废水的厌氧生物处理

废水的厌氧生物处理第1页/共99页厌氧生物处理废水厌氧处理内容概要:1.厌氧生物处理概述2.厌氧工艺流程3．厌氧生物处理反应器4．厌氧生物处理的设计与计算第2页/共99页第一节废水厌氧生物处理概述第3页/共99页厌氧生物处理

1．厌氧生物处理概述19世纪末－20世纪初：废水和粪便处理,反应时间长,出水水质差;1860年法国人Mouras把简易沉淀池改进作为污水污泥处理构筑物使用，1881年法国杂志将Mouras创造的称为自动净化器(AutomaticScasenger)。1895年英国Donald设计了厌氧化粪池。厌氧化粪池的创建，是厌氧处理工艺发展史上的里程碑。从此，厕所等家庭用生活污水可通过化粪池得到较好的处理。WaterPollutionControlEngineering第4页/共99页1903年英国出现了Travis池。废水从一端流入，从另一端流出，两侧沉淀区分离出的污泥，在池中间的中下部分消化，产生的沼气从中间上部分排出，不会影响两侧的沉淀区。1905年德国人Imhoff对Travis池作了改进，设计了Imhoff池，又称隐化池，我国也称双层沉淀池。这种池型构造把污水的沉淀与污泥的消化完全分开，彼此不发生干扰。这种装置在本世纪20年代被广泛应用与欧美各国。化粪池和双层沉淀池至今在排水工程中仍占有重要地位。厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineering第5页/共99页中期--被好氧工艺取代,在污泥处理方面有应用,污泥的厌氧消化;普通消化池是这时期的主要反应器。70年代后--重新发展,环境问题和能源危机,

开发了新的厌氧生物处理反应器.以UASB,厌氧接触工艺为代表的多种工艺，均实现高的污泥浓度高的负荷，得到广泛应用。应用现状:(A).废水处理,高浓度和高温度废水;(B).污泥处理和城市垃圾处理;(C).生物质的资源化和能源化应用.厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineering第6页/共99页厌氧生物处理

1.1厌氧生物处理的原理(1).复杂有机物的厌氧生物处理：

(A).水解.在细胞外酶作用下,将大分子有机物水解为小分子溶解性有机物,如多糖-单糖，脂肪-脂肪酸甘油,蛋白质-氨基酸,小分子进入细胞内.难降解或高分子的有机物水解过程较慢,或可能成为速率限制步骤,颗粒有机物的大小,温度,pH,有机物组成成分,氨浓度,水力停留时间等影响水解速率.WaterPollutionControlEngineering第7页/共99页厌氧生物处理水解可以部分实现对难生物降解有机物的分解,促进后续处理过程的生物有效性,故对难降解废水可以预置厌氧反应器.WaterPollutionControlEngineering温度(℃)停留时间d脂肪纤维素蛋白质15601560156015000.030.0180.020.01250.090.030.270.160.030.01350.110.040.620.210.030.01温度,停留时间对水解速率常数Kh的影响第8页/共99页厌氧生物处理(B)．酸化.产酸细菌酸化,将溶解性有机物转化为挥发性脂肪酸和醇为主要产物的过程,主要生成有机酸(甲酸,乙酸,丙酸,丁酸等)、醇(乙醇),H2,CO2,NH3,N2,H2S等；酸化过程速率较快,产物对产甲烷过程影响较大,酸化过程产物与厌氧的条件,底物种类和微生物组成有关系,主要有三类:丙酸型,丁酸型和乙醇型.人们常常将不完全厌氧处理过程称为水解酸化.WaterPollutionControlEngineering第9页/共99页厌氧生物处理(C)．产氢产乙酸.水解酸化产物(主要是2个C以上的有机酸,不包括乙酸)在产氢产乙酸细菌作用下生成氢,乙酸和CO2；主要反应:(醇和高级脂肪酸反应生成乙酸)CH3CH2OH+H2O=CH3COO-+H++2H2CH3CH2COO-+H2O=CH3COO-+H++HCO3-+3H2丁酸,丙酸等转化为乙酸的过程由于标准吉布斯自由能为正值,只有反应产物H+和H2的浓度低反应可以进行.WaterPollutionControlEngineering第10页/共99页厌氧生物处理(D)．产甲烷.主要在两类不同的甲烷细菌下产生CH4,是严格厌氧过程.乙酸脱羧:2CH3COOH＝2CH4+2CO2

