水质工程学第15章厌氧处理

1、第第15章厌氧生物处理章厌氧生物处理第第15章章 厌氧生物处理厌氧生物处理 1515.1 .1 概述概述 1515.2 .2 厌氧生物处理的基本原理厌氧生物处理的基本原理 1515.3 .3 厌氧微生物生态学厌氧微生物生态学 1515.4 .4 升流式厌氧污泥床反应器升流式厌氧污泥床反应器 1515.5 .5 两相厌氧生物处理两相厌氧生物处理 1515.6 .6 悬浮生长厌氧生物处理法悬浮生长厌氧生物处理法 1515.7 .7 固着生长厌氧生物处理法固着生长厌氧生物处理法 15.1 概述概述 15.1.1厌氧微生物学发展概况（自学）厌氧微生物学发展概况（自学）-国外国外；国内国内 15.1.2

2、厌氧生物处理工艺发展厌氧生物处理工艺发展国外国外；国内国内 15.1.3 厌氧生物处理工艺分类厌氧生物处理工艺分类 15.1.4 厌氧生物处理技术在污（废）水处理领域的地位厌氧生物处理技术在污（废）水处理领域的地位15.1 概述概述 厌氧生物处理厌氧生物处理：无氧条件，厌氧微生物，转化有机物或无：无氧条件，厌氧微生物，转化有机物或无机物为甲烷（机物为甲烷（CH4）、二氧化碳、硫化氢等物质的过程。）、二氧化碳、硫化氢等物质的过程。 用途：用途：1）剩余污泥稳定处理，称厌氧消化、污泥消化；）剩余污泥稳定处理，称厌氧消化、污泥消化；2）有机废水处理；有机废水处理；厌氧处理工艺和好氧处理工艺对比厌氧处

3、理工艺和好氧处理工艺对比15.1.1厌氧微生物学发展概况（自学）1、国外概况u 1630年，年，Vam Helmeut第一次发现由生第一次发现由生物质厌氧消化产生可燃的甲烷气体。物质厌氧消化产生可燃的甲烷气体。u 1776年，意大利物理学家年，意大利物理学家Volta认为甲认为甲烷气体产生与湖泊沉积物中植物体的腐烷气体产生与湖泊沉积物中植物体的腐烂有关。烂有关。u 1868年，年，Becbamp首次指出甲烷形成过首次指出甲烷形成过程是一种微生物学过程。程是一种微生物学过程。u 1875年，俄国学者年，俄国学者Popoff也发现沼气发也发现沼气发酵是由微生物所引起的。酵是由微生物所引起的。u 1

4、901年，荷兰的年，荷兰的N.L.Soehngen (DELFT)对产甲烷菌的形态特性及其转化作用提对产甲烷菌的形态特性及其转化作用提出了一个比较清楚的概念，观察到低级出了一个比较清楚的概念，观察到低级脂肪酸可转化为甲烷和二氧化碳，氢和脂肪酸可转化为甲烷和二氧化碳，氢和二氧化碳发酵可形成甲烷。二氧化碳发酵可形成甲烷。u 1902年年，Maze获得了一种产甲烷的微球菌，后命名为马氏甲烷球菌。获得了一种产甲烷的微球菌，后命名为马氏甲烷球菌。u 1916年年，V.L.Omeliansky分离到分离到1株不产芽孢、发酵乙醇产甲烷菌，后株不产芽孢、发酵乙醇产甲烷菌，后被命名为奥氏甲烷杆菌，现证实其并非一

5、个纯菌种。被命名为奥氏甲烷杆菌，现证实其并非一个纯菌种。1/u 1934年年，Van Niel提出二氧化碳还原为甲烷的理论。提出二氧化碳还原为甲烷的理论。u 1936年年，Barker采用化学合成培养基培养阴沟污泥，获得了能很好的采用化学合成培养基培养阴沟污泥，获得了能很好的发酵乙醇、丙醇和丁醇的有机体。发酵乙醇、丙醇和丁醇的有机体。Heuke Veleian和和Heinemann提出了提出了一个计算甲烷菌近似数目的技术。一个计算甲烷菌近似数目的技术。u 2/ 1950年年，R.E.Hungate发明厌氧培养技术发明厌氧培养技术，提供了分离培养转化厌，提供了分离培养转化厌氧微生物的有效方法，创

6、造了甲烷菌研究的条件。氧微生物的有效方法，创造了甲烷菌研究的条件。 u 1967年，年，M.P.Bryant采用改良的采用改良的Hungate技术将共生的技术将共生的Omeliansky甲烷甲烷杆菌分纯。杆菌分纯。证明了它是甲烷杆菌证明了它是甲烷杆菌MOH菌株和菌株和“S”有机体的共生体有机体的共生体，使长达使长达51年来一直认为是年来一直认为是纯种的经典甲烷菌纯种的经典甲烷菌得以弄清楚其本来的面目。得以弄清楚其本来的面目。使产甲烷菌和产氢菌之间的相互关系得到了证实。揭示了种间分子氢使产甲烷菌和产氢菌之间的相互关系得到了证实。揭示了种间分子氢转移的理论，为正确认识厌氧消化过程中氢的产生、消耗和

7、调节规律转移的理论，为正确认识厌氧消化过程中氢的产生、消耗和调节规律奠定了基础。奠定了基础。u 1977年，年，Thaner等全面阐述了关于厌氧等全面阐述了关于厌氧化能营养型细菌化能营养型细菌中的能量转化中的能量转化的生物力能学。的生物力能学。 u 7080年代中年代中Widdel等分离得到了多种性能各异的硫酸盐还原菌，命等分离得到了多种性能各异的硫酸盐还原菌，命名了多个新属，开阔了人们对硫酸盐还原菌的认识。名了多个新属，开阔了人们对硫酸盐还原菌的认识。u 至至1989年，已分离获得的产甲烷菌有年，已分离获得的产甲烷菌有3目目16科科13属属43种。至种。至1991年已收年已收集了产甲烷菌集了

