第15章 厌氧生物处理

1、第十五章 污水的厌氧生物处理第一节第一节 污水厌氧生物处理的基本原理污水厌氧生物处理的基本原理第二节第二节 污水的厌氧生物处理工艺污水的厌氧生物处理工艺第三节第三节 厌氧生物处理法的设计计算厌氧生物处理法的设计计算第一节第一节 污水厌氧生物处理的基本原理污水厌氧生物处理的基本原理一、一、 概述概述 厌氧生物处理：厌氧生物处理：在无氧的条件下，利用厌氧微生物的生在无氧的条件下，利用厌氧微生物的生 命活动，将各种有机物转化为甲烷、二氧化碳等的过命活动，将各种有机物转化为甲烷、二氧化碳等的过 程。程。 厌氧生物处理后面常常要连接好氧生物处理厌氧生物处理后面常常要连接好氧生物处理(1)第一代厌氧生物反

2、应器：剩余污泥消化池、化粪池n1896年在英国出现第一座用于处理生活污水厌氧消化池，产生的沼气用于街道照明。n1914年美国有14座城市建立了厌氧消化池。n20世纪40年代，澳大利亚出现连续搅拌的厌氧消化池，改善了混合条件。特点是： 结构简单，有些工艺沿用至今。 水力停留时间（HRT）很长，处理效率仍十分低，处理效果不好；具有浓臭的气味。 1 厌氧生物处理的发展厌氧生物处理的发展 n 早期的厌氧生物反应器早期的厌氧生物反应器 1881年法国年法国Mouras的自动净化器：的自动净化器： 1891英国英国Moncriff的装有填料的升流式反应器：的装有填料的升流式反应器： 1895年，英国设计的

3、化粪池（年，英国设计的化粪池（Septic Tank）；）； 1905，德，德Imhoff池（称隐化池、双层沉淀池）池（称隐化池、双层沉淀池）特点有：特点有： 处理废水同时，也处理从废水沉淀下来的污泥；处理废水同时，也处理从废水沉淀下来的污泥； 前几种构筑物由于废水与污泥不分隔而影响出水前几种构筑物由于废水与污泥不分隔而影响出水水质；水质； 双层沉淀池则有了很大改进，有上层沉淀池和下双层沉淀池则有了很大改进，有上层沉淀池和下层消化池；层消化池； 停留时间很长，出水水质也较好停留时间很长，出水水质也较好; 后两种反应器曾在英、美、德、法等国得到广泛后两种反应器曾在英、美、德、法等国得到广泛推广，

4、在我国目前仍有应用推广，在我国目前仍有应用 。(2) (2) 第二代厌氧生物反应器第二代厌氧生物反应器厌氧接触法、厌氧滤池厌氧接触法、厌氧滤池（AFAF）、上流式厌氧污泥床（）、上流式厌氧污泥床（UASBUASB）反应器、厌氧流）反应器、厌氧流化床（化床（AFBAFB）、厌氧生物转盘（）、厌氧生物转盘（ARBCARBC）和挡板式厌氧）和挡板式厌氧反应器等。反应器等。 n2020世纪中期厌氧接触法，搅拌、回流出现，提高了负荷世纪中期厌氧接触法，搅拌、回流出现，提高了负荷率与处理效率，首次率与处理效率，首次突破突破SRTSRTHRTHRT。n6060年代末，年代末，Yong&McCarty

5、Yong&McCarty发明了发明了AFAF（突破性的）。（突破性的）。n7070年代中后期，能源危机的加剧，研究强化，最大的突年代中后期，能源危机的加剧，研究强化，最大的突破荷兰农业大学破荷兰农业大学LettingaLettinga发明的发明的UASBUASB。n相继出现厌氧流化床（相继出现厌氧流化床（AFBAFB）等。）等。n从此厌氧消化工艺开始大规模地用于废水处理，成为与从此厌氧消化工艺开始大规模地用于废水处理，成为与好氧生物处理工艺相提并论的废水处理工艺。好氧生物处理工艺相提并论的废水处理工艺。这些被称为这些被称为现代高速厌氧消化反应器的厌氧生物处理工艺现代高速厌氧消化反应器的

6、厌氧生物处理工艺又又被统一称为被统一称为“第二代厌氧生物反应器第二代厌氧生物反应器”。它们的主要特点有：它们的主要特点有： HRT大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率大大提高；大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率大大提高； 主要包括：厌氧接触法、厌氧滤池（主要包括：厌氧接触法、厌氧滤池（AF）、升流式厌氧污）、升流式厌氧污泥床（泥床（UASB）反应器、厌氧流化床（）反应器、厌氧流化床（AFB）、厌氧生物转）、厌氧生物转盘（盘（ARBC）和挡板式厌氧反应器等；）和挡板式厌氧反应器等； HRT与与SRT分离，分离，SRT相对很长，相对很长，HRT则可以较短，反应则可以较短，反应器内生物量很高。器内

7、生物量很高。UASBUASB发明者赢得发明者赢得泰勒环境奖泰勒环境奖 德国科学家Gatze Lettinga荣获2007泰勒环境成就奖，Gatze Lettinga发明了UASB厌氧处理法并致力于其在全球的推广。Gatze Lettinga获得20万美元现金及一块金质奖章。 Gatze Lettinga发明的UASB处理法，应用在全世界3/4的厌氧污水处理厂中，并且Gatze Lettinga没有申请专利而将这种技术免费普及。“UASB反应器概念对所有人都是公开的，特别是对发展中国家的人民，这是我一直期望的” Lettinga声明。 与传统能量密集型的处理工艺相比，UASB法产生的沼气可以被回

