化学污水处理厌氧生物处理方法

1、化学污水处理厌氧生物处理方法第1页/共67页废水的厌氧生物处理废水的厌氧生物处理 概述概述 原理原理 影响因素及控制要求影响因素及控制要求 主要构筑物及工艺主要构筑物及工艺第1页/共67页第2页/共67页一、厌氧生物处理一、厌氧生物处理概述概述厌氧生物处理法（厌氧消化法）厌氧生物处理法（厌氧消化法） 在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生和专性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生物降解的过程。物降解的过程。与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫

2、、氢等为受氢为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氢等为受氢体。体。处理对象：处理对象：不溶性固态有机物（难生物降解有机物）不溶性固态有机物（难生物降解有机物）应用场合：高浓度有机废水、城镇污水的污泥、应用场合：高浓度有机废水、城镇污水的污泥、温度较高的有机工业废水。温度较高的有机工业废水。第2页/共67页第3页/共67页 在这个过程中在这个过程中: : 部分有机物转化为部分有机物转化为CHCH4 4 部分被分解为部分被分解为COCO2 2、H H2 2O O、NHNH3 3、H H2 2S S等无机物，并为细胞合成提供能量；等无机物，并为细胞合成提供能量； 少量有机物被转化、合成为新的原生质的组成

3、部分。少量有机物被转化、合成为新的原生质的组成部分。一、厌氧生物处理一、厌氧生物处理概述概述第3页/共67页第4页/共67页（1 1）既适用于高浓度废水，又适用于中低浓度废水。）既适用于高浓度废水，又适用于中低浓度废水。（2 2）能耗低：厌氧法产生的沼气可作为能源。）能耗低：厌氧法产生的沼气可作为能源。 （3 3）负荷高：厌氧法为）负荷高：厌氧法为2 210kgCOD/m10kgCOD/m3 3d d。（4 4）剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好。）剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好。 （5 5）氮、磷营养需要量少：厌氧法的）氮、磷营养需要量少：厌氧法的C:N:PC:N:P为为 100:2

4、.1:0.5(100-300:5:1)100:2.1:0.5(100-300:5:1)（6 6）厌氧处理过程有一定的杀菌作用。）厌氧处理过程有一定的杀菌作用。 （7 7）厌氧活性污泥可以长期贮存。）厌氧活性污泥可以长期贮存。一、厌氧生物处理一、厌氧生物处理概述概述第4页/共67页第5页/共67页一、厌氧生物处理一、厌氧生物处理概述概述第5页/共67页第6页/共67页厌氧生物处理的早期目的和过程厌氧生物处理的早期目的和过程 厌氧生物处理机理厌氧生物处理机理 第6页/共67页第7页/共67页1)1)厌氧生物处理的早期目的和过程厌氧生物处理的早期目的和过程 早期的厌氧处理研究主要针对污泥消化，即将污

5、泥中的早期的厌氧处理研究主要针对污泥消化，即将污泥中的固态有机物降解固态有机物降解为液态和气态的物质。为液态和气态的物质。 污泥的消化过程明显分为两个阶段：固态有机物先液化，称污泥的消化过程明显分为两个阶段：固态有机物先液化，称液化阶段液化阶段；接着降解产物气化，称；接着降解产物气化，称气化阶段气化阶段；整个过程历时半年以上。整个过程历时半年以上。 第7页/共67页第8页/共67页1)1)厌氧生物处理的早期目的和过程厌氧生物处理的早期目的和过程1 1、液化阶段、液化阶段最显著的特征是液态污泥的最显著的特征是液态污泥的PHPH值迅速下降，不到值迅速下降，不到1010天，降到最低值天，降到最低值(

6、 (例如在室温下，露在空气中的食物例如在室温下，露在空气中的食物几天内就变馊发酸几天内就变馊发酸) )，所以又称，所以又称酸化阶段酸化阶段。污泥中的污泥中的固态有机物固态有机物如淀粉、纤维素、油脂、蛋白如淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等，在无氧环境中降解时，转化为有机酸、醇、醛、质等，在无氧环境中降解时，转化为有机酸、醇、醛、水分子等液态产物和水分子等液态产物和C0C02 2、H H2 2、NHNH3 3、H H2 2S S等气体分子。等气体分子。由于转化产物中有机酸是主体，所以导致由于转化产物中有机酸是主体，所以导致PHPH值下降。值下降。又由于产生的又由于产生的NHNH3 3溶解于水后产生的溶

7、解于水后产生的NHNH4 4OHOH具有碱性，具有碱性，产生中和反应并经过长时间的过程后使产生中和反应并经过长时间的过程后使PHPH值回升，并值回升，并进入进入气化阶段气化阶段。 第8页/共67页第9页/共67页1)1)厌氧生物处理的早期目的和过程厌氧生物处理的早期目的和过程2 2、气化阶段、气化阶段： 有机酸、醇、醛等中间产物在甲烷菌的作用下转化为有机酸、醇、醛等中间产物在甲烷菌的作用下转化为生物气生物气，也可称，也可称消化气消化气，主体是，主体是CHCH4 4，因此气化阶段常称甲烷化阶段。该阶段除产生因此气化阶段常称甲烷化阶段。该阶段除产生CHCH4 4外，还产生外，还产生COCO2 2和

8、微量和微量H H2 2S S。第9页/共67页第10页/共67页1)1)厌氧生物处理的早期目的和过程厌氧生物处理的早期目的和过程 液化液化阶段：阶段： 兼性厌氧菌作用兼性厌氧菌作用，大量氢产生，也称氢发酵阶段，有机酸大量积累，大量氢产生，也称氢发酵阶段，有机酸大量积累，pHpH迅速下迅速下降，污泥带有粘性，呈灰黄色，并发出恶臭，污泥称为酸性发酵污泥。降，污泥带有粘性，呈灰黄色，并发出恶臭，污泥称为酸性发酵污泥。 气化阶段：气化阶段： 专性厌氧菌作用专性厌氧菌作用，需隔绝光和空气，最佳，需隔绝光和空气，最佳pHpH值值7.2-7.57.2-7.5，有机酸浓度不超过，有机酸浓度不超过2000mg/

