第六章 污水的厌氧生物处理-注释版本

1、第六章 污水的厌氧生物处理厌氧法的基本原理污水的厌氧生物处理工艺厌氧生物处理的设计计算水解酸化的设计计算厌氧和好氧技术的联合运用废水厌氧生物处理是环境工程与能源工程中的一项重要技术，是有机废水、剩余污泥强有力的处理方法之一工艺开发早期多用于城市污水处理厂的污泥、有机废料以及部分高浓度有机废水的处理，目前厌氧生化法以其独到之处，也用于或联合用于处理中、低浓度有机废水，包括难降解工业废水和城市污水。厌氧法的基本原理厌氧法的基本原理概念：指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，早期厌氧处理面对的是固态有机物，所以也称为厌

2、氧消化。原理：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，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。过程厌氧反应的两阶段理论（30-60年代）有机酸为主体，pH下降不溶性有机物可溶性有机物细菌细胞有机酸、醇、醛、水等CO2、H2、NH3、H2S细菌细胞CO2、CH4胞外水解酶胞内酶产酸菌胞内酶产甲烷菌内源呼吸产物酸性发酵阶段碱性发酵阶段两阶段理论的发展1979年，Bryant 研究表明，产甲烷菌不能利用除乙酸、H2/CO2和甲醇等以外的有机酸和醇类。这些有机物必须经过产氢、产乙酸菌转化为乙酸等物质后，才能被产甲烷菌所利用。因此，提出了三阶段理论。第一阶段：水

3、解、发酵阶段第二阶段：产氢产乙酸阶段第三阶段：产甲烷阶段三阶段理论图示第一阶段：水解与发酵第二阶段：产氢产乙酸第三阶段：产甲烷厌氧生物处理的特点 优点:1、需要的能量少，产生甲烷是一种潜在的能源；2、产生的剩余生物污泥较少；3、可处理高浓度、难降解的有机废水；4、需要的营养物较少。1、处理过程的反应复杂，反应速度较慢，起动时间较长；2、对温度、pH等环境因素更为敏感；3、出水水质较差，需要进一步处理；缺点: 一般来说，对于废水中有机物浓度较低、温度较低、出水水质要求较高，并要求去除营养物的场合倾向于采用好氧生物处理技术。而对于有机物浓度较高、温度较高的工业废水，厌氧处理可能更为经济。 随着对厌

4、氧生物处理工艺的进一步了解，厌氧处理作为好氧处理的预处理手段已经成为目前较为广泛采用的一种方法。厌氧生物处理的微生物 发酵细菌群（产酸细菌） 多为兼性厌氧或专性厌氧细菌，主要参与复杂有机物的水解，其主要功能是：首先通过胞外酶的作用将不溶性有机物水解成可溶性有机物；将可溶性有机物转化为乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等有机酸及乙醇、CO2、H2等。 研究表明，该类细菌对有机物的水解比较缓慢，但产酸反应速率较快。厌氧生物处理的微生物 产氢产乙酸菌群 绝对厌氧或兼性厌氧细菌，可将前面步骤产生的挥发性有机酸转化为乙酸、H2/CO2。厌氧生物处理的微生物 产甲烷细菌产甲烷细菌是严格专性厌氧细菌，其生存环境要求绝对

5、无氧；产甲烷细菌属古细菌，一类可利用乙酸转化为甲烷和CO2，另一类利用H2还原CO2合成甲烷；对环境影响非常敏感，氧和氧化剂有毒害作用；生长特别缓慢。产酸和产甲烷两阶段对环境条件的要求产酸阶段或酸性发酵阶段:微生物生长快；适应性（温度、pH等）强。 产甲烷又称碱性发酵阶段: 生长慢； 对环境条件（温度、pH、抑制物等）非常敏感。厌氧消化的影响因素基础因素: 包括微生物量 (污泥浓度)、营养比、混合接触状况（搅拌）、有机负荷等；环境因素: 如温度、pH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。各项影响因素也以此为准。pH值的

6、影响产酸细菌适宜的pH值范围较广，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6.8-7.2之间。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6.8之上。缺点：控制复杂两相工艺开发温度对厌氧消化过程的影响可以在中温（3538）或高温（5255）进行消化；温度对消化速度影响很大，所以一般厌氧需要加温，但温度过高也不好（江西新余印染废水夏天生化效果差。缺点：反应的温度条件高；但可以由自产的甲烷来解决污泥龄厌氧污泥增殖生长速率慢，对环境条件变化敏感，需要较长的污泥龄才能获得稳定的处理效果。缺