8、产甲烷菌65种。并阐明了产甲烷菌的种。并阐明了产甲烷菌的基质、辅酶、培养条件、能基质、辅酶、培养条件、能量代谢量代谢以及与不产甲烷厌氧菌之间的关系。以及与不产甲烷厌氧菌之间的关系。u /15.1.1厌氧微生物学发展概况（自学）厌氧微生物学发展概况（自学）2、国内概况、国内概况u 由于厌氧消化细菌的生长繁殖要求极其严格的厌氧条件，研究厌氧消由于厌氧消化细菌的生长繁殖要求极其严格的厌氧条件，研究厌氧消化细菌工作较为困难。化细菌工作较为困难。直至直至1978年我国才开始这方面的研究工作。年我国才开始这方面的研究工作。u 1980年美国著名微生物学家，厌氧操作技术的发明者年美国著名微生物学家，厌氧操作

9、技术的发明者Hungate教授教授被应邀来华讲学被应邀来华讲学，对我国厌氧消化微生物的研究工作起到了指导和推，对我国厌氧消化微生物的研究工作起到了指导和推动作用。随后我国学者结合我国蓬勃开展的大办沼气事业和废水厌氧动作用。随后我国学者结合我国蓬勃开展的大办沼气事业和废水厌氧处理，对厌氧发酵微生物学进行了大量的研究工作，取得很大进展。处理，对厌氧发酵微生物学进行了大量的研究工作，取得很大进展。u1）产甲烷菌研究产甲烷菌研究u1980年以来我国学者对年以来我国学者对厌氧消化产甲烷菌厌氧消化产甲烷菌进行了深入的进行了深入的研究，产甲烷菌研究，产甲烷菌纯培养纯培养的获得和研究，开发了我国产甲烷的获得和

10、研究，开发了我国产甲烷菌的资源宝库，也使我们对产甲烷菌的生活习性有了深入菌的资源宝库，也使我们对产甲烷菌的生活习性有了深入的了解。的了解。 产甲烷菌菌名产甲烷菌菌名分离者分离者时间时间产甲烷菌菌名产甲烷菌菌名分离者分离者时间时间巴氏八叠球菌巴氏八叠球菌BTC菌株菌株周孟津周孟津,杨秀山杨秀山1980亨氏甲烷螺菌亨氏甲烷螺菌JZl钱泽澍、竺建荣钱泽澍、竺建荣1987嗜树木甲烷短杆嗜树木甲烷短杆菌菌TC713钱泽澍钱泽澍1984活动甲烷微菌活动甲烷微菌CC81陈革、陈革、钱泽澍钱泽澍1987甲酸甲烷杆菌甲酸甲烷杆菌TC708钱泽澍钱泽澍1984布氏甲烷杆菌布氏甲烷杆菌CS刘光烨、赵一章等刘光烨、赵

11、一章等1987 PC03，PC25凌代文凌代文1987嗜热甲烷八叠球菌嗜热甲烷八叠球菌CB张辉、张辉、赵一章赵一章1987马氏甲烷八叠球马氏甲烷八叠球菌菌C-44赵一章赵一章,尤爱达尤爱达,1984甲烷杆菌甲烷杆菌G-86.1马光廷马光廷1987 LYC刘聿太刘聿太1985嗜热自养甲烷杆菌嗜热自养甲烷杆菌TH-6陈美慈、钱泽澍陈美慈、钱泽澍1988史氏甲烷短杆菌史氏甲烷短杆菌H13、HX赵一章赵一章,张辉张辉,许宝孝许宝孝1985 1985球状产甲烷菌球状产甲烷菌SN倪水松、钱泽澍倪水松、钱泽澍1987拉布雷微粒甲烷菌拉布雷微粒甲烷菌Z赵一章等赵一章等1989嗜热甲酸甲烷杆嗜热甲酸甲烷杆菌菌H

12、B12赵一章赵一章,张辉张辉19862）厌氧消化中）厌氧消化中非产甲烷菌研究非产甲烷菌研究u 刘克鑫，徐洁泉等刘克鑫，徐洁泉等(1980)分离出肠杆菌科和芽孢杆菌科中分离出肠杆菌科和芽孢杆菌科中6株产氢细株产氢细菌；菌；u 廖连华廖连华(1986)从污水处理厂污泥中分离出从污水处理厂污泥中分离出1株中温性纤维素分解菌，株中温性纤维素分解菌，纤维二糖棱菌。纤维二糖棱菌。u 谭蓓英谭蓓英(1987)从猪粪玉米秸作原料的甲烷发酵液中分离出了从猪粪玉米秸作原料的甲烷发酵液中分离出了1株株C菌株菌株的纤维分解细菌。的纤维分解细菌。u 凌代文等凌代文等(1987)从豆制品废水发酵液中分离出从豆制品废水发酵

13、液中分离出水解发酵性细菌。水解发酵性细菌。 u刘聿太刘聿太(1987)分离到了分离到了氧化丁酸盐的沃氏互营单胞菌和产氧化丁酸盐的沃氏互营单胞菌和产甲烷菌的互营培养物；甲烷菌的互营培养物；u钱泽澍、马晓航钱泽澍、马晓航(1989)详细研究了详细研究了丁酸盐降解菌沃氏互营丁酸盐降解菌沃氏互营单胞菌和氢营养菌共培养物单胞菌和氢营养菌共培养物的组成和互营联合条件。的组成和互营联合条件。u赵宇华、钱泽澍赵宇华、钱泽澍(1990)研究了能研究了能降解降解20个碳的硬脂酸的产个碳的硬脂酸的产氢产乙酸菌和产甲烷的互营培养物氢产乙酸菌和产甲烷的互营培养物。u闵航闵航(1990)获得了获得了1株株嗜热性苯甲酸厌氧

14、降解菌和产甲烷嗜热性苯甲酸厌氧降解菌和产甲烷菌共培养物，并分离到菌共培养物，并分离到1株能从株能从H2CO2形成乙酸又能利形成乙酸又能利用乙酸的硫酸盐还原菌新种嗜热氧化乙酸脱硫肠状菌用乙酸的硫酸盐还原菌新种嗜热氧化乙酸脱硫肠状菌。4.1.2厌氧生物处理工艺发展厌氧生物处理工艺发展 1、国外发展概述、国外发展概述u120多年历史，多年历史，3个时期个时期u（1）、初级阶段：）、初级阶段：20世纪世纪20年代以前，处理废年代以前，处理废水、粪便，代表构筑物：四类。水、粪便，代表构筑物：四类。u1）1881，法，自动净化器；，法，自动净化器；u2）1895，英，化粪池；，英，化粪池；u3）1904，