9、L2000mg/L，最佳，最佳5050500mg/L500mg/L， 碱度不应超过碱度不应超过5000mg/L5000mg/L，最佳，最佳200020003000mg/L 3000mg/L 污泥呈黑色，稳定不易腐化，无甚恶臭，易于脱水，这种污泥成为熟污泥呈黑色，稳定不易腐化，无甚恶臭，易于脱水，这种污泥成为熟污泥或消化污泥。污泥或消化污泥。 第10页/共67页第11页/共67页2) 2) 厌氧生物处理机理厌氧生物处理机理! 消化经历四个阶段：消化经历四个阶段：F水解阶段水解阶段F酸化阶段酸化阶段F乙酸化阶段乙酸化阶段F甲烷化阶段甲烷化阶段第11页/共67页第12页/共67页 I 甲酸 类 甲醇

10、 产 甲胺 通过不同 废水或污泥 蛋白质 氨基酸 物 乙酸等 途径转化 中不溶态大 多 糖 C6H12O6 为 CH4、 分子有机物 脂 类 甘油 II 丙酸 CO2等 脂肪酸 类 丁酸 CO2 、 H 产 乳酸 和乙酸 物 乙醇等 水解阶段 酸化阶段 气化阶段 酸化 I 酸化 II 不完全厌氧消化(酸发酵) 发 酵 菌 发 酵 菌 甲 烷 菌 产氢 产乙 酸菌 厌氧发酵的几个阶段厌氧发酵的几个阶段第12页/共67页第13页/共67页2) 2) 厌氧生物处理机理厌氧生物处理机理(1(1）水解发酵阶段）水解发酵阶段 水解发酵阶段是将大分子不溶性复杂有机物在细胞水解发酵阶段是将大分子不溶性复杂有机

11、物在细胞外酶的作用下，水解成小分子溶解性高级脂肪酸外酶的作用下，水解成小分子溶解性高级脂肪酸( (醇醇类；醛类、酮类等类；醛类、酮类等) )，然后渗入细胞内，参与的微生，然后渗入细胞内，参与的微生物主要是物主要是兼性细菌与专性厌氧菌兼性细菌与专性厌氧菌。兼性细菌的附带作用：是消耗掉污水带来的溶解氧，兼性细菌的附带作用：是消耗掉污水带来的溶解氧，为专性厌氧细菌的生长创造有利条件。此外还有真为专性厌氧细菌的生长创造有利条件。此外还有真菌菌( (毛霉毛霉MucorMucor，根霉，根霉RhigopusRhigopus，共头霉，共头霉syncephastrum ,syncephastrum ,曲霉曲霉

12、Aspergillus)Aspergillus)以及原生动物以及原生动物( (鞭毛虫，纤毛虫，变形虫鞭毛虫，纤毛虫，变形虫) )等。可统称为水解发酵等。可统称为水解发酵菌。菌。第13页/共67页第14页/共67页2) 2) 厌氧生物处理机理厌氧生物处理机理 (1(1）水解发酵阶段）水解发酵阶段 污水中污水中三种有机物的分解情况三种有机物的分解情况如下：如下：Q碳水化合物碳水化合物水解成单糖，是最易分解的有机物；水解成单糖，是最易分解的有机物；Q含氮有机物含氮有机物水解产氨较慢，故蛋白质及非蛋白质的水解产氨较慢，故蛋白质及非蛋白质的含氮化合物含氮化合物( (嘌呤、嘧啶等嘌呤、嘧啶等) )继碳水化

13、合物及脂肪的水继碳水化合物及脂肪的水解后进行，经水解为脲，胨，肌酸，多肽后形成氨基解后进行，经水解为脲，胨，肌酸，多肽后形成氨基酸；酸；Q脂肪脂肪的水解产物主要为甘油、醛等。的水解产物主要为甘油、醛等。 上述三种有机物的水解速率常数为：碳水化合物上述三种有机物的水解速率常数为：碳水化合物( (纤纤维素维素为为0.040.040.130.13，半纤维素为，半纤维素为0.54)0.54)，脂肪为，脂肪为0.080.081.71.7，蛋蛋白质为白质为0.020.020.030.03。不溶性有机物的水解发酵速度较。不溶性有机物的水解发酵速度较缓慢。缓慢。T从水解速率常数可看出水解过程的快慢，不难理解从

14、水解速率常数可看出水解过程的快慢，不难理解不同的水质需有不同的水解停留时间。不同的水质需有不同的水解停留时间。第14页/共67页第15页/共67页2)2)厌氧生物处理机理厌氧生物处理机理 (2 2）产酸脱氢阶段）产酸脱氢阶段 产酸脱氢阶段是将第一阶段的产物降解为简单脂肪酸产酸脱氢阶段是将第一阶段的产物降解为简单脂肪酸( (乙酸、丙酸、丁酸等乙酸、丙酸、丁酸等) )并脱氢。并脱氢。参与该阶段作用的微生物是参与该阶段作用的微生物是兼性或专性厌氧菌兼性或专性厌氧菌( (产氢产乙酸菌以及硝酸盐还原菌产氢产乙酸菌以及硝酸盐还原菌NRBNRB、硫、硫酸盐还原菌酸盐还原菌SRBSRB等等) )。故第二阶段的

