第15章污水的厌氧生物处理

1、第第1515章章 污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理目目录录15.1 15.1 厌氧生物处理的基本原理厌氧生物处理的基本原理15.2 15.2 污水的厌氧生物处理工艺污水的厌氧生物处理工艺15.3 15.3 厌氧生物处理的设计计算厌氧生物处理的设计计算15.4 15.4 厌氧和好氧技术的联合应用厌氧和好氧技术的联合应用 人们有目的地利用厌氧生物处理法已有近百年的历史。人们有目的地利用厌氧生物处理法已有近百年的历史。由于传统的厌氧法存在水力停留时间长、有机负荷率低等特由于传统的厌氧法存在水力停留时间长、有机负荷率低等特点，在过去很长时间里，没有得到广泛采用。它仅限于处理点，在过去很长时间里，没

2、有得到广泛采用。它仅限于处理污水厂的污泥、粪便等。在废水处理方面，几乎都是采用好污水厂的污泥、粪便等。在废水处理方面，几乎都是采用好氧生物处理。近二十多年来，世界上的能源问题突出，而随氧生物处理。近二十多年来，世界上的能源问题突出，而随着生物学、生物化学等学科的发展和工程实践经验的累积，着生物学、生物化学等学科的发展和工程实践经验的累积，不断开发出新的厌氧处理工艺和构筑物，克服了传统工艺的不断开发出新的厌氧处理工艺和构筑物，克服了传统工艺的缺点，使得这一处理技术的理论和实践都有了很大进步，使缺点，使得这一处理技术的理论和实践都有了很大进步，使它在处理高浓度有机废水方面取得了良好的效果和经济效益

3、。它在处理高浓度有机废水方面取得了良好的效果和经济效益。引言引言厌氧工艺多半是能量的净生产者，而好氧工艺则是能量的使用者厌氧工艺多半是能量的净生产者，而好氧工艺则是能量的使用者1. 厌氧生化的原理厌氧生化的原理o 1.1 厌氧生化的四个阶段厌氧生化的四个阶段 n 起初厌氧生化处理有的学者将它分为三个阶段，即水解起初厌氧生化处理有的学者将它分为三个阶段，即水解阶段、酸化阶段、产甲烷阶段。阶段、酸化阶段、产甲烷阶段。n 但是后来科学家们的研究发现，将厌氧生化处理分为四但是后来科学家们的研究发现，将厌氧生化处理分为四个阶段更为合理一些，即将酸化阶段分为发酵酸化阶段和产个阶段更为合理一些，即将酸化阶段

4、分为发酵酸化阶段和产乙酸阶段。因此厌氧生化的四阶段依次为：乙酸阶段。因此厌氧生化的四阶段依次为：水解阶段水解阶段、发酵发酵酸化阶段酸化阶段、产乙酸阶段产乙酸阶段、产甲烷阶段产甲烷阶段。第一节第一节 厌氧生物处理的基本原理厌氧生物处理的基本原理o调节水解池调节水解池1.1.1水解阶段水解阶段 水解水解复杂的非溶解性聚合物被转化复杂的非溶解性聚合物被转化为简单的溶解性单体或二为简单的溶解性单体或二聚体的过程（在胞外酶的聚体的过程（在胞外酶的作用下）。作用下）。影响水解速度与程度的因素影响水解速度与程度的因素1.1. 水解温度水解温度2.2. pHpH值值 3.3. 氨的浓度氨的浓度 4.4. 水解

5、产物的浓度水解产物的浓度5. 5. 有机质在反应器内的保留时有机质在反应器内的保留时间间6.6. 有机质的组成有机质的组成7.7. 有机质颗粒的大小有机质颗粒的大小一般水解过程比较缓慢，并会受到多种因素影响（一般水解过程比较缓慢，并会受到多种因素影响（pH、水力停留、水力停留时间、有机物种类等），有时会成为厌氧反应的限速步骤，尤其时间、有机物种类等），有时会成为厌氧反应的限速步骤，尤其是对于是对于含高分子有机物或悬浮物较多的废液而言含高分子有机物或悬浮物较多的废液而言。1.1.2 发酵酸化阶段发酵酸化阶段 废水中的有机物在产酸细菌的作废水中的有机物在产酸细菌的作用下，发生水解和酸化反应，用下，

