厌氧生物处理调试运行
指 导 手 册
厌氧生物处理、调试、运行指导手册
1、目的:本手册用于厌氧生物降解工艺单元的运行管理。
2、内容及对象:手册包括有以下 7 个内容:即:
厌氧生物反应概述;厌氧技术优势和不足;反应机理;厌氧反应
器类型;厌氧反应器工艺控制条件;启动方式;运行管理;问题及解
决措施;
手册适用于厌氧反应器操作人员、污水站技工、化验人员和管理人员,
亦可供相关人员参考。
3、厌氧反应概述:
利用微生物生命过程中的代谢活动,将有机物分解为简单无机物,
从而去除水中有机物污染的过程,称为废水的生物处理。根据代谢过
程对氧的需求,微生物又分为好氧、厌氧和介于两者间的兼性微生物。
厌氧生物处理就是利用厌氧微生物的代谢过程,在无需提供氧的情况
下,把有机物转化为无机物和少量的细胞物质,这些无机物包括大量
的生物气(即沼气)和水。
厌氧是一种低成本废水处理技术,把废水治理和能源相结合,特
别适合发展中国家使用。
4、厌气处理技术的优势和不足:
优势:
4.1 可作为环境保护、能源回收和生态良性循环结合系统的技术,
具有良好的社会、经济、环境效益。
4.2 耗能少,运行费低,对中等以上(1500mg/L)浓度废水费用仅为
好氧工艺 1/3.
4.3 回收能源,理论上讲 1kgCOD可产生纯甲烷 0.35m3,燃值(3.93
×10-1J/m3),高于天然气(3.93×10-1J/m3)。以日排 10t COD工厂为例,
按COD去除 80%,甲烷为理论值 80%计算,日产沼气 2240m3,相当于
2500m3天然气或 3.85t煤,可发电 5400Kwh.
4.4 设备负荷高、占地少。
4.5 剩余污泥少,仅相当于好氧工艺 1/6~1/10.
4.6 对 N、P 等营养物需求低,好氧工艺要求 C:N:P=100:5:1,厌
氧工艺为 C:N:P=(350-500):5:1。
4.7 可直接处理高浓有机废水,不需稀释。
4.8 厌氧菌可在中止供水和营养条件下,保留生物活性和沉泥性
一年,适合间断和季节性运行。
4.9 系统灵活,设备简单,易于制作管理,规模可大可小。
厌氧不足:
1、 出水污染浓度高于好氧,一般不能达标;
2、 对有毒性物质敏感;
3、 初次启动缓慢,最少需 8-12 周以上方能转入正常水平。
5、反应机理:
厌氧反应过程是对复杂物质(指高分子有机物以悬浮物和胶体形
式存在于水中)生物降解的复杂的生态系统。其反应过程可分为四个
阶段:
5.1 水解阶段——被细菌胞外酶分解成小分子。例如:纤维素被
纤维酶水解为纤维二糖和葡萄糖,淀粉被淀粉酶分解为麦牙糖和葡萄
糖,蛋白质被蛋白酶水解为短肽和氨基酸等,这些小分子的水解产物
能被溶解于水,并透过细胞为细胞所利用。
5.2 发酵阶段——小分子的化合物在发酵菌(即酸化菌)的细胞
内转化为更为简单的化合物,并分泌到细胞外。这一阶段主要产物为
挥发性脂肪酸(VFA)醇类、乳酸、CO2、氢、氨、硫化氢等。
5.3 产酸阶段——上一阶段产物被进一步转化为乙酸、氢、碳酸
以及新的细胞物质。
5.4 产甲烷阶段——在这一阶段乙酸、氢、碳酸、甲酸和甲醇等
被转化为甲烷、二氧化碳和新细胞物质。原理图如下:
复杂有机物
水解、发酵
脂肪酸(﹥C2) 硫酸盐还
原
产乙酸
H2+CO2 乙酸
产甲烷 产甲烷
CH4+CO2
硫酸盐还原 硫酸盐还原
H2S+CO2
a、 水解阶段——含有蛋白质水解、碳水化合物水解和脂类水解。
b、 发酵酸化阶段——包括氨基酸和糖类的厌氧氧化,以及较高级
脂肪酸与醇类的厌氧氧化。
c、 产乙酸阶段——含有从中间产物中形成乙酸和氧气,以及氢气
和二氧化碳形成乙酸。
d、 产甲烷阶段——包括从乙酸形成甲烷,以及从氧、二氧化碳形
成甲烷。废水中有硫酸盐时,还会有硫酸盐还原过程,如虚线
所示。
6、厌氧反应器类型:
6.1 普通厌氧反应池
6.2 厌氧接触工艺
6.3 升流厌氧污泥库(UASB)反应器
6.4 厌氧颗粒污泥膨胀库(EGSR)
6.5 厌氧滤料(AF)
6.6 厌氧流化库反应器
6.7 厌氧折流反应器(ABR)
6.8 厌氧生物转盘
6.9 厌氧混台反应器等.