8、用，并且传统工艺还会产生与UASB法相比10倍到20倍的残余物。Lettinga说，事实上，厌氧处理法已经成为所有工业污水处理厂的选择，我们可以预见同样的事情会发生在生活废水处理厂。 目前全世界有几千座厌氧污水处理厂正在运行，McCarty的工作为UASB提供了理论依据。McCarty赞扬Lettinga为厌氧工艺本地化所做出的努力。泰勒奖评委会认为Lettinga的工作“为世界特别是发展中国家提供了一种污水处理的极优秀的工艺。”泰勒奖是奖励在环境科学，能源和医疗方面做出杰出成绩的科学家。由Alice Tyler1973年设立，每年颁发一次。(3) 第三代厌氧生物反应器第三代厌氧生物反应器颗粒

9、污泥膨胀床（颗粒污泥膨胀床（EGSBEGSB）反）反应器、厌氧内循环（应器、厌氧内循环（ICIC）反应器等）反应器等n2020世纪世纪9090年代以后，随着以颗粒污泥为主要特点的年代以后，随着以颗粒污泥为主要特点的UASBUASB反应器反应器的广泛应用，在其基础上发展起来的新型反应器。的广泛应用，在其基础上发展起来的新型反应器。nEGSBEGSB反应器反应器2020世纪世纪8080年代，荷兰年代，荷兰WageningenWageningen农业大学农业大学研究的。研究的。nICIC反应器反应器，荷兰的，荷兰的PaquesPaques公司研制，公司研制，19851985年第一座建成。年第一座建成

10、。用于处理高浓度有机废水，依靠厌氧生物过程本身所产生用于处理高浓度有机废水，依靠厌氧生物过程本身所产生的大量沼气形成内部混合液的充分循环与混合，可以达到的大量沼气形成内部混合液的充分循环与混合，可以达到更高的有机负荷。更高的有机负荷。2 、厌氧生物处理的特点、厌氧生物处理的特点 与废水的好氧生物处理工艺相比，废水的厌氧生物处理工艺具有以下与废水的好氧生物处理工艺相比，废水的厌氧生物处理工艺具有以下主要优点：主要优点： 能耗降低，而且还可以回收生物能（沼气）能耗降低，而且还可以回收生物能（沼气）；因为厌氧生物处；因为厌氧生物处 理工艺无需为微生物提供氧气，所以不需要鼓风曝气，减少了理工艺无需为微

11、生物提供氧气，所以不需要鼓风曝气，减少了 能耗，而且厌氧生物处理工艺在大量降低废水中的有机物的同能耗，而且厌氧生物处理工艺在大量降低废水中的有机物的同 时，还会产生大量的沼气。时，还会产生大量的沼气。 污泥产量很低污泥产量很低；产酸菌的产率；产酸菌的产率Y为为0.150.34kgVSS/kgCOD， 产甲烷菌的产率产甲烷菌的产率Y为为0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物的左右，而好氧微生物的 产率约为产率约为0.250.6kgVSS/kgCOD。 厌氧微生物可以使生物不能降解的一些有机物进行降解或部分厌氧微生物可以使生物不能降解的一些有机物进行降解或部分 降解降解；对于某些含有难降

12、解有机物的废水，利用厌氧工艺进行；对于某些含有难降解有机物的废水，利用厌氧工艺进行 处理可以获得更好的处理效果。处理可以获得更好的处理效果。n 主要优点主要优点 厌氧生物处理过程中所涉及到的生化反应过程较为复杂。厌氧生物处理过程中所涉及到的生化反应过程较为复杂。 厌氧微生物特别是其中的产甲烷细菌对温度、厌氧微生物特别是其中的产甲烷细菌对温度、pH等环境因等环境因素非常敏感。素非常敏感。 厌氧生物处理出水水质仍通常较差，一般需要利用好氧工厌氧生物处理出水水质仍通常较差，一般需要利用好氧工艺进行进一步的处理；艺进行进一步的处理； 厌氧生物处理的气味较大；厌氧生物处理的气味较大； 对氨氮的去除效果不

13、好，还可能由于原废水中含有的有机对氨氮的去除效果不好，还可能由于原废水中含有的有机氮在厌氧条件下的转化导致氨氮浓度的上升。氮在厌氧条件下的转化导致氨氮浓度的上升。n 主要缺点主要缺点 我国高浓度有机工业废水排放量巨大，这些废水浓度我国高浓度有机工业废水排放量巨大，这些废水浓度高、多含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等高、多含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物；我国当前的水体污染物还主要是有机污染物以及有机物；我国当前的水体污染物还主要是有机污染物以及营养元素营养元素N、P的污染；目前高浓度有机工业废水的处理特的污染；目前高浓度有机工业废水的处理特点是：能源昂贵、土地价格剧