6、发生水解和酸化反应，被降解为脂肪酸、醇类等产被降解为脂肪酸、醇类等产物。物。参与反应的微生物被统称为参与反应的微生物被统称为发酵发酵细菌细菌（或（或产酸细菌产酸细菌），其特），其特点主要有：点主要有： 1）生长速率快；）生长速率快； 2）对环境条件（如温度、）对环境条件（如温度、pH、抑制物等）的适应性较、抑制物等）的适应性较强。强。 发酵细菌发酵细菌(产酸细菌产酸细菌)的主要功能的主要功能：1）水解：在胞外酶的作用下，将不溶）水解：在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物；性有机物水解成可溶性有机物；2）酸化：将可溶性大分子有机物转化）酸化：将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等

7、小分子有机物。为脂肪酸、醇类等小分子有机物。发酵细菌分属梭菌属、拟杆菌属、丁发酵细菌分属梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等，其中大多酸弧菌属、双岐杆菌属等，其中大多数是厌氧菌，但也有大量是兼性厌氧数是厌氧菌，但也有大量是兼性厌氧菌。菌。产酸反应的速率一般是比较快的。产酸反应的速率一般是比较快的。发酵细菌按功能分类，可分为：纤维素分解菌、半纤维发酵细菌按功能分类，可分为：纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。u其中重要的类群有其中重要的类群有梭状芽孢杆菌梭状芽孢杆菌和和拟杆菌拟杆菌。u梭状芽孢杆菌是厌氧的、

8、产芽孢的细菌，因此它们能在恶劣梭状芽孢杆菌是厌氧的、产芽孢的细菌，因此它们能在恶劣的环境条件下存活。的环境条件下存活。u拟杆菌大量存在于有机物丰富的地方，它们分解糖、氨基酸拟杆菌大量存在于有机物丰富的地方，它们分解糖、氨基酸和有机酸。和有机酸。上述细菌的绝大多数是严格厌氧菌，但通常有约上述细菌的绝大多数是严格厌氧菌，但通常有约1%的兼的兼性厌氧菌存在于厌氧环境中，这些兼性厌氧菌能够起到性厌氧菌存在于厌氧环境中，这些兼性厌氧菌能够起到保护像甲烷菌这样的严格厌氧菌免受氧的损害与抑制。保护像甲烷菌这样的严格厌氧菌免受氧的损害与抑制。 1.1.3产乙酸阶段产乙酸阶段 发酵酸化阶段的产物在产乙酸阶段被产

9、乙酸菌转化为乙酸、氢气发酵酸化阶段的产物在产乙酸阶段被产乙酸菌转化为乙酸、氢气和二氧化碳。和二氧化碳。通常在厌氧颗粒污泥中存在着微生态系统，在此系统通常在厌氧颗粒污泥中存在着微生态系统，在此系统中，产乙酸菌靠利用氢的细菌生长，因此氢可以很容中，产乙酸菌靠利用氢的细菌生长，因此氢可以很容易被消耗掉并使产乙酸过程顺利进行。易被消耗掉并使产乙酸过程顺利进行。 产氢产乙酸菌的主要功能是将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和产氢产乙酸菌的主要功能是将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H H2 2。涉。涉及到的主要反应有：及到的主要反应有： 乙醇乙醇: CH: CH3 3CHCH2 2OH+HOH+H2

10、 2O=CHO=CH3 3COOH+2HCOOH+2H2 2 丙酸丙酸: CH: CH3 3CHCH2 2COOH+2HCOOH+2H2 2O=CHO=CH3 3COOH+3HCOOH+3H2 2+CO+CO2 2 丁酸丁酸: CH: CH3 3CHCH2 2CHCH2 2COOH+2HCOOH+2H2 2O=2CHO=2CH3 3COOH+2HCOOH+2H2 2上述各个反应只有在系统中的乙酸浓度、氢分压均很低时才能顺利进行。主要的上述各个反应只有在系统中的乙酸浓度、氢分压均很低时才能顺利进行。主要的产氢产乙酸菌分属互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等；多数是严产氢产乙酸菌分属互营单