7、点：系统启动慢；优点：剩余污泥量少。颗粒污泥的培养及商业化搅拌与混合微生物的酶促反应，必须充分混合；由于没有曝气，所以必须外加搅拌系统，水流、机械、生物消化气搅拌方法；无法强烈搅拌，影响处理效果（宁波萌恒企业厌氧塔底堵塞，凉的，不过水了，处理效果不好，目前正在改造） 。缺点：需加搅拌装置营养与C/N比对污水中的N、P要求低；： 200-300:5:1 ；COD：N：P = 800：5：1在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要。研究表明，合适的C/N为10-20:1。优点：节约药剂有毒物质包括有毒有机物、重金属离子和一些阴离子，甚至Na 离子等。对有机物来说，带醛基、双键、氯取代基

8、、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。缺点：易受冲击，有毒废水一般采用好氧处理技术。污水的厌氧生物处理工艺污水的厌氧处理工艺传统消化、化粪池厌氧生物滤池厌氧接触氧化上流式厌氧污泥床分段厌氧处理厌氧膨胀床和流化床厌氧生物转盘两相厌氧法传统厌氧消化池又称低速消化池，无加热和搅拌装置；有分层现象：只有部分容积有效；消化速率很低，HRT很长（30-90天）。化粪池 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。高速消化池设有加热和搅拌装置；缩短了有机物稳定所需的时间，提高了

9、沼气产量, 一般消化15天左右，运行稳定；但搅拌使污泥得不到浓缩，上清液不能分离，非SBR。两级消化池两级串联，第一级是高速消化池，第二级则不设搅拌和加热，主要起沉淀浓缩和贮存的作用，并能分离上清液；二者的HRT的比值一般为1:2。厌氧生物滤池厌氧滤池又称厌氧固定膜反应 器，是60年代末开发的新型高效厌氧处理装置。 滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。 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膜作用下，废水中的有机物被降解，并产生沼气，沼气从池顶部排出。厌氧生物滤池的类型 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

10、低；设备简单、操作方便。采用颗粒活性炭为载体，可以处理有毒废水； 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。厌氧生物滤池的工艺特点厌氧生物滤池的改进采用出水回流方法：增加水力冲刷力，避免系统堵塞；部分充填载体：采用混合工艺形式，具有生物膜和污泥双重优势，增加废水和微生物的接触面积和空隙；泥膜组合。采用软性填料。 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。厌氧接触法厌氧接触法的特点通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为10-15g/L，耐冲击能力强；容积负荷较普通

11、消化池高，中温消化时，一般为2-l0kgCOD/m3d，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15-30d，而接触法小于10d；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；混合液经沉降后，出水水质好，但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备。上流式厌氧污泥床反应器(UASB)上流式厌氧污泥床反应器，简称UASB反应器，是由荷兰的G. Letting等人在70年代初研制开发的。污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器。UASB 反应器构造由反应区、沉淀区和气室三部分组成。池形有圆形、方形、矩形。大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，则一般为矩形，高度一般

12、为3-8m，其中污泥床1-2m，污泥悬浮层2-4m，多用钢结构或钢筋混凝土结构，小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形。反应器内的污泥能形成颗粒污泥，平均浓度为50gVSS/L以上。颗粒污泥的扫描电镜照片产甲烷丝状菌上流式厌氧污泥床反应器的特点反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为30-40g/L；颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征，颗粒的直径一般在0.5-5.0mm之间，有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷为10-20kg COD/（m3d）；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。污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。国内应用

13、实例废 水温 度 反应器体积（m3）COD容积负荷g/m3.dCOD去除率%应用单位柠檬酸啤酒酒精维生素C38常温553542008200100050011.755-78-106-891.2859090无锡第二制药厂北京啤酒厂文王酒厂石家庄第一制药厂分段厌氧处理法不同工艺组合厌氧膨胀床和厌氧流化床载体：石英砂、无烟煤、活性炭、陶粒和沸石等，粒径一般为0.2-1mm；膨胀床：一般将床体内载体略有松动，载体间空隙增加但仍保持互相接触的反应器流化床：将上升流速增大到使载体可在床体内自由运动而互不接触的反应器.主要优缺点床内的微生物浓度很高；具有较高的有机容积负荷； 水力停留时间较短；回流具有较好的耐