15、主要产物是简单脂肪酸，。故第二阶段的主要产物是简单脂肪酸，C0C02 2，碳酸根，碳酸根HCOHCO3 3- -，铵盐，铵盐NHNH4 4+ +和和HSHS- -，H H+ +等。此阶段速率较快。等。此阶段速率较快。第15页/共67页第16页/共67页2) 2) 厌氧生物处理机理厌氧生物处理机理 (3(3）产甲烷阶段）产甲烷阶段产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、COCO2 2和和H H2 2等转化为甲等转化为甲烷。参与作用的微生物是绝对厌氧菌烷。参与作用的微生物是绝对厌氧菌( (甲烷菌甲烷菌) )。此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成

16、，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱控产生甲烷，前者约占总量的盐脱控产生甲烷，前者约占总量的1/31/3，后者约占，后者约占2/32/3。 344243243242222) 3/1(24HCONHCHOHCOONHCHCOCHCOOHCHOHCHCOH产甲烷菌产甲烷菌产甲烷菌占第16页/共67页第17页/共67页2) 2) 厌氧生物处理机理厌氧生物处理机理 上述上述3 3个阶段，以个阶段，以产甲烷阶段的反应速度最慢产甲烷阶段的反应速度最慢，为厌，为厌氧消化的限制阶段。与好氧氧化相比，厌氧生物处理氧消化的限制阶段。与好氧氧化相比，厌氧

17、生物处理产生的污泥量远少于好氧氧化。产生的污泥量远少于好氧氧化。 有的研究人员将厌氧过程分为四个阶段有的研究人员将厌氧过程分为四个阶段: :水解、酸化、水解、酸化、酸性减退酸性减退( (由于产生中间产物氨由于产生中间产物氨, ,中和了酸中和了酸) )、产甲烷、产甲烷阶段。阶段。 参与厌氧反应的细菌，酸化阶段的统称产酸或酸化细参与厌氧反应的细菌，酸化阶段的统称产酸或酸化细菌，几乎包括所有的兼性细菌；甲烷化阶段的统称甲菌，几乎包括所有的兼性细菌；甲烷化阶段的统称甲烷细菌，已经证实的已有烷细菌，已经证实的已有8080多种多种 第17页/共67页第18页/共67页二、厌氧生物处理原理二、厌氧生物处理原

18、理B厌氧生物处理的方法厌氧生物处理的方法基本功能基本功能有二：有二：（1 1）酸发酵的目的：为进一步进行生物处理提供）酸发酵的目的：为进一步进行生物处理提供易易 生物降解的基质；生物降解的基质；（2 2）甲烷发酵的目的：进一步降解有机物和生产）甲烷发酵的目的：进一步降解有机物和生产气气 体燃料。体燃料。 第18页/共67页第19页/共67页在厌氧消化系统中微生物主要分为两大类：在厌氧消化系统中微生物主要分为两大类： 非产甲烷菌（非产甲烷菌（non-menthanogensnon-menthanogens） 产甲烷细菌（产甲烷细菌（menthanogensmenthanogens） 第19页/共

19、67页第20页/共67页产酸菌和产甲烷菌的特性参数产酸菌和产甲烷菌的特性参数三、厌氧消化的影响因素与控制要求三、厌氧消化的影响因素与控制要求第20页/共67页第21页/共67页三、厌氧消化的影响因素与控制要求三、厌氧消化的影响因素与控制要求 温度因素温度因素 酸碱度（酸碱度（PH)PH) 有机负荷有机负荷 营养与营养与C/NC/N比比 搅拌搅拌 有毒物质有毒物质 影影响响因因素素第21页/共67页第22页/共67页三、三、 厌氧消化的影响因素与控制要求厌氧消化的影响因素与控制要求产甲烷菌的温度范围为产甲烷菌的温度范围为5 56060，在，在3535和和5353上下上下可以分别获得较高的消化效率

20、，温度为可以分别获得较高的消化效率，温度为40404545时，时，氧消化效率较低。温度的急剧变化和上下波动不利于氧消化效率较低。温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。短时间内温度升降厌氧消化作用。短时间内温度升降55，沼气产量明，沼气产量明显下降，波动的幅度过大时，甚至停止产气。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，还影响沼气中的温度的波动，不仅影响沼气产量，还影响沼气中的甲烷含量，此其高温消化对温度变化更为敏感。甲烷含量，此其高温消化对温度变化更为敏感。 根据采用消化温度的高低，可以分为常温消化（根据采用消化温度的高低，可以分为常温消化（101030 3

21、0 ）、）、中温消化（中温消化（3535左右）和高温消化（左右）和高温消化（5454左右）。左右）。第22页/共67页第23页/共67页T（C）6 05 04 03 02 01 001 201 059 07 56 04 53 01 5消 化 时 间 t（ d）图 19-3 温 度 与 消 化 时 间 的 关 系 曲 线三、厌氧消化的影响因素与控制要求三、厌氧消化的影响因素与控制要求1 1、温度因素、温度因素第23页/共67页第24页/共67页温度（C）0555045403530251213425637840产气量（m/md）有机物负荷（kg/md）图19-2 温度与有机物负荷、产气量关系图在在

22、35353838和和52525555各有一个最适温度。各有一个最适温度。三、厌氧消化的影响因素与控制要求三、厌氧消化的影响因素与控制要求1 1、温度因素、温度因素第24页/共67页第25页/共67页三、厌氧消化的影响因素与控制要求三、厌氧消化的影响因素与控制要求pHpH值条件首先使产氢产乙酸作用和产甲烷作用受抑值条件首先使产氢产乙酸作用和产甲烷作用受抑制，使产酸过程所形成的有机酸不能被正常地代谢制，使产酸过程所形成的有机酸不能被正常地代谢降解，从而使整个消化过程的各阶段间的协调平衡降解，从而使整个消化过程的各阶段间的协调平衡丧失。丧失。若若pHpH值降到值降到5 5以下，对产甲烷菌毒性较大，同

