水污染控制技术二厌氧生物处理.pptx
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1、6.1 6.1 概述概述 在隔绝与空气接触的条件下,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是: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。第1页/共72页厌氧消化过程厌氧消化过程第2页/共72页酸性衰退的原因:蛋白质水解产生氨;甲烷菌的繁殖。消化液的缓冲作用:消化液中的HCO3-有三种形式:?第3页/共72页消化液中的HCO3-有三种形式:?-污泥带入若维持pH6.57.5,碳酸氢盐碱度(CaCO3计)应保持10005000mg/L,不足时,需要补充碱第4页/共72页厌氧生物过程的影响因素与控制
2、条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度工程上:中温消化温度为30303636(以33333535为多);高温消化温度为50505555。厌氧消化对温度的突变也十分敏感,要求日变化小于22。温度突变幅度太大,会招致系统的停止产气。温度与消化时间的关系第5页/共72页厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度第6页/共72页实测值应在7.27.27.47.4,2.pH2.pH值及酸碱度水解发酵菌与产酸脱氢菌:pH5.0pH5.06.5 ;6.5 ;甲烷菌:pH6.6pH6.67.5.7.5.厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件
3、1.1.温度当有机酸的积累而使反应液的pH值:低于6.86.87 7时,应适当减小有机物负荷或毒物负荷,使pHpH值恢复到7.07.0以上(最好为7.27.27.47.4)。若pHpH低于6.56.5,应停止加料,并及时投加石灰中和;如果料液会导致反应器内液体的pHpH值低于6.56.5或高于8.08.0时,则应对料液预先中和。第7页/共72页ALK、VFA的最佳值均控制在2000mg/L左右第8页/共72页2.pH2.pH值及酸碱度厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度2.pH2
4、.pH值及酸碱度厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度3.3.营养比 碳:氮:磷控制为200300:5:1为宜 满足微生物生长所需,提高反应器的缓冲能力。氮源不足,厌氧菌增殖缓慢,消化液的缓冲能力降低,pH值容易下降。氮源过剩,氮不能被充分利用,导致系统中氨的过分积累,pH值上升至8.0以上,抑制产甲烷菌的生长繁殖,使消化效率降低。第9页/共72页2.pH2.pH值及酸碱度厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度2.pH2.pH值及酸碱度厌氧生物
5、过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度3.3.营养比 负荷率有三种表示方法:容积负荷率、污泥负荷率、投配率。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/m3d或g/Ld。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/kgd或g/gd。每天投加新料的体积占消化池有效容积百分数,称为投配率.4.负荷率第10页/共72页厌氧消化装置的负荷率是怎样确定的呢?一个重要的原则是:在两个转化(酸化和气化)速率保持稳定平衡的条件下,求得最大的处理目标(最大处理量或最大产气量)。厌氧消化微生物进行酸化转化的能力强,速率快
6、,对环境条件的适应能力也强;而进行气化转化的能力相对较弱,速率也较慢,对环境的适应能力也较脆弱。这种前强后弱的特征使两个转化速率保持稳定平衡颇为困难,因而形成了三种发酵状态。当有机物负荷率很高时,由于供给产酸菌的食物相当充分,致使作为其代谢产物的有机物酸产量很大,超过了甲烷细菌的吸收利用能力,导致有机酸在消化液中的积累和pH值下降,其结果是使消化液显酸性(pH7)。这种在酸性条件下进行的厌氧消化过程称为酸性发酵状态,它是一种低效而又不稳定的发酵状态,应尽量避免。第11页/共72页 当有机负荷率适中时:产酸细菌代谢产物中的有机酸基本上能被甲烷细菌及时地吸收利用,并转化为沼气,溶液中残存的有机酸量