14、冲击负荷的能力； 载体处于膨胀或流化状态，可防止堵塞； 主要缺点：载体流化耗能较大； 系统的设计运行要求较高。厌氧生物转盘构造与好氧生物转盘相似，不同之处在于盘片大部分 (70以上)或全部浸没在废水中，为保证厌氧条件和收集沼气，整个生物转盘设在一个密闭的容器内。主要特点 一般不需回流；不会发生堵塞； 具有较强的耐冲击负荷能力和处理稳定性； 运行管理方便,盘片造价高； 可处理含较高悬浮固体的有机废水； 应用： 玉米淀粉废水； COD去除率 70-90%，厌氧挡板反应器（ABR）是从研究厌氧生物转盘发展而来的，生物转盘不转动即变成厌氧挡板反应器。与生物转盘相比，可减少盘的片数和省去转动装置。两相厌

15、氧消化工艺厌氧消化反应分别在两个独立的反应器中进行，每一反应器完成一个阶段的反应，比如一为产酸阶段，另一为产甲烷阶段，故又称两段式厌氧消化法。产酸相产甲烷相进水出水按照所处理的废水水质情况，两步可以采用同类型或不同类型的消化反应器。第一步反应器可采用简易非密闭装置、在常温、较宽pH值范围条件下运行；第二步反应器则要求严格密封、严格控制温度和pH值范围。高浓度有机废水通常采用厌氧方法处理。最早的厌氧消化池反应器停留时间长，设备庞大，能耗高。而厌氧滤池、升流式厌氧污泥床（UASB)等第二代厌氧生物处理工艺的诞生，在一定程度上克服了第一代的缺点，但这些反应器均运行负荷低，在UASB反应器中，由于反应

16、器内混合强度不够，容易形成沟流，且在某些情况下污染物会对微生物产生抑制和毒害作用。为克服这些缺点，以颗粒污泥膨胀床（EGSB)反应器为典型代表的第三代厌氧处理工艺应运而生，EGSB是国际上九十年代在UASB的基础上开发出来的至今为止效率最高的废水厌氧生物反应器。厌氧生物处理工艺的新进展 内循环厌氧反应器（IC）（Internal Circulation）厌氧颗粒污泥膨胀床（EGSB）内循环厌氧反应器（IC）由荷兰PAQUES公司于20世纪80年代中期研制； 基于USAB概念而改进的新型反应器； 第三代厌氧生物反应器；3、工作原理第一个UASB反应器产生的沼气作为动力，实现下部混合液的内循环，使

17、废水获得强化的预处理；IC反应器实际上是由两个上下重叠的UASB反应器串联组成。第二个UASB反应器对废水继续进行后处理，使出水可达到预期的处理要求。优点：容积负荷率高，水力停留时间短；基建投资省，占地面积小；缺点：出水中含较多的细微颗粒，加重后续处理的负担；反应器内部结构较复杂，增加了安装和维护困难。南通衣依衬布有限公司IC厌氧反应器应用实例从荷兰帕克公司引进的IC工艺，已有工程应用，但其投资巨大（以500m3反应器为例，系统总投资1300万元），如此高的造价限制了该技术在我国的应用。开发适合国情的环保产品。90-957780-85610.520.314-62.530-4018土豆废水啤酒废

18、水溶解性COD去除率（%）总COD去除率（%）沼气产量(m3/kgCOD)水力停留时间(h)容积负荷 kgCOD/(m3.d)废水种类厌氧颗粒污泥膨胀床（EGSB） 是改进的UASB反应器，与UASB结构相同，运行不同通过维持较高的水流上升速度使颗粒污泥处于悬浮状态，或采用出水回流获得较高的搅拌强度，保证进水与颗粒污泥充分接触第三代厌氧反应器的主要代表工艺之一能在高负荷下取得高处理效率，尤其是在低温条件下，对低浓度有机废水的处理；EGSB反应器内维持很高的上升水流速度； 颗粒污泥性能良好，呈膨胀状态； EGSB对布水系统要求较为宽松，但对三相分离器要求比较严格； 采用处理水回流技术废水 初次沉