11、胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等；多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌格厌氧菌或兼性厌氧菌。1.1.4 产甲烷阶段产甲烷阶段产甲烷菌利用前一阶段的产物乙酸、产甲烷菌利用前一阶段的产物乙酸、COCO2 2和和H H2 2等为基质，并将其转等为基质，并将其转化为化为CHCH4 4。 参与反应的微生物被统称为产甲烷菌，其主要特点有：参与反应的微生物被统称为产甲烷菌，其主要特点有：1)1)生长速率很慢；生长速率很慢；2)2)对环境条件对环境条件( (如温度、如温度、pHpH、抑制物等、抑制物等) )非常敏感。非常敏感。o产甲烷菌具有各种不同的形态，常见的有：产甲烷菌具有各种不同的形态，常见的有：1.产甲

12、烷杆菌；产甲烷杆菌；2.产甲产甲烷球菌；烷球菌；3.产甲烷八叠球菌；产甲烷八叠球菌；4.产甲烷丝菌等。产甲烷丝菌等。o在生物分类学上，产甲烷菌在生物分类学上，产甲烷菌(Methanogens)属于古细菌属于古细菌(Archaebacteria)、大小、外观上与普通细菌即真细菌、大小、外观上与普通细菌即真细菌(Eubacteria)相似，但实际上，其细胞成分特别是细胞壁的结构和酶系统较特殊。相似，但实际上，其细胞成分特别是细胞壁的结构和酶系统较特殊。o产甲烷菌在自然界中的分布，早期认为它们常栖息于一些极端环产甲烷菌在自然界中的分布，早期认为它们常栖息于一些极端环境中（如地热泉水、深海火山口、沉积

13、物等），后发现其分布极为境中（如地热泉水、深海火山口、沉积物等），后发现其分布极为广泛，如污泥、反刍动物的瘤胃、昆虫肠道、湿的树木、厌氧反应广泛，如污泥、反刍动物的瘤胃、昆虫肠道、湿的树木、厌氧反应器等。器等。对产甲烷菌的研究在很长时间内并没有较大的进展。直到对产甲烷菌的研究在很长时间内并没有较大的进展。直到20世纪世纪60年代，年代，Hungate开创了严格厌氧微生物培养技术，随后产甲烷菌的研究才得以广泛开展。许多研开创了严格厌氧微生物培养技术，随后产甲烷菌的研究才得以广泛开展。许多研究结果表明，产甲烷菌在分类学上属于古细菌究结果表明，产甲烷菌在分类学上属于古细菌(Archaebacteri

14、a)，它们与真细菌的，它们与真细菌的一般特性不同的是细胞壁中没有肽聚糖，细胞中也不含有细胞色素一般特性不同的是细胞壁中没有肽聚糖，细胞中也不含有细胞色素C，而含有其，而含有其它真细菌所没有的酶系统。它真细菌所没有的酶系统。p产甲烷菌的产甲烷菌的主要功能是将产氢产乙酸菌的产物乙酸和主要功能是将产氢产乙酸菌的产物乙酸和H2/CO2转化为转化为CH4和和CO2，使厌氧消化过程得以顺利进行。，使厌氧消化过程得以顺利进行。p一般可以简单地将其分为两大类一般可以简单地将其分为两大类p乙酸营养型产甲烷菌乙酸营养型产甲烷菌pH2营养型产甲烷菌营养型产甲烷菌p一般来说，自然界中乙酸营养型产甲烷菌的种类较少，主要

15、有产甲一般来说，自然界中乙酸营养型产甲烷菌的种类较少，主要有产甲烷八叠球菌烷八叠球菌(Methanosarcina)和产甲烷丝状菌和产甲烷丝状菌(Methanothrix)两大类。两大类。p但在厌氧反应器中，但在厌氧反应器中，乙酸营养型和乙酸营养型和H2营养型产甲烷菌营养型产甲烷菌的数量都较多，的数量都较多，而且有而且有70%左右的甲烷是来自乙酸的氧化分解。左右的甲烷是来自乙酸的氧化分解。p根据产甲烷菌的形态和生理生态特征，可将其进行分类，目前根据产甲烷菌的形态和生理生态特征，可将其进行分类，目前Bergys细菌手册中将产甲烷菌共分为：四目、十二科、三十一属。细菌手册中将产甲烷菌共分为：四目、

16、十二科、三十一属。 p产甲烷菌都是极严格的厌氧细菌，一般要求其生存环境中的氧化产甲烷菌都是极严格的厌氧细菌，一般要求其生存环境中的氧化还原电位低于还原电位低于-350mV，氧和其它任何氧化剂都对其具有极强的毒，氧和其它任何氧化剂都对其具有极强的毒害作用；产甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖的世代时间很长，可长害作用；产甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖的世代时间很长，可长达达46天甚至更长，因此，一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的天甚至更长，因此，一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的限速步骤。限速步骤。p厌氧反应器中，甲烷的大约厌氧反应器中，甲烷的大约70%由乙酸歧化菌产生。在反应中，由乙酸歧化菌产生。在反应中，乙