15、英，英，Travis池；池；u4）1905，德，德，Imhoff池；池；uHRT长，长，处理效率低，出水水质差，出水水质差，浓臭的气味，结构简单。结构简单。1）1881，法，自动净化器；，法，自动净化器；u1860年法国人年法国人Louis Mouras把简易沉淀池改进作为污水污把简易沉淀池改进作为污水污泥处理构筑物使用。泥处理构筑物使用。u1881年法国年法国Cosmos杂志上登载了介绍杂志上登载了介绍Mouras创造的处理创造的处理污水污泥的自动净化器污水污泥的自动净化器(Automatic Scasenger)。u美国学者美国学者McCarty建议把建议把1881年作为人工厌氧处理废水的

16、年作为人工厌氧处理废水的开始，开始，称称Mouras是第一个应用厌氧消化处理的创始人。是第一个应用厌氧消化处理的创始人。u专利人：专利人：Louis Mouras ；名称：；名称：Mouras Automatic Scavenger； u1890年，年，Scott-Moncrieff建造了第一个初步建造了第一个初步的厌氧滤池（的厌氧滤池（Anaerobic Filter）：池的底部）：池的底部空、上边铺一层石子。石子拦截废液中的固体。空、上边铺一层石子。石子拦截废液中的固体。这种装置长期未受重视，没有发展，直至现在这种装置长期未受重视，没有发展，直至现在处理工业废水时，才又被人们所认识。处理工

17、业废水时，才又被人们所认识。u1894年，年，A.N.Talbot设计了一个与设计了一个与Mouras自自动净化器相似的罐，主要是中间多了一些垂直动净化器相似的罐，主要是中间多了一些垂直挡板，阻挡流过的废水。挡板，阻挡流过的废水。 2）1895，英，化粪池；(Septic Tank)，u世界上第一个厌氧化粪池, 1895年，Donald设计，见下图。厌氧化粪池的创建，厌氧处理工艺发展史上一个重要里程碑。从此，用化粪池使家庭生活污水得到较好处理，减轻了粪便对河流的污染。uCameron并重视对沼气的利用，两年后沼气被利用于加热和照明。 进水浮渣污泥出水3）1904,英,Travis池；Travi

18、s池池， 1904年，年，Travi。如图所示。废。如图所示。废水从一端流入，从另一端流出，两侧沉淀水从一端流入，从另一端流出，两侧沉淀区分离出的污泥，在池中间的中下部分消区分离出的污泥，在池中间的中下部分消化，产生的沼气从中间上部分排出，不会化，产生的沼气从中间上部分排出，不会影响两侧的沉淀区。影响两侧的沉淀区。沉淀 沉淀 消化 污泥4）1905,德,Imhoff池； (隐化池、双层沉淀池)Imhoff池，又称隐化池，我国也称双层沉淀池， 1906年，德国人Imhoff对Travis池作改进，其构造如图所示。这种池型构造把污水的沉淀与污泥的消化完全分开，彼此不发生干扰。这种装置在本世纪20年

19、代被广泛应用与欧美各国。化粪池和双层沉淀池至今在排水工程中仍占有重要地位。消化污泥沉淀沉淀（2）第二阶段第二阶段,1920s-1950s,普通消化池普通消化池 (Conventional digestor) u1912,英国伯明翰市,用土堤围起来的露天敞开式的厌氧消化池。不加热，消化时间长约l00d；池子不加盖，消化效果不好，散发恶臭。u德国Kremer，提出加盖的密闭式消化池，如图所示。称为传统消化池(Conventional digester)，又称普通消化池，是最早采用的二级消化池。u活性污泥 、生物滤池污泥稳定。出料浮渣上清液污泥沼气进料高速消化池(High Rate Digestor

20、) u为提高传统消化池的产气率为提高传统消化池的产气率和缩小装置体积，对传统消和缩小装置体积，对传统消化池作两种改进：化池作两种改进：u1 加热，加热，使消化池内温度适使消化池内温度适应细菌快速繁殖，有中温应细菌快速繁殖，有中温35左右和高温左右和高温50-55 两种；两种；u2增设搅拌设备，增设搅拌设备，使有机物与使有机物与微生物良好接触。微生物良好接触。u高速消化池高速消化池(High Rate Digestor)诞生诞生。 进料出料沼气、CO2加热装置（3）第三阶段，）第三阶段，1950s今今 ，两个方向，两个方向 方向方向1 增加反应器生物量，开发新型反应增加反应器生物量，开发新型反应

21、器工艺，提高负荷与处理能力；器工艺，提高负荷与处理能力；10种反应种反应器工艺器工艺 方向方向2 相分离技术途径；两相厌氧工艺系统。相分离技术途径；两相厌氧工艺系统。厌氧澄清器厌氧澄清器(Anaerobic Claridigestor) u1950，南非人，南非人Stander发现发现在厌在厌氧反应器中保持大量细菌的重氧反应器中保持大量细菌的重要性，要性，开发厌氧澄清器开发厌氧澄清器(Anaerobic Claridigestor)，如图所示，处理酒厂和药厂废如图所示，处理酒厂和药厂废液。液。u装置把厌氧消化和沉淀合建。装置把厌氧消化和沉淀合建。废水从池底流进以后通过污泥废水从池底流进以后通过

22、污泥区与里面的细菌接触。污泥中区与里面的细菌接触。污泥中产生甲烷和产生甲烷和CO2气体上升时起搅气体上升时起搅拌作用，气体从一侧管道被分拌作用，气体从一侧管道被分离出，液体则向上流经中间小离出，液体则向上流经中间小洞进入沉淀区，沉淀下来的污洞进入沉淀区，沉淀下来的污泥通过小洞返回消化部分，使泥通过小洞返回消化部分，使消化区保持较多微生物。由于消化区保持较多微生物。由于液体要通过小洞上流液体要通过小洞上流，沉淀的沉淀的污泥污泥要通过小洞下掉，这就可要通过小洞下掉，这就可能会产生堵塞问题。能会产生堵塞问题。 消化消化污泥污泥出水沼气进水沉淀1）厌氧接触法）厌氧接触法, 1956, Schroefe