氢还原CO2:4H2+CO2＝CH4+2H2O3H2+CO＝CH4+H2O2H2O

+4CO＝CH4+3CO2

此外还有利用醇还原CO2

得到甲烷和有机酸等途径.WaterPollutionControlEngineering第11页/共99页厌氧生物处理厌氧生物处理的原理和过程示意:WaterPollutionControlEngineering复杂有机物挥发酸醇CO2+H2乙酸CH4水解酸化产氢产乙酸产甲烷

5%20%28%72%简单有机物10%13%35%17%30%第12页/共99页厌氧生物处理(2).其他厌氧生物处理A.硫酸盐还原:化能异氧型的硫酸盐还原细菌(SRB,SulfateReducingBacteria)利用废水的有机物作为电子供体,将氧化态硫化合物(SO42-,SO32-等)还原为低价态硫化合物(HS-,H2S,S2-等)的过程。低浓度硫化合物由于存在对H2的利用,对厌氧处理有机物一定程度是促进的;但较高浓度的硫酸盐会严重抑制有机物的厌氧生物降解过程(竞争底物对产甲烷菌不利;产生的H2S对微生物不利)。WaterPollutionControlEngineering第13页/共99页厌氧生物处理B.反硝化:硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)在厌氧或缺氧条件下被还原为氮气(N2)的过程.C.光合细菌:光能异养的光合细菌在无氧条件下利用简单有机物进行光合作用,然后在微氧或有氧条件下进行氧化代谢.光合细菌只能利用低分子量的有机物,所以需要水解作为前处理过程.WaterPollutionControlEngineering第14页/共99页厌氧生物处理D.厌氧氨氧化(ANAMMOX,AnaerobicAmmoniumOxidation)：是指在厌氧条件下,微生物直接以NH4+为电子供体，以NO3-或NO2-为受体,将NO3-,NO2-,NH4+转变成N2的生物转化氧化过程.N的转化过程并未清楚.WaterPollutionControlEngineering第15页/共99页厌氧生物处理1.2厌氧生物处理的微生物(A).水解酸化菌：细菌、真菌和原生动物,多为专性厌氧菌或兼性,根据分解有机物的不同,分为纤维素、碳水化合物、蛋白质、脂肪分解菌等.(B).产乙酸菌：分2类-产氢产乙酸菌和同型乙酸菌,厌氧或兼性菌.产氢产乙酸菌将有机酸转化为氢和乙酸,同型乙酸菌将H2+CO2转化为乙酸,或将醇等转化为乙酸.WaterPollutionControlEngineering第16页/共99页厌氧生物处理产氢产乙酸菌：将有机酸转化为氢和乙酸.如丙酸转化为乙酸过程:CH3CH2COOH+2H2O＝CH3COOH+3H2+CO2同型乙酸菌:将H2+CO2转化为乙酸,或将醇等转化为乙酸.如乙醇转化为乙酸:CH3CH2OH+H2O＝CH3COOH+2H2WaterPollutionControlEngineering第17页/共99页厌氧生物处理(C).产甲烷菌：严格厌氧菌。对环境的条件要求比较苛刻,对pH,温度,氧,有毒物质浓度等较敏感.WaterPollutionControlEngineering第18页/共99页厌氧生物处理厌氧微生物与好氧微生物参数的比较WaterPollutionControlEngineering细菌类型世代时间dY(VSS/COD)Kmax(gCOD/gVSS·d)Ks(mmol/L)产酸发酵0.1250.1439.6未见报道产氢产乙酸3.50.036.60.4产甲烷(用H2)0.50.0719.60.004甲烷丝菌70.025.00.3甲烷八叠球菌1.50.0411.65.0活性污泥0.030.4057.80.25第19页/共99页厌氧生物处理1.3