7、厌氧反应的工艺控制条件:
7.1温度:按三种不同嗜温厌氧菌(嗜温5-20℃ 嗜温 20-42℃ 嗜
温 42-75℃)工程上分为低温厌氧(15-20℃)、中温厌氧(30-35℃)、
高温厌氧(50-55℃)三种。温度对厌氧反应尤为重要,当温度低于
最优下限温度时,每下降 1℃,效率下降 11%。在上述范围,温度在
1-3℃的微小波动,对厌氧反应影响不明显,但温度变化过大(急速
变化),则会使污泥活力下降,度产生酸积累等问题。
7.2 PH:厌氧水解酸化工艺,对 PH 要求范围较松,即产酸菌的 PH
应控制 4-7℃范围内;完全厌氧反应则应严格控制 PH,即产甲烷反应
控制范围6.5-8.0,最佳范围为6.8-7.2,PH低于6.3或高于7.8,甲烷
化速降低。
7.3 氧化还原电位:水解阶段氧化还原电位为-100~+100mv,产甲
烷阶段的最优氧化还原电位为-150~-400mv。因此,应控制进水带入
的氧的含量,不能因以对厌氧反应器造成不利影响。
7.4 营养物:厌氧反应池营养物比例为 C:N:P=(350-500):5:1。
7.5 有毒有害物:抑制和影响厌氧反应的有害物有三种:
7.5.1 无机物:有氨、无机硫化物、盐类、重金属等,特别硫酸
盐和硫化物抑制作用最为严重;
7.5.2 有机化合物:非极性有机化合物,含挥发性脂肪酸(VFA)、
非极性酚化合物、单宁类化合物、芬香族氨基酸、焦糖化合物等五类。
7.5.3 生物异型化合物,含氯化烃、甲醛、氰化物、洗涤剂、抗
菌素等。
7.6 工艺技术参数:
7.6.1 水力停留时间:HRT
7.6.2 有机负荷
7.6.3 污泥负荷
8、厌氧反应器启动:
8.1 接种污泥:有颗粒污泥时,接种污泥数量大小 10-15%.当没有现
成的污泥时,应用最多的是污水处理厂污泥池的消化污泥.稠的消化
污泥有利于颗粒污泥形成。没有消化污泥和颗粒污泥时,化粪池污泥、
新鲜牛粪、猪粪及其它家畜粪便都可利用作菌种,,也可用腐败污泥
和鱼塘底泥作接种污泥,但启动周期较长。
污泥接种浓度至少不低 10Kg·VSS/m3反应器容积,但接种污泥填
充量不大于反应器容积 60%。污泥接种中应防止无机污泥、砂以及不
可消化的其它物进入厌氧反应器内。
8.2 接种污泥启动:启动分以下三个阶段进行:
1、起始阶段——反应池负荷从 0.5-1.0kgCOD/m3d或污泥负荷
0.05-0.1kgCOD/kgVSS·d开始。进入厌氧池消化降解废水的混合液浓
度不大于COD5000mg/L,并按要求控制进水,最低的COD负荷为
1000mg/L。进液浓度不符合应进行稀释。
进液时不要刻意严格控制所有工艺参数,但应特别注意乙酸浓
度,应保持在 1000mg/L 以下。进液采用间断冲击形式,即每 3~4 小
时一次,每次 5-10min,之后逐步减断间隔时间至 1 小时,每次进液
时间逐步增长 20~30min。起始阶段,进水间隔时间过长时,则应每
隔 1 小时开动泵对污泥搅拌一次,每次 3~5min。
2、启动第二阶段——当反应器容积负荷上升到 2-5kgCOD/m3d时,
这一阶段洗出污泥量增大,颗粒污泥开始产生。一般讲,从第一段到