23、时产以下，对产甲烷菌毒性较大，同时产酸作用本身也受抑制，整个厌氧消化过程即停滞。酸作用本身也受抑制，整个厌氧消化过程即停滞。即使即使pHpH值恢复到值恢复到7.07.0左右，厌氧装置的处理能力仍左右，厌氧装置的处理能力仍不易恢复；而在稍高不易恢复；而在稍高pHpH值时，只要恢复中性，产甲值时，只要恢复中性，产甲烷菌能较快地恢复活性。烷菌能较快地恢复活性。2 2、酸碱度、酸碱度、pHpH值值第25页/共67页第26页/共67页三、厌氧消化的影响因素与控制要求三、厌氧消化的影响因素与控制要求T厌氧装置适宜在中性或稍偏碱性的状态下运行。厌氧装置适宜在中性或稍偏碱性的状态下运行。最适最适pHpH值为值

24、为7.07.07.27.2，pH6.6pH6.67.47.4较为适宜。较为适宜。 pHpH值和温度是影响甲烷细菌生长的两个重要环值和温度是影响甲烷细菌生长的两个重要环境因素。境因素。影响微生物对营养物的吸收；影响微生物对营养物的吸收；pHpH强烈地影响酶的活性，进而影响微生物细胞强烈地影响酶的活性，进而影响微生物细胞内的生物化学过程。内的生物化学过程。 2 2、酸碱度、酸碱度、pHpH值值第26页/共67页第27页/共67页3 3、有机负荷、有机负荷在一定范围内，随着有机负荷的提高，产气率趋向下降，在一定范围内，随着有机负荷的提高，产气率趋向下降，而消化器的容积产气量则增多，反之亦然。而消化器

25、的容积产气量则增多，反之亦然。 原因：原因：若有机负荷过高，则产酸率将大于用酸（产甲烷）率，若有机负荷过高，则产酸率将大于用酸（产甲烷）率，挥挥发酸将累积而使发酸将累积而使pHpH值下降值下降、破坏产甲烷阶段的正常进行，严、破坏产甲烷阶段的正常进行，严重时产甲烷作用停顿，系统失败，并难以调整复苏。重时产甲烷作用停顿，系统失败，并难以调整复苏。有机负荷过高，则过高的水力负荷还会使消化系统中有机负荷过高，则过高的水力负荷还会使消化系统中污泥污泥的流失速率大于增长速率而降低消化效率的流失速率大于增长速率而降低消化效率。若有机负荷过低，物料产气率或有机物去除率虽可提高，若有机负荷过低，物料产气率或有机

26、物去除率虽可提高，但容积产气率降低，反应器容积将增大，使消化设备利用效但容积产气率降低，反应器容积将增大，使消化设备利用效率降低，投资和运行费用提高。率降低，投资和运行费用提高。 第27页/共67页第28页/共67页4 4、营养与、营养与C/NC/N比比厌氧法中碳厌氧法中碳: :氮氮: :磷控制为磷控制为20O20O300:5:1300:5:1为宜。此比为宜。此比值大于好氧法中值大于好氧法中100:5:1100:5:1，这与厌氧微生物对碳素养分，这与厌氧微生物对碳素养分的利用率较好氧微生物低有关。在碳、氮、磷比例中，的利用率较好氧微生物低有关。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例碳氮比例对厌氧消化的影

27、响更为重要。对厌氧消化的影响更为重要。原料原料C/NC/N比过高比过高，碳素多，氮素养料相对缺乏，细菌和其他微，碳素多，氮素养料相对缺乏，细菌和其他微生物的生长繁殖受到限制，有机物的分解速度就慢、发酵过程生物的生长繁殖受到限制，有机物的分解速度就慢、发酵过程就长。就长。原料原料C/NC/N比过低比过低，可供消耗的碳素少，氮素养料相对过剩，则，可供消耗的碳素少，氮素养料相对过剩，则容易造成系统中氨氮浓度过高，出现氨中毒。容易造成系统中氨氮浓度过高，出现氨中毒。*C/NC/N10102020：1 1 第28页/共67页第29页/共67页各种废物的碳氮比（各种废物的碳氮比（C/NC/N） 第29页/

28、共67页第30页/共67页5 5、搅拌和混合、搅拌和混合混合搅拌是提高消化效率的工艺条件之一。没有搅拌混合搅拌是提高消化效率的工艺条件之一。没有搅拌的厌氧消化池，池内料液常有分层现象。通过搅拌可消的厌氧消化池，池内料液常有分层现象。通过搅拌可消除池内梯度，增加食料与微生物之间的接触，避免产生除池内梯度，增加食料与微生物之间的接触，避免产生分层，促进沼气分离。在连续投料的消化池中，还使进分层，促进沼气分离。在连续投料的消化池中，还使进料迅速与池中原有料液相混匀。料迅速与池中原有料液相混匀。搅拌的方法有搅拌的方法有: :（1 1）机械搅拌器搅拌法；（）机械搅拌器搅拌法；（2 2）消化液）消化液循环

29、搅拌法；（循环搅拌法；（3 3）沼气循环搅拌法等。其中沼气循环搅）沼气循环搅拌法等。其中沼气循环搅拌，还有利于使沼气中的拌，还有利于使沼气中的COCO2 2作为产甲烷的底物被细菌利作为产甲烷的底物被细菌利用，提高甲烷的产量。用，提高甲烷的产量。 第30页/共67页第31页/共67页6 6、有毒物质、有毒物质第31页/共67页第32页/共67页7 7、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。产甲烷菌初始繁殖一，产甲烷菌对氧和氧化剂非常敏感。产甲烷菌初始繁殖的环境条件是氧化还原电位不能

