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【环境课件】第三章 水的生物化学处理方法 12.doc

【环境课件】第三章 水的生物化学处理方法 12

杏仁的花儿
2017-11-26 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《【环境课件】第三章 水的生物化学处理方法 12doc》,可适用于生产运营领域

【环境课件】第三章水的生物化学处理方法废水处理的微生物学基础活性污泥法生物膜法厌氧生物技术污泥处理技术()理解微生物处理废水的基本原理掌握活性污泥法的原理与常用的几种工艺流程掌握生物膜法的原理与几种典型处理工艺掌握厌氧生物处理技术的机理与影响因素以及处理工艺()熟悉污泥的性质和常见的处理技术。活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理技术、污泥的处理:P,,,净化污水的微生物主要有细菌、真菌、藻类、原生动物和小型的后生动物等。从利用碳源的角度来说可分为自养型微生物和异养型微生物。从利用氧气的角度来分有好氧、厌氧和兼性三类。针对单细胞的细菌从形体来分有球菌、杆菌和螺旋菌三类。净化污水中微生物增长与递变的模式祥教材页。生物酶与代谢过程祥教材页。活性污泥中微生物的增殖是活性污泥在曝气池内发生反应、有机物被降解的必然结果而微生物增殖的结果则是活性污泥的增长。内源呼吸对数增殖减速增殖微生物增殖曲线氧利用速率曲线BOD降解曲线Xa时间注意:)间歇静态培养)底物是一次投加)图中同时还表示了有机底物降解和氧的消耗曲线。是活性污泥微生物对于新的环境条件、污水中有机物污染物的种类等的一个短暂的适应过程经过适应期后微生物从数量上可能没有增殖但发生了一些质的变化:a菌体体积有所增大b酶系统也已做了相应调整c产生了一些适应新环境的变异等等。BOD、COD等各项污染指标可能并无较大变化。kgBODkgVSS,dFM值高(,)所以有机底物非常丰富营养物质不是微生物增殖的控制因素微生物的增长速率与基质浓度无关呈零级反应它仅由微生物本身所特有的最小世代时间所控制即只受微生物自身的生理机能的限制微生物以最高速率对有机物进行摄取也以最高速率增殖而合成新细胞此时的活性污泥具有很高的能量水平其中的微生物活动能力很强导致污泥质地松散不能形成较好的絮凝体污泥的沉淀性能不佳活性污泥的代谢速率极高需氧量大一般不采用此阶段作为运行工况但也有采用的如高负荷活性污泥法。FM值下降到一定水平后有机底物的浓度成为微生物增殖的控制因素微生物的增殖速率与残存的有机底物呈正比为一级反应有机底物的降解速率也开始下降微生物的增殖速率在逐渐下降直至在本期的最后阶段下降为零但微生物的量还在增长活性污泥的能量水平已下降絮凝体开始形成活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好由于残存的有机物浓度较低出水水质有较大改善并且整个系统运行稳定一般来说大多数活接触氧化池内:FM:高于二段接触氧化池内:FM一般为:左右微生物处于减衰增殖期或内源呼吸期、多段处理流程(见课本)三、生物接触氧化池的构造和形式接触氧化是由池体,填料,支架及曝气装置,进出水装置以及排你管道等部件等组成、池体:各部件的尺寸:池内填料的高度是:M:底部布气层的高度为:M顶部稳定水层为:M总高度为M、填料•蜂窝状填料•波纹状的填料•轻性填料•半软性填料•盾性填料•不规则粒状颗粒•球形颗粒、接触氧化池的形式分为填料内循环和填料外循环主要有分流式氧化池和中心氧化池国内一般采用接触氧化池四、生物接触氧化池的有关计算设计参数规定)按平均日污水量进行计算)池座数一般不少于座)填料层高度一般取M,蜂窝状填料分层填料,每层高M,蜂窝内的填料的直径应不小于MM)池内污水的溶解氧一般应维持在mgL)应保证布水和布气的均匀)污水在池内的有效接触时间不得小于小时)生物接触氧化池的填料体积可按BOD容积负荷率计算、填料体积BOD容积负荷率的计算)生物接触氧化的时间W=QSoNw)接触氧化池的总面积:A=WH)接触氧化池的座数:n=Af)污水与填料的接触时间:t=nfHQ(小时))接触氧化池的高度H=Hhh(m)hho一、概述流化床是砂,活性炭,焦碳一类闲〉亩栊钥帕N靥宄涮钤诖材载体表面被覆盖生物膜,其质变轻,污水一一定的流速从下向上流动,使载体处于活化状态二、生物流化床的工艺类型液流动力流化床也称为二相流化床,即在流化床内只有污水与载体相接触而在单独的充氧设备内对污水进行充氧气流动力流化床三相流化床:污水,载体及空气三相同步进入床体特性:)高速去除有机污染物,BOD容积负荷率可达Kg(MD),处理水的BOD在mgL以下()易于维护,适应性好()占地少机械搅拌流化床()降解速度高反应的表面积大,()用机械搅动的方式使载体流化,悬浮,反应可保持均一性,生物膜与污水接触的效率较高()MLVSS值比较固定三、生物流化床的构造()床体平面或圆形()载体:生物流化床的核心部件()布水装置主要:单层多孔板,多孔板砾石层,圆锥布水结构,泡罩分布板()脱膜装置叶轮脱膜装置()采用鼓风曝气实际上厌氧生物过程广泛地存在于自然界中但人类第一次有意识地利用厌氧生物过程来处理废弃物则是在LouisMouras的随后人类开始较大规模地应用厌氧消化过程来处理城市污水(如化粪池、双层沉淀池等)和剩余污泥(如各种厌氧消化池等)。这些厌氧反应器现在通称为“第一代厌氧生物反应器”它们的共同特点是:水力停留时间(HRT)很长有时在污泥处理时污泥消化池的HRT会长达天即使是目前在很多现代化城市污水处理厂内所采用的污泥消化池的HRT也还长达~天虽然HRT相当长但处理效率仍十分低处理效果还很不好具有浓臭的气味因为在厌氧消化过程中原污泥中含有的有机氮或硫酸盐等会在厌氧条件下分别转化为氨氮或硫化氢而它们都具有十分特别的臭味。以上这些特点使得人们对于进一步开发和利用厌氧生物过程的兴趣大大降低而且此时利用活性污泥法或生物膜法处理城市污水已经十分成功。