14、增、剩余污泥的处理费用也点是：能源昂贵、土地价格剧增、剩余污泥的处理费用也越来越高。越来越高。 能将有机污染物转变成沼气并加以利用；能将有机污染物转变成沼气并加以利用； 运行能耗低；运行能耗低； 有机负荷高，占地面积少；有机负荷高，占地面积少； 污泥产量少，剩余污泥处理费用低，等等；污泥产量少，剩余污泥处理费用低，等等； 厌氧工艺的综合效益表现在环境、能源、生态三个方面。厌氧工艺的综合效益表现在环境、能源、生态三个方面。n 我国的厌氧工艺技术发展：我国的厌氧工艺技术发展：3、 厌氧生物处理的基本原理厌氧生物处理的基本原理3.1 复杂有机物的厌氧降解复杂有机物的厌氧降解 传统观念两阶段理论传统观

15、念两阶段理论消化过程液化(酸化)液态污泥的pH迅速下降，转化产物中有机酸是主体气化(甲烷化)产生消化气，主体是CH4厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌水解产酸细菌 (fermentative bacteria)(fermentative bacteria)产氢产乙酸细菌产氢产乙酸细菌 (acetogenic bacteria)(acetogenic bacteria)产甲烷细菌产甲烷细菌 (methanogenic bacteria)(methanogenic bacteria)厌氧消

16、化过程划分为三个连续的阶段，即厌氧消化过程划分为三个连续的阶段，即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段、产甲烷阶段水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段、产甲烷阶段n 发展中观点三阶段理论发展中观点三阶段理论(1) 水解阶段：碳水化合物（脂肪、蛋白质）在水解阶段：碳水化合物（脂肪、蛋白质）在水解发酵菌水解发酵菌作用下转化作用下转化 为糖类、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳；为糖类、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳；(2)产氢产乙酸阶段：脂肪酸在产氢产乙酸阶段：脂肪酸在产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌作用下转化成作用下转化成H2、CO2、乙、乙酸酸 CH3CH2COOHCO2+CH3COOH+H2(3) 产甲烷阶段：最后两组生理

17、不同的产甲烷阶段：最后两组生理不同的产甲烷菌产甲烷菌，有共同的产物，有共同的产物 4H2+CO2CH4+2H2O （1/3）CO2还原还原 2CH3COOH2CH4+2CO2 （2/3）乙酸脱羧）乙酸脱羧 复杂有机物复杂有机物较高级有机酸较高级有机酸H2乙酸乙酸CH4+CO24%76%24%52%28%72%生成甲烷生成甲烷生成乙酸与脱氢生成乙酸与脱氢水解与发酵水解与发酵20%n 最新观点四阶段厌氧生物代谢过程最新观点四阶段厌氧生物代谢过程l水解阶段；水解阶段；l产酸发酵阶段产酸发酵阶段l产氢产乙酸阶段。产氢产乙酸阶段。l产甲烷阶段产甲烷阶段(1) 水解阶段水解阶段 定义定义 复杂的非溶解性的

18、有机物质在产酸细菌胞外水解酶复杂的非溶解性的有机物质在产酸细菌胞外水解酶的作用下转化为简单的溶解性单体或二聚体的过程。的作用下转化为简单的溶解性单体或二聚体的过程。 影响因素影响因素 温度，水力停留时间，有机物质的组成成分，有温度，水力停留时间，有机物质的组成成分，有机物质颗粒的大小；机物质颗粒的大小；pH值；氨的浓度；水解产物浓度。值；氨的浓度；水解产物浓度。 (2) 产酸发酵阶段产酸发酵阶段 微生物微生物 细菌、原生生物和真菌细菌、原生生物和真菌 重要的微生物重要的微生物 纤维素分解菌纤维素分解菌最重要的一步，产物最重要的一步，产物CO2、H2、已、已醇；醇； 碳水化合物分解菌碳水化合物分

19、解菌丙酮，乙醇，乙酸；丙酮，乙醇，乙酸； 蛋白质水解菌蛋白质水解菌生成氨基酸；生成氨基酸； 脂肪分解菌脂肪分解菌脂肪酸脂肪酸(3) 产氢产乙酸阶段产氢产乙酸阶段n 主要微生物：主要微生物： 产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌n 产物：产物：乙酸、甲烷、乙酸、甲烷、CO2、H2(4) 产甲烷阶段产甲烷阶段n 主要微生物：主要微生物：产甲烷菌产甲烷菌n 产物：产物：甲烷甲烷n 特征特征：细胞的增殖很少，（甲烷细菌不繁殖，数量少，消：细胞的增殖很少，（甲烷细菌不繁殖，数量少，消化时间长）；食物不足；产生能量仅为好氧化时间长）；食物不足；产生能量仅为好氧1/20-1/30。n 理论产

20、生甲烷量：理论产生甲烷量： (1) 糖类、脂类和蛋白质等有机物经过厌氧消化能转化为甲烷和糖类、脂类和蛋白质等有机物经过厌氧消化能转化为甲烷和CO2等等 气体，这样的混合气体统称为沼气；产生沼气的数量和成分取决于气体，这样的混合气体统称为沼气；产生沼气的数量和成分取决于被消化的有机物的化学组成，一般可以用下式进行估算：被消化的有机物的化学组成，一般可以用下式进行估算： (2) 理论上认为，理论上认为，1gCOD在厌氧条件下完全降解可以生成在厌氧条件下完全降解可以生成0.25 gCH4，相当于标准状态下的甲烷气体体积为相当于标准状态下的甲烷气体体积为0.35L；沼气中；沼气中CO2和和CH4的百的