30、高于的环境条件是氧化还原电位不能高于-330mV, -330mV, 相当于相当于2.362.361056L1056L水中有水中有1mol1mol氧。氧。在厌氧消化全过程中，不产甲烷阶段可在兼氧条件下在厌氧消化全过程中，不产甲烷阶段可在兼氧条件下完成，氧化还原电位为完成，氧化还原电位为+0.1+0.1-0.1V-0.1V，而在产甲烷阶段，而在产甲烷阶段，氧化还原电位须控制为氧化还原电位须控制为-0.3-0.3-0.35V-0.35V（中温消化）与（中温消化）与- -0.560.560.6V0.6V（高温消化），常温消化与中温相近。产甲烷（高温消化），常温消化与中温相近。产甲烷阶段氧化还原电位的临

31、界值为阶段氧化还原电位的临界值为-0.2V-0.2V。 第32页/共67页第33页/共67页8 8、厌氧活性污泥、厌氧活性污泥厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸附的厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成。有机物、无机物组成。厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关系。性状良好的污泥是厌氧消化效率的基础保证。系。性状良好的污泥是厌氧消化效率的基础保证。厌氧活性污泥的性质主要表现为它的厌氧活性污泥的性质主要表现为它的作用效能与沉淀作用效能与沉淀性能性能，前者主要取决于活微生物的比例及其对废物的适，前者主要取决于活

32、微生物的比例及其对废物的适应性和活微生物中生长速率低的产甲烷菌的数量是否达应性和活微生物中生长速率低的产甲烷菌的数量是否达到与不产甲烷菌数量相适应的水平。活性污泥的沉淀性到与不产甲烷菌数量相适应的水平。活性污泥的沉淀性能与污泥的凝聚性有关、与好氧处理一样，厌氧活性污能与污泥的凝聚性有关、与好氧处理一样，厌氧活性污泥的沉淀性能也以泥的沉淀性能也以SVISVI衡量。衡量。 第33页/共67页第34页/共67页 第一代厌氧消化工艺第一代厌氧消化工艺 普通厌氧消化池；普通厌氧消化池； 厌氧接触工艺。厌氧接触工艺。 第二代厌氧消化工艺第二代厌氧消化工艺 上流式厌氧污泥床上流式厌氧污泥床(UASB)(UA

33、SB)反应器；反应器； 厌氧滤床；厌氧滤床； 厌氧流化床反应器；厌氧流化床反应器； 厌氧生物转盘；厌氧生物转盘； 其它，如厌氧混合反应器和厌氧折流反应器。其它，如厌氧混合反应器和厌氧折流反应器。 第三代厌氧反应器和其他改进工艺第三代厌氧反应器和其他改进工艺 厌氧颗粒污泥膨胀床厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)(EGSB)反应器；反应器； 厌氧复合床反应器厌氧复合床反应器(AF+UASB)(AF+UASB)； 水解工艺和两阶段厌氧消化水解工艺和两阶段厌氧消化( (水解水解+EGSB)+EGSB)工艺。工艺。第34页/共67页第35页/共67页1 1、普通厌氧消化池、普通厌氧消化池 废水定期或连续进入

34、池中，经废水定期或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别由消化池底消化的污泥和废水分别由消化池底和上部排出，所产沼气从顶部排出。和上部排出，所产沼气从顶部排出。 为了使进料和厌氧污泥充分接为了使进料和厌氧污泥充分接触、使所产的沼气气泡及时逸出而触、使所产的沼气气泡及时逸出而设有搅拌装置，常用设有搅拌装置，常用搅拌方式有三搅拌方式有三种：种： （1 1）池内机械搅拌）池内机械搅拌 （2 2）沼气搅拌）沼气搅拌 （3 3）循环消化液搅拌。）循环消化液搅拌。第35页/共67页第36页/共67页常用加热方式有三种：常用加热方式有三种：（1 1）废水在消化池外先经热交换器预热到定温再进入）废水在消化池外先

35、经热交换器预热到定温再进入消化池；消化池；（2 2）热蒸汽直接在消化器内加热；）热蒸汽直接在消化器内加热；（3 3）在消化池内部安装热交换管。）在消化池内部安装热交换管。普通消化池一般的负荷：普通消化池一般的负荷： 中温为中温为2 23kgCOD/m3kgCOD/m3 3d d 高温为高温为5 56kgCOD/m6kgCOD/m3 3d d第36页/共67页第37页/共67页普通消化池的特点普通消化池的特点优点：可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大优点：可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液的料液。厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，。厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较

36、简单。结构较简单。缺点：缺点：（1 1）缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，消化）缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，消化器中难以保持大量的微生物细胞；器中难以保持大量的微生物细胞；（2 2）对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象严重，）对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象严重，微生物不能与料液均匀接触，温度也不均匀，消化效微生物不能与料液均匀接触，温度也不均匀，消化效率低率低第37页/共67页第38页/共67页2 2、厌氧接触法、厌氧接触法 为克服普通消化池为克服普通消化池不能持不能持留或补充厌氧活性污泥的缺留或补充厌氧活性污泥的缺点，点，在消化池后设沉淀池，在消化池后设沉淀池，将沉淀

37、污泥回流至消化池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法。形成了厌氧接触法。 该系统既使污泥不流失、该系统既使污泥不流失、出水水质稳定，又可提高消出水水质稳定，又可提高消化池内污泥浓度，从而提高化池内污泥浓度，从而提高设备的有机负荷和处理效率。设备的有机负荷和处理效率。 第38页/共67页第39页/共67页为了提高沉淀池中混合液的固液分离效果，目前采用以下为了提高沉淀池中混合液的固液分离效果，目前采用以下几几 种方法脱气：种方法脱气：（1 1）真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气器，将）真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气器，将污泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉淀性能；污泥絮体上的气