但是当进入上世纪、年代特别是年代的中后期随着世界范围的能源危机的加剧人们对利用厌氧消化过程处理有机废水的研究得以强化相继出现了一批被称为艺从此厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理。这些被称为现代高速厌氧消化反应器的厌氧生物处理工艺又被统一称为“第二代厌氧生物反应器”它们的主要特点有:HRT大大缩短有机负荷大大提高处理效率大大提高主要包括:厌氧接触法、厌氧滤池(AF)、上流式厌氧污泥床(UASB)反应器、厌氧流化床(AFB)、AAFEB、厌氧生物转盘(ARBC)和挡板式厌氧反应器等HRT与SRT分离SRT相对很长HRT则可以较短反应器内生物量很高。以上这些特点彻底改变了原来人们对厌氧生物过程的认识因此其实际应用也越来越广泛。进入世纪年代以后随着以颗粒污泥为主要特点的UASB在其基础上又发展起来了EGSBIC。其中EGSB反应器利用外加的出水循环可以使反应器内部形成很高的上升流速提高反应器内的基质与微生物之间的接触和反应可以在较低温度下处理较低浓度的有机废水如城市废水等而IC反应器则主要应用于处理高浓度有机废水依靠厌氧生物过程本身所产生的大量沼气形成内部混合液的充分循环与混合可以达到更高的有机负荷。这些反应器又被统一称为“”。能耗大大降低而且还可以回收生物能(沼气)因为厌氧生物处理工艺无需为微生物提供氧气所以不需要鼓风曝气减少了能耗而且厌氧生物处理工艺在大量降低废水中的有机物的同时还会产生大量的沼气其中主要的有效成分是甲烷是一种可以燃烧的气体具有很高的利用价值可以直接用于锅炉燃烧或发电污泥产量很低这是由于在厌氧生物处理过程中废水中的大部分有机污染物都被用来产生沼气甲烷和二氧化碳了用于细胞合成的有机物相对来说要少得多同时厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多产酸菌的产率Y为~kgVSSkgCOD产甲烷菌的产率Y为kgVSSkgCOD左右而好氧微生物的产率约为~kgVSSkgCOD。厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解的一些有机物进行降解或部分降解因此对于某些含有难降解有机物的废水利用厌氧工艺进行处理可以获得更好的处理效果或者可以利用厌氧工艺作为预处理工艺可以提高废水的可生化性提高后续好氧处理工艺的处理效果。厌氧生物处理过程中所涉及到的生化反应过程较为复杂因为厌氧消化过程是由多种不同性质、不同功能的厌氧微生物协同工作的一个连续的生化过程不同种属间细菌的相互配合或平衡较难控制因此在运行厌氧反应器的过程中需要很高的技术要求厌氧微生物特别是其中的产甲烷细菌对温度、pH等环境因素非常敏感也使得厌氧反应器的运行和应用受到很多限制和困难虽然厌氧生物处理工艺在处理高浓度的工业废水时常常可以达到很高的处理效率但其出水水质仍通常较差一般需要利用好氧工艺进行进一步的处理厌氧生物处理的气味较大对氨氮的去除效果不好一般认为在厌氧条件下氨氮不会降低而且还可能由于原废水中含有的有机氮在厌氧条件下的转化导致氨氮浓度的上升。我国高浓度有机工业废水排放量巨大这些废水浓度高、多含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物我国当前的水体污染物还主要是有机污染物以及营养元素N、P的污染目前的形势是:能源昂贵、土地价格剧增、剩余污泥的处理费用也越来越高厌氧工艺的突出优点是:能将有机污染物转变成沼气并加以利用运行能耗低有机负荷高占地面积少污泥产量少剩余污泥处理费用低等等厌氧工艺的综合效益表现在环境、能源、生态三个方面。废水厌氧生物处理在早期又被称为厌氧消化、厌氧发酵是指在厌氧条件下由多种(厌氧或兼性)微生物的共同作用下使有机物分解并产生CH和CO的过程。不溶性有机物水解胞外酶酸性发可溶性有机物酵阶胞内酶产酸菌段脂肪酸、醇类、细菌细胞其它产物H、CO胞内酶产甲烷菌碱内源呼性发吸产物酵阶段细菌细胞CO、CH图厌氧反应的两阶段理论图示世纪~年代被普遍接受的是“两阶段理论”第一阶段:发酵阶段又称产酸阶段或酸性发酵阶段主要功能是水解和酸化主要产物是脂肪酸、醇类、CO和H等主要参与反应的微生物统称为发酵细菌或产酸细菌这些微生物的特点是:)生长速率快)对环境条件的适应性(温度、pH等)强。第二阶段:产甲烷阶段又称碱性发酵阶段是指产甲烷菌利用前一阶段的产物并将其转化为CH和CO主要参与反应的微生物被统称为产甲烷菌(Methaneproducingbacteria)产甲烷细菌的主要特点是:)生长速率慢世代时间长)对环境条件(温度、pH、抑制物等)非常敏感要求苛刻。对厌氧微生物学的深入研究后发现将厌氧消化过程简单地划分为上述两个过程不能真实反映厌氧反应过程的本质厌氧微生物学的研究表明产甲烷菌是一类十分特别的古细菌(Archea)除了在分类学和其特殊的学报结构外其最主要的特点是:产甲烷细菌只能利用一些简单有机物作为基质其中主要是一些简单的一碳物质如甲酸、甲醇、甲基胺类以及HCO等两碳物质中只有乙酸而不能利用其它含两碳或以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类上世纪年代Bryant发现原来认为是一种被称为“奥氏产甲烷菌”的细菌实际上是由两种细菌共同组成的一种细菌首先把乙醇氧化为乙酸和H(一种产氢产乙酸细菌)另一种细菌则利用H和CO产生CH(一种真正意义上的产甲烷细菌嗜氢产甲烷细菌)因而Bryant提出了厌氧消化过程的“三阶有机物发酵性细菌I脂肪酸、醇类产氢产乙酸菌IIIV乙酸HCO同型产乙酸菌产甲烷菌IIICH说明:)I、II、III为三阶段理论I、II、III、IV为四类群理论)所产生的细胞物质未表示在图中图厌氧反应的三阶段理论和四类群理论段理论”:水解、发酵阶段:产氢产乙酸阶段:产氢产乙酸菌将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、HCO产甲烷阶段:产甲烷菌利用乙酸和H、CO产生CH一般认为在厌氧生物处理过程中约有的CH产自乙酸的分解其余的则产自H和CO。