厌氧生物处理影响因素甲烷菌增殖速率慢,世代周期长,受环境影响大,对pH敏感,产甲烷菌是废水处理系统控制因素,对废水厌氧生物处理的主要因素是甲烷菌的影响因素.(1).pH：最适宜在6.8～7.2,由于酸化和产乙酸,系统pH容易降低,此外蛋白质降解的氨能够缓冲,系统中酸、碱度、CO2、氨降解速率达到平衡.WaterPollutionControlEngineering第20页/共99页厌氧生物处理(2).温度：常温,10～30℃；中温,35℃左右有适宜温度；高温,53℃左右.高温对微生物杀灭作用强,温度要求波动小.WaterPollutionControlEngineering第21页/共99页消化温度与消化时间的关系:厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineering第22页/共99页厌氧生物处理(3).污泥龄：要求大,20～30d,厌氧微生物世代时间长.(4).营养物质：COD:N:P=800:5:1,BOD:N:P=100:2.5:1左右.与好氧工艺相比对N,P等营养物质需求少.(5).氧化还原电位：绝对厌氧条件,-0.2V以下.(6).有机负荷：过高,产酸速率大于产甲烷,酸积累,pH下降;水力负荷大,微生物流失;过低,反应器体积大,运行投资费用大.WaterPollutionControlEngineering第23页/共99页厌氧生物处理(7).搅拌与混合：需要搅拌措施，不能过度搅拌影响微生物的生活环境。因为产乙酸和产甲烷菌的严格共生关系。(8).有毒物质：H2S和NH3等，对微生物有毒害作用，NH3的毒害作用以NH4+形式，与pH有关。WaterPollutionControlEngineering第24页/共99页厌氧生物处理1.4

厌氧生物处理工艺特点①负荷高:容积负荷高,运行费用低,可回收CH4,好氧法－如普通活性污泥0.5,普通生物滤池0.3,生物转盘1.0,生物接触氧化2-5,生物流化床<10.0,厌氧法中温,以COD计算－UASB,10-20,高温最高达40-50.②剩余污泥量少:而且比较容易压缩和脱水,性质稳定,如好氧0.3～0.6kgVSS/kgCOD,厌氧0.05～0.1,相当于好氧1/5或更少.WaterPollutionControlEngineering第25页/共99页厌氧生物处理③对高浓度废水能耗低：低浓度时厌氧生物处理能耗比好氧高,很高浓度废水厌氧处理有剩余能量.④营养物质需要少，COD:N:P=500:5:1左右.

WaterPollutionControlEngineering好氧法厌氧法废水浓度能量第26页/共99页厌氧生物处理⑤应用范围广:可以处理低浓度或高浓度废水,由于厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解的一些有机物进行降解或部分降解,可以处理难降解废水,城市污水工业废水,可以处理高温废水.目前基本上在污泥处理,高浓度工业废水,难降解废水应用多.对生物质进行处理.脱氮除磷也涉及。⑥卫生：高温法可以基本杀灭病原微生物.

WaterPollutionControlEngineering第27页/共99页厌氧生物处理⑦出水水质差:通常需要进一步好氧处理才能达标.⑧微生物增殖速度慢,处理水量宜小,厌氧生物处理的气味较大,对氨氮的去除效果不好.⑨操作控制条件要求较严格,设备结构复杂.厌氧过程中所涉及到的生化反应过程较为复杂，不同种属间细菌的相互配合或平衡较难控制；厌氧微生物特别是产甲烷细菌对温度、pH等环境因素非常敏感.WaterPollutionControlEngineering第28页/共99页1.5