21、百分含量不仅与有机物的化学组成有关，还与其各自的溶解度有关；分含量不仅与有机物的化学组成有关，还与其各自的溶解度有关；由于一部分沼气（主要是其中的由于一部分沼气（主要是其中的CO2）会溶解在出水中而被带走，）会溶解在出水中而被带走，同时，一小部分有机物还会被用于微生物细胞的合成，所以实际的同时，一小部分有机物还会被用于微生物细胞的合成，所以实际的产气量要比理论产气量小。产气量要比理论产气量小。42248248224CHbanCObanOHbanOHCban控制厌氧处理效率的基本因素有两类: 一类是基础因素包括微生物量 (污泥浓度)、营养比、混合接触状况、有机负荷等； 一类是环境因素如温度、pH

22、值、氧化还原电位、有毒物质等。产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。二、厌氧微生物生态学二、厌氧微生物生态学( (一一) ) 温度条件温度条件各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，产甲烷菌的温度范围为5-60。在35和53上下可以分别获得较高的消化效率，温度为40-45时，厌氧消化效率较低。据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可分为常温消化、中温消化和高温消化三种类型。温度对厌氧消化过程的影响温度对厌氧消化过程的影响消化温度与消化时间的关系消化温度与消化时间的关系图 温 度 与 消 化 时 间 的 关 系 曲 线012010590756045

23、3015102030405060T（C）消 化 时 间 t（ d）消化时间：指产气量达消化时间：指产气量达到总产气量的到总产气量的90%以上以上的时间的时间中温消化中温消化高温消化高温消化温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。短时内温度升降5，沼气产量明显下降，波动的幅度过大时，甚至停止产气。温度的波动，不仅影响沼气产量，还影响沼气中甲烷的含量，尤其高温消化对温度变化更为敏感。温度的暂时性突然降低不会使厌氧消化系统遭受根本性的破坏，温度一经恢复到原来水平时，处理效率和产气量也随之恢复。(二二) pH值值每种微生物可在一定的pH值范围内活动，产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pH值

24、范围较广，在4.5-8.0之间。产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，最适宜pH值为7.0-7.2，pH6.6-7.4较为适宜。在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，避免过多的酸积累，常保持反应器内的pH值在6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范围内。在厌氧消化过程中，pH值的升降变化除了外界因素的影响之外，还取决于有机物代谢过程中某些产物的增减。产酸作用产物使有机酸的含量增加，会使pH值下降。含氮有机物分解产物氨的增加，会引起pH值升高。在厌氧处理中，pH值除受进水的pH影响外，主要取决于代谢过程中自然建立的缓冲平衡，取决于挥发酸、碱度、CO2

25、、氨氮、氢之间的平衡。( (三三) ) 氧化还原电位氧化还原电位无氧环境是严格厌氧的产甲烷菌繁殖的最基本条件之一。产甲烷菌对氧和氧化剂非常敏感，这是因为它不象好氧菌那样具有过氧化氢酶。氧是影响厌氧反应器中氧化还原电位条件的重要因素，但不是唯一因素。挥发性有机酸的增减、pH值的升降以及铵离子浓度的高低等因素均影响系统的还原强度。如pH值低，氧化还原电位高；pH值高，氧化还原电位低。( (四四) ) 有机负荷有机负荷在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷容积有机负荷，简称容积负荷，即消化器单位有效容积每天接受的有机物量（kgBOD/m3d)。一般为5-10，是好氧处理（0.5-0.1）的5-10倍

26、。对悬浮生长工艺，也有用污泥负荷表达的，即kg BOD5/(kgVLSSd)。在典型的工业废水中，厌氧处理的污泥负荷率在0.51.0，是好氧处理的2倍。有机负荷值因工艺类型、运行条件以及废水中污染物的种类及其浓度而异。在通常的情况下，常规厌氧消化工艺中温处理高浓度工业废水的有机负荷为2-3 kgBOD/(m3d)，在高温下为4-6 kgBOD /(m3d)。UASB、厌氧滤池、厌氧流化床等新型厌氧工艺的有机负荷在中温下为5-15 kgBOD/(m3d)，可高达30 kgBOD/(m3d)。在处理具体废水时，最好通过试验来确定其最适宜的有机负荷。在污泥消化中，有机负荷习惯上以投配率或进料投配率或

27、进料率率n n表达，即每天所投加的湿污泥体积占消化器有效容积的百分数。 投配率投配率n n高，池内脂肪酸积累，高，池内脂肪酸积累，pHpH下降，消化不下降，消化不完全，产气率下降；完全，产气率下降； 投配率投配率n n低则消化完全，产气率高，消化池容积低则消化完全，产气率高，消化池容积大，基建费用高。大，基建费用高。( (五五) ) 废水的营养比废水的营养比厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取碳、氮、磷以及其他微量元素。工程上主要控制进料的碳、氮、磷比例，因为其他营养元素不足的情况较少见。厌氧法中碳:氮:磷控制为500:5:1为宜。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要。研究表

28、明，合适的C/N为10-18:1。 C/N =（10-201）为宜。太高，N量不足，pH值易降低；太小，pH值易升高，铵盐积累。各种废物的碳氮比（各种废物的碳氮比（C/NC/N） 原料原料碳氮比碳氮比原料原料碳氮比碳氮比大便大便(6(610):110):1厨房垃圾厨房垃圾25:125:1小便小便0.8:10.8:1混合垃圾混合垃圾34:134:1牛厩肥牛厩肥18:118:1初沉池污泥初沉池污泥5:15:1鲜马粪鲜马粪24:124:1二沉池污泥二沉池污泥10:110:1鲜羊粪鲜羊粪 29:129:1鲜猪粪鲜猪粪13:113:1 厌氧消化过程中，氮的平衡是非常重要的因素。由于细胞的增殖很少，故只有