几乎与Bryant提出“三阶段理论”的同时又有人提出了厌氧消化过程的“四菌群学说”:实际上是在上述三阶段理论的基础上增加了一类细菌同型产乙酸菌其主要功能是可以将产氢产乙酸细菌产生的HCO合成为乙酸。但研究表明实际上这一部分由HCO合成而来的乙酸的量较少只占厌氧体系中总乙酸量的左右。总体来说“三阶段理论”、“四阶段理论”是目前公认的对厌氧生物处理过程较全面和较准确的描述。但是当利用厌氧生物处理工艺处理含有复杂有机物的时候在厌氧反应器中发生的反应会远比上述“三阶段理论”、“四阶段理论”中所描述的反应过程复杂可以参见“厌氧复杂体系示意图”。主要介绍其中的发酵细菌(产酸细菌)、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等。发酵产酸细菌的主要功能有两种:水解在胞外酶的作用下将不溶性有机物水解成可溶性有机物酸化将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等主要的发酵产酸细菌:梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等水解过程较缓慢并受多种因素影响(pH、SRT、有机物种类等)有时回成为厌氧反应的限速步骤产酸反应的速率较快大多数是厌氧菌也有大量是兼性厌氧菌可以按功能来分:纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。产氢产乙酸细菌的主要功能是将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H为产甲烷细菌提供合适的基质在厌氧系统中常常与产甲烷细菌处于共生互营关系。主要的产氢产乙酸反应有:CHCHOHHO,CHCOOHH乙醇:丙酸:CHCHCOOHHO,CHCOOHHCO丁酸:CHCHCHCOOHHO,CHCOOHH注意:上述反应只有在乙酸浓度很低、系统中氢分压也很低时才能顺利进行因此产氢产乙酸反应的顺利进行常常需要后续产甲烷反应能及时将其主要的两种产物乙酸和H消耗掉。主要的产氢产乙酸细菌多为:互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。、产甲烷菌世纪年代Hungate开创了严格厌氧微生物培养技术之后对产甲烷细菌的研究才得以广泛进行产甲烷细菌的主要功能是将产氢产乙酸菌的产物乙酸和HCO转化为CH和CO使厌氧消化过程得以顺利进行主要可分为两大类:乙酸营养型和H营养型产甲烷菌或称为嗜乙酸产甲烷细菌和嗜氢产甲烷细菌一般来说在自然界中乙酸营养型产甲烷菌的种类较少只有Methanosarcina(产甲烷八叠球菌)和Methanothrix(产甲烷丝状菌)但这两种产甲烷细菌在厌氧反应器中居多特别是后者因为在厌氧反应器中乙酸是主要的产甲烷基质一般来说有左右的甲烷是来自乙酸的氧化分解典型的产甲烷反应:CHCOOH,CHCOHCO,CHHO,,HCOOH,CHCOHCCOHO,CHCO,CHOH,CHHCOHHO,(CH),NHHO,CHHCOHNH,(CH),SHO,CHHCOHHSCHOHH,CHHO根据产甲烷菌的形态和生理生态特征可将其分类如下:产甲烷杆菌属甲酸产甲烷杆菌产甲烷杆菌目产甲烷杆菌科产甲烷杆短菌属瘤胃产甲烷杆菌产甲烷球菌目产甲烷球菌科产甲烷球菌属范氏产甲烷球菌产甲烷微菌属运动产甲烷微菌产甲烷微菌科产甲烷菌属黑海产甲烷微菌产甲烷螺菌属亨氏产甲烷螺菌产甲烷微菌目产甲烷八叠球菌属巴氏产甲烷八叠球菌产甲烷八叠球菌科产甲烷丝菌属索氏产甲烷丝菌属最新的分类(Bergy’s细菌手册第九版)共分为:三目、七科、十九属、种产甲烷菌有各种不同的形态常见的有:产甲烷杆菌产甲烷球菌产甲烷八叠球菌产甲烷丝菌等等。在生物分类学上产甲烷菌(Methanogens)属于古细菌(Archaebacteria)大小、外观上与普通细菌(Eubacteria)相似但实际上其细胞成分特殊特别是细胞壁的结构较特殊在自然界的分布一般可以认为是栖息于一些极端环境中(如地热泉水、深海火山口、沉积物等)但实际上其分布极为广泛如污泥、瘤胃、昆虫肠道、湿树木、厌氧反应器等产甲烷菌都是严格厌氧细菌要求氧化还原电位在,mv氧和氧化剂对其有很强的毒害作用产甲烷菌的增殖速率很慢繁殖世代时间长可达,天因此一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的限速步骤产甲烷反应是厌氧消化过程的控制阶段因此一般来说在讨论厌氧生物处理的影响因素时主要讨论影响产甲烷菌的各项因素主要影响因素有:温度、pH值、氧化还原电位、营养物质、FM比、有毒物质等。:温度对厌氧微生物的影响尤为显著厌氧细菌可分为嗜热菌(或高温菌)、嗜温菌(中温菌)相应地厌氧消化分为:高温消化(:C左右)和中温消化(:C左右)高温消化的反应速率约为中温消化的~倍产气率也较高但气体中甲烷含量较低当处理含有病原菌和寄生虫卵的废水或污泥时高温消化可取得较好的卫生效果消化后污泥的脱水性能也较好随着新型厌氧反应器的开发研究和应用温度对厌氧消化的影响不再非常重要(新型反应器内的生物量很大)因此可以在常温条件下(~:C)进行以节省能量和运行费用。pH:pH值是厌氧消化过程中的最重要的影响因素重要原因:产甲烷菌对pH值的变化非常敏感一般认为其最适pH值范围为~在<或>时产甲烷菌会受到严重抑制而进一步导致整个厌氧消化过程的恶化厌氧体系中的pH值受多种因素的影响:进水pH值、进水水质(有机物浓度、有机物种类等)、生化反应、酸碱平衡、气固液相间的溶解平衡等厌氧体系是一个pH值的缓冲体系主要由碳酸盐体系所控制一般来说:系统中脂肪酸含量的增加(累,积)将消耗使pH下降但产甲烷菌的作用不但可以消耗脂肪酸而HCO,且还会产生使系统的pH值回升。HCO碱度曾一度在厌氧消化中被认为是一个至关重要的影响因素但实际上其作用主要是保证厌氧体系具有一定的缓冲能力维持合适的pH值厌氧体系一旦发生酸化则需要很长的时间才能恢复。