污水的厌氧生物处理-污水处理课件

厌氧生物处理基本概念厌氧生物处理的基本生物过程及其特征又称厌氧消化、The

toxicity

of

chlorine

dioxide由多种（厌氧或兼性）微生物的共同作用下，使有机物分解并产生CH4和CO2的过程。DO>0.5mg/L

，好氧；DO≈0.5mg/L，有NO

-、NO

-，2

3缺氧；

DO=0mg/L， 无NO

-、NO

-，厌氧。2

3112厌氧反应器的早期研究早期的厌氧处理生物处理，重点是解决城市污水废污泥的处理问题。

1895年，英国的Cameron创造了一种类似Mouras自动净化器的构筑物，被命名为化粪池。到1927年，Ruhrverband在专用的消化池中采用污泥加热装置之后，使得这种消化池得以推广。到1950年，Morgan和Torpey的研究成果也促进了高效的、可加温和搅拌的消化池的发展，导致了厌氧消化池中搅拌装置的广泛应用。上述这些反应器后来被统称之为第一代反应器。由于厌氧微生物生长缓慢，时代时间长，而厌氧消化池无法将水力停留时间和污泥停留时间分离，由此造成水力停留时间必须较长，一般来讲，第一代厌氧反应器处理废水的停留时间至少20～30天。典型第一代厌氧反

应器的主要技术指标见表。主要技术指标化粪池普通消化池停留时间（d）150～36020～30有机负荷（g/L·d）1.0～1.5处理对象生活污水污泥、污水运行温度常温中、常温3第一代厌氧生物反应器的共同特点是：①水力停留时间（HRT）很长，有时在污泥处理时，污泥消化池的HRT会长达90天，即使是目前在很多现代化城市污水处理厂内所采用的污泥消化池的HRT也还长达20~30天；②虽然HRT相当长，但处理效率仍十分低，处理效果还很不好；③具有浓臭的气味，因为在厌氧消化过程中原污泥中含有的有机氮或硫酸盐等会在厌氧条件下分别转化为氨氮或硫化氢，而它们都具有十分特别的臭味。以上这些特点使得人们对于进一步开发和利用厌氧生物过程的兴趣大大降低，而且此时利用活性污泥法或生物膜法处理城市污水已经十分成功。当进入上世纪50、60年代，特别是70年代的中后期，随着世界范围的能源危机的加剧，人们对利用厌氧消化过程处理有机废水的研究得以强化，相继出现了一批被称为现代高速厌氧消化反应器的处理工艺，从此厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理，真正成为一种可以与好氧生物处理工艺相提并论的废水生物处理工艺。这些被称为现代高速厌氧消化反应器的厌氧生物处理工艺又被统一称为“第二代厌氧生物反应器

”。4第二代厌氧反应器结构示意图1974年，荷兰的Lettinga等人开发了升流式厌氧污泥床反应器，标志着厌氧反应器的研究进入了新的时代。第二代厌氧反应器的典型代表有厌氧滤池(AF),上流式厌氧污泥床(UASB)，厌氧流化床(AFB)。第二代厌氧反应器5表1-2

第二代厌氧反应器的主要技术性能第二代厌氧生物反应器的共同特点是:①HRT大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率大大提高；②主要包括：厌氧接触法、厌氧滤池（AF）、上流式厌氧污泥床（UASB）反应器、厌氧流化床（AFB）、厌氧生物转盘（ARBC）和挡板式厌氧反应器等；➂HRT与SRT分离，SRT相对很长，HRT则可以较短，反应器内生物量很高。6进入20世纪90年代以后，随着以颗粒污泥为主要特点的UASB反应器的广泛应用，在其基础上又发展起来了同样以颗粒污泥为根本的颗粒污泥膨胀床（EGSB）反应器和厌氧内循环（IC）反应器。其中EGSB反应器利用外加的出水循环可以使反应器内部形成很高的上升流速，提高反应器内的基

质与微生物之间的接触和反应，可以在较低温度

下处理较低浓度的有机废水，如城市废水等；而IC反应器则主要应用于处理高浓度有机废水，依靠

厌氧生物过程本身所产生的大量沼气形成内部混

合液的充分循环与混合，可以达到更高的有机负

荷。这些反应器又被统一称为“第三代厌氧生物反应器”。7第三代厌氧反应器九十年代初在国际上以厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB),内循环反应器(IC),升流式厌氧污泥床过滤器(UBF）为代表的第三代厌氧反应器相继出现,图1-2为EGSB和IC反应器及UBF反应器的结构示意图。8第三代厌氧反应器的共同特点是：9微生物均以颗粒污泥固定化方式存在于反应器中，反应器单位容积的生物量更高。能承受更高的水力负荷，并具有较高的有机污染物净化效能；具有较大的高径比，一般在5～10以上；占地面积小；动力消耗小。表1-3