23、r研发研发(Anaerobic Contact Process)。u标志着现代废水厌氧生物工艺的诞生标志着现代废水厌氧生物工艺的诞生。u厌氧接触法的工艺流程如下图所示。厌氧接触法的工艺流程如下图所示。u采用回流，在消化池中保持足够数量的厌氧菌，采用回流，在消化池中保持足够数量的厌氧菌，SRT提高与提高与HRT分离，分离，使反应器容积负荷率提高，使反应器容积负荷率提高，从而提高反应器处理效能。从而提高反应器处理效能。消化消化进进水水出水出水回流回流剩余厌氧污剩余厌氧污泥泥沉淀沉淀沼气沼气2）厌氧滤池,1967, J.C. Young, L.McCarty (AF:Anaerobic Filter

24、)u填料为厌氧微生物的附着提供支撑，可保留足够的厌氧微生物，使厌氧滤池具有较高的处理效能，u开始时填料为块石，用在处理可溶性工业废水，悬浮固体多时会堵塞；空间大部分被块石所占据，有效容积较小，从而需要较大的池子体积。u后来改进填料，替代块石后，厌氧滤池获得广泛应用。卵石填料沼气出水进水3）升流式厌氧污泥床反应）升流式厌氧污泥床反应,1979, C. Lettinga等研发等研发(UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket)uWageningen农业大学农业大学(WAU), 升流式厌氧污泥升流式厌氧污泥床床(Upflow Anaerobic Sludge Blan

25、ket)反应器，反应器，简称简称UASB反应器。反应器。u高的处理效能，获得广泛应用，对废水厌氧生物处理具有划时代意义。 influenteffluent4-5）厌氧膨胀床）厌氧膨胀床(Anaerobic Expanded Bed)和和厌氧流化床厌氧流化床(Anaerobic Fiudized Bed)u1978,W.J.Jewell等厌氧膨胀床等厌氧膨胀床(Anaerobic Expanded Bed)u1979,R.P.Bowker,厌氧流化床厌氧流化床(Anaerobic Fiudized Bed)。u反应器内均充填着反应器内均充填着惰性载体惰性载体细细颗粒载体，如细砂子。颗粒载体，如细

26、砂子。u为了使充填物为了使充填物膨胀或流化膨胀或流化，均均需要使需要使一部分出水回流一部分出水回流。这当。这当然会增加一部分动力消耗，但然会增加一部分动力消耗，但是由于载体的颗粒很细，具有是由于载体的颗粒很细，具有巨大的表面积，为微生物的附巨大的表面积，为微生物的附着提供了良好的条件，使反应着提供了良好的条件，使反应器具有很高的生物量，所以反器具有很高的生物量，所以反应器的处理能力很大，受到了应器的处理能力很大，受到了各国学者很大关注。各国学者很大关注。 出水进水回流沼气6）厌氧生物转盘）厌氧生物转盘, 1980年，年， S.J. Tait等研发等研发(Anaerobic Rotating B

27、iological Reactor)在好氧生物转盘基础上开发的。7)厌氧折流板反应器厌氧折流板反应器,1982年年, McCarty等研发等研发ABR (Anaerobic Baffled Reactor)u认为厌氧生物转盘的转动与否对处理效果影响不大而开发，见图。 uABR在工程中应用广泛。8）新型高效厌氧反应器，20世纪80年代 UBF， USR，EGSB，IC1982把UASB反应器与厌氧滤池结合开发出了UBF (Upoow Anaerobic Bed-Filter)反应器，又称厌氧复合反应器。1982年在UASB反应器的基础上开发出了以处理含高固体的废水反应器USR (Upflow S

28、olid Reator)，并在UASB可形成颗粒污泥的基础上1981年开发成功了EGSB(Expanded Granular Sludge Bed)反应器和1985年开发出内循环厌氧反应器，即IC(Internal Cimulation)反应器等。 1）早期）早期 我国农民在古代早已开始应用厌氧发酵技我国农民在古代早已开始应用厌氧发酵技术沤制粪肥，进行粪便无害化处理，而且术沤制粪肥，进行粪便无害化处理，而且至今仍在应用。至今仍在应用。 我国是世界上利用厌氧消化技术制取和利我国是世界上利用厌氧消化技术制取和利用沼气最早的国家之一用沼气最早的国家之一 。2)中华国瑞天然瓦斯库 罗国瑞，罗国瑞，台湾

29、省新台湾省新竹县，竹县，1920年前后，年前后，完善沼气池的结构完善沼气池的结构建造和应用，形成建造和应用，形成了我国比较完整的了我国比较完整的有实用价值的有实用价值的“中中华国瑞天然瓦斯华国瑞天然瓦斯库库”。 是我国水压式沼气是我国水压式沼气池的创始人池的创始人。1931年在上海创办了中年在上海创办了中华国瑞瓦斯总行华国瑞瓦斯总行.3)我国农村大办沼气 20世纪50年代我国农村大办沼气，目的是为了解决农村的炊事用能。 70年代，由于农村生活燃料的严重短缺，在四川、江苏和河南等省农村又一次掀起发展办沼气的热潮。这种以传统厌氧消化以传统厌氧消化原理为基础的沼气池原理为基础的沼气池发展很快，总数达

30、到了700万个万个。 4)厌氧消化池 50年代末，西安、上海和太原等城市污水厂相继年代末，西安、上海和太原等城市污水厂相继采用采用厌氧消化池进行污泥处理。厌氧消化池进行污泥处理。 工业废水厌氧处理工业废水厌氧处理以酒精废醪为先导，南阳酒精以酒精废醪为先导，南阳酒精厂第一个建成了两座厂第一个建成了两座2000m3半地下隧道式厌氧消半地下隧道式厌氧消化池化池，日处理，日处理300400m3酒精废醪。酒精废醪。 80年代初，南通柠檬酸厂建成了年代初，南通柠檬酸厂建成了1000m3发酵罐两发酵罐两个，个，轻工部环保所在轻工部环保所在南阳酒精厂设计了单池容积南阳酒精厂设计了单池容积5000m3，总池容，