严格的厌氧环境是产甲烷菌进行正常生理活动的基本条件非产甲烷菌可以在氧化还原电位为~mv的环境正常生长和活动产甲烷菌的最适氧化还原电位为~mv在培养产甲烷菌的初期氧化还原电位不能高于mv厌氧微生物对N、P等营养物质的要求略低于好氧微生物其要求COD:N:P=::多数厌氧菌不具有合成某些必要的维生素或氨基酸的功能所以有时需要投加:K、Na、Ca等金属盐类微量元素Ni、Co、Mo、Fe等有机微量物质:酵母浸出膏、生物素、维生素等。FM:厌氧生物处理的有机物负荷较好氧生物处理更高一般可达~kgCODmd甚至可达~kgCODmd无传氧的限制可以积聚更高的生物量。产酸阶段的反应速率远高于产甲烷阶段因此必须十分谨慎地选择有机负荷高的有机容积负荷的前提是高的生物量而相应较低的污泥负荷高的有机容积负荷可以缩短HRT减少反应器容积。常见的抑制性物质有:硫化物、氨氮、重金属、氰化物及某些有机物硫化物和硫酸盐:硫酸盐和其它硫的氧化物很容易在厌氧消化过程中被还原成硫化物可溶的硫化物达到一定浓度时会对厌氧消化过程主要是产甲烷过程产生抑制作用投加某些金属如F可以去除S或从系统中吹脱HS可以减轻硫e化物的抑制作用。氨氮:氨氮是厌氧消化的缓冲剂但浓度过高则会对厌氧消化过程产生毒害作用抑制浓度为~mgl但驯化后适应能力会得到加强。重金属:使厌氧细菌的酶系统受到破坏。氰化物:有毒有机物::能耗大大降低而且还可以回收生物能(沼气)污泥产量很低厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多产酸菌的产率Y为~kgVSSkgCOD产甲烷菌的产率Y为kgVSSkgCOD左右而好氧微生物的产率约为~kgVSSkgCOD。厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解的一些有机物进行降解或部分降解反应过程较为复杂厌氧消化是由多种不同性质、不同功能的微生物协同工作的一个连续的微生物过程对温度、pH等环境因素较敏感处理出水水质较差需进一步利用好氧法进行处理气味较大对氨氮的去除效果不好等等这是厌氧消化应用于废水处理的初级阶段是从年法国Mouras设计的自动净化器开始到本世纪的年代主要代表有:年法国Mouras的自动净化器:年英国Moncriff的装有填料的升流式反应器:年英国设计的化粪池(SepticTank)年德国的Imhoff池(又称隐化池、双层沉淀池)等等。这些早期的厌氧生物反应器的共同特点是:处理废水的同时也处理从废水中沉淀下来的污泥前几种构筑物由于废水与污泥不分隔而影响出水水质双层沉淀池则有了很大改进有上层沉淀池和下层消化池停留时间很长出水水质也较差后两种反应器曾在英、美、德、法等国得到广泛推广在我国目前仍有应用。随着活性污泥法、生物滤池等好氧生物处理工艺的开发和推广应用厌氧生物处理被认为是效率低、HRT长、受温度等环境条件的影响大因此处于一种被遗弃的状态但好氧生物处理工艺的广泛应用产生的剩余污泥也越来越多其稳定化处理的主要手段是厌氧消化这是第二阶段的主要特征年首次在消化池中加上了加热装置使产气速率显著提高随后又增加了机械搅拌器反应速率进一步提高年代初又开发了利用沼气循环的搅拌装置带加热和搅拌装置的消化池被称为高速消化池至今仍是城市污水处理厂中污泥处理的主要技术。厌氧消化池主要应用于处理城市污水厂的污泥也可应用于处理固体含量很高的有机废水它的主要作用是:将污泥中的一部分有机物转化为沼气将污泥中的一部分有机物转化成为稳定性良好的腐殖质提高污泥的脱水性能使得污泥的体积减少以上使污泥中的致病微生物得到一定程度的灭活有利于污泥的进一步处理和利用。:消化池可以按其形状分为:圆柱形、椭圆形(卵形)和龟甲形等几种形式也可以按其池顶结构形式的不同将其分为:固定盖式和浮动盖式的消化池或者还可以按其运行方式的不同分为:传统消化池和高速消化池。):传统消化池又称为低速消化池在池内没有设置加热和搅拌装置所以有分层现象一般分为浮渣层、上清液层、活性层、熟污泥层等其中只有在活性层中才有有效的厌氧反应过程在进行因此在传统消化池中只有部分容积有效传统消化池的最大特点就是消化反应速率很低HRT很长一般为~天。)与传统消化池不同的是在高速消化池中设有加热和或搅拌装置因此缩短了有机物稳定所需的时间也提高了沼气产量在中温(~:C)条件下其HRT可以为天左右运行效果稳定但搅拌使高速消化池内的污泥得不到浓缩上清液与熟污泥不易分离。)两级串联第一级采用高速消化池第二级则采用不设搅拌和加热的传统消化池主要起沉淀浓缩和贮存熟污泥的作用并分离和排出上清液二者的HRT的比值可采用:~:一般为:。消化池一般由池顶、池底和池体三部分组成消化池的池顶有两种形式即固定盖和浮动盖池顶一般还兼做集气罩可以收集消化过程中所产生的沼气消化池的池底一般为倒圆锥形有利于排放熟污泥。):在高速消化池内均设有搅拌装置可以分为机械搅拌和沼气搅拌两种形式。其中的机械搅拌又分为:泵搅拌:从池底抽出消化污泥用泵加压后送至浮渣层表面或其它部位进行循环搅拌一般与进料和池外加热合并一起进行螺旋浆搅拌:在一个竖向导流管中安装螺旋桨水射器搅拌:利用污泥泵从消化池中抽取污泥后通过水射器喷射进入消化池可以起到循环搅拌的作用。而沼气搅拌又可以分为:气提式搅拌竖管式搅拌气体扩散式搅拌。)在高速消化池内一般需要将反应温度控制在中温范围内即约为:C左右因此必须考虑对进入消化池的污泥或直接在消化池内部进行加热。消化池内的加热方式主要有:池内蒸汽直接加热其优点是设备简单但容易造成局部污泥过热会影响厌氧微生物的正常活动而且蒸气直接通入池内会增加污泥的含水率池外加热:将进入消化池的污泥预热后再投配到消化池中所需预热的污泥量较少易于控制预热温度较高有利于杀灭虫卵不会对厌氧微生物不利但设备较复杂。消化池的设计计算的主要内容包括:消化池体积的计算与池体设计消化池内搅拌设备的设计与计算消化池所需要的加热保温系统的设计与计算等。目前国内一般按污泥投配率来计算所需的消化池容积即:V'V,p式中:V消化池的有效容积mV’每天需要处理的新鲜污泥的统计mdp污泥投配率。