29、很少的氮转化为细胞，大部分可生物降解的氮都转化为消化液中的氨氮，因此消化液中氨氮的浓度都高于进料中氨氮的浓度。 实验研究表明，氨氮对厌氧消化过程有较强的毒性或抑制性，氨氮以NH4+及NH3等形式存在于消化液中，NH3对产甲烷菌的活性有比NH4+更强的抑制能力。( (六六) ) 搅拌和混合搅拌和混合 搅拌可使消化物料分布均匀，增加微生物与物料的接触，并使消化产物及时分离，从而提高消化效率、增加产气量。同时，对消化池进行搅拌，可使池内温度均匀，加快消化速度，提高产气量。 污泥厌氧消化池的厌氧消化搅拌方法包括沼气搅拌、泵加水射器搅拌、联合搅拌法。可以连续搅拌、间歇搅拌(2-5小时内将全池的污泥搅拌一

30、次) 。(七) 有毒物质包括有毒有机物、重金属离子和一些阴离子等。对有机物来说，带醛基、双键、氯取代基、苯环等结构，往往具有抑制性。有毒物质的最高容许浓度与处理系统的运行方式、污泥驯化程度、废水特性、操作控制条件等因素有关。 挥发性脂肪酸（挥发性脂肪酸（VFA)VFA)是消化原料酸性消化的是消化原料酸性消化的产物，同时也是甲烷菌的生长代谢的基质。一定产物，同时也是甲烷菌的生长代谢的基质。一定的挥发性脂肪酸浓度是保证系统正常运行的必要的挥发性脂肪酸浓度是保证系统正常运行的必要条件，但过高的条件，但过高的VFAVFA会抑制甲烷菌的生长，从而破会抑制甲烷菌的生长，从而破坏消化过程坏消化过程。 有许多

31、化学物质能抑制厌氧消化过程中微生有许多化学物质能抑制厌氧消化过程中微生物的生命活动，这类物质被称为物的生命活动，这类物质被称为抑制剂抑制剂。抑制剂。抑制剂的种类也很多，包括部分气态物质、重金属离子、的种类也很多，包括部分气态物质、重金属离子、酸类、醇类、苯、氰化物及去垢剂等。酸类、醇类、苯、氰化物及去垢剂等。对厌氧消化具有抑制作用的物质对厌氧消化具有抑制作用的物质抑制物质抑制物质浓度浓度/(mg/L)/(mg/L)抑制物质抑制物质浓度浓度/(mg/L)/(mg/L)挥发性脂肪酸挥发性脂肪酸20002000NaNa3500350055005500氨氮氨氮1500150030003000FeFe1

32、7101710溶解性硫化物溶解性硫化物200200CrCr6+6+3 3CaCa2500250045004500CrCr3+3+500500MgMg1000100015001500CdCd150150K K2500250045004500有毒物质的最高容许浓度与处理系统的运行方式、有毒物质的最高容许浓度与处理系统的运行方式、污泥驯化程度、废水特性、操作控制条件等因素有关污泥驯化程度、废水特性、操作控制条件等因素有关(八八) 酸碱度和消化液的缓冲作用酸碱度和消化液的缓冲作用n产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pH值范围较广，在4.5-8.0之间。n产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，最

33、适宜pH值为7.0-7.2，pH6.6-7.4较为适宜。n在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，避免过多的酸积累，常保持反应器内的pH值在6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范围内。n缓冲剂是在有机物分解过程产生的CO2和NH3，生成的NH4HCO3。n在消化系统中，应保持碱度在2000mg/L以上，使其有足够的缓冲能力，可有效地防pH值的下降。在消化系统管理时，应经常测定碱度。第二节第二节 污水的厌氧生物处理工艺污水的厌氧生物处理工艺一、化粪池化粪池例图 用于处理来自厕所的粪便废水。曾广泛用于不设污水厂的合流制排水系统。还可用于郊区的别墅式建筑

34、。二、厌氧生物滤池 优点：处理能力高；滤池内可以保持很高的微生物浓度；不需另设泥水分离设备，出水SS较低；设备简单、操作方便。 缺点：滤料费用较高；滤料易堵塞，尤其是下部，生物膜很厚；堵塞后，没有简单有效的清洗方法。因此，悬浮物高的废水不适用。三、厌氧接触法 对于悬浮物较高的有机废水，可以采用厌氧接触法，它实际上是厌氧活性污泥法，不需要曝气而需要脱气。 厌氧接触法是在厌氧反应器后设沉淀池，污泥进行回流，厌氧接触法是在厌氧反应器后设沉淀池，污泥进行回流，使厌氧反应器内污泥能维持较高的污泥浓度，降低水力停留使厌氧反应器内污泥能维持较高的污泥浓度，降低水力停留时间。时间。 特点：特点： 1.1.在反

