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北京科技大学环境工程12第12章废水的厌氧处理12.1概述废水厌氧生物处理是环境工程与能源工程中的一项重要技术,是有机废水强有力的处理方法之一。过去,它多用于城市污水处理厂的污泥、有机废料以及部分高浓度有机废水的处理。目前,厌氧生化法不仅可用于处理有机污泥和高浓度有机废水,也用于处理中、低浓度有机废水,包括城市污水。厌氧生化法的特点:(2)能耗低好氧法需要消耗大量能量供氧,曝气费用随着有机物浓度的增加而增大,而厌氧法不需要充氧,而且产生的沼气可作为能源。废水有机物达一定浓度后,沼气能量可以抵偿消耗能量。研究表明,当原水BOD5达到1500mg/L时,采用厌氧处理即有能量剩余。有机物浓度愈高,剩余能量愈多。一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。(3)负荷高通常好氧法的有机容积负荷为24kgBOD/(m3·d),而厌氧法为2l0kgCOD/(m3·d),高的可达50kgCOD/(m3·d)。(4)剩余污泥量少,且其浓缩性、脱水性良好好氧法每去除lkgCOD将产生0.40.6kg生物量,而厌氧法去除lkgCOD只产生0.020.lkg生物量,其剩余污泥量只有好氧法的5%20%。同时,消化污泥在卫生学上和化学上都是稳定的。因此,剩余污泥处理和处置简单、运行费用低,甚至可作为肥料、饲料或饵料利用。(5)氮、磷营养需要量较少好氧法一般要求BOD:N:P为l00:5:1,而厌氧法的BOD:N:P为l00:2.5:0.5,对氮、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较少。(6)有杀菌作用厌氧处理过程有一定的杀菌作用,可以杀死废水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。(7)污泥易贮存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。(8)厌氧生物处理法也存在下列缺点:13.2厌氧法的基本原理厌氧消化过程划分为三个连续的阶段,即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。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。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。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,在降解奇数碳素有机酸时还形成CO2。第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2和H2等转化为甲烷。厌氧消化的三个阶段和COD转化率此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成,一组把氢和二氧化碳转化成甲烷,另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷,前者约占总量的l/3后者约占2/3。上述三个阶段的反应速度依废水性质而异,在含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为主的废水中,水解易成为速度限制步骤;简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质均能被微生物迅速分解,对含这类有机物为主的废水,产甲烷易成为限速阶段。12.3厌氧法的工艺和设备12.3.1普通厌氧消化池螺旋桨搅拌的消化池循环消化液搅拌式消化池普通消化池的特点是:12.3.2厌氧接触法厌氧接触法的特点:(c)可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液,不存在堵塞问题;(d)混合液经沉降后,出水水质好,(e)但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备(f)厌氧接触法存在混合液难于在沉淀池中进行固液分离的缺点。几种脱气方法:L12.3.3上流式厌氧污泥床反应器UASB反应器示意图2024/11/72024/11/7上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。小型装置常为圆柱形,底部呈锥形或圆弧形。大型装置为便于设置气、液、固三相分离器,则一般为矩形,高度一般为38m,其中污泥床12m,污泥悬浮层24m,多用钢结构或钢筋混凝土结构,上流式厌氧污泥床反应器的特点:(a)反应器内污泥浓度高,一般平均污泥浓度为3040g/L,其中底部污泥床(sludgebed)污泥浓度6080g/L,污泥悬浮层(sludgeblanket)污泥浓度57g/L;污泥床中的污泥由活性生物量占70%80%的高度发展的颗粒污泥(sludgegranules)组成,颗粒的直径一般在0.55.0mm之间,颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征。(b)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/(m3·d);(c)反应器内设三相分离器,被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区,一般无污泥回流设备;(d)无混合搅拌设备。投产运行正常后,利用本身产生的沼气和进水来搅动;(e)污泥床内不填载体,节省造价及避免堵塞问题。(f)反应器内有短流现象,影响处理能力。进水中的悬浮物应比普通消化池低得多,特别是难消化的有机物固体不宜太高,以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积,甚至引起堵塞;(g)运