一般当采用高速消化池来处理来自城市生活污水处理长的剩余污泥时在消化温度为~:C时投配率p可取~在实际工程中一般要求消化池不少于个以便轮流检修。而国外则多按固体负荷率来计算消化池的有效容积即:GsV,Lv式中:Gs每日需要处理的污泥干固体量kgVSSdLv单位容积消化池固体负荷率kgVSSmd。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:d)固体负荷率(kgVSSm污泥含固率():C:C:C:C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:圆柱形池体的直径一般为~m柱体高径之比为:池总高与直径之比为~池底坡度一般为池顶部的集气罩高度和直径相同一般为m池顶至少设两个直径为m的人孔。在消化池中还需要设置多种工艺管道其中主要包括:污泥管:进泥管、出泥管、循环搅拌管上清液排放管溢流管沼气管取样管等。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~kJm即~kCalm)是一种可利用的生物能源。沼气成分:一般认为CH~CO~H~N~微量HS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m沼气m生污泥产气率与污泥的性质、污泥投配率、污泥含水率、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时:中温消化投配率为~产气率可达~m沼气m生污泥高温消化投配率为~产气率可达~m沼气m生污泥投配率为~产气率可达~m沼气m生污泥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。: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~即~h的产气量注意防腐、防火。厌氧消化技术发展上的第三个时期年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(AnaerobicFilter)、上流式厌氧污泥床反应器UASB(UpflowAnaerobicSludgeBlanket)、厌氧附着膜膨胀床反应器AAFEB(AnaerobicAttachedFilmExpandedBed)、厌氧流化床AFB(AnaerobicFluidizedBed)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。AnaerobicContactProcess从上述的工艺流程图中可看出厌氧接触法工艺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行计算:VX,c,(Q,Q)XQXwewW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=则有:VXX,,,HRT,cQXXee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~d因此高速厌氧消化池的HRT为~d。对于厌氧接触法由于X>>Xe所以HRT<<SRT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:污泥浓度高一般为~gVSSl抗冲击负荷能力强有机容积负荷高中温时COD负荷~kgCODmd去除率为~BOD负荷~kgBODmd去除率~出水水质较好增加了沉淀池、污泥回流系统、真空脱气设备流程较复杂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:真空脱气设备(真空度为mmHO)增加热交换器使污泥骤冷暂时抑制厌氧污泥的活性。消化池容积的计算:Q,S有机容积负荷法:iV,LvCOD有机容积负荷。LkgCODm,dvCOD美国:HRT=~hX=~glSRT=~dL=kgBODm,dv日本:T=:CCOD=~glCOD=~mglV=mie我国:南阳酒精厂Lv=~=~=HRT=~dCOD=~glkgCODm,dEEiCODBODBOD=~gli年代末美国的Young和McCarty首先开发出厌氧生物滤池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~mgl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:厌氧生物滤池中的厌氧生物膜的厚度约为~mm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~kgCODmd当进水COD浓度过高(>或mgl)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:生物固体浓度高有机负荷高SRT长可缩短HRT耐冲击负荷能力强启动时间较短停止运行后的再启动也较容易无需回流污泥运行管理方便运行稳定性较好。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:)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:比表面积大以利于增加厌氧生物滤池中的生物量孔隙率高以截留并保持大量悬浮微生物同时也可防止堵塞表面粗糙度较大以利于厌氧细菌附着生长其它方面如: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:实心块状滤料:~mm的碎块比表面积和孔隙率都较小分别为~mm和~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~kgCODmd易发生局部堵塞产生短流。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。