17、酸中的羧基从乙酸分子中分离，甲基最终转化为甲烷，羧基转乙酸中的羧基从乙酸分子中分离，甲基最终转化为甲烷，羧基转化为二氧化碳，在中性溶液中，二氧化碳以碳酸氢盐形式存在。化为二氧化碳，在中性溶液中，二氧化碳以碳酸氢盐形式存在。p反应器中另一类产甲烷的微生物是嗜氢甲烷菌，能由氢气和二氧反应器中另一类产甲烷的微生物是嗜氢甲烷菌，能由氢气和二氧化碳形成甲烷。在正常条件下，它们形成占总量化碳形成甲烷。在正常条件下，它们形成占总量30%的甲烷。大的甲烷。大约一半嗜氢甲烷菌也能利用甲酸，这个过程可以直接运行。约一半嗜氢甲烷菌也能利用甲酸，这个过程可以直接运行。 典型的产甲烷反应典型的产甲烷反应产酸72%17%

18、35%13%10%20%5%28%产甲烷的串联代谢（McCarty 和 Smith,1986）水解CH4 CO2复杂有机化合物复杂有机化合物（碳水化合物、蛋白质、类脂类）（碳水化合物、蛋白质、类脂类）简单有机化合物简单有机化合物（糖、氨基酸、肽）（糖、氨基酸、肽）H2 CO2长链脂肪烃长链脂肪烃（丙酸、丁酸等）（丙酸、丁酸等）乙酸乙酸o 1.2 厌氧生物共生体的串联代谢厌氧生物共生体的串联代谢 p 甲烷细菌是专性厌氧的。与产酸菌相比，甲烷细菌对甲烷细菌是专性厌氧的。与产酸菌相比，甲烷细菌对温度温度、pH值值、有毒物质有毒物质更为敏感。通常采用厌氧处理的温度一更为敏感。通常采用厌氧处理的温度一般

19、选择在中温般选择在中温3538或高温或高温5255 。pH值严格控制在值严格控制在6.8-7.2。p 基质的组成基质的组成也直接影响厌氧处理的效率和微生物的增长，也直接影响厌氧处理的效率和微生物的增长，但与好氧法相比，对废水中的但与好氧法相比，对废水中的N、P的含量要求不高。的含量要求不高。P276o 1.3 厌氧消化的影响因素厌氧消化的影响因素 这是由有机物厌氧分解的反应所决定的。与好氧法相比，这是由有机物厌氧分解的反应所决定的。与好氧法相比，厌氧法的降解较不彻底，放出热量少，反应速度低（与厌氧法的降解较不彻底，放出热量少，反应速度低（与好氧法相比，要相差一个数量级）。好氧法相比，要相差一个

20、数量级）。要克服这些缺点，最主要的方法是增加参加反应的微生物要克服这些缺点，最主要的方法是增加参加反应的微生物浓度和提高反应时的温度。但要提高反应的温度，就要浓度和提高反应时的温度。但要提高反应的温度，就要消耗能量（而水的比热又很大）。因此，消耗能量（而水的比热又很大）。因此，厌氧生物处理厌氧生物处理法目前还主要用于污泥的消化、高浓度有机废水和温度法目前还主要用于污泥的消化、高浓度有机废水和温度较高的有机工业废水的处理较高的有机工业废水的处理。厌氧法为什么需要的停留时间长？厌氧法为什么需要的停留时间长？2.厌氧处理的优缺点厌氧处理的优缺点p优点：优点：1）工艺稳定）工艺稳定2）减少剩余污泥处置

21、费用）减少剩余污泥处置费用3）减少补充氮、磷营养的费用）减少补充氮、磷营养的费用4）贮存能量并具有生态和经济上的优点）贮存能量并具有生态和经济上的优点5）运行简单）运行简单6）无尾气污染（挥发性有机物）无尾气污染（挥发性有机物）7）处理含表面活性剂废水无泡沫问题）处理含表面活性剂废水无泡沫问题8）可以处理好氧过程中不可生物降解物质）可以处理好氧过程中不可生物降解物质9）减少氯化有机物的毒性）减少氯化有机物的毒性10）可以处理季节性排放的废水）可以处理季节性排放的废水p 可能的缺点：可能的缺点：1）为增加反应器内生物量启动时间长）为增加反应器内生物量启动时间长2）低温下动力学速率低）低温下动力学