38、泡除去，改善污泥的沉淀性能；（2 2）热交换器急冷法，将从消化池排出的混合液进行急速）热交换器急冷法，将从消化池排出的混合液进行急速冷却，如中温消化液冷却，如中温消化液3535冷到冷到15152525，可以控制污泥继，可以控制污泥继续产气，使厌氧污泥有效地沉淀；续产气，使厌氧污泥有效地沉淀；（3 3）絮凝沉淀，向混合液中投加絮凝剂，使厌氧污泥易凝）絮凝沉淀，向混合液中投加絮凝剂，使厌氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降；聚成大颗粒，加速沉降；（4 4）用超滤器代替沉淀他，以改善固液分高效果。）用超滤器代替沉淀他，以改善固液分高效果。 2、厌氧接触法、厌氧接触法第39页/共67页第40页/共67页厌氧

39、接触法的特点：厌氧接触法的特点：（1 1）通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为）通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为101015g/L,15g/L,耐冲击能力强；耐冲击能力强；（2 2）消化池的容积负荷较普通消化池高，中温消化时，一）消化池的容积负荷较普通消化池高，中温消化时，一般为般为2 210kgCOD/m310kgCOD/m3d d，水力停留时间比普通消化池大大缩，水力停留时间比普通消化池大大缩短，如常温下，普通消化池为短，如常温下，普通消化池为15153030天，而接触法小于天，而接触法小于1010天；天；（3 3）可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，）可

40、以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，不存在堵塞问题；不存在堵塞问题；（4 4）混合液经沉淀后，出水水质好，但需增加沉淀池、污）混合液经沉淀后，出水水质好，但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备。厌氧接触法还存在混合液难于在沉泥回流和脱气等设备。厌氧接触法还存在混合液难于在沉淀池中进行固液分离的缺点。淀池中进行固液分离的缺点。第40页/共67页第41页/共67页配水系统污泥处理水沼气三相分离器出水堰水沼气污泥颗粒污泥区悬浮污泥区图19-12 升流式厌氧污泥床3、上流式厌氧污泥床应应器、上流式厌氧污泥床应应器 第41页/共67页第42页/共67页上流式厌氧污泥床反应器的特点：上流式厌氧污泥床

41、反应器的特点：（1 1）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为303040g/L40g/L；（2 2）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，CODCOD容积负容积负荷一般为荷一般为101020kgCOD/m20kgCOD/m2 2d d；（3 3）反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回）反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；流到反应区，一般无污泥回流设备；（4 4）无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的沼）无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的沼气

42、和进水来搅动；气和进水来搅动；（5 5）污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。但反应）污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。但反应器内有短流现象，影响处理能力；进水中的悬浮物应比普通器内有短流现象，影响处理能力；进水中的悬浮物应比普通消化池低得多，特别是难消化的有机物固体不宜太高；运行消化池低得多，特别是难消化的有机物固体不宜太高；运行启动时间长，对水质和负荷变化比较敏感。启动时间长，对水质和负荷变化比较敏感。 第42页/共67页第43页/共67页4 4、厌氧生物滤池、厌氧生物滤池处理水 原废水 处理水 沼气沼气滤料原废水 滤料图19-10 厌氧生物滤池 废水从池底进入，从池上部排出，

43、称升流式厌氧滤池；废水废水从池底进入，从池上部排出，称升流式厌氧滤池；废水从池上部进入，从池底部排出，称降流式厌氧滤池。从池上部进入，从池底部排出，称降流式厌氧滤池。 第43页/共67页第44页/共67页厌氧生物滤池的特点是：厌氧生物滤池的特点是：（1 1）由于填料为微生物附着生长提供广较大的表面积，滤池中）由于填料为微生物附着生长提供广较大的表面积，滤池中的微生物量较高，又生物膜停留时间长，平均停留时间长达的微生物量较高，又生物膜停留时间长，平均停留时间长达100100天左右，因而可承受的有机容积负荷高，天左右，因而可承受的有机容积负荷高，CODCOD容积负荷为容积负荷为2 216kgCOD

44、/m316kgCOD/m3d d，且耐冲击负荷能力强；，且耐冲击负荷能力强；（2 2）废水与生物膜两相接触面大，强化了传质过程，因而有机）废水与生物膜两相接触面大，强化了传质过程，因而有机物去除速度快；物去除速度快；（3 3）微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污泥回流和搅）微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污泥回流和搅拌设备；拌设备；（4 4）启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短。但该）启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短。但该工艺也存在一些问题：处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发工艺也存在一些问题：处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发生堵生堵第44页/共67页第45页/

45、共67页5 5、厌氧流化床、厌氧流化床沼气至锅炉出水相甲烷相产酸废水图19-13 二相厌氧流化床流程图第一段：水解和液化固态有机物为有机酸；缓冲和稀释负荷冲击与第一段：水解和液化固态有机物为有机酸；缓冲和稀释负荷冲击与 有害物质，并将截留难降解的固态物质。有害物质，并将截留难降解的固态物质。第二段：保持严格的厌氧条件和第二段：保持严格的厌氧条件和PHPH值，以利于甲烷菌的生长；值，以利于甲烷菌的生长； 降解、降解、 稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气，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。并截留悬浮固体，以改善出水水质。第45页/共67页第46页/共67页厌氧流

46、化床特点：厌氧流化床特点：（1 1）载体颗粒细，比表面积大，可高达）载体颗粒细，比表面积大，可高达200020003000m3000m2 2/m/m3 3左左右，使床内具有很高的微生物浓度，因此有机物容积负荷大，右，使床内具有很高的微生物浓度，因此有机物容积负荷大，一般为一般为101040kgCOD/m40kgCOD/m3 3d d，水力停留时间短，具有较强的耐，水力停留时间短，具有较强的耐冲击负荷能力，运行稳定；冲击负荷能力，运行稳定；（2 2）载体处于流化状态，无床层堵塞现象，对高、中、低）载体处于流化状态，无床层堵塞现象，对高、中、低浓度废水均表现出较好的效能；浓度废水均表现出较好的效能

