱水和干化。
51,欠平衡现象及原因,欠平衡现象:
厌氧消化过程中出现酸化,即产酸量与用酸量不协调。
欠平衡出现的症状:
消化液挥发性有机酸浓度增高、沼气中甲烷含量降低、消化液pH值下降、沼气产量下降、有机物去除率下降。
欠平衡现象的原因:
有机负荷过高、进水pH过低或过高、碱度过低,缓冲能力差、有毒物质抑制、反应温度急剧波动、池内有溶解氧及氧化剂存在。
52,运行管理中的安全要求,沼气成分:
CH4:
5070%CO2:
2030%H2:
25%N2:
10%H2S:
微量系统要绝对密封周围严禁明火和电气火花,所有电气设备应满足防爆要求防止H2S和CO2在低凹处聚集。
53,稳态的完全混合反应器,Q:
废水流量V:
反应器容积S0、S、Se:
进水中、反应器内、出水中的废物浓度x0、x、xe:
进水中、反应器内、出水中的微生物(污泥)浓度。
xe=xSe=Sx00,第五节、厌氧消化动力学,54,水力停留时间:
微生物固体的停留时间c:
停留时间,容积有机负荷:
S0=20,000mg(COD)/LLv=2.0kgCOD/(m3d):
55,对微生物:
对底物:
稳态下的物料平衡,56,例题1,假设S0=20000mg/L,厌氧反应器COD去除率为90%,每去除1kgCOD的微生物增长量是0.1kg:
57,底物去除速率R:
设计所采用的c一般比cmin大2-10倍,58,Umax=0.3/dKs=5000mg/Lt=30Cf=3,f:
设计采用的安全系数,1r:
污泥停留因素,=X/Xe,对xxe的系统(e.g.采用间歇操作),59,第六节、厌氧产气量计算,理论产气量的计算根据废水有机化合物化学组成根据CODCr与产气量关系实际产气率分析,60,理论产气量据废水中有机化学组成,含氮有机物:
不含氮有机物:
61,CH3CH2COOH-C3H6O2,n=3,a=6,b=2,1g丙酸产生沼气量=0.74+0.38=1.12g,例题2:
计算1g丙酸经过厌氧消化产生的沼气量。
62,三类主要有机物质的理论产气量,气体体积为标准条件(0C、103.33Pa)体积,63,1molCH42mol(或64g)CODCr,标准状态下,还原1gCODCr生成22.4/64=0.35LCH4(V1).,实际消化温度下形成的甲烷气体体积:
理论产气量据CODCr与产气量关系,64,根据CODCr去除量与CH4产生量的关系,甲烷日产量:
据CODCr与产气量关系(cond),65,实际产期率分析,产气率:
转化1kgCODCr所产的沼气或甲烷。
1.物料的性质:
66,实际产期率分析(cond),废水CODCr浓度废水的COD浓度越低,单位有机物的甲烷产率越低高浓度有机废水的产气率接近理论值低浓度有机废水的产气率则低于理论值。
沼气中的甲烷含量沼气中的甲烷含量越高,其在水中的溶解度越大,故甲烷的实际产气率越低。
生物相的影响硫酸盐还原菌及反硝化细菌会与产甲烷菌争夺碳源,从而使产气率下降,67,实际产期率分析(cond),工艺条件影响不同的工艺去除单位重量COD的产气量不同去除的COD中用于合成细菌细胞所占的比例去除的COD中用于合成细菌细胞所占的比例越大,则分解用以产生甲烷的比例将越小,从而去除1kgCOD的甲烷产量越低。
68,例题3,某工业废水量Q=500m3/d,废水COD含量为36g/L。
厌氧生物处理温度为28C,水力停留时间=5d,泥龄C=15d,产率系数Y=0.021,微生物内源自身衰减系数Kd=0.028d-1,厌氧生物处理COD去除率=80%,消化气中CH4含量为65%,计算厌氧消化产气量。
69,例题3解答,厌氧生物处理过程中合成新细胞量:
标准状态下CH4产量:
70,例题3解答(cond),处理水中CH4溶解量消化气中CH4含量为65%出水CH4浓度C=0.0286*0.65=0.01869m3(标准状态)/m3出水中溶解CH4的量V2=QC=500*0.01869=9.3m3(标准状态)/d,71,例题3解答(cond),每日实际CH4产量V=V1V2=49349.3=4925m3(标准状态)/d每日消化气产量V=V/0.65=4925/0.65=7577m3(标准状态)/d,72,第六节厌氧反应器的设计,工艺设备的选择废水中的悬浮物含量、粒度;厌氧可降解性反应器容积的计算有机物容积负荷法水力停留时间法动力学模型设备构造的确定,73,第七节、厌氧消化法处理工业废水技术及实例,74,啤酒工业废水厌氧处理技术,啤酒废水来源:
浸麦、制麦芽、糖化发酵、滤酒、包装废水中主要污染物糖类、淀粉、蛋白质、醇类、纤维素等有机物悬浮物酒糟、啤酒花及凝聚蛋白。
废水水质pH:
5.57.0;水温:
2025CCOD:
10002500mg/LBOD:
6001400mg/L;BOD/COD:
0.50.7SS:
200600mg/L;TN3070mg/L,75,山东某啤酒厂,废水水质:
高浓度有机废水水量水质Q1:
500m3/d;SS:
3000mg/LCODCr:
5000mg/L;BOD5:
2500mg/L;低浓度有机废水:
Q2:
3500m3/d;SS:
500mg/LCODCr:
500mg/L;BOD5:
250mg/LQ=Q1+Q2=4000m3/d,http:
/,76,处理工艺方案,77,UASB,中温发酵,内部具有热交换装置温度、碱度、负荷等由微机控制反应器设计容积负荷为6.0kg/(m3d)去除lkgCOD产生VSS0.082kg1天可产生1000多m3沼气。
78,混合水经主体处理进出水水质,79,沈阳某啤酒厂,进水水质:
COD:
4390mg/L;BOD:
2300mg/L;SS:
290mg/L挥发性脂肪酸:
20mmol/L;pH:
4.06.5设计参数:
Q:
400m3/d污染负荷:
2000kgCOD/dCOD去除率:
80%BOD去除率:
90%,80,废水处理工艺流程,吴允等,啤酒生产废水处理新技术,环境保护,1997,9,18-19。
81,内循环(IC)反应器示意图,以自身产生的沼气通过绝热膨胀做功为动力实现混合液的内循环第一反应室升流速度很高,传质效果很好,污泥活性很高,有机容积负荷率比普通UASB高出3倍以上有效体积仅为UASB反应器的1/41/3,节省基建投资和占地面积循环流量与进水在第一反应室充分混合,提高了反应器的耐冲击负荷的能力第一、二反应室相当于上下两个UASB反应器串联运行,实际上是两级厌氧处理,出水稳定,82,
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- 白河 水污染 现状 防治 对策 第十 生化