生物处理法-厌氧生物处理1详解课件

6.4厌氧生物处理法

（Anaerobicbiologicalprocess）

UASB系统

6.4.1厌氧消化法概述6.4.1.1

厌氧消化法在无氧条件下，通过厌氧微生物包括兼氧微生物的作用，将污水中的各种有机物分解转化为甲烷和CO2等物质的过程，故也称为厌氧生化法。过去，它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，在构筑物形式上主要采用普通消化池。由于存在水力停留时间长，有机负荷低等缺点，较长时期限制了它在废水处理中的应用。上世纪70年代以来，世界能源的短缺日益突出，能产生能源的厌氧技术受到重视，研究和实践不断深入，开发了各种新型的工艺和设备，大幅度提高了厌氧生化法的效率。目前厌氧生化法不仅可以处理有机污泥和高浓度有机废水，也能处理中、低浓度的有机废水，包括城市生活污水(除磷）。它是环境工程与能源工程中的一项重要技术。6.4.1.2

厌氧消化法的发展6.4.2厌氧消化法的基本原理厌氧消化处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要的细菌: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。因而厌氧消化过程也可大致地分为三个连续的阶段，即水解产酸细菌阶段、产氢产乙酸细菌阶段和产甲烷细菌阶段。厌氧消化水解产酸细菌产氢产乙酸阶段产甲烷阶段产气阶段第一阶段：水解产酸

（anaerobic）阶段

复杂的大分子、不容性有机物先在胞外酶的下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞内，分解产生有机酸、醇和醛等,但以高级脂肪酸为主。在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸转化为乙酸和氢，在降解奇数碳有机酸时还形成CO2.

CH3CH2CH2CH2COOH+2H2O=CH3CH2COOH＋CH3COOH＋2H2CH3CH2COOH＋2H2O=CH3COOH＋3H2+CO2第二阶段：产氢产乙酸(acetogenic)阶段第三阶段：产甲烷(methanogenic)阶段此过程由不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的l/3后者约占2/3

4H2+CO2=CH4+2H2O(占1/3)CH3COOH=2CH4＋2CO2(占2/3)7厌氧消化的三个阶段和COD转化率

上述三阶段的反应速度依废水的性质而异，在含纤维素，果胶和脂肪等污染物为主的废水中，第一步水解反应为控制步骤；简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质能被微生物迅速分解，对于含这类有机物的废水，第三步产甲烷反应为控制步骤。虽然厌氧消化过程可分为以上三个阶段，但在厌氧反应器中，三个阶段是同时进行的，并保持某种程度上的动态平衡。6.4.3厌氧消化工艺70年代以来，厌氧生物处理法的研究进展很快，开发出了许多新的废水厌氧处理工艺，如：

上流式厌氧污泥床反应器厌氧流化床反应器厌氧生物转盘厌氧活性碳过滤法等传统消化池厌氧接触法上流式厌氧污泥床反应器本课程主要介绍三种基本的工艺6.4.3.1传统消化池(化粪池conventionaldigester)1）构造

进水出水排泥沼气浮渣污泥水活性层消化池常用密闭的圆柱形池，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和上部排出，所产沼气从顶部排出。池径从几米至三、四十米，柱体部分的高度约为直径的1/2，池底呈圆锥形，以利排泥。2)特点

A：结构简单，造价低.B：一般在消化池内不设搅拌设备，因而池内污泥有分层现象，仅一部分池容积起有机物分解作用，池底部容积主要用于贮存和浓缩污泥。污水与厌氧微生物的接触较差，处理效率低，污水停留时间短，一般作为预处理。D:温度不均匀，消化效率低6.4.3.2厌氧接触工艺

(anaerobiccontactprocess）

为了克服普通消化池不能停留或补充厌氧活性污泥的缺点，在消化池后设沉淀池，将部分污泥回流至消化池，形成厌氧接触法。它的流程类似于传统的好氧活性污泥法,但消化中用机械方法或泵循环等进行搅拌。1）构造

为了在厌氧反应器中维持较多的生物，为了防止已生成的微生物随水流走，有人研制了厌氧滤池。这种滤池中填满了不同种类的填料，与一般的好氧生物滤池相同。整个填料浸没在水中，顶部密封，一般是从底部进水，顶部出水。由于厌氧微生物附着在填料表面，不随水流走，细胞的平均停留时间（污泥龄）可长达100天左右。

6.4.3.3厌氧滤池(教材上第二代）1）构造

进水出水沼气填料1）特点

A：池内有较高的微生物浓度(一般为10-15g/L)，处理能力较高，出水的SS较低。

根据对一些有机废水的实验结果，当温度在25－35oC时，使用碎石填料时，厌氧生物滤池的容积负荷可达到3－6kgCOD/(m3.d);

使用塑料填料时，容积负荷可达到3－10kgCOD/(m3.d)。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15-30天，而接触法小于10B：缺点是易堵塞，特别是滤池下部的生物膜较厚时。因此，它主要用于含悬浮物很低的溶解性有机废水。