第三代厌氧反应器的主要技术性能1011121314152

厌氧法的基本原理废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过

厌氧微生物(anaerobic

microbes)(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(methane)和二氧化碳(carbondioxide)等物质的过程，也称为厌氧消化(anaerobic

digestion)

。对批量污泥静置考察，可以见到污泥的消化过程明显分为两个阶段。固态有机物先是液化，称液

化阶段；接着降解产物气化，称气化阶段；在常温下，整个过程历时半年以上。16传统的厌氧消化理论为两阶段理论17第一阶段：酸化阶段，最显著的特征是液态污泥的pH值迅速下降。污泥中的固态有机物或污水中的大分子化合物，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、水分子

等液态产物和CO2、H2、NH3、H2S等气体分子，气体大多溶解在泥液中。转化产物中有机酸是主体。低

pH值有抑制细菌生长的作用，NH3的溶解产物

NH4OH有中和作用。第二阶段：气化阶段，由低分子的有机酸经微生物作用转化为气体，气体类似沼泽散发的气体，可称沼气，主体是CH4，CO2也相当多，还

有微量H2、H2S等，因此气化阶段常称甲烷化阶段。18191967年，Bryant报告认为消化经历四个阶段：先是水解

阶段，固态有机物被细菌的胞外酶所水解；第二阶段是酸化；在进入甲烷化阶段之前，代谢中间液态产物都要乙酸化，称

乙酸化阶段；第四阶段是甲烷化阶段。然而甲烷化效率很高

的甲烷八叠球菌能够代谢甲醇，乙酸和二氧化碳为甲烷。在工程技术上，研究甲烷细菌的通性是重要的，这将有助于打破厌氧生物处理过程分阶段的现象，从而最大限度地

缩短处理过程的历时。经验和研究表明，pH值和温度是影响

甲烷细菌生长的两个重要环境因素。pH值应在6.8～7.2之间。在35℃～38℃和52℃～55℃各有一个最适温度。2021厌氧消化过程中的主要微生物2222发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等1、发酵细菌（产酸细菌）：主要功能：水解——在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物；酸化——将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等；主要细菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等水解过程较缓慢，并受多种因素影响（pH、SRT、有机物种类等），有时会成为厌氧反应的限速步骤；产酸反应的速率较快；可以按功能来分：纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。2323(2)产氢产乙酸菌：：主要功能：将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H2主要反应：乙醇：丙酸丁酸注意：上述反应只有在乙酸浓度很低，系统中氢分压很低时才能顺利进行。主要细菌：互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等

多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。2424(3)产甲烷菌60年代Hungate开创了严格厌氧微生物培养技术；主要功能：将产氢产乙酸菌的产物——乙酸和

H2/CO2转化为CH4和CO2，使厌氧消化过程得以顺利进行；一般可分为两大类：乙酸营养型和H2营养型产甲烷菌；一般来说，乙酸营养型产甲烷菌的种类较少，但在厌氧反应器中，有70%左右的甲烷是来自乙酸的氧化分解；2525根据产甲烷菌的形态和生理生态特征，其分类如下：

最新的分类（Bergy’s细菌手册第九版），共分为：三2626目、七科、十九属、65种；产甲烷菌有各种不同的形态，常见的有：①产甲烷杆菌 ②产甲烷球菌 ③产甲烷八叠球菌 ④产甲烷丝菌在生物分类学上，产甲烷菌（Methanogens）属于古细菌（Archaebacteria），大小、外观上与普通细菌（Eubacteria）相似，但实际上，其细胞成分特殊，特别是细胞壁的结构较特殊2727在自然界的分布，一般可以认为是栖息于一些极端环境中（如地热泉水、深海火山口、沉

积物等），但实际上其分布极为广泛，如污泥、瘤胃、昆虫肠道、湿树木、厌氧反应器等。产甲烷菌都是严格厌氧细菌，要求氧化还原电位在-150~-400mv，氧和氧化剂对其有很强的毒害作用；产甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖世代时间长，可达4~6天，因此，一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的限速步骤。28283

厌氧法的工艺和设备29按微生物生长状态分为厌氧活性污泥法

(anaerobic

activated

sludge)和厌氧生物膜法

(anaerobic

slime)；按投料、出料及运行方式分为分批式(batch)、

连续式(continuous)和半连续式(semi-continuous)；根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为

