1、第五章 厭氧生物處理工藝的選擇與設計廢水與污泥的厭氧生物處理第一節 概述v厭氧生物處理工藝的優缺點v厭氧生物處理工藝的優點：v剩余污泥產量低，污泥處置費用少；v所需的氮、磷營養物少；v不需要充氧設備，動力能耗低；v90可生物降解的COD轉化為甲烷一種可利用的能源；v可以季節性或間歇運行，污泥可以長期貯存；v容積負荷高（10kg COD/m3.d），有機物降解效率高（90）。第一節 概述v厭氧生物處理工藝的優缺點v厭氧生物處理工藝的缺點：v生產運行的經驗少，特別是國內；v污泥增殖速度慢，工藝啟動周期長；v厭氧工藝多用于預處理，為了滿足大多數水質標準，需要補充不同的后處理；v對于各類不同的污水，工

2、藝的最優化有待于進一步完善；v對負荷的變化較敏感，存在多種干擾因素，控制條件比較苛刻。第一節 概述v復雜廢水厭氧處理中的問題v含有不溶解物質的廢水v含有引起浮沫或浮渣的化合物的廢水v含有導致沉淀的無機化合物的廢水v含有毒或抑制性化合物的廢水v含有難降解物質的廢水污水中的不溶性懸浮物可不同程度影響厭氧過程，當懸浮物濃度超過某一范圍后，像UASB這樣的高速厭氧反應器將不再適用：1.懸浮物聚積在污泥中使污泥產甲烷活性降低，特別是難降解懸浮物的積累，對污泥活性影響較大。2.不溶解物與其包裹或吸附在一起的活性污泥會上浮形成浮渣層，從而導致嚴重的污泥流失。3.當采用絮狀污泥接種時，新產生的細菌細胞將會附著

3、在懸浮物表面，其結果是降低污泥顆粒化的速度甚至使顆粒化不能實現（流失）。當采用顆粒污泥接種時，懸浮物會降低顆粒污泥的生長速度和顆粒污泥的強度。4.相對密度較小的懸浮物長時間被截留在污泥床中可能會導致全部顆粒污泥突然被洗出反應器（如：水力負荷突然增大）。第一節 概述v復雜廢水厭氧處理中的問題v含有不溶解物質的廢水v含有引起浮沫或浮渣的化合物的廢水v含有導致沉淀的無機化合物的廢水v含有毒或抑制性化合物的廢水v含有難降解物質的廢水污水中的蛋白質、脂肪和類脂物質會造成浮沫或浮渣問題，嚴重影響厭氧工藝的運行。在處理含有這類物質的廢水時，可采取如下措施：1.以中等負荷運行，即反應器負荷應低于根據污泥活性計

4、算得出的最大負荷的1/2。2.污泥和廢水之間的混合應充分。就此而言，對于含高濃度類脂或脂肪的廢水，膨脹顆粒污泥床（EGSB）由于UASB。3.在三相分離器的集氣室和沉淀區表面設消沫噴水管；在沉淀區表面設浮沫撇除裝置；在出水堰板前設置擋板（不銹鋼篩網）。第一節 概述v復雜廢水厭氧處理中的問題v含有不溶解物質的廢水v含有引起浮沫或浮渣的化合物的廢水v含有導致沉淀的無機化合物的廢水v含有毒或抑制性化合物的廢水v含有難降解物質的廢水當污水含有較高濃度的Ca2+時，會在厭氧過程中產生碳酸鈣和磷酸鈣沉淀。這些沉淀物會沉積于顆粒污泥內部及其表面，也可沉積于出水管、出水堰板或管道中，影響厭氧工藝的正常運行。為

5、避免這類問題，廢水進入反應器之前應進行軟化處理或將出水回流，降低Ca2+濃度。另外還有一些厭氧處理過程中常見的無機沉淀物，如金屬硫化物和磷酸鎂銨（MgNH4PO4）沉淀。硫化物一般不會引起任何問題，但磷酸鎂銨（MgNH4PO4）沉淀能導致管道結垢。第一節 概述v復雜廢水厭氧處理中的問題v含有不溶解物質的廢水v含有引起浮沫或浮渣的化合物的廢水v含有導致沉淀的無機化合物的廢水v含有毒或抑制性化合物的廢水v含有難降解物質的廢水污水中許多污染物對甲烷菌是有毒或具有抑制作用的。在處理含有這類物質的廢水時，可采取如下措施：1.應有足夠時間使污泥對有毒污染物進行馴化培養。2.將進液稀釋，使有毒物質濃度降低到