22、速率低3）某些情况下出水水质不能满足排放到地表水体的要求）某些情况下出水水质不能满足排放到地表水体的要求4）基质浓度低时产生的甲烷的热量不足以使水温加热到）基质浓度低时产生的甲烷的热量不足以使水温加热到35度的厌氧度的厌氧生物处理最佳温度生物处理最佳温度5）含有）含有SO42-的废水会产生硫化物和气味的废水会产生硫化物和气味6）无硝化作用）无硝化作用7）氯化的脂肪族化合物对甲烷菌的毒性比对好氧异养菌大）氯化的脂肪族化合物对甲烷菌的毒性比对好氧异养菌大8）有可能造成废水碱度不足，生物活性最大时要求）有可能造成废水碱度不足，生物活性最大时要求NH3.H2O浓度高，浓度高，约约40-70mg/L3.

23、厌氧与好氧生物技术的比较厌氧与好氧生物技术的比较p 厌氧工艺的有机负荷是好氧工艺的厌氧工艺的有机负荷是好氧工艺的5-10倍倍p 厌氧工艺中合成生物量仅为好氧工艺的厌氧工艺中合成生物量仅为好氧工艺的5%-10%p 厌氧工艺中营养的需要量仅为好氧工艺的厌氧工艺中营养的需要量仅为好氧工艺的5%-10%p 厌氧工艺中活性可保持数月甚至数年而无严重衰退厌氧工艺中活性可保持数月甚至数年而无严重衰退p 好氧处理每去除好氧处理每去除1000 kgCOD耗电耗电500-1000 kWh，而厌，而厌氧处理无曝气能耗氧处理无曝气能耗p 厌氧每去除厌氧每去除1000 kgCOD产生甲烷的能量为产生甲烷的能量为1266

24、0000 kJ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 最早的厌氧生物处理构筑物是最早的厌氧生物处理构筑物是化粪池化粪池，近年开发的厌氧工艺，近年开发的厌氧工艺还有还有厌氧生物滤池厌氧生物滤池、厌氧接触法厌氧接触法、上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器，分段厌氧处理法分段厌氧处理法等等。等等。1.化粪池化粪池 P278p 厌氧生物滤池是密封的水厌氧生物滤池是密封的水池，池内放置填料，如右池，池内放置填料，如右图所示图所示p 污水从池底进入，从池顶污水从池底进入，从池顶排出。微生物附着生长在排出。微生物附着生长在滤料上，平均停留时间可滤料上，平均停留时间可长达长达100

25、 d左右。左右。p 滤料可采用拳状石质滤料，滤料可采用拳状石质滤料，也可采用塑料填料。也可采用塑料填料。出 水消 化 气进 水填料2.厌氧生物滤池厌氧生物滤池厌氧生物滤池的主要优点厌氧生物滤池的主要优点：n处理能力较高；处理能力较高；n滤池内可以保持很高的微生物浓度；滤池内可以保持很高的微生物浓度；n不需另设泥水分离设备，出水不需另设泥水分离设备，出水SS较低；较低；n设备简单、操作方便等。设备简单、操作方便等。厌氧生物滤池的主要缺点厌氧生物滤池的主要缺点：n滤料费用较贵；滤料费用较贵；n滤料容易堵塞，尤其是下部，生物膜厚。堵塞后，没有简单有效的滤料容易堵塞，尤其是下部，生物膜厚。堵塞后，没有

26、简单有效的清洗方法。因此，悬浮物高的废水不适用。清洗方法。因此，悬浮物高的废水不适用。 p对于悬浮物较高的有机废对于悬浮物较高的有机废水，可以采用厌氧接触法，水，可以采用厌氧接触法，其流程见右图。其流程见右图。p废水先进入混合接触池与废水先进入混合接触池与回流的厌氧污泥相混合，回流的厌氧污泥相混合，然后经真空脱气器而流入然后经真空脱气器而流入沉淀池。沉淀池。p接触池中的污泥浓度要求接触池中的污泥浓度要求很高，在很高，在12000-15000 mg/L左右，因此回流量左右，因此回流量很大，一般是废水流量的很大，一般是废水流量的2-3倍。倍。接 真 空系 统消 化 气进 水混 合 接 触 池出 水

