第三节污泥的厌氧消化Word下载.docx
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(产甲烷菌)
第一阶段
第二阶段
第三阶段
(纤维素分解菌
产氢产乙酸菌
甲烷杆菌球菌
碳水化合物分解菌
CH3CH2COOH+2H2O---CH3COOH+3H2+CO2
蛋白质分解菌,脂肪分解菌)
产酸菌是兼性厌氧菌和专性厌氧菌,对PH,VFA,温度变化适应性强,
增殖速度快;
甲烷菌是专性厌氧菌,PH=6.4-7.4,对PH,VFA,温度变化
敏感,增殖速度慢。
产甲烷阶段的能量分析:
(以乙酸钠为例)
在好氧消化时:
C2H3O2Na+2O2——NaHCO3+H2O+CO2+848.8KJ/mol
在厌氧消化时:
C2H3O2Na+H2ONaHCO3+CH4+29.3KJ/mol
在底物相同的条件下,厌氧消化产生的能量仅是好氧消化的1/20-1/30.这些能量大部分都用于维持细菌的生活,而只有很少能量由于细胞合成•(这就是厌氧法产生剩余污泥量少的缘故)
虽然厌氧消化过程是要经历多个阶段,但是在连续操作的厌氧消化反应器中这几个阶段同时存在,并保持某种平衡状态•
8.3.2厌氧消化动力学(与好氧相似)
甲烷发酵阶段是厌氧消化速率的控制因素动力学方程式:
有机物降解
dSkSX
dtKsS
细菌增殖
有机物浓度与污泥泥龄的关系:
Ks(「”c)
s(Yk_b)~1
833厌氧消化池工作原理与影响因素
标准负荷庆氧消化池高负荷厌氧消化池
在厌氧消化池中3个阶段同时存在,甲烷发酵阶段的速率最慢,因此甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制因素,影响厌氧消化池正常工作的主要因素如下:
1、温度
中温(30-35°
C)与高温(50-55°
C)
mesophilicandthermophilic
中温消化:
负荷=2.5-3.0产气量1-1.3m3/m3d,消化时间20d,灭菌率低
高温消化:
负荷=6-7kg/m3.d,产气3-4,消化时间10d.灭菌率99%
(消化时间:
产气量达到总量的90%所需
时间)
I
J
2
r
J
OLRkg/m3.d--biogas(m3/m3.d)
la3E^om^o_eiy
Saao-Lb
.5.5.5.5
87654321u—u.3-m-aKUKLO
2530354045505560
Tempearture(C)
Fig.8-22Relationshipamongtempearture,OLRandbiogasproduction
60
50
C40
T30
20
10
0153045607590105120
digestiontime(day)
Fig.8-23Relationshipbetweentempeartureanddigestiontime
2、生物固体停留时间(SRT)与污泥投配率完全混合消化池的水力停留时间等于污泥龄(无回流,有搅拌,完全混合)
泥龄的表达式与活性污泥法相同
SRT=池中总生物量/每日排出的生物量
从动力学知道有机物降解是污泥泥龄的函数,泥
龄=水力停留时间,所以以水力停留时间设计消化池.消化池的水力停留时间以污泥投配率的倒
V
n100%
数表示:
式中:
V=每日投配的新鲜污泥量,m3/d
V=消化池的有效体积,m3
n—污泥投配率,%。
1/n是水力停留时间,do
n.,VFA,pH「biogas‘digestionworse
n.-,,VFA,pH,biogas,digestionwelln=5-8%formosephilicdigestionofsludge,HRT=20-12.5d
3、搅拌和混合细菌与底物的混合
泵混合,水射器,消化气搅拌,混合搅拌
4、营养与C/N比
C/N=10-20:
1C一为反应过程提供能源,
—为合成新细胞(5:
1)C5H7NO3
C/N,氮不足,消化液缓冲能力低,PH…;
C/N太低,N;
PH,铵盐积累,会抑制消化
5、氮的守恒与转化
保持N平衡,有机N,NH3,N2,细胞N
6、有毒物质很小量
重金属离子对甲烷消化的抑制(表8-15)
阴离子的毒害作用:
SO2-4+8H+,S2-+4H2O
SO2》5000mg/LH2S的腐蚀作用
氨的毒害作用:
_+—_一
NH3+H2ONH4+OHNH4HCO3,PH
NH+4(离子态)-150mg/L
酸碱度、PH和消化液的缓冲作用
水解发酵与产酸阶段:
PH=5-6.5
甲烷菌适应的PH=6.6-7.5(甲烷菌对ph非常敏感)
消化液的缓冲方程式:
H++HCO-3=H2CO3
PH=-lgK'
+lg(HCO-3)/(H2CO3)
保持足够的碱度(2000mg/l),使其有足够的缓冲能力•8.3.4厌氧消化池池形和构造
1、池形:
圆柱形蛋形
P361
2、构造:
•污泥投配、排泥与溢流系统
•沼气排出、收集与储存设备(0.35m3CH4/kgBOD;
10-15m3/m3污泥;
1-1.3m3/m3池容)
•搅拌系统:
沼气搅拌,泵循环搅拌,水射器搅拌,机械搅拌,联合搅拌
•加温系统:
散热量与供热量计算,加热方式,锅炉选择
8.3.5消化池工作方式
标准负荷消化池(无搅拌)高负荷消化池(完全混合)
两级消化工艺:
一减少耗热量,减少搅拌能耗,熟污泥含水率低。
排除上清液)消化前8-10天
,两级池子总池容等于一个单
一级:
二级=3:
1t2:
1—1:
1(一级有搅拌、加热;
二级无搅拌,利用余热消化,兼做浓缩池,产气量占80%)两级消化不减少池容级消化池.