31、总池容10000m3的厌氧发酵罐。的厌氧发酵罐。 5)厌氧滤池 80年代中期，年代中期，中科院广州能源所，上海工中科院广州能源所，上海工业微生物研究所业微生物研究所等，分别在广州和上海建等，分别在广州和上海建立立l00m3和和60m3的厌氧滤池生产性装置，用的厌氧滤池生产性装置，用以处理糖蜜酒精废液和豆制品废水。以处理糖蜜酒精废液和豆制品废水。 6) UASB 国内研究国内研究UASB反应器大约始于反应器大约始于1981年。年。 1982年年7月报道了月报道了北京环境保护科学研究所和化学工业部北京环境保护科学研究所和化学工业部设计公司设计公司共同协作在石家庄华北制药厂进行了容积为共同协作在石家

32、庄华北制药厂进行了容积为140L的的UASB反应器装置处理丙丁废醪的试验，并把试验结果反应器装置处理丙丁废醪的试验，并把试验结果很快地应用于生产中。很快地应用于生产中。 清华大学环境工程系清华大学环境工程系1983年起比较系统地进行了在年起比较系统地进行了在UASB反应器内培养反应器内培养颗粒污泥颗粒污泥规律的研究，不仅在中温而且在常规律的研究，不仅在中温而且在常温下均成功地培养出了厌氧颗粒污泥。并迅速地把成果应温下均成功地培养出了厌氧颗粒污泥。并迅速地把成果应用于处理啤酒废水，建成了总容积为用于处理啤酒废水，建成了总容积为2000m3的的UASB反应反应器。器。 7)管道厌氧消化器 浙江农大

33、浙江农大1982年开始了管道厌氧消化器的年开始了管道厌氧消化器的研究。这研究。这在国内外是一个创新在国内外是一个创新，他们把研，他们把研究成果应用于柠檬酸废水处理，获得很大究成果应用于柠檬酸废水处理，获得很大成功。成功。 “七五”（19861990）高浓度有机废水厌氧生物处理技术 掀起了废水厌氧生物处理研究的高潮。掀起了废水厌氧生物处理研究的高潮。 清华大学环境工程系、哈尔滨建工学院、天津大清华大学环境工程系、哈尔滨建工学院、天津大学、河北轻化工学院、重庆建工学院、北京工业学、河北轻化工学院、重庆建工学院、北京工业大学、首都师范大学、西安冶金建筑学院、浙江大学、首都师范大学、西安冶金建筑学院、

34、浙江省环保所、吉林省环保所、化工部第三设计研究省环保所、吉林省环保所、化工部第三设计研究院、中科院生态中心、西南市政工程设计院、北院、中科院生态中心、西南市政工程设计院、北京市太阳能研究所等京市太阳能研究所等14个单位个单位共同参加了攻关研共同参加了攻关研究。究。 对现代厌氧反应器，如对现代厌氧反应器，如UASB反应器、反应器、UBF(厌厌氧复合反应器氧复合反应器)、AF反应器、反应器、AFB（厌氧流化（厌氧流化床）两相厌氧工艺以及垂直折流厌氧反应器等床）两相厌氧工艺以及垂直折流厌氧反应器等等进行了全面深入的研究，同时开展了无机和等进行了全面深入的研究，同时开展了无机和有机有毒物质对厌氧消化影

35、响的研究。有机有毒物质对厌氧消化影响的研究。 上述研究成果，上述研究成果，1991年获教委科技进步一等奖，年获教委科技进步一等奖，1993年获国家级科技进步三等奖。这批研究成年获国家级科技进步三等奖。这批研究成果的取得，大大缩小了在废水厌氧生物处理技果的取得，大大缩小了在废水厌氧生物处理技术领域与国外的差距。有不少成果达到了国际术领域与国外的差距。有不少成果达到了国际先进水平。推动了我国废水厌氧生物处理技术先进水平。推动了我国废水厌氧生物处理技术的向前发展。的向前发展。 世界范围内厌氧工艺统计（世界范围内厌氧工艺统计（1999.3；1303个项目）个项目）CSTR,complete stirr

36、ed tank reactor，国内厌氧装置按类型分（国内厌氧装置按类型分（219家）家）15.1.3 厌氧生物处理工艺分类 1、按发展年代分类、按发展年代分类 2、按厌氧反应器的流态分类、按厌氧反应器的流态分类 3、按厌氧微生物在反应器内的生长情况不、按厌氧微生物在反应器内的生长情况不同分类同分类 4、衍生的厌氧反应器、衍生的厌氧反应器 5、按厌氧消化阶段分类、按厌氧消化阶段分类u( (1)1)第一代厌氧消化工艺第一代厌氧消化工艺, 20, 20世纪世纪5050年代以前开发年代以前开发1）化粪池和隐化池(双层沉淀池)，主要用于处理生活废水下沉的污泥，2）传统消化池与高速消化池用于处理城市污水

37、厂初沉池和二沉池排出的污泥。特点：污泥龄特点：污泥龄(SRT)(SRT)等于水力停留时间等于水力停留时间(HRT)(HRT)；为使污泥中有机物达到厌氧；为使污泥中有机物达到厌氧消化稳定，必须维持较长污泥龄，即较长水力停留时间。反应器容积大，消化稳定，必须维持较长污泥龄，即较长水力停留时间。反应器容积大，处理效能低。处理效能低。 u(2)(2)第二代厌氧消化工艺第二代厌氧消化工艺, ,称现代厌氧反应器称现代厌氧反应器6060年代以后开发年代以后开发3) 厌氧接触工艺；4）UASB； 5）厌氧滤床AF； 6）厌氧流化床反应器；7）ABR 厌氧折流反应器。 用于处理各种工业排出的有机废水。特点：污泥