27、剩 余 污 泥污 泥 回 流沉 淀 池真 空 脱气 机 3.厌氧接触法厌氧接触法p 厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法，只是不需厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法，只是不需要曝气而需要脱气。要曝气而需要脱气。p 厌氧接触法对悬浮物高的有机废水效果很好，悬厌氧接触法对悬浮物高的有机废水效果很好，悬浮颗粒成为微生物的载体，并且很容易在沉淀池浮颗粒成为微生物的载体，并且很容易在沉淀池中沉淀。中沉淀。p 在混合接触池中，要进行适当搅拌以使污泥保持在混合接触池中，要进行适当搅拌以使污泥保持悬浮状态。搅拌可以用机械方法，也可以用泵循悬浮状态。搅拌可以用机械方法，也可以用泵循环池水。环池水。p 上流式厌氧污泥床

28、反应器（上流式厌氧污泥床反应器（UASB）是由）是由荷兰荷兰Lettinga教授在教授在1972年研制，于年研制，于1977年年开发的。开发的。p 废水自下而上地通过厌氧污泥床反应器。废水自下而上地通过厌氧污泥床反应器。p 在反应器的底部有一个高浓度、高活性的在反应器的底部有一个高浓度、高活性的污泥层，大部分的有机物在这里被转化成污泥层，大部分的有机物在这里被转化成CO2和和CH4。p 由于气态产物的搅动和气泡黏附污泥，在由于气态产物的搅动和气泡黏附污泥，在污泥层之上形成一个污泥悬浮层。污泥层之上形成一个污泥悬浮层。p 反应器上部设有三相分离器，完成气、液、反应器上部设有三相分离器，完成气、液

29、、固的分离。固的分离。4.上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器Up-flow anaerobic sludge bed5.分段厌氧处理法分段厌氧处理法 o 原理原理: n根据厌氧消化阶段进行的事实，对于固态有机物浓度高的污水，根据厌氧消化阶段进行的事实，对于固态有机物浓度高的污水，将水解、酸化和甲烷化过程分开进行。将水解、酸化和甲烷化过程分开进行。n第一段的功能是：固态有机物水解为有机酸；缓冲和稀释负荷第一段的功能是：固态有机物水解为有机酸；缓冲和稀释负荷冲击与有害物质，截留固态难降解物质。冲击与有害物质，截留固态难降解物质。n第二段的功能是：保持严格的厌氧条件和第二段的功能是：保持严

30、格的厌氧条件和pH，以利于产甲烷菌，以利于产甲烷菌的生长；降解、稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气；并截的生长；降解、稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气；并截留悬浮固体，以改善出水水质。留悬浮固体，以改善出水水质。 二段式厌氧处理法的流程尚无定式，可以采用二段式厌氧处理法的流程尚无定式，可以采用不同构筑物不同构筑物予以组合。予以组合。下图是采用下图是采用厌氧接触法厌氧接触法和和上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器串联的组合。串联的组合。消化气剩余污泥出水回流污泥进水混合接触池沉淀池上流式厌氧污泥床反应器究竟采用什么样的反应器以及如何组合，要根据究竟采用什么样的反应器以及如何组合，要根据

31、具体的水质等情况而定。具体的水质等情况而定。6. 厌氧膨胀床和流化床厌氧膨胀床和流化床 o 原理原理: n厌氧膨胀床和厌氧流化床是在厌氧膨胀床和厌氧流化床是在床内填充细小的固体颗粒填料，床内填充细小的固体颗粒填料，如石英砂、无烟煤、活性炭、如石英砂、无烟煤、活性炭、陶粒和沸石等，粒径一般为陶粒和沸石等，粒径一般为0.21 mm。n废水从床底部流入，为了使填废水从床底部流入，为了使填料层膨胀，需将部分出水用循料层膨胀，需将部分出水用循环泵进行回流，提高床内的水环泵进行回流，提高床内的水流上升速度。流上升速度。 P282o 优点优点： 1. 细颗粒的载体为微生物随着生长提供较大的表面积，使床内具有