47、；（3 3）载体流化时，废水与微生物之间接触面大，同时两者）载体流化时，废水与微生物之间接触面大，同时两者相对运动速度快，强化了传质过程，从而具有较高的有机物相对运动速度快，强化了传质过程，从而具有较高的有机物净化速度；净化速度；（4 4）床内生物膜停留时间较长，剩余污泥量少；）床内生物膜停留时间较长，剩余污泥量少；（5 5）结构紧凑、占地少以及基建投资省等。但载体流化耗）结构紧凑、占地少以及基建投资省等。但载体流化耗能较大，且对系统的管理技术要求较高。能较大，且对系统的管理技术要求较高。 第46页/共67页第47页/共67页6 6、厌氧转盘、厌氧转盘反应槽转轴转动盘片沼气固定盘片进水图19-

48、11 厌氧生物转盘构造图第47页/共67页第48页/共67页7 7、两步厌氧法和复合厌氧法、两步厌氧法和复合厌氧法 第48页/共67页第49页/共67页五、厌氧产气量计算与反应器设计五、厌氧产气量计算与反应器设计1 1）理论产气量的计算）理论产气量的计算1.1.根据废水有机物化学组成计算产气量根据废水有机物化学组成计算产气量2 2根据根据CODCOD与产气量关系计算与产气量关系计算 在标准状态下，在标准状态下，1mol1mol甲烷，相当于甲烷，相当于2mol2mol（或（或64g64g）CODCOD，则还原，则还原1gCOD1gCOD相当于生成相当于生成22.4/64=0.35L22.4/64

49、=0.35L甲烷。甲烷。 第49页/共67页第50页/共67页2 2）实际产气率分析）实际产气率分析 在厌氧消化工艺中，实际产气率受在厌氧消化工艺中，实际产气率受物料的性质、物料的性质、工艺条件以及管理技术水平工艺条件以及管理技术水平等多种因素的影响，在等多种因素的影响，在不同的场合，实际产气率与理论值会有不同程度的不同的场合，实际产气率与理论值会有不同程度的差异。差异。 1.1.物料的性质物料的性质 就厌氧分解等当量就厌氧分解等当量CODCOD的不同有机物而言，脂的不同有机物而言，脂类（类脂物）的产气量最多，而且其中的甲烷含量类（类脂物）的产气量最多，而且其中的甲烷含量也高；蛋白质所产生的沼

50、气数量虽少，但甲烷含量也高；蛋白质所产生的沼气数量虽少，但甲烷含量高；碳水化合物所产生的沼气量少，且甲烷含量也高；碳水化合物所产生的沼气量少，且甲烷含量也较低；较低；第50页/共67页第51页/共67页2 2废水废水CODCOD浓度浓度 废水的废水的CODCOD浓度越低，单位有机物的甲烷产率越低，主要浓度越低，单位有机物的甲烷产率越低，主要原因是甲烷溶解于水中的量不同所致。因此，在实际工程原因是甲烷溶解于水中的量不同所致。因此，在实际工程中，高浓度有机废水的产气率接近理论值，而低浓度有机中，高浓度有机废水的产气率接近理论值，而低浓度有机废水的产气率则低于理论值。废水的产气率则低于理论值。 3

51、3沼气中的甲烷含量沼气中的甲烷含量 沼气中的甲烷含量越高，其在水中的溶解度越大。故甲沼气中的甲烷含量越高，其在水中的溶解度越大。故甲烷的实际产气率越低。烷的实际产气率越低。4 4生物相的影响生物相的影响 产气率还与系统中硫酸盐还原菌及反硝化细菌等的活动产气率还与系统中硫酸盐还原菌及反硝化细菌等的活动有关。若系统中上述菌较多，则由于这些菌会与产甲烷菌有关。若系统中上述菌较多，则由于这些菌会与产甲烷菌争夺碳源，从而使产气率下降。争夺碳源，从而使产气率下降。第51页/共67页第52页/共67页5 5工艺条件影响工艺条件影响 对同种废水，在不同的工艺条件下，其去除单位重量对同种废水，在不同的工艺条件下

52、，其去除单位重量CODCOD的产气量不同。的产气量不同。6 6去除的去除的CODCOD中用于合成细菌细胞所占的比例中用于合成细菌细胞所占的比例 对于等当量对于等当量CODCOD的不同有机物，厌氧消化时用于细菌的不同有机物，厌氧消化时用于细菌细胞合成的系数有一定的差异，故产气率不是常量。去细胞合成的系数有一定的差异，故产气率不是常量。去除的除的CODCOD中用于合成细菌细胞所占的比例越大，则分解中用于合成细菌细胞所占的比例越大，则分解用以产生甲烷的比例将越小，从而去除用以产生甲烷的比例将越小，从而去除1kgCOD1kgCOD的甲烷产的甲烷产量越低。一般情况下，变幅小于量越低。一般情况下，变幅小于

53、1010。第52页/共67页第53页/共67页厌氧反应器的设计厌氧反应器的设计 厌氧反应器的设计包括工艺设备的选型、反应器容积的计算和设备构造的确定厌氧反应器的设计包括工艺设备的选型、反应器容积的计算和设备构造的确定等。等。 厌氧处理装置的选择，在很大程度上取决于废水中的悬浮物含量、粒度和厌氧厌氧处理装置的选择，在很大程度上取决于废水中的悬浮物含量、粒度和厌氧可降解性。可降解性。第53页/共67页第54页/共67页六、厌氧设备的运行管理六、厌氧设备的运行管理一、厌氧设备的启动一、厌氧设备的启动 厌氧设备在进入正常运行之前应进行污泥的厌氧设备在进入正常运行之前应进行污泥的培养和驯培养和驯化化。厌