7、一般为每升数百毫克。此时消化液中pH值维持在77.5之间,溶液呈弱碱性。这种在弱碱性条件下进行的厌氧消化过程称之为弱碱性发酵状态,它是一种高效而又稳定的发酵状态,最佳负荷率应达此状态。当有机物负荷率偏小时:供给产酸细菌的食物不足,产酸量偏少,不能满足甲烷细菌的需要。此时,消化液中的有机酸残存量很少,pH值偏高,在pH值偏高(大于7.5)的条件下进行的厌氧消化过程,称为碱性发酵状态。如前所述,由于负荷偏低,因而是一种虽稳定但低效的厌氧消化状态。第12页/共72页2.pH2.pH值及酸碱度厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌
8、氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度2.pH2.pH值及酸碱度厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度3.3.营养比 4.负荷率厌氧环境是厌氧消化过程赖以正常进行的最重要的条件。厌氧环境,主要以体系中的氧化还原电位来反映。一般情况下,氧的溶入是引起发酵系统的氧化还原电位升高的最主要和最直接的原因。除氧以外,其它一些氧化剂或氧化态物质的存在(如某些工业废水中含有的FeFe3+3+、CrCr2 2O O7 72-2-、NONO3 3-、SOSO4 42-2-以及酸性废水中的H H+等),同样能使体系中的氧化还原电位升高。当其浓度达到一定程度时,同样会危害厌
9、氧消化过程的进行。5.氧化还原电位(ORP)第13页/共72页高温厌氧消化系统适宜的氧化还原电位为-500-500-600mV-600mV;中温厌氧消化系统要求的氧化还原电位应低于-300-300-380mV380mV。产酸细菌对氧化还原电位的要求不甚严格,甚至可在+100+100-100mV-100mV的兼性条件下生长繁殖;甲烷细菌最适宜的氧化还原电位为-350mV-350mV或更低。第14页/共72页2.pH2.pH值及酸碱度厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度2.pH2.p
10、H值及酸碱度厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度3.3.营养比 4.负荷率5.氧化还原电位(ORP)凡对厌氧处理过程起抑制或毒害作用的物质,都可称为毒物。重金属离子、碱与碱土金属;SOSO4 42-2-与氨及某些化合物。SOSO4 42-2-4500mg/L4500mg/LNHNH3 3-N 1500mg/L-N 1500mg/L(50501000mg/L1000mg/L最佳值,以 N N 计)6.6.毒物第15页/共72页2.pH2.pH值及酸碱度厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度厌氧生物过程的影响因素与控制条
11、件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度2.pH2.pH值及酸碱度厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度3.3.营养比 4.负荷率5.氧化还原电位(ORP)6.6.毒物各种反应器要求的污泥浓度不尽相同,一般介于1030gVSS/L之间。为了保持反应器生物量不致因流失而减少,可采用多种措施,如安装三相分离器、设置挂膜介质、降低水流速度和回流污泥量等。7.7.生物量 第16页/共72页2.pH2.pH值及酸碱度厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1
12、.温度厌氧生物过程的影响因素与控制条件厌氧生物过程的影响因素与控制条件1.1.温度3.3.营养比 4.负荷率5.氧化还原电位(ORP)6.6.毒物7.7.生物量 理论产气量 0.35L/gCOD0.35L/gCOD;COCO2 2/CH/CH4 4=0.61=0.611.01.0原因:SOSO4 42-2-或氨的浓度突增,使CHCH4 4产量减少某些重金属离子浓度增加,使产气量减少.反应器的有机负荷或温度波动8.8.产气量及COCO2 2/CH/CH4 4 比值第17页/共72页厌氧消化的最佳控制参数 控制参数控制参数 最佳值最佳值 范围值范围值 pH值值氧化还原电位氧化还原电位(ORP)(m