32、很细颗粒的载体为微生物随着生长提供较大的表面积，使床内具有很高的微生物浓度（一般为高的微生物浓度（一般为30 gVSS/L左右）因此有机物容积负荷较大左右）因此有机物容积负荷较大（1040 kgCOD/m3.d），水力停留时间短，具有较好的耐冲击负荷），水力停留时间短，具有较好的耐冲击负荷能力，运行稳定；能力，运行稳定； 2. 载体处于膨胀或流化状态，防止载体堵塞；载体处于膨胀或流化状态，防止载体堵塞； 3. 床内生物固体停留时间较长，运行稳定，剩余污泥量少；床内生物固体停留时间较长，运行稳定，剩余污泥量少； 4. 既可用于高浓度有机废水的厌氧处理，又可用于低浓度的城市污水既可用于高浓度有机废

33、水的厌氧处理，又可用于低浓度的城市污水处理。处理。o 缺点缺点： 1. 载体流化耗能较大；载体流化耗能较大； 2. 系统的设计运行要求高。系统的设计运行要求高。7. 厌氧生物转盘厌氧生物转盘 o 原理原理: n厌氧生物转盘的构造与好氧生物转盘相厌氧生物转盘的构造与好氧生物转盘相似，不同之处在于上部加盖密封，为收似，不同之处在于上部加盖密封，为收集沼气和防止液面上的空间有氧存在。集沼气和防止液面上的空间有氧存在。n废水处理是靠盘片表面生物膜和悬浮在废水处理是靠盘片表面生物膜和悬浮在反应槽中的厌氧活性污泥共同完成的。反应槽中的厌氧活性污泥共同完成的。n盘片转动时，作用在生物膜上的剪力将盘片转动时，

34、作用在生物膜上的剪力将老化的生物膜剥落，在水中呈悬浮状态，老化的生物膜剥落，在水中呈悬浮状态，随水流出槽外，沼气则从槽顶排出。随水流出槽外，沼气则从槽顶排出。 厌氧生物转盘构造图厌氧生物转盘构造图o 特点特点：1.厌氧生物转盘内微生物浓度高，因此有机物容积负荷高，水力停厌氧生物转盘内微生物浓度高，因此有机物容积负荷高，水力停留时间短。留时间短。2.废水在池内沿水平方向流动废水在池内沿水平方向流动,反应槽高度小，比厌氧滤池和上流式反应槽高度小，比厌氧滤池和上流式厌氧污泥床进水提升高度低，所以节能。厌氧污泥床进水提升高度低，所以节能。3.厌氧生物转盘一般不需回流，所以比厌氧膨胀床和流化床节能和厌氧

35、生物转盘一般不需回流，所以比厌氧膨胀床和流化床节能和操纵简单。操纵简单。4.不会发生像厌氧滤池等的堵塞问题，处理含较高悬浮物固体浓度不会发生像厌氧滤池等的堵塞问题，处理含较高悬浮物固体浓度的有机废水。的有机废水。5.由于转盘和转动混合作用，使盘片上的生物膜保持较高的活性，由于转盘和转动混合作用，使盘片上的生物膜保持较高的活性，并使废水与生物膜充分接触，提高耐冲击的能力和处理的稳定性。并使废水与生物膜充分接触，提高耐冲击的能力和处理的稳定性。6.厌氧生物转盘多采用多级串联，厌氧微生物也分级，各级微生物厌氧生物转盘多采用多级串联，厌氧微生物也分级，各级微生物处于较好的生态环境。处于较好的生态环境。

36、7. 运行管理方便。运行管理方便。8.缺点是盘片造价高缺点是盘片造价高。8. 厌氧挡板反应器厌氧挡板反应器 o 原理原理：n在反应器内垂直于水流方向设多块挡板来维持反应器内较在反应器内垂直于水流方向设多块挡板来维持反应器内较高的污泥浓度以减少水力停留时间。高的污泥浓度以减少水力停留时间。n挡板把反应器分为若干上向流和下向流室。上向流室比较挡板把反应器分为若干上向流和下向流室。上向流室比较宽，便于污泥的聚集，下向流室比较窄，通往上向流的挡宽，便于污泥的聚集，下向流室比较窄，通往上向流的挡板下部边缘处加板下部边缘处加5050o o的导流板，便于将水送至上向流室的中的导流板，便于将水送至上向流室的中