19、淀池换热器上流式厌氧污泥床生物接触氧化池二次沉淀池出水污泥回流沼气净化沼气利用沉渣利用某制药厂废水处理工艺流程车间排水，COD 1000015000mg/L初次沉淀池沉降后COD降低到 10000mg/L左右，沉渣可作饲料冬季需对废水加温到35度容积负荷为13kgCOD/(m3.d)，停留时间为24小时，出水COD降低到3000mg/L。经好氧生物接触氧化，出水COD降低到300mg/L厌氧生物处理的设计计算厌氧生物处理的设计计算一、流程和设备的选择 处理工艺的选择及其依据；采用单级或两级(段)消化；消化温度及加温工艺。 计算确定反应器容积的常用参数是负荷率L和消化时间t，公式为：二、厌氧反应

20、器的设计式中：V反应（消化）区容积，m3；Q污水设计流量， m3/d；t 消化时间，d；S0 污水的有机物浓度， gBOD5/LL 反应区的设计负荷，kgBOD5/（m3d）三、 消化池的热量计算厌氧反应甲烷化需较高的反应温度。需对投加的污泥加温及对反应池保温。加温所需的热量可以利用消化过程中产生的消化气提供。 产气量一般可按0.40.5m3/kg(COD)进行估算。消化气的热值大致为2100025000kJ/m3。如消化气提供热量不足，则由其他能源补充。 包括将废水提高到池温所需的热量和补偿池壁、池盖所散失的热量。 提高废水温度所需的热量为Q1：三、 消化池的热量计算式中：Q污水投加量，m3

21、/h； c 污水的比热容，约为4200kJ/（m30C）； t2 消化池温度， 0C； t1 污水温度， 0C。 通过池壁、池盖等散失的热量Q2与池子构造（散热面积A）和材料（传热系数K）有关，用下式估算：三、 消化池的热量计算式中：A散热面积，m2； K传热系数，kJ/（hm20C）； t2消化池内壁温度； 0C； t2消化池外壁温度； 0C。对于一般钢筋混凝土池，外面加绝缘层，K值约为2025 kJ/（hm20C）厌氧容积负荷参数经验值中温传统消化法： HRT=15d；L=13kgBOD/m3d;中温厌氧生物滤池和厌氧接触氧化：HRT=0.53d；L=310kgBOD/m3d;UASB :

22、 负荷可以进一步提高，但三相分离器要缜密设计。最好通过试验确定工艺参数水解酸化的设计计算水解酸化工艺印染、化工废水处理中常用水解酸化工艺水解酸化工艺根据产甲烷菌与水解产酸菌生长速度不同（不同温度），将厌氧处理控制在反应时间较短的厌氧处理第一和第二阶段。即在大量水解细菌、酸化菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质的过程，从而改善废水的可生化性，为后续处理奠定良好基础。水解池好氧池印染废水混凝沉淀水解酸化好氧二沉池出水水解酸化工艺污染物去除率设计计算方法容积按水力停留时间法设计：V=QHRT式中：V水解酸化反应器容积，m3；Q 设计流量， m

23、3/d；HRT 水力停留时间，h。设计计算方法水解酸化反应器的水力停留时间应通过试验或参照类似工程确定，在缺少相关资料时可参考下表取值。水解酸化反应器停留时间建议值水解酸化反应器的有效水深宜为46m，超高0.51.0m。工艺形式水解酸化、沉淀组合工艺水解酸化污泥回流进水出水沉淀池水解酸化接触法工艺水解酸化接触池进水出水内部悬挂填料泥膜复合型水解酸化工艺水解酸化接触池污泥回流进水出水沉淀池 厌氧和好氧技术的联合运用厌氧用于预处理，调节废水的可生化性的A/O联用：多用于难以生物处理的工业废水的处理。 一般来说工业废水的成分比较复杂，且含有较多的有毒物质，其可生化性较差，这时常常利用厌氧生物处理作为预处理或前处理，对废水的可生化性进行调节和改善，在经过一定时间的厌氧处理之后，在进入好氧生物处理系统，进行好氧生物的处理。 厌氧-缺氧-好氧法(A/A/O法)和缺氧-厌氧-好氧法(倒置A/A/O法)，可以在去除BOD和COD的同时，达到脱氮、除磷的效果。厌氧和好氧技术的联合运用某印染有限公司2400吨/日棉印染废水处理工程实例 安徽某印染有限公司是一家经营家用纺织品为主的现代化跨国公司。该公司产生污水的工序有棉纺的煮练、退浆、染色等工序，分别排放含有烧碱、双氧水、渗透剂、淀