一步厌氧消化(one

stage

digestion)与两步厌氧消化

(two

stage

digestion)等厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器等。3．1普通厌氧消化池30普通消化池又称传统或常规消化池(conventional

digester)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。 为使进水与微生物尽快接触，需要一定的搅拌。常用搅拌方式有三种：(a)池内机械搅拌；(b)沼气搅拌；(c)循环消化液搅拌。螺旋桨(机械)搅拌的消化池313233化粪池化粪池用于处理来自厕所的粪便污水。广泛用于不设污水厂的合流制排水系统。例如，郊区的别墅式建筑。343．2厌氧滤池35厌氧滤池（anaerobic

filter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。363738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；启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短。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。滤池的清洗也还没有简单有效的方法。39主要优点：处理能力较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

低

设备简单、操作方便主要缺点：滤料费用较贵滤料容易堵塞403．3

厌氧接触法在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法（anaerobic

contactprocess)。41厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法，

不需要曝气而需要脱气。厌氧接触法对悬浮物高的有机废水(如

肉类加工废水等)效果很好，悬浮颗粒成为微生物的载体，并且很容易在沉淀池中沉淀。在混合接触池中，要进行适当搅拌以使污泥保持悬浮状态。搅拌可以用机械方法，也可以用泵循环池水。4243443．4上流式厌氧污泥床反应器UASB概述基本特点（优点、缺点）UASB的构造和组成颗粒污泥UASB的设计容积配水排泥的设计结构设计的要求三相分离器设计UASB的启动45东西湖啤酒厂UASB上图为UASB和氧化沟右图为三相分离器4646上流式厌氧污泥床反应器（upflowanaerobic

sludge

blanket

reactor)，简称

UASB反应器，是由荷兰的G.

Lettnga等人在70年代初研制开发的。污泥床反应器内没有人工载体，反应器内微生物以自身聚集生长，为颗粒污泥状态存在，因而能达到高生物量和高效高负荷。473.4.1概述48495051523.4.2上流式厌氧污泥床反应器的基本特点优点：有机负荷居第二代反应器之首,水力负荷满足要求;污泥颗粒化后使反应器对不利条件的抗性增

强;在一定的水力负荷下，可以靠反应器内产生的气体来实现污泥与基质的充分接触。（a）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度

为30-40g/L，其中底部污泥床(sludge

bed)污泥浓度60-80g/L，污泥悬浮层(sludge

blanket)污泥浓度5-7g/L；53污泥床中的污泥由活性生物量占70-80％的高度发

展的颗粒污泥(sludgegranules)组成，颗粒的直径一般在0.5-5.0mm之间，颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征。（b）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷在小试验和中型试验中可高达20-40kg

COD/（m3·d）在大型生产装置中可达到

6-8kg

COD/（m3·d）。（c）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；简化了工艺，节约了投资和运行费用。（d）无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动；54（e）污泥床内不填载体，提高了容积利用率，节省造价及避

免堵塞问题。55缺点：大型装置内会有短流现象（要求配水装置性能要好）进水SS要求≤200mg/L，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞在没有颗粒污泥接种的情况下，启动时间长对水质和负荷突然变化比较敏感要求水温高些，最好35℃左右。由图可见，UASB工作

时，废水从反应器底部进入，

与污泥床层的高浓度颗粒污泥接触，污染物被分解产生沼气。污水、污泥和沼气一起向上流动，进入反应器的上部的三相分离器，完成气、液、固三相的分离。被分离的消化气从上部导出，被分离的污泥则自动滑落到悬浮污泥层。出水则从澄清区流出。3.4.3

UASB的构造和组成5657UASB反应器的组成58进水配水系统 将废水尽可能均匀地分配

到整个反应器，并有水力搅拌功能。反应区 其中包括污泥床区和污泥悬浮层区，有机物主要在这里被厌氧菌所分解。三相分离器 由沉淀区、回流缝组成，其功能是把沼气、污泥和液体分开。出水系统 其作用是把沉淀区表层处理过的水

均匀地 加以收集，排出反应器。气室 也称集气罩，其作用是收集沼气。浮渣清除系统

其功能是清除沉淀区液面和气

室表面的浮渣，根据需要设置。排泥系统 其功能是均匀地排除反应区的剩余污泥。593.4.5

UASB的设计6060尚无完整的工程设计计算方法；主要内容有：①池型选择，有效容积的确定以及主要部位的尺寸；②设计进水配水系统、出水系统、和三相分离器等；③其它：排泥和排渣系统等。1、UASB反应器容积及主要构造尺寸的确定：UASB反应器的有效容积(包括沉淀区和反应区)多采用进水容积负荷法确定，即：V

=

Q×Si

/

Lv

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容积负荷与反应温度、废水性质和浓度以及是否形成颗粒污泥有关；对于食品工业废水或与之性质相近的废水，一般可以形成颗粒污泥，在不同的反应温度下的进水容积负荷如下：61