35、应器与沉淀池之间设脱气器，维持真空度，尽可在反应器与沉淀池之间设脱气器，维持真空度，尽可能地将混合液中的沼气脱除。能地将混合液中的沼气脱除。 2.2.在反应器与沉淀池之间设冷却器，使混合液的温度下在反应器与沉淀池之间设冷却器，使混合液的温度下降，以制产甲烷菌在沉淀池内活动。降，以制产甲烷菌在沉淀池内活动。 3.3.投加混凝剂，提高沉淀效果。投加混凝剂，提高沉淀效果。四、四、 升流式厌氧污泥床反应器升流式厌氧污泥床反应器 在反应器的上部设置了气、固、在反应器的上部设置了气、固、 液三相分离器；液三相分离器； 反应器底部设置了均匀布水系统反应器底部设置了均匀布水系统 反应器内的污泥能形成颗粒污泥反

36、应器内的污泥能形成颗粒污泥 特点：直径为特点：直径为0.10.5cm，湿比，湿比重重 为为1.041.08；具有良好的沉降性；具有良好的沉降性 和很高的产甲烷活性。和很高的产甲烷活性。4.1 UASB工艺的工作原理工艺的工作原理 升流式厌氧污泥床集生物反应和沉淀于一体的厌氧反应器，污升流式厌氧污泥床集生物反应和沉淀于一体的厌氧反应器，污水从下部流入，通过布水系统、厌氧颗粒污泥层、三相分离器，污水从下部流入，通过布水系统、厌氧颗粒污泥层、三相分离器，污水从上部溢流堰流出。水从上部溢流堰流出。4.2 颗粒污泥形成的原理及主要工艺条件颗粒污泥形成的原理及主要工艺条件 颗粒污泥形成的原理颗粒污泥形成的

37、原理1.三种类型的颗粒污泥：三种类型的颗粒污泥： 杆菌颗粒杆菌颗粒丝菌颗粒丝菌颗粒球菌颗粒球菌颗粒2.颗粒污泥的形成原理：颗粒污泥的形成原理：细菌很容易在惰性材料表面上附着并结团。细菌很容易在惰性材料表面上附着并结团。污泥中存在大量的丝状菌，具有较强的附着能力。污泥中存在大量的丝状菌，具有较强的附着能力。1.接种污泥接种污泥2.废水的性质废水的性质3.反应器的工艺条件反应器的工艺条件4.不同的出水乙酸浓度可以决定优势菌种不同的出水乙酸浓度可以决定优势菌种 影响污泥颗粒化的因素影响污泥颗粒化的因素 影响颗粒污泥直径大小的因素影响颗粒污泥直径大小的因素1.温度温度2.底物在传质过程中所能进入颗粒内

38、部的深度底物在传质过程中所能进入颗粒内部的深度3.有机负荷的高低有机负荷的高低4.如果低负荷忽然增加负荷将使颗粒污泥破碎如果低负荷忽然增加负荷将使颗粒污泥破碎5.用较大的上升流速与产气量可选择性的洗出较小的颗粒污泥。用较大的上升流速与产气量可选择性的洗出较小的颗粒污泥。4.3 颗粒污泥的性质颗粒污泥的性质 颗粒污泥的物理性质颗粒污泥的物理性质 1.形状不规则形状不规则2.颜色呈灰黑色或褐黑色，包裹灰白色生物膜颜色呈灰黑色或褐黑色，包裹灰白色生物膜3.相对密度在相对密度在1.011.05左右左右4.污泥指数与颗粒大小有关污泥指数与颗粒大小有关5.颗粒污泥在反应器中的沉降速率为颗粒污泥在反应器中的

39、沉降速率为0.30.8m/h 颗粒污泥的成分颗粒污泥的成分 1.微生物及其分泌物微生物及其分泌物 微生物：各类产酸细菌和产甲烷细菌，产酸细菌在颗粒外部，产甲烷微生物：各类产酸细菌和产甲烷细菌，产酸细菌在颗粒外部，产甲烷 细菌在颗粒污泥内部细菌在颗粒污泥内部2.惰性物质惰性物质3.金属离子金属离子4.4 UASB反应器的结构设计原理反应器的结构设计原理1 1、UASBUASB反应器的构造反应器的构造 （1） 进水配水系统进水配水系统，将进入反应器的废水均匀地分配到反应器整个横断，将进入反应器的废水均匀地分配到反应器整个横断 面，起到水力搅拌并均匀上升。面，起到水力搅拌并均匀上升。 （2） 反应区

40、反应区，反应区内存留大量具有良好凝聚和沉淀性能的污泥，在池底，反应区内存留大量具有良好凝聚和沉淀性能的污泥，在池底 部形成颗粒污泥层。废水从厌氧污泥床底部流入，与颗粒污泥层中的污泥部形成颗粒污泥层。废水从厌氧污泥床底部流入，与颗粒污泥层中的污泥 进行混合接触，污泥中的微生物分解有机物，同时产生的微小沼气气泡进行混合接触，污泥中的微生物分解有机物，同时产生的微小沼气气泡 不断地放出。微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气不断地放出。微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气 泡。在颗粒污泥层上部，由于沼气的泡。在颗粒污泥层上部，由于沼气的 搅动，形成一个污泥浓度较小的悬浮搅动，形

41、成一个污泥浓度较小的悬浮 污泥层。污泥层。 （3）三相分离器三相分离器，其功能是将气体、固体和，其功能是将气体、固体和 液体三相进行分离。液体三相进行分离。 (4) 集气室集气室，其功能是收集产生的沼气，并，其功能是收集产生的沼气，并 将其导出气室送往沼气柜。将其导出气室送往沼气柜。 (5) 处理水排出系统处理水排出系统，均匀收集处理水并将，均匀收集处理水并将 其排出反应器。其排出反应器。2 2、UASBUASB反应器的设计计算反应器的设计计算(1) UASB 反应器设计计算的主要内容有：反应器设计计算的主要内容有： 池型选择、有效容积以及各主要部位尺寸的确定；池型选择、有效容积以及各主要部位