管流型滤料:包括塑料波纹板和蜂窝填料等比表面积为~mm孔隙率可达~有机负荷可达~kgCODmd。交叉流型滤料: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。)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~m高为~m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。)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的主要内容包括:滤料的选择滤料体积的计算布水系统的设计沼气系统的设计等。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。)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~kgCODmd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。)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~kgCODmd有机物去除率可达~一般采用的滤料层的高度为~m相邻进水孔口距离~m(不大于m)污泥排放口距离不大于m。)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还取决于所采用的有机负荷的高低。)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~mgl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mCOD的去除率在~之间有机负荷为~kgCODmd。()(UASB)UASB反应器的英文全称为UpflowAnaerobicSludgeBlanket(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GatzeLettinga教授于上世纪年代初开发出来的。UASBUASB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:在反应器的上部设置了气、固、液三相分离器在反应器底部设置了均匀布水系统反应器内的污泥能形成颗粒污泥所谓的颗粒污泥的特点是:直径为~cm湿比重为~具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。上述工艺特征使得UASB反应器与前面已经述及的两种厌氧工艺厌氧接触法以及厌氧生物滤池相比具有如下的主要特点:污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度gVSSl以上污泥龄一般为天以上反应器的水力停留时间相应较短反应器具有很高的容积负荷不仅适合于处理高、中浓度的有机工业废水也适合于处理低浓度的城市污水UASB反应器集生物反应和沉淀分离于一体结构紧凑无需设置填料节省了费用提高了容积利用率一般也无需设置搅拌设备上升水流和沼气产生的上升气流起到搅拌的作用构造简单操作运行方便。UASBUASB反应器的主要组成部分包括:进水配水系统、反应区、三相分离器、出水系统、气室、浮渣收集系统、排泥系统等下面将分别叙述:)进水配水系统:其功能主要有两个方面:将废水均匀地分配到整个反应器的底部水力搅拌一个有效的进水配水系统是保证UASB反应器高效运行的关键之一。)反应区:反应区是UASB反应器中生化反应发生的主要场所又分为污泥床区和污泥悬浮区其中的污泥床区主要集中了大部分高活性的颗粒污泥是有机物的主要降解场所而污泥悬浮区则是絮状污泥集中的区域。)三相分离器:三相分离器由沉淀区、回流缝和气封等组成其主要功能有:将气体(沼气)、固体(污泥)、和液体(出水)分开保证出水水质保证反应器内污泥量有利于污泥颗粒化。)出水系统:出水系统的主要作用是将经过沉淀区后的出水均匀收集并排出反应器。)气室:气室也称集气罩其主要作用是收集沼气。)浮渣收集系统:浮渣收集系统的主要功能是清除沉淀区液面和气室液面的浮渣。)排泥系统:排泥系统的主要功能是均匀地排除反应器内的剩余污泥。UASB一般来说UASB反应器主要有两种型式即开敞式UASB反应器和封闭式UASB反应器分述如下。)开敞式UASB反应器开敞式UASB反应器的顶部不加密封或仅加一层不太密封的盖板多用于处理中低浓度的有机废水其构造较简单易于施工安装和维修。)封闭式UASB反应器封闭式UASB反应器的顶部加盖密封这样在UASB反应器内的液面与池顶之间形成气室主要适用于高浓度有机废水的处理这种形式实际上与传统的厌氧消化池有一定的类似其池顶也可以做成浮动盖式。在实际工程中UASB的断面形状一般可以做成圆形或矩形一般来说矩形断面便于三相分离器的设计和施工UASB反应器的主体常为钢结构或钢筋混凝土结构UASB反应器一般不在反应器内部直接加热而是将进入反应器的废水预先加热而UASB反应器本身多采用保温措施。反应器内壁必须采取防腐措施因为在厌氧反应过程中肯定会有较多的硫化氢或其它具有强腐蚀性的物质产生。UASB由于UASB反应器在一定程度上还属于较新的废水处理工艺技术在实际应用过程中还存在着许多不确定因素因此到目前为止还没有形成完整的工程设计的计算方法。UASB反应器设计计算的主要内容有:池型选择、有效容积以及各主要部位尺寸的确定进水配水系统、出水系统、三相分离器等主要设备的设计计算其它设备和管道如排泥和排渣系统等的设计计算。下面将分别进行叙述。)有效容积及主要构造尺寸的确定:UASB反应器的有效容积一般将沉淀区和反应区的总容积作为反应器的有效容积进行考虑多采用进水容积负荷法确定即:V,QSLiv式中:Q废水流量mdSi进水有机物浓度mgCODlLvCOD容积负荷kgCODmd。