第15章水处理厌氧生物处理

1、三、厌氧法的影响因素厌氧法的影响因素废水的厌氧处理主要用于废水的厌氧处理主要用于高浓度有机废水的前处理高浓度有机废水的前处理; ;一、厌氧活性污泥净化废水的作用机理一、厌氧活性污泥净化废水的作用机理v复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段水解阶段、水解阶段、发发酵阶段（又称酸化阶段）、酵阶段（又称酸化阶段）、 产乙酸阶段产乙酸阶段、产甲烷阶产甲烷阶段段v1)水解阶段水解阶段v在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物v2 2) )发酵阶段发酵阶段 v梭状芽孢杆菌梭状芽孢杆菌、拟杆菌等拟杆

2、菌等酸化细菌酸化细菌吸收并转化为更为简单的化吸收并转化为更为简单的化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨等化碳、氢气、氨等v上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质，这一阶段的主导细菌是酸以及新的细胞物质，这一阶段的主导细菌是乙乙酸菌酸菌。同时水中有硫酸盐时，还会有。同时水中有硫酸盐时，还会有硫酸盐还原硫酸盐还原菌菌参与产乙酸过程。参与产乙酸过程。v乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲烷和以

3、及被转化为甲烷和以及甲烷菌甲烷菌细胞物质。细胞物质。v经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、二氧化碳、氢气、硫化氢等小分子物质和少量的二氧化碳、氢气、硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥。厌氧污泥。复杂有机物复杂有机物1 1水解水解 2 2发酵发酵3 3产乙酸产乙酸硫酸盐还原硫酸盐还原4 4产甲烷产甲烷4 4产甲烷产甲烷硫酸盐还原螺旋桨(机械)搅拌的消化池循环消化液搅拌式消化池循环消化液搅拌式消化池v高温厌氧消化需要加温，高温厌氧消化需要加温，常用加热方式有三种常用加热方式有三种: v(a)废水在消化池外先经废水在消化池外先经热交换器预热到规定温热交

4、换器预热到规定温度再进入消化池；度再进入消化池； v(b)热蒸汽直接在消化器热蒸汽直接在消化器内加热；内加热； v(c)在消化池内部安装热在消化池内部安装热交换管。交换管。普通消化池的特点是普通消化池的特点是:v可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大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。 v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，结构较简单。结构较简单。 v缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，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。消化器中难以保持大量的微生物细胞。 v对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现

5、象对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象严重，微生物不能与料液均匀接触的问题。严重，微生物不能与料液均匀接触的问题。 v温度不均匀，消化效率低。温度不均匀，消化效率低。2.2厌氧滤池厌氧滤池 厌氧滤池（厌氧滤池（anaerobic filteranaerobic filter又称又称厌氧厌氧固定膜固定膜反应器，是反应器，是6060年代末开发的新型高效厌年代末开发的新型高效厌氧处理装置。氧处理装置。 滤池呈圆柱形，池内装放填料，滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。池底和池顶密封。 厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废水通过填料层时，在填料表面的厌氧生物

6、膜作水通过填料层时，在填料表面的厌氧生物膜作用下，废水中的有机物被降解，并产生沼气，用下，废水中的有机物被降解，并产生沼气，沼气从池顶部排出。沼气从池顶部排出。v在厌氧生物滤池中，厌氧微生物大部分在厌氧生物滤池中，厌氧微生物大部分存在于生物膜中，少部分以厌氧活性污存在于生物膜中，少部分以厌氧活性污泥的形式存在于滤料的孔隙中。泥的形式存在于滤料的孔隙中。 v厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均匀的，在池进水部位高，相应的有机物匀的，在池进水部位高，相应的有机物去除速度快。去除速度快。 v当废水中有机物浓度高时，特别是进水当废水中有机物浓度高时，特别是进水悬浮固体浓

7、度和颗粒较大时，进水部位悬浮固体浓度和颗粒较大时，进水部位容易发生堵塞现象容易发生堵塞现象。v对厌氧生物滤池采取如下改进：对厌氧生物滤池采取如下改进： （a a）出水回流；出水回流； （b b）部分充填载体；部分充填载体； （c c）采用软性填料。采用软性填料。 v厌氧生物滤池的特点是：厌氧生物滤池的特点是： （a a）由于填料为微生物附着生长提供了较由于填料为微生物附着生长提供了较大的表面积，滤池中的微生物量较高，大的表面积，滤池中的微生物量较高，又因生物膜停留时间长，平均停留时间又因生物膜停留时间长，平均停留时间长达长达100100天左右，因而可承受的有机容积天左右，因而可承受的有机容积负

8、 荷 高 ，负 荷 高 ， C O DC O D 容 积 负 荷 为容 积 负 荷 为 2 - 1 6 2 - 1 6 kgCODkgCOD/(m/(m3 3d)d)，且耐冲击负荷能力强；且耐冲击负荷能力强；（b b）废水与生物膜两相接触面大，强化了传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质过程，因而有机物去除速度快（c c）微生物固着生长为主，不易流失，因此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；不需污泥回流和搅拌设备； （d d）启动或停止运行后再启动比前述厌氧工启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短。艺法时间短。 （e e）处理含悬浮物浓度

9、高的有机废水，易发处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发生堵塞，尤以进水部位更严重。滤池的清洗生堵塞，尤以进水部位更严重。滤池的清洗也还没有简单有效的方法。也还没有简单有效的方法。2.32.3 厌氧接触法厌氧接触法 在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了化池，形成了厌氧接触法（厌氧接触法（anaerobic contact process)。（a a）通过污泥回流，保持消化池内污泥通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为浓度较高，一般为10-1510-15g/Lg/L，耐冲击能耐冲击能力强；力强； （b b）消化池的容积负荷较普通消化池高，消