38、龄特点：污泥龄(SRT)(SRT)与水力停留时间与水力停留时间(HRT)(HRT)分离，分离，SRTHRT;SRTHRT;生物量大，负荷生物量大，负荷高，占地小，处理效能高。高，占地小，处理效能高。u(3)(3)第三代厌氧消化工艺第三代厌氧消化工艺，改进工艺，新型高效厌氧反应器 8）厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器9）厌氧复合床反应器(AFUASB) 10）两相或多级厌氧工艺(如：水解+EGSB工艺)11）IC1 按发展年代分类按发展年代分类2 按厌氧反应器的流态分类可分为可分为活塞流型厌氧反应器活塞流型厌氧反应器和和完全混合型厌氧反应器完全混合型厌氧反应器，或介，或介于活塞流和完全混合两

39、者之间的厌氧反应器。于活塞流和完全混合两者之间的厌氧反应器。如化粪池，升流式厌氧滤池和活塞流式消化池接近于活塞流如化粪池，升流式厌氧滤池和活塞流式消化池接近于活塞流型。型。而带搅拌的普通消化池，和高速消化池是典型的完全混合反而带搅拌的普通消化池，和高速消化池是典型的完全混合反应器；应器；而升流式厌氧污泥层反应器、厌氧折流板反应器和厌氧生物而升流式厌氧污泥层反应器、厌氧折流板反应器和厌氧生物转盘等是介于完全混合与活塞流之间的厌氧反应器。转盘等是介于完全混合与活塞流之间的厌氧反应器。 3 按厌氧微生物在反应器内的生长情况不同分类 厌氧反应器又可分成厌氧反应器又可分成悬浮生长厌氧反应器悬浮生长厌氧反

40、应器和和附着附着生长厌氧反应器。生长厌氧反应器。 如传统消化池、厌氧接触法和如传统消化池、厌氧接触法和UASB等，厌氧活等，厌氧活性污泥以絮体或颗粒状悬浮于反应器液体中生长，性污泥以絮体或颗粒状悬浮于反应器液体中生长，称为称为悬浮生长厌氧反应器悬浮生长厌氧反应器。 而厌氧滤池，厌氧膨胀床，厌氧流化床和厌氧生而厌氧滤池，厌氧膨胀床，厌氧流化床和厌氧生物转盘等，微生物附着于固定载体或流动载体上物转盘等，微生物附着于固定载体或流动载体上生长。称为生长。称为附着膜生长厌氧反应器。附着膜生长厌氧反应器。 把悬浮生长与附着生长结合在一起的厌氧反应器把悬浮生长与附着生长结合在一起的厌氧反应器称为复合厌氧反应

41、器称为复合厌氧反应器. 如如UBF，其下面是升流式污泥床，而上面是充填，其下面是升流式污泥床，而上面是充填填料厌氧滤池，两者结合在一起，故称为升流式填料厌氧滤池，两者结合在一起，故称为升流式污泥床污泥床-过滤反应器，英文缩写称过滤反应器，英文缩写称UBF。4 衍生的厌氧反应器 衍生的厌氧反应器有衍生的厌氧反应器有EGSB，IC反应器和反应器和USR等，这几种等，这几种厌氧反应器均是在厌氧反应器均是在UASB反应器基础上衍生出的。反应器基础上衍生出的。 EGSB相当于把相当于把UASB反应器的厌氧颗粒污泥处于流化状反应器的厌氧颗粒污泥处于流化状态。态。 IC反应器反应器则是把则是把2个个UASB

42、反应器上下叠加，利用污泥床反应器上下叠加，利用污泥床产生的沼气作为动力来实现反应器内混合液的循环。产生的沼气作为动力来实现反应器内混合液的循环。 UASB反应器反应器去掉三相分离器后就成了用于处理高固体的去掉三相分离器后就成了用于处理高固体的废液的废液的USR。 5 按厌氧消化阶段分类 可分为可分为单相厌氧反应器和两相厌氧反应器单相厌氧反应器和两相厌氧反应器。 单相反应器单相反应器是把产酸阶段与产甲烷阶段结合在一个反应器是把产酸阶段与产甲烷阶段结合在一个反应器中；中； 而而两相厌氧反应器两相厌氧反应器则是把则是把产酸阶段产酸阶段和和产甲烷阶段产甲烷阶段分别在两分别在两个互相串联反应器进行。个互

43、相串联反应器进行。 由于产酸阶段的产酸菌反应速率快，而产甲烷阶段的反应由于产酸阶段的产酸菌反应速率快，而产甲烷阶段的反应速率慢，因此两者分离，可充分发挥产酸阶段微生物的作速率慢，因此两者分离，可充分发挥产酸阶段微生物的作用。从而提高了系统整体反应速率用。从而提高了系统整体反应速率. Photo GalleryMunicipal Sludge DigestersMunicipal Sludge DigestersSwitzerlandCentralized Biogas PlantLintrup Biogas plant (Denmark)animal manuresAnaerobic Lago

44、onFood/Beverage Processing - WashingtonContact ProcessFood-Processing, VirginiaUASBThe NetherlandsUASB - Internal CirculationKraft Paper Mill Foul Condensates, AlabamaEGSBGist Brocades (yeast, pharmaceuticals) The NetherlandsModular Design UASB Reactors4.1.4 厌氧生物处理技术厌氧生物处理技术在污（废）水处理领域的地位在污（废）水处理领域的地

45、位 1、有机废水处理的技术路线、有机废水处理的技术路线 2、厌氧生物处理的技术评估、厌氧生物处理的技术评估 有机废水，尤其是高浓度有机废水处理的有机废水，尤其是高浓度有机废水处理的途径，主要取决于废水的性质途径，主要取决于废水的性质 有机废水的性质大致可分为以下三大类：有机废水的性质大致可分为以下三大类： 易于生物降解的易于生物降解的; 难生物降解的难生物降解的; 有害的有害的.1 有机废水处理的技术路线有机废水处理的技术路线易生物降解有机废水处理技术路线易生物降解有机废水处理技术路线 来自以农牧产品为原料的工业废水和禽畜粪便废水等。来自以农牧产品为原料的工业废水和禽畜粪便废水等。如如轻工食品