9.3.4

上流式厌氧污泥床反应器

（UpflowAnoerobicSludgeBed，UASB）

1）结构UASB是由荷兰Wageningen农业大学的教授Letting等人于1972－1978年研发出来的，于80年代初在高浓度有机工业废水的处理中得到日趋广泛的应用沉淀区三相分离器废水自下而上地通过厌氧污泥床，床体底部是一层沉淀性能很好的污泥层，中部是一层悬浮层，上部是澄清区。澄清区设有三相分离器，用以完成气、液、固三相的分离；被分离的消化气由上部导出，被分离的污泥则自动落到下部的反应区。厌氧消化产生的微小气泡，对污泥床有缓慢的搅拌作用。污泥床位于整个UASB反应器的底部，污泥床内具有很高的污泥生物量，其污泥浓度（MLSS）一般为40－80g/L，其中颗粒状活性生物量占70－80％以上，正常运行UASB中的颗粒污泥的粒径一般在0.5-5mm之间，具有量好的沉降性能，其沉降速度一般在1.2-1.4cm/s,其典型的污泥容积指数（SVI）为10－20ml/g.有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷一般为10-20kgCOD/(m3·d)

A)污泥床污泥层一般占整个USAB反应器容积的30%左右，但它对USAB的整体处理效率起着极为重要的作用，它对有机物的降解占整个反应器全部降解量的70－90％。污泥床对有机物的如此有效降解作用，使得在污泥床内产生大量的沼气，微小沼气气泡经过不断的积累、合并而逐渐形成较大的气泡，并通过其上升的作用而将整个污泥床层得到良好的混合。要使USAB反应器内维持较高的生物量，使反应器有较高的容积负荷，关键是厌氧污泥的颗粒化，污泥的颗粒化也是USAB的基本特征。9.3.4

上流式厌氧污泥床反应器

（UpflowAnoerobicSludgeBed，UASB）

1）结构荷兰的G.Lettnga等人在70年代初研制开发的

沉淀区三相分离器B)污泥悬浮层污泥悬浮层位于USAB床的中部。它占整个反应器容积的70％左右，其中的污泥浓度低于污泥层，通常为15－30mg/l,由高度絮凝的污泥组成，一般为非颗粒状污泥，其沉速要明显小于颗粒污泥的沉速，污泥容积指数一般为30－40ml/g之间，靠来自污泥床中上升的气泡使此悬浮层得到良好的混合。它担负着整个USAB反应器有机物降解量的10－30％。9.3.4

上流式厌氧污泥床反应器

（UpflowAnoerobicSludgeBed，UASB）

1）结构荷兰的G.Lettnga等人在70年代初研制开发的

沉淀区三相分离器C)沉淀区

沉淀区位于UASB反应器的上部，其作用是使得由于水流的夹带作用而上升的流入出水区的固体颗粒在沉淀区沉淀下来，并沿沉淀区底部的斜壁滑下而重新回到反应区内，以保证反应器中污泥不致流失以保证污泥床中污泥的浓度。9.3.4

上流式厌氧污泥床反应器

（UpflowAnoerobicSludgeBed，UASB）

沉淀区三相分离器D)三相分离器

三相分离器一般设在沉淀区的下部。三相分离器主要由集气器和折流挡板组成。有时也将沉淀装置看作是它的组成部分之一。它的主要作用是将沼气、固体和液体三相加以分离，将沼气引入集气室。将处理水引出出水区，固体颗粒导入反应区。1.进水

2.第一厌氧反应室集气罩

3.沼气提升管

4.气液分离器

5.沼气导管

6.回流管

7.第二厌氧反应室集气罩

8．集气管

9．沉淀区

10．出水管

11．气封.进水出水常见三相分离器30312）特点

气、液、固三相的分离实现了一体化。通常情况下不会发生堵塞。生物固体的停留时间可长达100天。它的微生物浓度高因而可容许很高的有机负荷具有很高的处理能力和处理效率，适合各种高浓度的有机废水的处理，是一项具有很大发展前景的污水厌氧处理工艺。它存在一些目前尚难以克服的问题，三相分离器的设计还没有成熟的工艺。污泥的颗粒化对工艺的要求比较高。19.4厌氧和好氧生物处理法的比较应用范围广好氧法因供氧的限制一般只适用于中、低浓度的有机废水的处理，而厌氧生化法主要可以处理有机污泥和高浓度有机废水，现也研究处理中、低浓度的有机废水。有些物质对好氧生物处理法是难降解的，但对厌氧生化法是可降解的，如固体有机物、蒽醌和某些偶氮染料等。2)能耗低，运行成本低好氧法需要消耗大量的能量供氧，而厌氧法不需曝气供氧，而且产生的沼气可作为能源。当原水BOD5达到1500mg/L时，采用厌氧处理即有能量剩余。有机物浓度愈高，剩余能量愈多。一般厌氧法的动力消耗只有活性污泥法的1/10。3)剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好氧法每去除lkgCOD将产生0.4-0.6kg生物量，而厌氧出去除lkgCOD只产生0.02-0.lkg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5％－16%。4)氮、磷营养需要量较少。好氧法一般要求BOD：N：P为100：5