废水厌氧生物处理动力学简介好氧的动力学方程仍适用,厌氧生化反应动力学方程:厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineeringS底物浓度,X污泥浓度,Y厌氧产率系数,kd厌氧的内源代谢系数.第29页/共99页第二节废水厌氧生物处理工艺流程第30页/共99页厌氧生物处理2.厌氧工艺流程2.1两级厌氧根据厌氧过程CH4产生的规律设计,以节省加温与搅拌消耗的能量.在厌氧消化过程中,初始阶段产生CH4多,第一级消化池有加温、搅拌、集气装置,第二级消化池无,节省了能量.2.2两相厌氧根据厌氧机理设计,使各消化池具有最佳微生物生长环境.水解酸化,产氢产乙酸阶段需要环境条件接近,作为第一池(相)；把产甲烷阶段作为第二池(相),有加温、搅拌、集气装置,第二池容积小,所以加温搅拌能耗也少,运行管理较方便等.WaterPollutionControlEngineering第31页/共99页第三节废水厌氧生物处理反应器第32页/共99页厌氧生物处理3．厌氧生物处理反应器第一代厌氧反应器：第一代厌氧反应器由于无法对水力停留时间和污泥停留时间分离,造成处理废水的停留时间至少需要20～30d,因此处理污水效率低.第二代厌氧反应器：50年代-厌氧接触工艺，60年代-厌氧滤池(AF),70年代-UASB反应器,标志着厌氧反应器的研究进入了新的时代.以这些反应器为代表的第二代厌氧反应器的共同特点,就是实现了污泥停留时间与水力停留时间相分离,从而提高了反应器内污泥的浓度.

WaterPollutionControlEngineering第33页/共99页厌氧生物处理

第三代厌氧反应器：高效厌氧反应器中不仅要分离污泥停留时间和水力停留时间,保持高的污泥浓度,还应使进水与污泥之间保持充分的接触.但是单纯地改善混合状况有时会出现污泥的流失,因此为了解决这一问题,20世纪90年代以来国际上相继开发出了以厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB),内循环式厌氧反应器(IC),厌氧上流污泥床/过滤器(UBF)和厌氧序批式间歇反应器(ASBR)等为典型代表的第三代厌氧反应器.

WaterPollutionControlEngineering第34页/共99页厌氧生物反应器也可以根据微生物的生长状态分为三类：厌氧活性污泥：悬浮生长污泥厌氧生物膜：附着生长污泥厌氧污泥层：污泥形成颗粒污泥层。WaterPollutionControlEngineering厌氧生物处理第35页/共99页厌氧生物处理

3.1化粪池池内分3层,上层浮渣(泥);下层为污泥,中间是水.用来处理含粪便的污水,远离城市的宾馆等污水.流量很小的场合.生活污水一般需经过化粪池处理.WaterPollutionControlEngineering化粪池示意图第36页/共99页厌氧生物处理3.2厌氧消化池

主要应用于处理城市污水厂的污泥，也可应用于处理固体含量很高的有机废水；圆柱形或蛋形池,有盖子,保持温度、收集甲烷,维持厌氧环境,需要搅拌和加温。特点：水力停留时间长,容积负荷低,可处理SS大的废水甚至有大块物料的废水,结构较简单,固液分离在同池进行,生物量小效率低下,对无搅拌的反应器存在分层微生物与有机物接触不足,温度不均匀等.WaterPollutionControlEngineering第37页/共99页厌氧生物处理(1)传统消化池：传统消化池又称为低速消化池，在池内没有加热和搅拌装置，所以有分层现象，一般分为浮渣层、上清液层、活性层、熟污泥层等，其中只有在活性层中才有有效的厌氧反应过程在进行，因此在传统消化池中只有部分容积有效；传统消化池的最大特点就是消化反应速率很低，HRT很长，一般为30~90天.