46、发酵废水和禽畜饲养场排放的废水等。特点：主轻工食品发酵废水和禽畜饲养场排放的废水等。特点：主要有机组份是糖类、蛋白质和脂类，易于生物降解，且水要有机组份是糖类、蛋白质和脂类，易于生物降解，且水量大，有机物浓度很高。量大，有机物浓度很高。 技术路线：技术路线：1、先考虑回收有用物质先考虑回收有用物质，如玉米酒精废液采用蒸发浓缩技，如玉米酒精废液采用蒸发浓缩技术回收干酒精糟，术回收干酒精糟，2、优先考虑采用厌氧处理技术，不仅效能高，能耗低，并优先考虑采用厌氧处理技术，不仅效能高，能耗低，并能回收大量生物能，这是一种最佳的选择。能回收大量生物能，这是一种最佳的选择。3 3、厌氧出水再以好氧工艺处理保

47、证达标。、厌氧出水再以好氧工艺处理保证达标。难生物降解有机废水处理技术路线难生物降解有机废水处理技术路线难生物降解的或对生物有害的，这种废水主要来自化学工业、石油化难生物降解的或对生物有害的，这种废水主要来自化学工业、石油化工和炼焦工业等。工和炼焦工业等。如制药厂、染料厂、人造纤维厂、焦化厂等排出的如制药厂、染料厂、人造纤维厂、焦化厂等排出的生产废水。特点：废水中的有机物主要是难生物降解的高分子有机物。生产废水。特点：废水中的有机物主要是难生物降解的高分子有机物。技术路线：技术路线：1、单独采用好氧生物法往往达不到满意的处理效果，而采用厌氧生物、单独采用好氧生物法往往达不到满意的处理效果，而采

48、用厌氧生物法则可降解或提高其可生化性法则可降解或提高其可生化性, 采用采用厌氧厌氧-好氧串联工艺是最佳的选择。好氧串联工艺是最佳的选择。2、如果废水中有机物是、如果废水中有机物是不可生化且有毒不可生化且有毒的，则不宜采用生物法，而应的，则不宜采用生物法，而应考虑考虑采用化学法或物化法采用化学法或物化法进行处理。进行处理。 有害有机废水处理技术路线 首先预处理，去除废水中有毒有害物质，首先预处理，去除废水中有毒有害物质，再采用厌氧生物法。再采用厌氧生物法。 结论结论对于高浓度有机废水，直接采用好氧生物法是不可取的，对于高浓度有机废水，直接采用好氧生物法是不可取的，因为这不仅要耗用大量稀释水，而且

49、要消耗大量电能。因为这不仅要耗用大量稀释水，而且要消耗大量电能。应优先考虑采用厌氧生物法，作为去除有机物的主要手应优先考虑采用厌氧生物法，作为去除有机物的主要手段，或提高有机物的可生化性。段，或提高有机物的可生化性。高浓度有机废水，仅通过厌氧生物处理，往往达不到出高浓度有机废水，仅通过厌氧生物处理，往往达不到出水的排放标准。尚需采用好氧生物处理作为后处理，才水的排放标准。尚需采用好氧生物处理作为后处理，才能满足排放要求。因此，能满足排放要求。因此，对于高浓度有机废水采用以厌对于高浓度有机废水采用以厌氧生物处理为主，好氧生物处理为辅的技术路线，是最氧生物处理为主，好氧生物处理为辅的技术路线，是最

50、佳的选择。佳的选择。 2 厌氧生物处理的技术评估 （1）厌氧生物处理技术的）厌氧生物处理技术的优点优点 （2）厌氧生物处理技术的）厌氧生物处理技术的缺点缺点（1）厌氧生物处理技术的优点）厌氧生物处理技术的优点u1) 节省动力消耗节省动力消耗;u2) 可产生生物能可产生生物能;u3)剩余污泥产量少剩余污泥产量少;u4)对氮和磷需要量较低对氮和磷需要量较低;u5) 对某些难降解有机物有较好降解能力。对某些难降解有机物有较好降解能力。1) 可节省动力消耗可节省动力消耗; 厌氧菌厌氧菌-无氧呼吸，不必提供氧气；无氧呼吸，不必提供氧气； 好氧菌好氧菌-有氧呼吸，必须提供氧气。有氧呼吸，必须提供氧气。 理

51、论上完全氧化理论上完全氧化1kgBOD5，必须提供，必须提供1.06kg分子氧。一般的曝气设备，充分子氧。一般的曝气设备，充lkg氧氧到水中约需消耗到水中约需消耗0.5-1.0度电。要完全氧化度电。要完全氧化废水中废水中lkgBOD5，约需消耗，约需消耗0.5-l kWh电力。电力。 例例 我国城市废水我国城市废水354亿亿m3a，如，如BOD5=200mgL，去除率，去除率90，用活性污泥法去除，每，用活性污泥法去除，每年电耗将达年电耗将达31.86-63.72亿亿kWh; 如在南方地区采用厌氧法作为预处理，如在南方地区采用厌氧法作为预处理， 去除去除70 BOD5，则可节省大量电能。，则可

52、节省大量电能。 在巴西和哥伦比亚等国，已采用在巴西和哥伦比亚等国，已采用UASB反应反应器处理城市废水，并取得了很大成功。器处理城市废水，并取得了很大成功。 对于对于高浓度有机废水高浓度有机废水，采用厌氧生物法其，采用厌氧生物法其节省的电耗更是大得惊人，节省的电耗更是大得惊人， 如我国造纸、纺织、食品发酵、皮革、制如我国造纸、纺织、食品发酵、皮革、制糖等轻工行业每年排出糖等轻工行业每年排出BOD5达达200万万t，如，如采用厌氧法去除采用厌氧法去除BOD580计，则年节电达计，则年节电达8.016亿亿kwh。环境效益与经济效益十分显。环境效益与经济效益十分显著。著。2) 可产生生物能可产生生物

53、能; 有机物转化为沼气的理论计算 COD转化为沼气的理论计算 有机物转化为沼气的理论计算 COD转化为沼气的理论计算Buswell和Mualler的计算方法 422)25. 0125. 05 . 0()25. 0125. 05 . 0()5 . 025. 0(CHbanCObanOHbanOHCbann 该式可代表各种有机物厌氧发酵转化为沼气更为普遍的一般式。当然该反应式也未考虑细菌细胞合成所消耗的有机物量，只反映有机物厌氧消化全部转化为甲烷和二氧化碳的理论值。n 因此，只要知道有机物CnHaOb的分子式，就可求出该有机物厌氧发酵CH4和CO2的理论产量。n求出有机物厌氧转化为甲烷和二氧化碳的