10、化池的容积负荷较普通消化池高，中温消化时，一般为中温消化时，一般为2 2- -l0kgCOD/ml0kgCOD/m3 3d d，水力停留时间比普通消化池大大缩短，水力停留时间比普通消化池大大缩短，如常温下，普通消化池为如常温下，普通消化池为15-3015-30天，而天，而接触法小于接触法小于1010天；天；（c c）可以直接处理悬浮固体含量较高或可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；颗粒较大的料液，不存在堵塞问题； （d d）混合液经沉降后，出水水质好，混合液经沉降后，出水水质好， （e e）但需增加沉淀池、污泥回流和脱气但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备等设备 （f

11、 f）厌氧接触法存在厌氧接触法存在混合液难于在沉淀混合液难于在沉淀池中进行固液分离池中进行固液分离的缺点的缺点。(a)真空脱气，由消化池排出的混合液经真空真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气器脱气器(真空度为真空度为0.005 MPa)，将污泥絮体将污泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉降性能；上的气泡除去，改善污泥的沉降性能； (b)热交换器急冷法，将从消化池排出的混合热交换器急冷法，将从消化池排出的混合液进行急速冷却。液进行急速冷却。 (c)絮凝沉降，向混合液中投加絮凝剂，使厌絮凝沉降，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；氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降； (d)用超滤

12、器代替沉淀池，以改善固液分离效用超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效果果。2.42.4上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器UASBUASBUASBUASB反应器示意图反应器示意图2.4.2上流式厌氧污泥床反应器的上流式厌氧污泥床反应器的基本基本特点特点 VNQSV0三、厌氧法的影响因素厌氧法的影响因素 控制厌氧处理效率的基本因素有两类控制厌氧处理效率的基本因素有两类: : 一一类是基础因素，包括类是基础因素，包括微生物量微生物量 ( (污泥浓度污泥浓度) )、营、营养比、混合接触状况、有机负荷等；养比、混合接触状况、有机负荷等； 另一类是另一类是环境因素，如环境因素，如温度、温度、pHp

13、H值、氧化还原电位、有值、氧化还原电位、有毒物质毒物质等。等。 产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，对于一般工业废水，产甲成败的主要微生物，对于一般工业废水，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。3.13.1 温度条件温度条件 各类微生物适宜的温度范围是不同的，各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，一般认为，产甲烷菌的温度范围为产甲烷菌的温度范围为25-6025-60。 在在3535和和5353上下可以分别获得较高的消化上下可以分别获得较高的消化效率，温度为效率，温度为40-4540-45时，厌氧消化效率较低。时，厌

14、氧消化效率较低。 据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可分为分为常温消化、中温消化常温消化、中温消化和和高温消化高温消化三种类三种类型。型。 v每种微生物可在一定的每种微生物可在一定的pHpH值范围内活动，产酸值范围内活动，产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pHpH值范围较广，在值范围较广，在4.5-8.04.5-8.0之间。之间。 v产甲烷菌要求环境介质产甲烷菌要求环境介质pHpH值在中性附近，最适值在中性附近，最适宜宜pHpH值为值为7.0-7.27.0-7.2。 v在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲

15、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，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，常保持反应器内的避免过多的酸积累，常保持反应器内的pHpH值在值在6.5-7.5(6.5-7.5(最好在最好在6.8-7.2)6.8-7.2)的范围内的范围内。v在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称，即消化器单位有效容积每天接受的有机，即消化器单位有效容积每天接受的有机物量（物量（kgCODkgCOD/m/m3 3d)d)。 v对悬浮生长工艺，也有用对悬浮生长工艺，也有用污泥负荷污泥负荷表达的，即表达的

16、，即kg kg COD/(kgCOD/(kg污泥污泥d)d)。 v在污泥消化中，有机负荷习惯上以在污泥消化中，有机负荷习惯上以投配率投配率或或进料率进料率表达，即每天所投加的湿污泥体积占消化器有效容表达，即每天所投加的湿污泥体积占消化器有效容积的百分数。积的百分数。 v由于各种湿污泥的含水率、挥发组分不尽一致，投由于各种湿污泥的含水率、挥发组分不尽一致，投配率不能反映实际的有机负荷，为此，又引入配率不能反映实际的有机负荷，为此，又引入反应反应器单位有效容积每天接受的挥发性固体重量器单位有效容积每天接受的挥发性固体重量这一参这一参数，即数，即kgMLVSSkgMLVSS/m/m3 3d d。3.

17、63.6搅拌和混合搅拌和混合v通过搅拌可消除池内梯度，增加食料与通过搅拌可消除池内梯度，增加食料与微生物之间的接触，避免产生分层，促微生物之间的接触，避免产生分层，促进沼气分离。进沼气分离。 v在连续投料的消化池中，还使进料迅速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。与池中原有料液相混匀。 v在传统厌氧消化工艺中，也将有搅拌的在传统厌氧消化工艺中，也将有搅拌的消化器称为高效消化器。消化器称为高效消化器。 v搅拌程度与强度要适当。搅拌程度与强度要适当。 v厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取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。工程上主要碳、氮、磷以

18、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。元素不足的情况较少见。 v厌氧法中碳厌氧法中碳: :氮氮: :磷控制为磷控制为200-300:5:1200-300:5:1为宜。为宜。 v包括有毒有机物、重金属离子和一包括有毒有机物、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，基、双键、氯取代基、苯环等结构，往往具有抑制性。往往具有抑制性。 v有毒物质的最高容许浓度与处理系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。水特性、操作控制条件等因素有关。