54、氧活性污泥可以取自正在工作的厌氧处理构筑物或。厌氧活性污泥可以取自正在工作的厌氧处理构筑物或江河湖泊沼泽底，下水道及污水集积腐臭处等厌氧生境中江河湖泊沼泽底，下水道及污水集积腐臭处等厌氧生境中的污泥，最好选择同类物料厌氧消化污泥。的污泥，最好选择同类物料厌氧消化污泥。 在启动过程中，控制升温速度为在启动过程中，控制升温速度为1/h1/h，达到要求温，达到要求温度即保持恒温；注意保持度即保持恒温；注意保持pHpH值在值在6.86.87.87.8之间；此外，有之间；此外，有机负荷常常成为影响启动成功的关键性因素。启动的机负荷常常成为影响启动成功的关键性因素。启动的初始有机负荷因工艺类型、废水性质、

55、温度初始有机负荷因工艺类型、废水性质、温度等的工艺条件以及接种污泥的性质而异。等的工艺条件以及接种污泥的性质而异。 第54页/共67页第55页/共67页二、厌氧反应器运行中的欠平衡现象及其原因二、厌氧反应器运行中的欠平衡现象及其原因 保持厌氧消化作用的平衡性是厌氧消化系统运行管理的关键保持厌氧消化作用的平衡性是厌氧消化系统运行管理的关键。欠平衡：厌氧消化过程易于出现酸化，即产酸量与用酸量不欠平衡：厌氧消化过程易于出现酸化，即产酸量与用酸量不协调现象。厌氧消化作用欠平衡时可以协调现象。厌氧消化作用欠平衡时可以显示出如下的症状显示出如下的症状；（1 1）消化液挥发性有机酸浓度增高；）消化液挥发性有

56、机酸浓度增高；（2 2）沼气中甲烷含量降低；）沼气中甲烷含量降低；（3 3）消化液）消化液pHpH值下降；值下降；（4 4）沼气产量下降；）沼气产量下降；（5 5）有机物去除率下降。诸症状中最先显示的是挥发性有机酸）有机物去除率下降。诸症状中最先显示的是挥发性有机酸浓度的增高，故它是一项最有用的监视参数，有助于尽早地察浓度的增高，故它是一项最有用的监视参数，有助于尽早地察觉欠平衡状态的出现。其他症状则因其显示的滞缓性觉欠平衡状态的出现。其他症状则因其显示的滞缓性, , 或者因或者因其并非专一的欠平衡症状，故不如前者那样灵敏有用。其并非专一的欠平衡症状，故不如前者那样灵敏有用。第55页/共67页

57、第56页/共67页 厌氧消化作用欠平衡的原因厌氧消化作用欠平衡的原因是多方是多方面的，如：有机负荷过高；进水面的，如：有机负荷过高；进水pHpH值值过低或过高；碱度过低缓冲能力差；过低或过高；碱度过低缓冲能力差；有毒物质抑制；反应温应急剧波动；有毒物质抑制；反应温应急剧波动；池内有溶解氧及氧化剂存在等。池内有溶解氧及氧化剂存在等。一经检测到系统处于欠平衡状态时，一经检测到系统处于欠平衡状态时，就必须立即控制并加以纠正，以避免就必须立即控制并加以纠正，以避免欠平衡状态进一步发展到消化作用停欠平衡状态进一步发展到消化作用停顿的程度。顿的程度。可暂时投加石灰乳以中和积累的酸，但过量石灰乳能起杀菌作用

58、。可暂时投加石灰乳以中和积累的酸，但过量石灰乳能起杀菌作用。解决欠平衡的根本办法是查明失却平衡的原因，有针对性地采取纠解决欠平衡的根本办法是查明失却平衡的原因，有针对性地采取纠正措施。正措施。二、厌氧反应器运行中的欠平衡现象及其原因二、厌氧反应器运行中的欠平衡现象及其原因 第56页/共67页第57页/共67页三、运行管理中的安全要求三、运行管理中的安全要求厌氧设备的运行管理很重要的问题是安全问题。沼气中厌氧设备的运行管理很重要的问题是安全问题。沼气中的甲烷比空气轻、非常易燃，空气中甲烷含量为的甲烷比空气轻、非常易燃，空气中甲烷含量为5%5%1515时，遇明火即发生爆炸。时，遇明火即发生爆炸。因

59、此消化池、贮气罐、沼气管道及其附属设备等沼气系因此消化池、贮气罐、沼气管道及其附属设备等沼气系统，都应绝对密封，无沼气漏出。并且不能使空气有进入统，都应绝对密封，无沼气漏出。并且不能使空气有进入沼气系统的可能，周围严禁明火和电气火花。所有电气设沼气系统的可能，周围严禁明火和电气火花。所有电气设备应满足防爆要求。备应满足防爆要求。沼气中含有微量有毒的硫化氢，但低浓度的硫化氢就能沼气中含有微量有毒的硫化氢，但低浓度的硫化氢就能被人们所察觉。硫化氢比空气重，必须预防它在低凹处积被人们所察觉。硫化氢比空气重，必须预防它在低凹处积聚。沼气中的二氧化碳也比空气重，同样应防止在低凹处聚。沼气中的二氧化碳也比

60、空气重，同样应防止在低凹处积聚，因为它虽然无毒，却能使人窒息。因此，凡需因出积聚，因为它虽然无毒，却能使人窒息。因此，凡需因出料或检修进入消化池之前，务必以新鲜空气彻底置换池内料或检修进入消化池之前，务必以新鲜空气彻底置换池内的消化气体，以策安全。的消化气体，以策安全。第57页/共67页第58页/共67页u A/OA/O法；可以达到生物脱氮的目的、脱磷效果法；可以达到生物脱氮的目的、脱磷效果u 厌氧一缺氧厌氧一缺氧好氧法好氧法(A/A/O(A/A/O法法) )u 缺氧缺氧厌氧厌氧好氧法好氧法( (倒置倒置A/A/OA/A/O法法) )! 可以在去除可以在去除BODBOD、CODCOD的同时，达