6、可以接受或易于降解水平。3.采用某種預處理（化學或物理化學方法）除去有毒物質。4.避免空氣中的氧大量進入廢水，因為對于一些廢水（如土豆淀粉廢水、林產工業廢水等），氧化作用導致對厭氧菌嚴重有毒的物質產生。第一節 概述v復雜廢水厭氧處理中的問題v含有不溶解物質的廢水v含有引起浮沫或浮渣的化合物的廢水v含有導致沉淀的無機化合物的廢水v含有毒或抑制性化合物的廢水v含有難降解物質的廢水對于高濃度污水，在厭氧生物處理時，通常采用COD作為有機物的水質指標。COD代表所有能被強氧化劑氧化的物質，包括有機物和無機物，有機物中又可分為易生物降解有機物和難生物降解有機物。在評價厭氧生物處理工藝工作情況時，需要區分

7、污水COD中不可生物降解COD所占比例，這個比例越高，可能達到的COD去除率越低。例如，某廢水不可生物降解COD占總COD量的30，當可生物降解COD的去除率為90時，總COD去除率應為63。在此情況下，追求大于63的COD去除率是不現實的。第二節 厭氧生物處理工藝的選擇v各種厭氧處理工藝的比較v預處理的需要v后處理的需要v剩余污泥的處理指標普通消化池厭氧接觸池厭氧濾池UASBCOD容積負荷235101015COD去除率70809090懸浮物允許量大大小一般進水COD濃度5000300010001500基建投資高較低高較低操作控制一般一般容易一般耐沖擊負荷能力低較高較高較高對水溫要求較高較高較

8、低較低堵塞可能性小小大小工藝能耗大大小小第二節 厭氧生物處理工藝的選擇v各種厭氧處理工藝的比較v預處理的需要v后處理的需要v剩余污泥的處理大多數廢水在其處理過程中常使用多個操作單元，采用物理、化學、生物處理工藝協同處理可取得更好的處理效果。預處理采用的方法與廢水特征密切相關，也與厭氧工藝對進液水質的要求密切相關。大多數預處理是常規的單元操作，但對不同的廢水，其預處理的方式可能是相當靈活的。常見預處理方法：均衡、中和、沉淀、過濾、預酸化、營養物添加、稀釋、加熱等。第二節 厭氧生物處理工藝的選擇v各種厭氧處理工藝的比較v預處理的需要v后處理的需要v剩余污泥的處理與好氧生物處理一樣，厭氧生物處理主要

9、是除去生物可降解的有機物，因此，它與任何一種處理方法一樣，有其限度。一般情況下，厭氧工藝對于磷酸鹽和氨氮的去除作用很有限，且不能除去硫化物。眾所周知，厭氧工藝單位反應器容積去除有機物的量（BOD或COD）要遠大于好氧工藝。但是，由于厭氧工藝的高負荷、高進液濃度，厭氧工藝出水COD濃度高于好氧工藝，難以直接達標。因此，為了滿足排放標準，厭氧處理之后需要后處理，除去厭氧工藝未能除去的化合物或剩余有機物。常見后處理工藝有：好氧生物處理、除磷脫氮、混凝、沉淀、過濾、膜分離、氧化等。第二節 厭氧生物處理工藝的選擇v各種厭氧處理工藝的比較v預處理的需要v后處理的需要v剩余污泥的處理厭氧處理工藝產生的污泥量

10、遠小于好氧工藝，但也要有剩余污泥的處理和貯存設施，必要時也要脫水或干燥。厭氧工藝剩余污泥量小，濃度高，脫水性能優于好氧污泥，貯存、脫水相對容易。厭氧剩余污泥可以作為新建厭氧反應器的種泥，因此，具有潛在的商品價值。常見剩余污泥處理工藝有：污泥貯存、污泥濃縮、污泥脫水、污泥干燥、污泥堆肥、污泥填埋等。第三節 厭氧生物處理工藝的設計v反應器容積v進液系統v三相分離器v水封高度v反應器形狀、排泥和回流設施v材料與防腐v防臭與除臭v輔助設備 厭氧反應器的容積取決于許多因素，主要有：1.每日處理COD的總量；2.可容許的水流速度；3.廢水的最低溫度；4.廢水濃度和廢水特性（可降解性）；5.反應器所能達到的