污泥----一级消化池----二级消化池---后处理
(一级消化池容大于二级消化池容)
两相消化新工艺,phases酸化(水解与发酵,产氢产乙酸2个阶段)与甲烷化分别在最佳的环境中进行(PH),
水解酸化速率很快,停留时间1d(投配率
100%);
第二相消化池投配率15-17%停留时间6-6.5d
(使厌氧生化反应的各阶段处于最优条件下运行,系统处理效率高,总池容小,加温和搅拌能耗少,运行管理方便,消化更彻底)
.3.6消化池的运行管理
污泥培养与驯化方式:
逐步、一次培养
运行时检测指标:
产气率,污泥含水率,VSS,有机物降解程度,VFA,总碱度,NH3控制参数:
搅拌强度,排泥量,沼气气压
(1000-2000Pa)。
.3.7污泥好氧消化
机理:
污泥的好氧内源呼吸
C5H7NO2+7O25CO2+3H2O+H++N0-3
适用小泥量;
特点:
无臭,有机物降解程度高,上清液COD低,运行管理简单,
缺点:
能耗大,无沼气利用。
思考题:
1■在一般的消化池中,能不能观察到明显的污泥消化的3个阶段?
为什么?
2•试述污泥厌氧消化的3阶段理论。
3•扼要讨论影响厌氧消化的主要因素。
4.比较污泥厌氧消化和好氧消化的优缺点。
5.试述厌氧消化池的搅拌作用和方式。
沼气利用:
沼气成分见表8-17,P376
消化池加温,发电,民用
.6污泥的干化与脱水浓缩池-----消化池----排泥(95-97%)
浓缩池直接排泥-----(95-97%)-----干化或机械脱水---最终处置
、污泥自然干化
人工与自然滤层干化场
人工滤层干化场:
干化场脱水特点及影响因素:
靠渗透、蒸发、与人工撇除脱水。
渗透----85%(2-3d)-----蒸发---75%(1-数周)
如果有降雨要考虑减去污泥吸收的雨量(盖盖的不计)
影响因素:
气候(降雨、湿度、风速、年冰冻期)
污泥性质:
消化污泥易脱水;
生污泥较难渗水干化场设计:
计算干化场面积----面积负荷(m3/m2a)
(m/年)=1-1.5m/年(生污泥”5m/年(消化污泥)污泥塘:
半年-1年(0.5-1.0m)
二、机械脱水
(一)机械脱水前的污泥调理(节)
污泥中的固体物质主要是胶体微粒,与水的亲和力很强(负电荷),若不作适当的预处理,脱水将非常困难。
在污泥脱水前进行预处理,是污泥粒子改变物化性质,破坏污泥的胶体结
构,减少其与水的亲和力,从而改善其脱水性能,这个过程称为污泥的调理或调节或调质。
常用调理方法:
化学加药、热处理、冷冻、等。
最常用是化学加药调理(调节):
化学加药调理:
在污泥中加入混凝剂、助凝剂等,使污泥
凝聚,提高脱水性能。
(聚丙烯酰胺PAM)1%。
投药量与污泥
性质有关---污泥比阻
(表8-20)
污泥比阻:
比阻的物理意义是单位干重泥饼的阻力,比阻越大,污泥越难过滤,其脱水性能
越差。
(适当值:
(0.1-0.4)10-9S2/g
(二)机械脱水的方法与基本原理
方法:
真空吸滤、压滤和离心脱水
原理:
靠过滤介质两面的压力差作为推动力,使污泥水分被强制分离。
推动力:
1)污泥本身厚度的静压(如干化场)
2)过滤介质一面的负压(真空吸滤法)
3)加压污泥把水分压过介质(压滤
4)离心力(离心脱水)
2PA^V
二Rf过滤基本方程P386
PA
第一项克服滤饼阻力;
第二项克服过滤介质的阻力。
r—比阻,通过污泥脱水实验确定。
做
t/V—V直线。
求出比阻r
(三)机械脱水方法:
真空过滤脱水机(60-80%)
压滤脱水机:
板框压滤机(使污泥在压力下通过滤板滤布)(45-80%)
带式压滤机(把压力施加在滤布上,用滤
布的压力和张力使污泥脱水)(78-85%)离心脱水机(80-85%)设计中根据产品样本选用设备。
---污泥的干燥与焚烧
干燥:
进一步降低污泥含水率20%----干燥器---肥料焚烧:
不能做为农肥时(或含有毒)---焚烧:
焚烧炉---污泥堆肥
污泥堆肥是有机物的好氧发酵的产物。