42、尺寸的确定； 进水配水系统、出水系统、三相分离器等主要设备的设计计算；进水配水系统、出水系统、三相分离器等主要设备的设计计算； 其它设备和管道如排泥和排渣系统等的设计计算。其它设备和管道如排泥和排渣系统等的设计计算。(2) 有效容积及主要构造尺寸的确定：有效容积及主要构造尺寸的确定： UASB 反应器的有效容积，一般将沉淀区和反应区的总容积作为反应器的有效容积，一般将沉淀区和反应区的总容积作为 反应器的有效容积进行考虑，多采用进水容积负荷法确定，即：反应器的有效容积进行考虑，多采用进水容积负荷法确定，即： V = Q Si / Lv 式中：式中： Q废水流量，废水流量，m3/d； Si进水有机

43、物浓度，进水有机物浓度，mgCOD/l； Lv COD 容积负荷，容积负荷，kgCOD/m3d。(3) 三相分离器的设计：三相分离器的设计： 三相分离器的基本原理与构造三相分离器的基本原理与构造 在在UASB 反应器中三相分离器可以有以下几种布置形式反应器中三相分离器可以有以下几种布置形式 沉淀区的设计：要求表面负荷应小于沉淀区的设计：要求表面负荷应小于1.0m3/m2.d；集气罩斜面的坡；集气罩斜面的坡 度应为度应为4560；沉淀区的总水深应不小于；沉淀区的总水深应不小于1.5m，废水在沉淀区的，废水在沉淀区的 停留时间应在停留时间应在1.52.0h 之间；之间； 回流缝的设计；回流缝的设计

44、； 气液分离效果的计算与校核；气液分离效果的计算与校核； 上升流速：上升流速： 三相分离器的设计要点三相分离器的设计要点 (参考设计手册参考设计手册)(4) 出水系统的设计：出水系统的设计：(5) 浮渣清除系统的设计：浮渣清除系统的设计：(6) 排泥系统设计：排泥系统设计：(7) 其他设计中应考虑的问题：加热和保温；沼气的收集、贮存和利用；其他设计中应考虑的问题：加热和保温；沼气的收集、贮存和利用； 防腐；防腐；(8) UASB 的布水系统：的布水系统： 为使底物与污泥能充分接触，布水应尽量，避免沟流，为使底物与污泥能充分接触，布水应尽量，避免沟流，进水方式分为间歇式，脉冲式，连续均匀流，连续

45、与间歇进水方式分为间歇式，脉冲式，连续均匀流，连续与间歇回流结合回流结合(9) 进水水质的特性：进水水质的特性： 应考虑是否影响污泥的颗粒化，形成泡沫的浮渣、降解速率应考虑是否影响污泥的颗粒化，形成泡沫的浮渣、降解速率等问题。等问题。(10) UASB 的有机容积负荷：的有机容积负荷： 确定有机负荷，以及进水流量和进水确定有机负荷，以及进水流量和进水COD，可确定反应器的，可确定反应器的有效容积。有效容积。3 3、UASBUASB的特点的特点 污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度50gVSS/l以上，污泥龄一以上，污泥龄一 般为般为30天以上；天以上； 反应器的水力

46、停留时间相应较短；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；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；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；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；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；到搅拌的作用； 构造较简单，操作运行方便

47、。构造较简单，操作运行方便。4.5 UASB反应器的若干发展形式反应器的若干发展形式 1 1、复合式厌氧反应器、复合式厌氧反应器UBFUBF 复合厌氧法是在一个设备内由几种厌氧反应器复复合厌氧法是在一个设备内由几种厌氧反应器复合而成一种厌氧处理法。目前开发的多为合而成一种厌氧处理法。目前开发的多为升流式厌升流式厌氧污泥床氧污泥床和和厌氧生物滤池厌氧生物滤池复合而成的复合而成的升流式厌氧污升流式厌氧污泥床过滤器泥床过滤器。可分为无三相分离器的升流式厌氧污。可分为无三相分离器的升流式厌氧污泥床过滤器泥床过滤器(UBF)和有三相分离器的升流式厌氧污和有三相分离器的升流式厌氧污泥床过滤器泥床过滤器(U

48、ASB+AF)。2 2、厌氧折流板反应器、厌氧折流板反应器（1）基本原理：）基本原理： 反应器中设置多个垂直挡板，将反应反应器中设置多个垂直挡板，将反应器分隔为数个上向流和下向流的小室，器分隔为数个上向流和下向流的小室，使序流过这些小室；有人认为，厌氧挡使序流过这些小室；有人认为，厌氧挡板式反应器相当于多个板式反应器相当于多个UASB 反应器的反应器的串联；当废水浓度过高时，可将处理后串联；当废水浓度过高时，可将处理后的出水回流。的出水回流。（2）主要特点：）主要特点： 与厌氧生物转盘相比，可省去转动装与厌氧生物转盘相比，可省去转动装置；与置；与UASB 相比，可不设三相分离器相比，可不设三相