11、容積負荷；6.要求的COD去除率；7.要求的污泥穩定化程度。其中，可容許的水流速度和反應器容積負荷是最重要的設計參數。第三節 厭氧生物處理工藝的設計v反應器容積v進液系統v三相分離器v水封高度v反應器形狀、排泥和回流設施v材料與防腐v防臭與除臭v輔助設備 進液的布水系統是厭氧反應器的關鍵設計部分之一，它對于形成泥、液充分接觸，最大限度地利用反應器內污泥是十分重要的。布水系統應當能夠保證均勻布水，防止進液通過污泥床時形成溝流和死角。低溫或低濃度廢水，產氣量小，容易產生溝流，可增大反應器高度或污泥床高度防止溝流產生。布水點數目、出水口噴嘴形式、連續或間歇進料方式對布水效果也有較大影響。當處理含懸浮

12、物廢水時，會發生噴嘴堵塞問題。設計時應保證噴嘴流速，易于清洗，防止堵塞現象發生。第三節 厭氧生物處理工藝的設計v反應器容積v進液系統v三相分離器v水封高度v反應器形狀、排泥和回流設施v材料與防腐v防臭與除臭v輔助設備 為了在反應器內保留盡可能多的污泥，良好設計的三相分離器是非常必要的，特別是對于UASB反應器更是如此。三相分離器設計的主要目標：1.從反應器中分離并排放產生的沼氣；2.有效防止具有生物活性的污泥流失；3.使污泥通過斜板返回反應器的反應區；4.當污泥床膨脹時，防止過量污泥進入沉降區。5.提高出水凈化效果；6.防止上浮的顆粒污泥流失。第三節 厭氧生物處理工藝的設計v反應器容積v進液系

13、統v三相分離器v水封高度v反應器形狀、排泥和回流設施v材料與防腐v防臭與除臭v輔助設備 三相分離器集氣室氣液表面可能形成浮渣或浮沫，這些浮渣或浮沫可能會妨礙氣泡的釋放。在液面太高或波動時，浮渣或浮沫會引起出氣管堵塞或使氣體部分進入沉降室。除采用吸管排渣、噴嘴消沫、產氣回流等措施外，在設計上要保證氣液界面穩定的高度，這一高度通過水封來控制。第三節 厭氧生物處理工藝的設計v反應器容積v進液系統v三相分離器v水封高度v反應器形狀、排泥和回流設施v材料與防腐v防臭與除臭v輔助設備 反應器形狀可以是圓柱形，也可以是矩形。早期的反應器以圓柱形為多。近年來，為了建造方便，便于布置，大型UASB反應器多采用矩

14、形結構。反應器設計必須設有剩余污泥排放口，位置在反應器中部或底部。為了稀釋高濃度廢水，提高水流速度，常采用出水回流循環。出水回流循環還可以減少用以中和的藥品用量，降低廢水毒性以及改善廢水與污泥的混合效果。第三節 厭氧生物處理工藝的設計v反應器容積v進液系統v三相分離器v水封高度v反應器形狀、排泥和回流設施v材料與防腐v防臭與除臭v輔助設備 腐蝕問題是厭氧反應器設計中應特別注意的問題。最嚴重的腐蝕出現在反應器上部，由于H2S被空氣氧化為硫酸或硫酸鹽，局部pH下降，造成水泥或鋼材腐蝕。為了防止這類腐蝕，應當使用耐腐蝕材料，例如不銹鋼、塑料或防腐涂層。此外，鐵水泥也是一種有潛力的防腐材料。第三節 厭氧生物處理工藝的設計v反應器容積v進液系統v三相分離器v水封高度v反應器形狀、排泥和回流設施v材料與防腐v防臭與除臭v輔助設備 厭氧過程伴有臭氣產生，特別是會有相當量的H2S形成。為了避免臭氣污染操作環境，必須采取足夠措施防止H2S從液面進入空氣。當出水硫化氫含量較多時，也可以使用后處理工藝去除。如化學沉淀、生物氧化或化學氧化方法將其轉變為單質硫或硫酸鹽。第三節 厭氧生