在有氧的条件下,利用嗜温菌、嗜热菌的作用,使污泥中水分及大量有有机物质好氧分解。
污泥1/221天2天1/230天
二^混通气堆肥4干燥T筛分T熟化f肥料
城市垃圾、木屑50-70°
C
稻草
---污泥的最终处置(Disposa)
农用、种花、种草;
建筑材料(砖、纤维板)
填埋;
填海
第九章城市污水厂设计(简单介绍)
•城市污水水质特征:
(COD,BOD,SS,N,P)-污水厂设计水量与污水厂处理规模
•工业废水与城市污水处理的矛盾
•分散与集中处理的矛盾
*设计步骤:
可行性研究,初步设计,扩大初步设计,施工图
•污水厂厂址的选择
•污水处理程度与处理工艺流程、处理方法确定
•污水厂平面与高程布置
•污水处理检测、计量和自动控制
第三篇工业废水处理
第十章工业废水处理概论
(本章自学)
1工业废水如何分类和命名?
2工业废水会对环境造成哪些危害?
3国家污水排放标准中规定什么是“第一类污染物”和“第二类污染物”?
4工业废水排入城市下水道有那些规定?
5控制工业废水污染源的基本途径是什么?
6如何选择工业废水处理方法?
工业废水的组成:
生产污水:
工艺排水,设备排水,地面排水
厂区生活污水:
洁净废水(间接循环冷却水)
工业废水的特征:
1水质水量变化大
2水质复杂,含有毒、有害、有用污染物
工业废水处理方法:
|物理法:
调节、离心分离、沉淀、
过滤、除油化学法:
中和、化学沉淀、氧化还原
物理化学法:
混凝、吸附、气浮、离子交换、膜分离
生物处理法:
好氧、庆氧
第十四章工业有机废水的生物处理
生物处理最经济有效的方法cost-effective
第一节工业废水的可生化性评价
biodegradablenon-biodegradableeasily(difficult)biodegradable
1、BOD5/COD-0.45orBOD5/ThOD_0.3
2、微生物好氧速率(生物呼吸仪)
3、微生物脱氢酶活性测定
4、静态或动态降解试验
第二节工业废水的生物处理工艺流程
易降解、浓度较低、无毒的有机废水---好氧生物处理:
活性污泥,生物膜高浓度、难降解、有毒有害有机废水---厌氧生物处理(难降解向易降解转化)
水质要求高时,或为提高处理效率:
厌氧-好氧串联工艺
悬浮、附着厌氧-好氧-物化
例如:
盛泽印染污水厂
好氧最广泛的形式:
生物接触氧化法(submergedbio-filter)
厌氧处理法由于它具有:
节能、剩余污泥量少、远行费用低、管理简单、能够处理高浓度、难降解甚至有毒废水,厌氧技术在近二十年来得到了较快发展,而且在未来几十年中厌氧技术将会得到更大的发展。
适应面广。
第二节新型的高效厌氧生物处理技术厌氧法与好氧法比较的优点:
应用范围广,
有机负荷高(5-10COD/m3d—20-30),(好氧2-4)
污泥产量低(好氧的1/6-1/10)
动力消耗低(好氧活性污泥法的1/10)
被降解的有机物多
对水温适应范围广(好氧10-30C厌氧:
10-50C)
起动时间长,出水水质不如好氧,管理起来易受环境条件影响,认识不足厌氧接触法(类似与活性污泥法)
厌氧生物滤池和厌氧接触氧化法
厌氧生物转盘
厌氧档板式反应器
最热门的厌氧法一升流式厌氧污泥床(UpflowAnaerobicSludgeBed)UASB
G.Lettinga(1980)荷兰农业大学环境工程系JTbiogas特点:
污泥床生物量多(20-30g/l);
…、3
负荷高:
10-40kg/md设备简单,运行方便
关键技术:
颗粒污泥的形成关键设备:
布水技术与三相分离器应用:
酒精、味精、油墨、制糖、淀粉含酚废水等
厌氧复合床反应器、厌氧流化床、膨胀颗粒污泥床(EGSB)、内循环厌氧反应器(IC)
Inter-ciculation)(ExpandedGranularSludgeBed
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- 三节 污泥 消化