WaterPollutionControlEngineering第38页/共99页厌氧生物处理传统消化池示意图：WaterPollutionControlEngineering第39页/共99页厌氧生物处理(2)高速消化池:与传统消化池不同的是，在高速消化池中设有加热和/或搅拌装置，因此缩短了有机物稳定所需的时间，也提高了沼气产量，在中温（30~35C）条件下，其HRT可以为15天左右，运行效果稳定；但搅拌使高速消化池内的污泥得不到浓缩，上清液与熟污泥不易分离。WaterPollutionControlEngineering第40页/共99页厌氧生物处理高速消化池示意图:WaterPollutionControlEngineering第41页/共99页厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineering(3)两级串联消化池:两级串联，第一级采用高速消化池，第二级则采用不设搅拌和加热的传统消化池，主要起沉淀浓缩和贮存熟污泥的作用，并分离和排出上清液；二者的HRT的比值可采用1:1~1:4，一般为1:2。第42页/共99页厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineering两级串联消化池示意图:第43页/共99页厌氧生物处理3.3厌氧生物滤池60年代末，美国的Young和McCarty首先开发出厌氧生物滤池；1972年以后，厌氧生物滤池投入运行，处理的废水的COD浓度范围较宽，约在300~85000mg/l之间，处理效果良好，运行管理方便.与好氧生物滤池相似，厌氧生物滤池是装填有滤料的厌氧生物反应器，在滤料的表面形成了以生物膜形态生长的微生物群体，在滤料的空隙中则截留了大量悬浮生长的厌氧微生物，废水通过滤料层向上流动或向下流动时，废水中的有机物被截留、吸附及分解转化为甲烷和二氧化碳等。WaterPollutionControlEngineering第44页/共99页厌氧生物处理特点：由于填料,微生物附着生长,生物量大,生物停留时间长,耐冲击负荷;与消化池比,强化传质,处理能力高;污泥附着生长,不容易流失,出水SS低，无污泥回流和搅拌；设备简单操作容易方便等.下部容易堵塞,对SS高废水不宜,容易形成短路,考虑废水回流和预处理.WaterPollutionControlEngineering第45页/共99页厌氧生物处理根据废水在厌氧生物滤池中的流向的不同，可分为升流式厌氧生物滤池、降流式厌氧生物滤池和升流式混合型厌氧生物滤池等三种形式，即分别如下图所示：WaterPollutionControlEngineering第46页/共99页厌氧生物处理3.4厌氧流化床

水底部进,小固体颗粒填料为载体,0.5mm左右,需要回流使载体膨胀.特点：比表面大,微生物浓度大,几十克/L,容积负荷大,中温达到20～40kgCOD/m3·d;耐冲击负荷运行稳定;流化能耗大,需要载体.

WaterPollutionControlEngineering填料层进水出水CH4第47页/共99页厌氧生物处理3.5厌氧生物转盘与好氧生物转盘同,但需要密闭,盘片全部浸没在废水中,组成：盘片,反应槽(密封)、转轴,驱动装置.WaterPollutionControlEngineering特点：微生物浓度大、负荷高;不需水回流、污泥回流;耐冲击负荷;盘片造价高.转动盘片固定盘片进水出水转轴CH4反应槽第48页/共99页厌氧生物处理3.6厌氧挡板反应器由厌氧生物转盘发展的,若干挡板将水隔成升流,降流交替,相当于很多UASB组成,进水浓度大需要回流.WaterPollutionControlEngineering特点：类似UASB和厌氧生物转盘；污泥浓度大,容积负荷高;既存在颗粒污泥,又存在生物膜,耐冲击负荷;不容易堵塞;不需载体,不需搅拌.缺点同厌氧生物转盘,盘片.CH4进水出水回流挡板第49页/共99页厌氧生物处理3.7厌氧接触法(1)

原理:通过在反应器后设置沉淀池,将污泥回流到反应器以增加污泥浓度.WaterPollutionControlEngineering厌氧接触法工艺流程消化池废水脱气沉淀池剩余污泥沼气回流污泥第50页/共99页厌氧接触法工艺的特点是污泥回流，就使得消化池的HRT与SRT得以分离，即系统的污泥龄(SRT,即)下式计算：厌氧细菌生长缓慢，基本可不排放污泥，则Qw=0，则：厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineering第51页/共99页普通高速厌氧消化池，由于其Xe=X，所以其c=HRT，因此在中温条件下，为了满足产甲烷菌的生长繁殖，SRT要求20~30d，因此高速厌氧消化池的HRT为20~30d。厌氧接触工艺，由于X>>Xe，所以HRT<<SRT；而且X越大，则HRT可以越短,HRT可以缩短到几小时~十几小时.厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineering第52页/共99页厌氧生物处理(2)厌氧接触工艺本质：属于厌氧活性污泥工艺,污泥悬浮生长.沉淀池泥水分离困难(?)解决方法：①真空脱气,使气泡破裂;②热交换急冷却，以抑制产气过程;③絮凝沉淀;④