第二段要 40d时间,此时容积负荷大约为设计负荷的 50%。
3、启动的第三阶段——从容积负荷 50%上升到 100%,采用逐步增
加进料数量和缩短进料间断时间来实现。衡量能否获进料量和缩短进
料时间的化验指标定控制发挥性脂肪酸 VFA 不大于 500mg/L,当 VFA
超过 500-1000mg/L,厌氧反应器呈现酸化状态,超过 1000mg/L 则表
明已经酸化,需立即采取措施停止进料,进行菌种驯化。一般来讲第
二段到第三段也需 30-40d 时间。
8.3 启动的要点
1、启动一定要逐步进行,留有充裕的时间,并不能期望很短时间
进入加料运行达到厌氧降解的目标 。因为启动实际上是使细菌从休
眠状态恢复,即活化的过程。启动中细菌选择、驯化、增殖过程都在
进行,原厌氧污泥中浓度较低的甲烷菌的增长速度相对于产酸菌要慢
的多。因此,这时负荷一般不能高,时间不能短,每次进料要少,间
隔时间要长。
2、混合进液浓度一定要控制在较低水平,一般 COD 浓度为
1000-5000mg/L,当超过 5000mg/L,应进行出水循环和加水稀释至要
求。
3、若混合液中亚硫酸盐浓度大于 200mg/L 时,则亦应稀释至
100mg/L 以下才能进液。
4、负荷增加操作方式:启动初期容积负荷可从 0.2-0.5kgCOD/m3·d
开始,当生物降解能力达到 80%以上时,再逐步加大。若最低负荷进
料,厌氧过程仍不正常COD不能消化,则进料间断时间应延长 24h或
2-3d,检查消化降解的主要指标测量VFA浓度,启动阶段VFA应保持在
3mmoL/L以下。
5、当容积负荷走到 2.0kgCOD/m3d后,每次进料负荷可增大,但最
大不超过 20%,只有当进料增大,而VFA浓度且维持不变,或仍维持
在﹤3mmoL/L水平时,进料量才能不断增大进液间隔才能不断减少。
9、 厌氧生物处理中存在的问题及解决
方法
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存在问题 原 因 解决方法
1、污泥生长过慢
1 营养物不足,微量元素不足;
2 进液酸化度过高;
3 种泥不足。
1 增加营养物和微量元素;
2 减少酸化度;
3 增加种泥。
2、反应器过负荷
1 反应器污泥量不够;
2 污泥产甲烷活性不足;
3 每次进泥量过大间断时间短。
1 增加种污或提高污泥产量;
2 减少污泥负荷;
3 减少每次进泥量加大进泥间
隔。
3、污泥活性不够
1 温度不够;
2 产酸菌生长过快;
3 营养或微量元素不足;
4 无机物Ca2+引起沉淀。
1 提高温度;
2 控制产酸菌生长条件;
3 增加营养物和微量元素;
4 减少进泥中Ca2+含量。
4、污泥流失
1 气体集于污泥中,污泥上浮;
2 产酸菌使污泥分层;
3 污泥脂肪和蛋白过大。
1 增加污泥负荷,增加内部水循
环;
2 稳定工艺条件增加废水酸化程
度;
3 采取预处理去除脂肪蛋白。
5、污泥扩散颗粒污泥
破裂
1 负荷过大;
2 过度机械搅拌;
3 有毒物质存在。
4 预酸化突然增加
1 稳定负荷;
2 改水力搅拌;
3 废水清除毒素。
4 应用更稳定酸化条件
活性污泥系统管理手册