《废水生物处理原理与工艺》课程教学资源（讲义）第十一讲现代高速厌氧反应器.doc_大学文库

废水生物处理原理与工艺第十一讲第 1 页第十一讲 3.2.3 现代高速厌氧反应器 ——厌氧消化技术发展上的第三个时期； ——1955 年，Schroepter 提出了厌氧接触法 ⚫ 参考活性污泥法，增设二沉池和污泥回流系统； ⚫ 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。 ——随后出现了 AF(Anaerobic Filter)、UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)、AAFEB(Anaerobic Attached Film Expanded Bed)、AFB(Anaerobic Fluidized Bed)等 ⚫ 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； ⚫ 城市废水的处理； ⚫ 与好氧工艺的串联和组合，可以脱氮和除磷； ⚫ 含难降解有机物的工业废水的处理。一、厌氧接触法（Anaerobic Contact Process） 1、工艺流程与特点图 ——污泥回流是其最大的特点； ——污泥回流使得 HRT 与 SRT 分离： w e w W c Q Q X Q X VX − + = ( )  由于厌氧细菌生长缓慢，可以作到不从系统中排放剩余污泥，则 Qw = 0，则有： e e c X X HRT QX VX  = =  对于普通高速厌氧消化池，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 20~30d，因此高速厌氧消化池的 HRT 为 20~30d。对于厌氧接触法，由于 X >>Xe，所以 HRT<<SRT； 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： ①污泥浓度高，一般为 5~10 gVSS/l，抗冲击负荷能力强； ②有机容积负荷高，中温时，COD 负荷 1~6 kgCOD/m3 .d，去除率为 70~80%； BOD 负荷 0.5~2.5 kgBOD/m3 .d，去除率 80~90%； ③出水水质较好； ④增加了沉淀池、污泥回流系统、真空脱气设备，流程较复杂； ⑤适合于处理悬浮物和有机物浓度均很高的废水

废水生物处理原理与工艺厌氧生物滤池的重要组成:滤料、布水系统、沼气收集系统 (1)、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,以截留并保持大量的悬浮的微生物,同时也可防止塞:表面粗糙度较大,以利于厌氧细菌附着生长:其它:机械强度高;化学和生物学稳定性好:质轻:价廉易得注意:被研究过的滤料种类很多,所得出的结论也不尽相同: 有人认为孔隙率更重要(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、孔隙率以及孔隙大常用滤料: ①实心块状滤料:30~45mm的碎块:比表面积和孔隙率都较小,分别为40-50mm3和50-60%: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3~6 kgCod/m3d;易发生局部堵塞,产生短流。 ②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 ③管流型滤料:包括塑料波纹板和蜂窝填料等:比表面积为100~200m/m3,孔隙率可达80-9%:有机负荷可达5~15 ④交叉流型滤料 ⑤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。 (2)、布水系统布水系统的作用是将进水均匀内地分配于全池,注意孔口的大小和流速厌氧生物滤池多为封闭形,水位应高于滤料层 —升流式厌氧生物滤池的布水系统设于池底,应用较广,直径为6~26m,高为3~13m: 降流式厌氧生物滤池的水流方向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 (3)、沼气收集系统 (4)、厌氧生物滤池的运行特征 ●厌氧生物滤池中生物膜的厚度约为1~4mm: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02~16 kg COD/m3d 在相同的水质条件及水力停留时间下,升流式的COD去除率较降流式的高:当进水COD浓度过高C800或120009① 时,应采用出水回流的措施:①减少碱度的要求:②降低进水COD浓度:③增大进水流量,改善进水分布条件二级交替式运行的厌氧生物滤池: 当被处理的废水所含的悬浮固体浓度大于10%的COD浓度时,如采用升流式厌氧生物滤池,则应采取适当的预处理的 SS浓度:如采用降流式厌氧生物滤池,则不必采取预处理。厌氧生物滤池的优缺点与传统的厌氧生物处理及其它新型厌氧生物反应器相比,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。主要缺点是易堵塞 2、厌氧生物滤池的设计计算厌氧生物滤池的设计计算主要包括:①滤料的选择:②滤料体积的计算:③布水系统的设计:④沼气系统的设计等。目前尚无定型的设计计算程序主要介绍滤料体积的计算方法和一些常用参数 ①有机负荷法: V=g(S-Se)/LCOD Lc-—有机容积负荷,一般为0.5~12 keCOD ②常用设计参数: 第3页第十一讲