49、分离器而截流污泥；反应器启动运行时间较短，而截流污泥；反应器启动运行时间较短，远行较稳定；不需设置混合搅拌装置；远行较稳定；不需设置混合搅拌装置；不存在污泥堵塞问题。不存在污泥堵塞问题。3 3、厌氧往复层反应器、厌氧往复层反应器 在在ABR反应器的基础上加入机械搅拌，保证系统中的污泥不沉降，反应器的基础上加入机械搅拌，保证系统中的污泥不沉降，同时进出水位置交替转换，保证反应器中污泥层的生物相基本相同。同时进出水位置交替转换，保证反应器中污泥层的生物相基本相同。4 4、 内循环（内循环（IC）厌氧工艺）厌氧工艺 IC反应器可以看作是由两个反应器可以看作是由两个UASB反应器串联而成的反应器串联而

50、成的,具有很大具有很大的高径比的高径比,一般为一般为48,其高度可达其高度可达1625m。IC反应器由反应器由5个基本部分个基本部分组成组成:混合区、污泥膨胀床区、内循混合区、污泥膨胀床区、内循环系统、精处理区和沉淀区。其中环系统、精处理区和沉淀区。其中内循环系统是内循环系统是IC反应器工艺的核心反应器工艺的核心构造构造,它由一级三相分离器、沼气提它由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和泥水下降管组升管、气液分离器和泥水下降管组成。成。返回返回五、两相厌氧生物处理五、两相厌氧生物处理 厌氧生物处理与好氧生物处理一样，可以采用单个反应厌氧生物处理与好氧生物处理一样，可以采用单个反应器来处理污

51、水，称为单相厌氧生物处理。为了提高厌氧生物器来处理污水，称为单相厌氧生物处理。为了提高厌氧生物处理的稳定性，可采取两个单相反应器串联运行，称为两段处理的稳定性，可采取两个单相反应器串联运行，称为两段或两级厌氧生物处理系统。或两级厌氧生物处理系统。 两段厌氧生物处理的两段厌氧生物处理的2个反应器微生物类群相差不大，个反应器微生物类群相差不大，均存在产酸细菌和产甲烷细菌。两段厌氧处理法具有运行均存在产酸细菌和产甲烷细菌。两段厌氧处理法具有运行可靠，能在一定程度上承受可靠，能在一定程度上承受pH值、毒物等冲击，对水质水值、毒物等冲击，对水质水量有一定的缓冲能力，相当于多级串联的厌氧系统。量有一定的缓

52、冲能力，相当于多级串联的厌氧系统。 两相厌氧法是一种新型的厌氧生物处理工艺，有机底物的两相厌氧法是一种新型的厌氧生物处理工艺，有机底物的厌氧降解，可以分为产酸和产甲烷两个阶段。把这两个阶段厌氧降解，可以分为产酸和产甲烷两个阶段。把这两个阶段的反应分别在两个独立的反应器内进行。分别创造各自最佳的反应分别在两个独立的反应器内进行。分别创造各自最佳的环境条件，培养两类不同的微生物，并有旺盛的生理功能的环境条件，培养两类不同的微生物，并有旺盛的生理功能活动，将这两个反应器串联起来，形成能够承受较高的负荷活动，将这两个反应器串联起来，形成能够承受较高的负荷率的两相厌氧发酵系统。率的两相厌氧发酵系统。 5

53、.1 两相厌氧生物处理原理两相厌氧生物处理原理产酸相产酸相 产甲烷相产甲烷相出水出水进水进水特点：特点： （1） 能够向产酸菌、乙酸菌、产甲烷菌分别提供各自能够向产酸菌、乙酸菌、产甲烷菌分别提供各自最佳的生长繁殖条件，使各个反应器达到最佳的运行效果；最佳的生长繁殖条件，使各个反应器达到最佳的运行效果； （2）当进水负荷有大幅度变动时，酸化反应器存在着一）当进水负荷有大幅度变动时，酸化反应器存在着一定的缓冲作用，对后续的产甲烷反应器影响能够缓解，具有定的缓冲作用，对后续的产甲烷反应器影响能够缓解，具有一定的耐冲击负荷的能力。一定的耐冲击负荷的能力。 （3） 酸化反应器反应进程快，水力停留时间短，

54、负荷率酸化反应器反应进程快，水力停留时间短，负荷率高，能够减轻产甲烷反应器的负荷。高，能够减轻产甲烷反应器的负荷。 两相厌氧生物处理技术两相厌氧生物处理技术在两相厌氧工艺中，最本质的特征是实现相的分离，方法主要有：在两相厌氧工艺中，最本质的特征是实现相的分离，方法主要有： 化学法：投加抑制剂或调整氧化还原电位，抑制产甲烷菌在化学法：投加抑制剂或调整氧化还原电位，抑制产甲烷菌在产酸相中的生长；产酸相中的生长； 物理法：采用选择性的半透明膜使进入两个反应器的基质有物理法：采用选择性的半透明膜使进入两个反应器的基质有显著的差别，以实现相的分离；显著的差别，以实现相的分离； 动力学控制法：利用产酸菌和产甲烷菌在生长速率上的差异，动力学控制法：利用产酸菌和产甲烷菌在生长速率上的差异，控制两个反应器的水力停留时间，使产甲烷菌控制两个反应器的水力停留时间，使产甲烷菌 无法在产酸相中生无法在产酸相中生长。长。 目前应用的最多的相分离的方法，是最后一种