采用膜滤；⑤浮选

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WaterPollutionControlEngineering第53页/共99页厌氧生物处理(3)厌氧接触工艺特点：污泥浓度高，过高易造成污泥膨胀(类似好氧活性污泥);容积负荷较高；处理能力强,适合处理高SS废水,无堵塞问题;增加了回流、沉淀、脱气等设备,且脱气困难,抗冲击负荷能力不强.WaterPollutionControlEngineering第54页/共99页厌氧生物处理3.8升流式厌氧污泥床(UASBUpflowAnaerobicSludgeBlanket)(1)UASB工艺原理：生物反应与沉淀一体,反应器同时具有沉淀功能,进水从下向上通过反应器,底部存在污泥浓度很高活性很高的污泥层,颗粒污泥层；上为悬浮污泥层,两污泥层为反应区。三相分离器：气液固分离.形成颗粒污泥是UASB工艺的关键,关于颗粒污泥的形成机理.WaterPollutionControlEngineering第55页/共99页厌氧生物处理(2)

UASB反应器结构：进水分配系统：配水均匀反应区：颗粒和悬浮污泥三相分离：作用等于沉淀池,收集气体WaterPollutionControlEngineering第56页/共99页1)进水配水系统：功能：①废水均匀地分配到反应器底部；②水力搅拌；

2)反应区：分为污泥床区和污泥悬浮区,污泥床区集中了高活性的颗粒污泥，污泥悬浮区是絮状污泥集中的区域.

3)三相分离器：功能:①将气,固,液分开;②保证出水水质;③维持反应器内污泥量;④有利于污泥颗粒化.

厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineering第57页/共99页UASB反应器外观厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineering第58页/共99页UASB反应器收集沼气警示牌厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineering第59页/共99页UASB反应器沼气收集管厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineering沼气第60页/共99页UASB反应器中间沉淀池表面有大量的沼气释放！厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineering第61页/共99页厌氧生物处理(3).UASB工艺特点：①底部污泥浓度大,水力停留时间短(接近好氧),容积负荷高；②底部污泥以颗粒存在,最大比重达1.04~1.08,污泥颗粒化后使反应器对不利条件的抗性增强,所以耐冲击负荷；③颗粒污泥的相对密度比人工载体小,在一定的水力负荷下,可以靠反应器内产生的气体来混合,可省去搅拌和回流污泥所需的设备和能耗；WaterPollutionControlEngineering第62页/共99页厌氧生物处理④沉降良好的颗粒污泥避免了附设沉淀分离装置,辅助脱气装置和回流污泥设备,简化了工艺,节约了投资和运行费用；⑤容积利用率高,无堵塞问题；处理效果好;⑥需要分离器,如果污泥膨胀则污泥流失；⑦启动时间长,对水质要求,(SS不能太高,排泥少,形成污泥密度低),对N,P去除效果差;操作管理要求高.

WaterPollutionControlEngineering第63页/共99页厌氧生物处理(4)UASB反应器中的(颗粒)污泥:颗粒污泥和悬浮污泥.

反应器底部是颗粒污泥,污泥浓度大;反应器中部是悬浮污泥,污泥浓度较大.WaterPollutionControlEngineering第64页/共99页UASB反应器内污泥浓度特征A:水力负荷低B:水力负荷高厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineeringAB第65页/共99页颗粒污泥的性质:

能在反应器内形成沉降性能良好、活性高的颗粒污泥是UASB反应器的重要特征，颗粒污泥的形成与成熟，也是保证UASB反应器高效稳定运行的前提.(1)颗粒污泥的外观(2)颗粒污泥的组成(3)颗粒污泥的培养驯化厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineering颗粒污泥第66页/共99页厌氧生物处理颗粒污泥层的形成与培养(反应器启动):