13、v)有机酸有机酸(以乙酸以乙酸 计计)(mg/L)碳酸盐碱度碳酸盐碱度(以以CaCO3计计)(mg/L)温度温度水力停留时间水力停留时间(d)产气成份产气成份:CH4(体积体积%)CO2(体积体积%)6.87.4 -520-530 50500 15003000中温中温3035,1/d高温高温5056,1/d 1015 5560 4045 6.47.8-490-550 200010005000 2040 4560 730 5065 3550第18页/共72页(1 1)化粪池和双层沉淀池 6.2 污泥的厌氧消化(2 2)双层沉淀池双层沉淀池(殷霍夫池)1-沉淀槽;2-消化室1.1.消化池池型 第1
14、9页/共72页(3 3)消化池 1.1.消化池池型 蛋形厌氧消化池 柱形消化池(1 1)化粪池和双层沉淀池 (2 2)双层沉淀池第20页/共72页搅拌充分、均匀,无死角,污泥不会在池底固结;池内污泥的表面积小,即使生成浮渣,也容易清除;在池容相等的条件下,池子总表面积比柱形小,故散热面积小,易于保温;蛋形的结构与受力条件最好,如采用钢筋混凝土结构,节省材料;防渗水性能好,聚集沼气效果好。第21页/共72页 2.2.消化池的构造 o消化池的主体是由集气罩、池盖、池体及下锥体等四部分组成,o附设系统:新鲜污泥投配系统、熟污泥的排出系统、溢流系统、沼气的排出收集及贮存系统和加温及搅拌设备。oD/hD
15、/h1 11,D=61,D=635m,h35m,h4 4=1=13m,3m,蛋形的短轴直径D D与长轴H H之比为1.4 1.4 2.02.0。第22页/共72页消化池的附属装置投配、排泥与溢流系统第23页/共72页消化池的附属装置搅拌装置采用沼气循环搅拌示意图第24页/共72页图6-7 消化池的溢流装置(a)倒虹管式;(b)大气压式;(c)水封式消化池的附属装置投配、排泥与溢流系统第25页/共72页第26页/共72页消化池的附属装置加热系统第27页/共72页6.2 污泥的厌氧消化1.1.消化池池型 2.2.消化池的构造 3.3.污泥的消化系统 二级消化池系统示意图(1 1)污泥的二级消化系统
16、 第28页/共72页6.2 污泥的厌氧消化1.1.消化池池型 2.2.消化池的构造 3.3.污泥的消化系统 (1)污泥的二级消化系统 两级消化池是根据消化过程沼气产生的规律进行设计:目的是节省污泥加温与搅拌所需的能量。两级消化池的设计:先计算出总有效容积,然后按容积比为一级比:一级:二级等于1:1,2:1或3:2常用2:1。第29页/共72页6.2 污泥的厌氧消化1.1.消化池池型 2.2.消化池的构造 3.3.污泥的消化系统 (1)污泥的二级消化系统 (2)污泥的二相消化系统 两相消化的设计:第一相消化池的容积用投配率为100,即停留时间为1d,第二相消化池容积采用投配率为1517,即停留时
17、间66.5d。池型与构造同前。第二相消化池有加温、搅拌设备及集气装置,产气量约为1.01.3m3m3;,每去除1kg有机物的产气量约为0.91.1m3/kg。两相消化是根据消化机理进行设计。目的是使各相消化池具有更适合于消化过程三个阶段各自的菌种群生长繁殖的环境。第30页/共72页第31页/共72页1.1.厌氧接触系统6.3 污水的厌氧消化第32页/共72页该工艺存在的问题有:(a)厌氧反应器排出的混合液中的污泥由于附着大量的气泡在沉淀池中易于上浮到水面而被出水带走;(b)进入沉淀池的污泥仍有产甲烷菌在活动并产生沼气,使已沉下的污泥上翻,影响出水水质、降低回流污泥的浓度。对此采取措施有:(a)
18、在反应器和沉淀池之间设脱气器尽可能脱除沼气;(b)在反应器与沉淀池之间设冷却器,抑制产甲烷菌的活动;(c)在沉淀池投加混凝剂:(d)用超滤(或膜分离器)代替沉淀池。第33页/共72页 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:2.2.厌氧生物滤池6.3 污水的厌氧消化第34页/共72页厌氧生物滤池的特点是:(a)由于填料为微生物附着生长提供了较大的表面积,滤池中的微生物量较高,又因生物膜停留时间长,平均停留时间长达100天左右,因而可承受的有机容积负荷高,COD容积负荷为216 kgCOD/(m3d),且耐冲击负荷能
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