54、理论值，对科学研究和生产实践有理论指导意义。不仅可作为厌氧消化工程估算产气量的理论依据，并可以判别厌氧反应器的运行是否正常。便于及时发现问题，采取正确的对策。沼气的能源价值 n沼气是一种生物能，lmol甲烷燃烧可产882.58kJ热量。在标准状态下(0，101.33kPa)，每m3甲烷可产生热量3 9 4 0 0 . 8 k J , 理 论 上 相 当 电 量10.94kWh(1.0kWh=3.6MJ)。n据有关资料提供的数据，效率较高的沼气发电机，只能把沼气总含能量的30左右转化成电能，并可把总含能量的40左右以余热的形式回收，其余的能量以各种形式被损失掉。n城市污水厂的污泥厌氧消化，含水率

55、96的污泥，每m3污泥可产沼气约8-12m3。n视污泥中有机物含量不同有所差别，其热值一般为2024MJm3(沼气)，每m3沼气约可发电1.5-1.8kWh，并可回收余热约8-9MJ。n利用沼气发的电可给本厂使用，其所产生的余热可作为消化池加热用，也可用于热水供应及采暖。 3)剩余污泥产量少剩余污泥产量少; 厌氧菌世代期长，如产甲烷菌的倍增时间约46d，所以产率Y比好氧小。 有机物在好氧降解时，如碳水化合物，其中约有23被合成为细胞，约有13被氧化分解提供能量。 厌氧降解时，只有少量有机物被同化为细胞，而大部分被转化为CH4和CO2。所以好氧处理产泥量高，而厌氧处理产泥量低，且污泥已稳定，可降

56、低污泥处理费用。 4)对氮和磷的需要量较低对氮和磷的需要量较低 氮和磷等营养物质是组成细胞的重要的元素，采用生物法处理废水，如废水中缺少氮磷元素，必须投加氮和磷，以满足细菌合成细胞的需要。 前已述及，厌氧生物处理要去除lkgBOD5所合成细胞量远低于好氧生物处理，因此可减少N和P的需要量， 只要满足BOD5：N：P (200300)：5：1。对于缺乏N和P的有机废水采用厌氧生物处理可大大节省N和P的投加量，使运行费用降低。 5) 对某些难降解有机物有较好降解能力对某些难降解有机物有较好降解能力 实践证明，一些难降解的有机工业废水采用常规的好氧生物处理工艺不能获得满意的处理效果，如炼焦废水、煤气

57、洗涤废水、农药废水、印染废水等。 而采用厌氧生物法则可取得较好的处理效果。近年来，经研究发现厌氧微生物具有某些脱毒和降脱毒和降解有害有机物解有害有机物的功效，而且还具有某些好氧微生物不具有的功能，如多氯链烃和芳烃的还原脱氯，芳香环还原成烷烃环结构或环的断裂等。 应用厌氧处理工艺作为前处理可以使一些好氧处理难以处理的难降解有机物得到部分降解，并使大分子降解成小分子，提高了废水的可生化性，使后续的好氧处理变得比较容易。所以，常常使用厌氧好氧串联工艺来处理难降解有机废水。 此外，设备负荷大，占地少。（2） 厌氧生物处理技术的缺点 1)、厌氧工艺不能去除废水中的氮和磷；、厌氧工艺不能去除废水中的氮和磷

58、； 2)、厌氧系统启动过程较长；、厌氧系统启动过程较长； 3)、对温度变化敏感；、对温度变化敏感；pH控制要求高；厌氧微生物对控制要求高；厌氧微生物对有毒物质较为敏感；运行管理较为复杂；有毒物质较为敏感；运行管理较为复杂； 4)、处理过程中产生臭气和有害物质，卫生条件较差；、处理过程中产生臭气和有害物质，卫生条件较差； 5)、厌氧处理去除有机物不彻底，出水的有机物浓度高、厌氧处理去除有机物不彻底，出水的有机物浓度高于好氧处理。于好氧处理。1)厌氧工艺不能去除废水中的氮磷厌氧工艺不能去除废水中的氮磷 含氮和磷的有机物通过厌氧消化，其所含氮和磷的有机物通过厌氧消化，其所含的氮和磷被转化为含的氮和磷

59、被转化为氨氮和磷酸盐氨氮和磷酸盐，由，由于只有很少的氮和磷被细胞合成利用，于只有很少的氮和磷被细胞合成利用，所以绝大部分的氮和磷以氨氮和磷酸盐所以绝大部分的氮和磷以氨氮和磷酸盐的形式在出水排出。的形式在出水排出。 应采用厌氧与好氧工艺相结合的处理工应采用厌氧与好氧工艺相结合的处理工艺。艺。 2)厌氧系统启动过程较长厌氧系统启动过程较长 因为厌氧微生物的世代期长，增长速率因为厌氧微生物的世代期长，增长速率低，污泥增长缓慢，所以厌氧反应器的低，污泥增长缓慢，所以厌氧反应器的启动过程很长。一般启动期长达启动过程很长。一般启动期长达3-63-6个月，个月，甚至更长。甚至更长。 如要达到快速启动，必须增

60、加接种污泥如要达到快速启动，必须增加接种污泥量，这就会增加启动费用。在经济上是量，这就会增加启动费用。在经济上是不合理的。不合理的。3)运行管理较为复杂运行管理较为复杂 由于厌氧菌的种群较多，如产酸菌与产甲烷由于厌氧菌的种群较多，如产酸菌与产甲烷菌性质各不相同，而互相又密切相关，要保菌性质各不相同，而互相又密切相关，要保持这两大类种群的平衡，对运行管理较为严持这两大类种群的平衡，对运行管理较为严格。稍有不慎，可能使两种群失去平衡，使格。稍有不慎，可能使两种群失去平衡，使反应器不能正常工作。反应器不能正常工作。 如进水负荷突然提高，反应器的如进水负荷突然提高，反应器的pHpH会下降，会下降，如不