(1)最初的污泥负荷应低于0.1～0.2kgCOD/(kgSS·d)；(2)废水中原来存在和产生出来的各种挥发酸未能有效地分解之前，不应增加反应器负荷；(3)反应器内的环境条件应控制在有利于厌氧细菌繁殖的范围内；(4)种泥量应尽可能多，一般应为10～15kgVSS/m3；(5)控制一定的上升流速，允许多余的污泥冲洗出来，截留住重质污泥。WaterPollutionControlEngineering第67页/共99页厌氧生物处理形成颗粒污泥层的过程：第一阶段：启动与提高污泥活性阶段；有机负荷≤1kgCOD/（m3·d），时间约1～1.5个月。第二阶段：形成颗粒污泥阶段；有机负荷选择1～3kgCOD/（m3·d），颗粒逐渐成长为直径1～3mm左右的颗粒污泥，此阶段1～1.5月。第三阶段：逐渐形成颗粒污泥层阶段。反应器的有机负荷大于3～5kgCOD/（m3·d），随着负荷的提高，反应器的污泥总量逐渐增加，污泥层逐渐提高，颗粒污泥层需要3～4个月。WaterPollutionControlEngineering第68页/共99页厌氧生物处理颗粒污泥性质1.颗粒污泥的物理性质(1)形状不规则，一般呈球形或椭球形，直径0.1～2mm左右，最大可达3～5mm；(2)颜色呈灰黑色或褐黑色；(3)相对密度一般为1.01～1.05左右；(4)污泥指数(SVI)与颗粒大小有关，颗粒污泥一般为10mL/gSS；(5)颗粒污泥在反应器中的沉降速率一般为0.3～0.8m/h；2.颗粒污泥的成分含有微生物及分泌物外。一般都含有惰性物质，还含有金属离子。成熟的颗粒污泥，VSS/SS一般为70％～80％，根据废水性质可在30％～90％。WaterPollutionControlEngineering第69页/共99页厌氧生物处理(5)UASB反应器中的结构设计UASB反应器在一定程度上还属于较新的废水处理工艺技术，在实际应用过程中还存在着许多不确定因素，因此还没有形成完善的工程设计的计算方法。UASB反应器设计需要考虑的主要因素为：(1)废水组成成分和固体含量；(2)有机容积负荷；(3)上升流速；(4)三相分离系统；(5)布水系统和水封高度等物理特性。WaterPollutionControlEngineering第70页/共99页厌氧生物处理废水性质:废水溶解性COD越高,负荷可以越大;进水SS不宜高于6g/L.上升流速:上升流速相当于表面水力负荷(m3/m2·

d),考虑污泥的沉降性能.WaterPollutionControlEngineering废水性质上升流速m/h反应器高度msCOD近100%1.56-10部分sCOD1.03-7城市污水0.93-5第71页/共99页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进行考虑，多采用进水容积负荷法确定，即：式中：Q--废水流量，m3/d；Si--进水有机物浓度，mgCOD/l；Lv--COD容积负荷，kgCOD/m3·d。厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineering第72页/共99页UASB反应器的容积负荷与反应温度、废水性质和浓度以及是否能够在反应器内形成颗粒污泥等多种因素有关，在不同的反应温度下的进水容积负荷的选择可参考如下数据：

厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineering温度(℃)设计容积负荷（kgCOD/m3·d）高温（55~65）20~30中温（35~38）10~20常温（20~25）5~10低温（~15）2~5第73页/共99页厌氧生物处理三相分离器的结构气、固、液分离器又称三相分离器，由沉淀区、集气室(或称集气罩)和气封组成，其功能是把气体(沼气)、固体(微生物)和液体分离。气体被分离后进入集气室(罩)，然后，固液混合液在沉淀区进行固液分离，下沉的固体藉重力由回流缝返回反应区。

WaterPollutionControlEngineering第74页/共99页厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineering三相分离器的结构设计示意图第75页/共99页厌氧生物处理三相分离器的设计应考虑以下几方面的因素：(1)沉淀器底部倾角应较大，可选择α＝45°~60°(2)沉淀器内最大截面的表面水力负荷应保持在us=0.7m3/m2·d以下，水流通过液固分离孔隙的平均流速应保持在u0=2m3/m2·d以下；(3)气体收集器间缝隙的截面面积不小于总面积的15％~20％;(4)对于高为5~7m的反应器，气体收集器的高度应为1.5~2m;(5)b＝100~200mm；(6)控制气室的水面高度及压力。WaterPollutionControlEngineering第76页/共99页厌氧生物处理EGSB结构示意图：比UASB多出水循环系统WaterPollutionControlEngineering膨胀的颗粒污泥三相分离器CH4进水出水3.9厌氧膨胀颗粒污泥床