37、心，使泥水充分混合维持较高的污泥浓度。心，使泥水充分混合维持较高的污泥浓度。 厌氧挡板反应器工艺流程图厌氧挡板反应器工艺流程图o 特点特点： 1.1. 反应器启动期短。反应器启动期短。 2.2. 避免了厌氧滤池、厌氧膨胀床和厌氧流化床的填塞避免了厌氧滤池、厌氧膨胀床和厌氧流化床的填塞问题。问题。 3.3. 避免了升流式厌氧污泥床因污泥膨胀而发生污泥流避免了升流式厌氧污泥床因污泥膨胀而发生污泥流失问题失问题 4.4. 不需混合搅拌装置不需混合搅拌装置 5.5. 不需载体不需载体9. IC（Internal Circulation）反应器）反应器 o IC反应器是第三代高效厌氧反应器。与其他厌氧反

38、应器相比，反应器是第三代高效厌氧反应器。与其他厌氧反应器相比，具有更高的处理效能，大大缩小了反应器的容积，降低了工程具有更高的处理效能，大大缩小了反应器的容积，降低了工程投资，节省了占地面积。投资，节省了占地面积。 o 原理：原理：nIC反应器构造的特点是具有很大的高径比，一般可达反应器构造的特点是具有很大的高径比，一般可达，反，反应器的高度达到应器的高度达到20m左右。左右。n整个反应器由第一厌氧反应室和第二氧反应室叠加而成。每个厌整个反应器由第一厌氧反应室和第二氧反应室叠加而成。每个厌氧反应室的顶部各设一个气、固、液三相分离器。第一级三相分氧反应室的顶部各设一个气、固、液三相分离器。第一级

39、三相分离器主要分离沼气和水，第二级三相分离器主要分离污泥和水，离器主要分离沼气和水，第二级三相分离器主要分离污泥和水，进水和回流污泥在第一厌氧反应室进行混合。进水和回流污泥在第一厌氧反应室进行混合。n第一反应室有很大的去除有机物能力，进入第二厌氧反应室的废第一反应室有很大的去除有机物能力，进入第二厌氧反应室的废水可继续进行处理，去除废水中的剩余有机物，提高出水水质。水可继续进行处理，去除废水中的剩余有机物，提高出水水质。 IC(Internal Circulation)反应器剖面图反应器剖面图o 特点特点：p极高极高COD负荷（负荷（15-25 kgCOD/m3.d）p结构紧凑，节省占地面积结

40、构紧凑，节省占地面积p借沼气内能提升实现内循环，不必外加动力借沼气内能提升实现内循环，不必外加动力p抗冲击负荷能力强抗冲击负荷能力强p具有缓冲具有缓冲pH的能力的能力p出水稳定性好出水稳定性好p高可靠性高可靠性p基建投资低基建投资低9.两相厌氧（两相厌氧（Two-Phase Anaerobic Digestion, TPAD）反应器）反应器 P283o 着重于工艺变革，而不是反应器结构改造，例如两段着重于工艺变革，而不是反应器结构改造，例如两段UASB工艺。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p 厌氧生物处理系统的设计包括厌氧生物处理系统的设计包括：p流程和设

41、备的选择；流程和设备的选择；p反应器和构筑物的构造和容积的确定；反应器和构筑物的构造和容积的确定；p需热量的计算和搅拌设备的设计等。需热量的计算和搅拌设备的设计等。 p处理工艺和设备的选择；处理工艺和设备的选择；p消化温度；消化温度；p采用单级或两级消化等。采用单级或两级消化等。 一、流程和设备的选择一、流程和设备的选择下表列举了几种厌氧处理方法的一般性特点和优缺点，可供工艺下表列举了几种厌氧处理方法的一般性特点和优缺点，可供工艺选择时参考。选择时参考。方法或反应器 特 点 优 点 缺 点 传统消化法在一个消化池内消化，甲烷化和固液分离设备简单反应时间长，池容积大，污泥易随水带走厌氧生物滤池微生物固着生长在滤料表面，适于悬浮物量低的废水设备简单。能承受较高负荷，出水悬浮固体低，能耗小底部易发生堵塞，填料费用较贵厌氧接触法用沉淀池分离污泥并进行回流。消化池中进行适当搅拌，池内呈完全混合。能适应高有机物浓度和高悬浮物的废水能承受较高负荷。有一定抗冲击负荷能力，运行稳定，不受进水悬浮物的影响，出水悬浮物低负荷高时污泥会流失。设备较多。操作上要求较高上流式污泥床反