UASB反应器的容积负荷与反应温度、废水性质和浓度以及是否能够在反应器内形成颗粒污泥等多种因素有关如果对于食品工业废水或与之性质相近的废水一般认为是可以在反应器内形成颗粒污泥的在不同的反应温度下的进水容积负荷的选择可参考如下数据:温度设计容积负荷(C)(kgCODmd)高温(~)~中温(~)~常温(~)~低温(~)~)进水配水系统的设计:)三相分离器的设计:三相分离器的基本原理与构造如下图所示:一般来说在UASB反应器中三相分离器可以有以下几种布置形式:三相分离器的设计要点:沉淀区的设计:要求表面负荷应小于mmd集气罩斜面的坡度应为~:沉淀区的总水深应不小于m废水在沉淀区的停留时间应在~h之间回流缝的设计气液分离效果的计算与校核等。vADBCb,,vABABa基本要求为:其中根据Stocks公式有:,,gv,(,,,g),dbl,)出水系统的设计:)浮渣清除系统的设计:)排泥系统设计:)其他设计中应考虑的问题:加热和保温沼气的收集、贮存和利用防腐等UASB)颗粒污泥的性质与形成能在反应器内形成沉降性能良好、活性高的颗粒污泥是UASB反应器的重要特征颗粒污泥的形成与成熟也是保证UASB反应器高效稳定运行的前提因此有许多研究者都对UASB反应器中的颗粒污泥进行多方面的研究下面将分别进行简单叙述。颗粒污泥的外观:颗粒污泥的外观实际上是多种多样有呈卵形、球形、丝形等其平均直径为mm,一般为~mm,最大可达~mm反应区底部的颗粒污泥多以无机粒子作为核心外包生物膜颗粒的核心多为黑色生物膜的表层则呈灰白色、淡黄色或暗绿色等反应区上部的颗粒污泥的挥发性相对较高颗粒污泥质软有一定的韧性和粘性。颗粒污泥的组成在颗粒污泥中主要包括:各类微生物、无机矿物以及有机的胞外多聚物等其VSSSS一般为~颗粒污泥的主体是各类为微生物包括水解发酵菌、产氢产乙酸菌、和产甲烷菌有时还会有硫酸盐还原菌等细菌总数为~×个gVSS常见的优势产甲烷菌有:索氏甲烷丝菌、马氏和巴氏甲烷八叠球菌等一般颗粒污泥中C、H、N的比例为C约为~、H约为、N约为灰分含量因接种污泥的来源、处理水质等的不同而有较大差距一般灰分含量可达~灰分含量与颗粒的密度有很好的相关性但与颗粒的强度的相关性不是很好灰分中的FeS、Ca等对于颗粒污泥的稳定性有着重要的作用一般认为在颗粒污泥中铁的含量比例特别高。胞外多聚物是另一重要组成在颗粒污泥的表面和内部一般可见透明发亮的粘液状物质主要是聚多糖、蛋白质和糖醛酸等含量差异很大以胞外聚多糖为例少的占颗粒干重的~多的占~有人认为胞外多聚物对于颗粒污泥的形成有重要作用但现在仍有较大争议但至少可以认为其存在有利于保持颗粒污泥的稳定性。)颗粒污泥的类型有人将颗粒污泥分为以下三种类型即:A型、B型、C型分述如下:A型颗粒污泥:这种颗粒污泥中的产甲烷细菌以巴氏甲烷八叠球菌为主体外层常有丝状产甲烷杆菌缠绕比较密实粒径很小约为~mm。B型颗粒污泥:B型颗粒污泥则以丝状产甲烷杆菌为主体也称杆菌颗粒表面规则外层绕着各种形态的产甲烷杆菌的丝状体在各种UASB反应器中的出现频率极高密度为~gcm粒径约为~mm。C型颗粒污泥:C型颗粒污泥由疏松的纤丝状细菌绕粘连在惰性微粒上所形成的球状团粒也称丝菌颗粒C型颗粒污泥大而重粒径一般为~mm比重为~沉降速度一般为~mms。研究表明不同类型颗粒污泥的形成与废水中化学物质(营养基质和无机物)以及反应器的工艺条件(水力表面负荷和产气强度)等的不同有关当反应器中乙酸浓度高时易形成A型颗粒污泥当反应器中的乙酸浓度降低后A型颗粒污泥将逐步转变为B型颗粒污泥当存在适量的悬浮固体时易形成C型颗粒污泥。)颗粒污泥的生物活性通过多种研究手段对多种颗粒污泥的研究都表明颗粒污泥中的细菌是成层分布的即外层中占优势的细菌是水解发酵菌而内层则是产甲烷菌颗粒污泥实际上是一种生物与环境条件相互依存和优化的生态系统各种细菌形成了一条很完整的食物链有利于种间氢和种间乙酸的传递因此其活性很高。)颗粒污泥的培养条件在UASB反应器种培养出高浓度高活性的颗粒污泥一般需要~个月可以分为三个阶段:启动期、颗粒污泥形成期、颗粒污泥成熟期。影响颗粒污泥形成的主要因素有以下几种:接种污泥的选择维持稳定的环境条件如温度、pH值等初始污泥负荷一般为~kgCODkgSSd容积负荷一般应小于kgCODmd保持反应器中低的VFA浓度表面水力负荷应大于mmd以保持较大的水力分级作用冲走轻质的絮体污泥进水COD浓度不宜大于mgl否则可采取水回流或稀疏等措施进水中可适当提供无机微粒特别可以补充钙和铁同时应补充微量元素(如N、C、M)。iooUASB、厌氧膨胀床和厌氧流化床Anaerobic(AttachedFilm)ExpandedBedAnaerobicFluidizedBedReactors)应用实例城市废水:Jewell等人美国:进水COD平均为mglSS平均为mgl厌氧消化池污泥作为接种污泥反应温度为:C启动期为天之后连续运行天COD负荷为~kgCODmd当水力停留时间在h以上时出水SS在mgl以下COD为~mgl。工业废水、厌氧生物转盘、厌氧挡板反应器、两相厌氧消化工艺)应用情况ICEGSB在水处理工程中主要的污泥来源有以下几种:栅渣:格栅或滤网呈垃圾状量少易处理和处置浮渣:上浮渣和气浮池可能多含油脂等量少沉砂池沉渣:沉砂池比重较大的无机颗粒量少初沉污泥:初沉池以无机物为主数量较大易腐化发臭可能含有虫卵和病变菌是污泥处理的主要对象二沉污泥:二沉池剩余的活性污泥有机物质含水率高易腐化发臭难脱水是污泥处理的主要对象另外在给水处理过程中在原水被净化时也会产生各种污泥主要是各种化学污泥即经化学处理后除含有原废水中的悬浮物外还含有化学药剂所产生的沉淀物易于脱水与压实。表征污泥性质的主要指标有:含水率和含固率、挥发性固体、有毒有害物质的含量以及脱水性能等下面将分别加以描述。含水率是污泥中含水量的百分数含固率则是污泥中固体或干污泥含量的百分数湿泥量与含固率的乘积就是污泥量含水率降低(即含固量提高)将大大降低湿泥量(即污泥体积)含水率发生变化时可近似计算湿污泥的体积通常:含水率>污泥呈流状~污泥呈塑态,呈固态。挥发性固体即VSS通常用于表示污泥中的有机物的量有机物含量越高污泥的稳定性就更差。