废水生物处理原理与工艺第十一讲第 3 页第十一讲 ——厌氧生物滤池的重要组成：滤料、布水系统、沼气收集系统 (1)、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，以截留并保持大量的悬浮的微生物，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：机械强度高；化学和生物学稳定性好；质轻；价廉易得；等注意：被研究过的滤料种类很多，所得出的结论也不尽相同： ——有人认为孔隙率更重要(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。 ⚫ 常用滤料： ①实心块状滤料：30~45mm 的碎块；比表面积和孔隙率都较小，分别为 40~50m 2 /m3 和 50~60%；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 3~6 kgCOD/m3 .d；易发生局部堵塞，产生短流。 ②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。 ③管流型滤料：包括塑料波纹板和蜂窝填料等；比表面积为 100~200 m 2 /m3，孔隙率可达 80~90%；有机负荷可达 5~15 kgCOD/m3 .d。 ④交叉流型滤料： ⑤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。 (2)、布水系统 ——布水系统的作用是将进水均匀内地分配于全池，注意孔口的大小和流速； ——厌氧生物滤池多为封闭形，水位应高于滤料层； ——升流式厌氧生物滤池的布水系统设于池底，应用较广，直径为 6~26m，高为 3~13m； ——降流式厌氧生物滤池的水流方向相反； ——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。 (3)、沼气收集系统： (4)、厌氧生物滤池的运行特征： ⚫ 厌氧生物滤池中生物膜的厚度约为 1~4mm；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 0.2~16 kgCOD/m3 .d；在相同的水质条件及水力停留时间下，升流式的 COD 去除率较降流式的高；当进水 COD 浓度过高(>8000 或 12000mg/l) 时，应采用出水回流的措施：①减少碱度的要求；②降低进水 COD 浓度；③增大进水流量，改善进水分布条件。 ——二级交替式运行的厌氧生物滤池： ——当被处理的废水所含的悬浮固体浓度大于 10%的 COD 浓度时，如采用升流式厌氧生物滤池，则应采取适当的预处理的 SS 浓度；如采用降流式厌氧生物滤池，则不必采取预处理。 ——厌氧生物滤池的优缺点：与传统的厌氧生物处理及其它新型厌氧生物反应器相比，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。主要缺点是易堵塞。 2、厌氧生物滤池的设计计算 ——厌氧生物滤池的设计计算主要包括：①滤料的选择；②滤料体积的计算；③布水系统的设计；④沼气系统的设计等。 ——目前尚无定型的设计计算程序； ——主要介绍滤料体积的计算方法和一些常用参数： ①有机负荷法： V = Q（Si – Se）/LvCOD LvCOD——有机容积负荷，一般为 0.5~12kgCOD/m3 .d； ②常用设计参数：

废水生物处理原理与工艺有机容积去除负荷—0.5~12 kgCOD/m3d:有机物去除率——60-959%:滤料层高度—2~5m:相邻进水孔口距离 1~2m(不大于2m):污泥排放口距离一一不大于3m。 ③关于S: ·S取决于对处理后出水的水质要求:S还取决于厌氧生物滤池一般能达到的有机物去除率:S还取决于所采用的有机负荷的高低 ④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:p值、营养物、有毒物质浓度等。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。 3、厌氧生物滤池的应用实例 AF在美、加已被广泛应用:不同类型的废水,包括生活污水及COD为300024000mg/的各种工业废水:处理规模也大小不等,最大的AF为12500m2:COD的去除率在6~94%之间:有机负荷为0.1~15 kg COD/m:d 升流式厌氧污泥层(床)UASB反应器 Up/ low Anaerobic Sludge blanker(Bed Reactor,简称UASB反应器是荷兰 Wageningen农业大学的 Gate lettinga教授于70年代初开发出来的 UASB反应器的工作原理示意图如下: 沉定区污泥悬浮层区图3-19-22UASB反应器构造面图 1,污泥床;2,悬浮污泥层;3.气室;4.气体档板;5.配水系统 6,沉降区;7,出水槽;8,集气罩;9,水封 UASB反应器的工艺特征 ①在反应器的上部设置了气、固、液三相分离器:②在反应器底部设置了均匀布水系统:③反应器内的污泥能形成颗粒污泥: 直径为0.1~0.5cm,湿比重为1.041.08:——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: 污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度5gSS以上,污泥龄一般为30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(?) UASB反应器的构造 (1)进水配水系统: —功能:①将废水均匀地分配到整个反应器的底部:②水力搅拌:一一是反应器高效运行的关键之 (2)反应区: 又分为污泥床区和污泥悬浮区:—一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:一—污泥悬浮区则是絮状污泥集中的区域。 3)三相分离器由沉淀区、回流缝和气封组成:一一功能:①将气体(沼气)、固体(污泥)、和液体(出水)分开:②保证出水水质:③保证反应器内污泥量:④有利于污泥颗粒化 (4)出水系统: 作用是把沉淀区的处理后的废水均匀地加以收集,并排出反应器第4页第十一讲