(ExpandedGranularSludgeBed,EGSB):与UASB比,具有更高的液体升速,使颗粒污泥床处于膨胀状态.第77页/共99页厌氧生物处理EGSB特点：①工作区为流态化的初期,即膨胀阶段,进水流速较低,在充分保证进水基质与污泥颗粒接触的条件下,加速生化反应,增加容积负荷；反应器高度大-占地面积小;②有利于减轻或消除静态床(如UASB)中常见的底部负荷过重的状况,增加对毒物的承受能力,更耐冲击负荷;③避免反应器内死角和短流,均匀了负荷,运行稳定;④为使污泥膨胀,采用出水循环,需要更高的动力;WaterPollutionControlEngineering第78页/共99页厌氧生物处理3.10内循环式厌氧反应器

(InternalCirculation,简称IC):IC反应器实际上是由底部和上部两个UASB反应器串联叠加而成。反应器具有两个三相分离器,使生物量得到有效滞留：进水和循环回流的泥水在膨胀床部分充分混合，使进水得到稀释和调节，并在此形成致密的厌氧污泥膨胀床.

WaterPollutionControlEngineering第79页/共99页IC反应器的结构示意图:利用的CH4气提作用实现内循环;在无外能量的条件下,实现一级反应器的污泥膨胀-流化态.核心是在UASB基础上实现了内循环.厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineeringCH4气水分离室进水出水H2O1.一级三相分离器;2.沼气提升管;3.气水分离器;4.回流管;5.二级三相分离器;6.沉淀区123456第80页/共99页IC反应器外观第81页/共99页厌氧生物处理IC反应器的特点(优点)：①工作区为完全的流态化,传质效果好,反应速率高；②克服底部负荷过重的状况.增加对毒性物质的承受能力.更耐冲击负荷；③避免反应器内死角和短流的产生.均匀了负荷,运行稳定；WaterPollutionControlEngineering第82页/共99页IC反应器特点(缺点):④

反应器结构复杂,施工,安装,维护和管理困难;⑤反应器高度大,动力和能耗较大;⑥反应器构造对运行有很大的影响,设计参数方面还不成熟.厌氧生物处理WaterPollutionControlEngineering第83页/共99页厌氧生物处理3.11上流污泥床/过滤器(UpflowBlanketFilter,简称UBF):UBF是在UASB和AF的基础上开发成功的新型复合式厌氧反应器,该新型反应器可以充分发挥UASB和AF两种高效反应器的优点.WaterPollutionControlEngineering颗粒污泥滤料层出水排泥集气第84页/共99页厌氧生物处理特点：①反应器上部的填料层增加了生物总量,又可防止生物洗出,还可加速污泥与气泡的分离,降低污泥流失,反应器积累微生物能力增强,有机负荷更高；②启动速度快,处理率高,运行稳定；③与UASB比较,不需要三相分离器；④填料价格昂贵.WaterPollutionControlEngineering第85页/共99页总结厌氧生物反应器：厌氧活性污泥：厌氧接触厌氧生物膜：厌氧生物滤池,厌氧流化床，厌氧生物转盘厌氧颗粒污泥：UASB,EGSB,ICWaterPollutionControlEngineering厌氧生物处理第86页/共99页第四节废水厌氧生物处理设计计算第87页/共99页厌氧生物处理4．厌氧生物处理的设计与计算4．1反应器设计计算（A）反应器有效容积V计算:V＝QtV＝QS0/Nv经验公式。厌氧生物反应器设计的说明，UASB。WaterPollutionControlEngineering第88页/共99页厌氧生物处理4．2污泥浓度计算:水力停留时间(HRT)与污泥龄(SRT)相同(完全混合厌氧反应器,消化池)水力停留时间：t=V/Q污泥龄：θc==V/Q=t因为出水的微生物浓度Xe=反应器内微生物浓度X,所以水力时间等于污泥龄。Nv＝QS0/V＝S0/θc或者θc＝S0/Nv如S0取20000mg/L，Nv为1.5kgCOD/m3d，则θc＝13.3d,提高泥龄,只有降低负荷.WaterPollutionControlEngineering第89页/共99页厌氧生物处理污泥浓度：X==以20℃乙酸计算