污泥含有一定量的N()、P()和K()有一定肥效污泥含有病菌、病毒、寄生虫卵等在施用之前应有必要的处理表二重金属的限制浓度污泥的脱水性能与污泥性质、调理方法及条件等有关还与脱水机械种类有关。在污泥脱水前进行强处理改变污泥粒子的物化性质破坏其胶体结构减少其与水的亲和力从而改善脱水性能这一过程称为污泥的调理或调质。常用污泥过滤比阻抗值(r)和污泥毛细管吸水时间(CST)两项指标来评价污泥的脱水性能。比阻抗值(r)单位干重滤饼的阻力其值越大越难过滤其脱水性能越差。dVPA,dt,(rCVRA)m式中:dVdt过滤速度msV滤出液体积mt过滤时间sP过滤压力NmA过滤面积mC单位面积滤出液所得滤饼干重kgmr污泥过滤比阻抗mkgR过滤开始时单位过滤面积上过滤介质的阻力mmm,滤出液的动力粘滞度Nsm当P为常数值时则可积分得:,,RtrC,,m,V,,VPAPA,,发现tV~V呈直线关系令其斜率,,rCb,PAbPA,则有:b与污泥性质有关的常数smr,C污泥比阻抗值r的测定:每隔一定的时间连续测定滤出液量V并作tV~V的关系图如右上图。已知:P=×Nm:滤出液动力粘滞系数,=NsmC=kgm,A=×m则计算可得:r=×mkg游离水、毛细水、内部水和附着水游离水(又称间隙水):存在于污泥颗粒间隙中的水约占污泥水份的左右一般可借助中心或离心力分离:毛细水:存在污泥颗粒间的毛细管中约占需要更大的外力内部水:存在于污泥颗粒内部(包括细胞内的水)附着水:粘附于颗粒或细胞表面的水污泥处理方法的选择常取决于污泥的含水率和最终处理的方式污泥的最终出路主要是部分或全部利用或以某种再返回自然环境中去污泥的利用:主要是农业上的利用污泥的最终处置方法:填埋、焚烧、海洋投放、地下投放等填埋:必要的前处理、稳定化处理焚烧:大幅度减容、灭菌、尾气处理、运行费用贵海洋投放:地下洞穴、废矿、深井中等浓缩、脱水、干化、稳定、调理(调节)或消毒。图:污泥处理与处置的基本流程污泥浓缩的主要目的是降低污泥的含水率使污泥体积大为降低即通常所说的减容因此可以大幅度降低后续处理的费用。一般来说污泥浓缩处理的对象是污泥中的游离水。主要的浓缩方法有重力浓缩法、气浮浓缩法和离心浓缩法等三种在选择具体的污泥浓缩方法时还应综合考虑污泥的来源、性质以及最终的处置方法等下面将分别予以叙述。)间歇式污泥浓缩池)连续式污泥浓缩池气浮浓缩法主要适用于密度接近于、疏水的污泥或容易发生膨胀的污泥一般多采用的是压力溶气气浮法。离心浓缩法是利用污泥中的固体即污泥与其中的液体即水之间的密度有很大的不同因此在高速旋转的离心机中具有不同的离心力从而可以使二者分离。一般离心浓缩机可以连续工作污泥在离心浓缩机中的HRT仅为min而出泥的含固率可达以上即出泥的含水率可以达到以下。污泥的调理主要指的是在污泥进行脱水之前对其脱水性能进行一定的预处理以提高其脱水性能常见的污泥的调理方法是加药调理法。即在污泥中加入带有电荷的无机或有机调理剂使污泥液体颗粒表面发生化学反应中和颗粒表面的电荷使水游离出来同时使污泥颗粒凝聚成大的颗粒絮体降低污泥的比阻抗(或CST)调理效果的好坏与调理剂种类、投加量以及环境因素等有关。)无机调理剂:适用于真空过滤和板框压滤最有效、最便宜的是铁盐:FeClHO,Fe(SO)HOFeSOHO聚合硫酸铁(PFS)铝盐:Al(SO)HO、AlCl、Al(OH)Cl,聚合氯化铝(PAC)铁盐常和石灰联用:在pH>时可提供Ca(OH)絮凝体。阳粒子型聚丙烯酰胺等污泥性质调理剂的品种投加量环境条件:水温pH调理剂的投加顺序污泥与调理剂的混合。污泥脱水和干化的目的是除去污泥中的大量水分缩小其体积减轻其重量一般经过脱水、干化处理后污泥含水量能从左右下降到~体积减小到仅为原来的~。自然干化多采用于干化床机械脱水多采用板框压滤机、带式压滤机、离心脱水机等。自然干化主要采用的是污泥干化床其中主要的干化机理是自然蒸发与渗透。一般经过自然干化处理后的出泥的含水率可接近。但由于自然干化床的占的面积较大一般仅适用于中小规模的污水处理厂。据统计西欧国家经脱水处理的污泥占其污泥总量的其中机械脱水占、自然干化、其它主要的脱水机械有:转筒离心机、板框压滤机、压式压滤机、真空过滤机分别占和。真空过滤机是早期使用的连续机械脱水机械。板框压滤机是最早应用于污泥脱水的机械间歇操作、基建投资大过滤能力低但其滤饼的含固率高、滤液清、药剂用量少。合成有机聚合物(高分子絮凝剂)发展的结果连续工作、制造容易、操作管理简单、附属设备较少但由于絮凝剂较贵使得其运行费用较高。利用离心机使污泥中的固、液分离离心力场可达到重力场的倍以上处理量大基建和占地少操作简单自动化程度高可不投入或少投入化学调理剂动力费用较高。主要有转筒式离心机。所谓的污泥稳定化处理是指降低污泥中有机物的含量使污泥在后续处理与处置过程中不致发生腐败或变化。主要的稳定化技术包括:污泥的厌氧消化技术、污泥的好氧消化技术等。污泥的厌氧消化技术已经在前面第六章中进行了较详细的介绍可以参见其中的厌氧消化池部分。污泥的好氧消化技术对污泥中挥发性固体量的降低可接近于厌氧消化法但需要大量供氧因而能耗较大运行费用高所以一般只适用于小规模的废水厂。其机理是促使活性污泥进入内源呼吸阶段通过自身氧化降低污泥中的有机物的含量使污泥达到稳定化。其反应方程式如下:CHNOCONOHOH只有约的细胞组织能被氧化剩余的则是不能被生物降解的根据所采用的氧气来源的不同又可分为空气好氧稳定和纯氧稳定法。污泥的干燥是将脱水污泥通过处理使污泥中的毛细水、吸附水和内部水得到大部分去除的方法可以使污泥含水率从~降低至~左右污泥焚化是将干燥的污泥中的吸附水和内部水以及有机物全部去除使含水率降至零污泥变成灰尘二者使非常可靠二有效的污泥处理方法但其设备投资和运行费用都很昂贵。各种干燥器和焚化炉的选择。年我国湿泥量约为万m年我国湿泥量约为万m城市污泥利用与最终处置的可能途
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【环境课件】第三章 水的生物化学处理方法 12

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