废水生物处理原理与工艺第十一讲第 4 页第十一讲 ⚫ 有机容积去除负荷——0.5~12 kgCOD/m3 .d；有机物去除率——60~95%；滤料层高度——2~5m；相邻进水孔口距离— —1~2m（不大于 2m）；污泥排放口距离——不大于 3m。 ③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。 ④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。 3、厌氧生物滤池的应用实例 ⚫ AF 在美、加已被广泛应用；不同类型的废水，包括生活污水及 COD 为 3000~24000mg/l 的各种工业废水；处理规模也大小不等，最大的 AF 为 12500m 3；COD 的去除率在 61~94%之间；有机负荷为 0.1~15 kgCOD/m3 .d。三、升流式厌氧污泥层(床)(UASB)反应器 ——Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Bed) Reactor, 简称 UASB 反应器； ——是荷兰 Wageningen 农业大学的 Gatze Lettinga 教授于 70 年代初开发出来的； ——UASB 反应器的工作原理示意图如下：图 ⚫ UASB 反应器的工艺特征： ①在反应器的上部设置了气、固、液三相分离器；②在反应器底部设置了均匀布水系统；③反应器内的污泥能形成颗粒污泥： ——直径为 0.1~0.5cm，湿比重为 1.04~1.08；——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： ——污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度 50gVSS/l 以上，污泥龄一般为 30 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(?)。 ⚫ UASB 反应器的构造 (1) 进水配水系统： ——功能：①将废水均匀地分配到整个反应器的底部；②水力搅拌；——是反应器高效运行的关键之一。 (2)反应区： ——又分为污泥床区和污泥悬浮区；——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；——污泥悬浮区则是絮状污泥集中的区域。 (3)三相分离器： ——由沉淀区、回流缝和气封组成；——功能：①将气体(沼气)、固体(污泥)、和液体(出水)分开；②保证出水水质；③保证反应器内污泥量；④有利于污泥颗粒化。 (4)出水系统： ——作用是把沉淀区的处理后的废水均匀地加以收集，并排出反应器；

废水生物处理原理与工艺第十一讲第 5 页第十一讲 (5)气室： ——也称集气罩，主要作用是收集沼气； (6)浮渣收集系统： ——功能是清除沉淀区液面和气室液面的浮渣； (7)排泥系统： ——功能是均匀地排除反应器内的剩余污泥。 ⚫ 一般来说，UASB 反应器的型式有两种：图开敞式 UASB 反应器 ——顶部不加密封，或仅加一层不密封的盖板； ——多用于处理中低浓度的有机废水； ——构造较简单，易于施工安装和维修。图封闭式 UASB 反应器 ——顶部加盖密封; ——在液面与池顶之间形成了气室； ——适用于处理高浓度的有机废水； ——其池顶可以做成浮盖式。 ⚫ UASB 的断面形状一般为圆形或矩形，矩形断面便于三相分离器的设计和施工； ⚫ 反应器常为钢结构或钢筋混凝土结构； ⚫ 反应器一般不加热；多采用保温措施；必须采取防腐措施。二、UASB 反应器的设计 ——尚无完整的工程设计计算方法； ——主要内容有：①池型选择，有效容积的确定以及主要部位的尺寸；②设计进水配水系统、出水系统、和三相分离器等； ③其它：排泥和排渣系统等。 1、UASB 反应器容积及主要构造尺寸的确定： ——UASB 反应器的有效容积(包括沉淀区和反应区)\ ——多采用进水容积负荷法确定，即： V Q Si Lv =  / 式中：Q——废水流量，m 3 /d；Si——进水有机物浓度，mgCOD/l；Lv ——COD 容积负荷，kgCOD/m3 .d ——容积负荷与反应温度、废水性质和浓度以及是否形成颗粒污泥有关； ——对于食品工业废水或与之性质相近的废水，一般可以形成颗粒污泥，在不同的反应温度下的进水容积负荷如下：温度（0C）设计容积负荷（kgCOD/m3 .d）高温 20~30 中温 10~20 常温 5~10 低温 2~5 2、进水配水系统的设计： 3、三相分离器的设计 ⚫ 三相分离器的基本构造

《废水生物处理原理与工艺》课程教学资源（讲义）第十一讲 现代高速厌氧反应器

《废水生物处理原理与工艺》课程教学资源（讲义）第十一讲现代高速厌氧反应器