污水的厌氧生物处理教学教程

第十五章污水的厌氧生物处理第一节厌氧生物处理的基本原理第二节污水的厌氧生物处理方法第三节厌氧生物处理法的设计第四节厌氧和好氧技术的联合运用第一节厌氧生物处理的基本原理

传统上，污泥在脱水作最后处置前进行厌氧处理，称污泥消化（详见第二十章），“消化”也常称作为厌氧处理的简称。早期的厌氧处理研究都针对污泥消化。

污泥的厌氧处理面对的是固态有机物，所以简称消化。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；整个过程历时半年以上。

消化分为四个阶段：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CO2甲烷。

大分子有机物（碳水化合物，蛋白质，脂肪等）水解细菌的胞外酶水解的和溶解的有机物酸化产酸细菌有机酸醇类醛类乙酸化乙酸细菌乙酸甲烷化甲烷细菌CH4CH4甲烷细菌

厌氧发酵的几个阶段

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350C！~380C和520C~550C各有一个最适温度。厌氧法为什么有机负荷率低，需要的停留时间长？这是由有机物厌氧分解的反应所决定的。与好氧相比，厌氧法的降解教不彻底，放出热量少，反映速度低（与好氧相比，在相同时，要相差一个数量级）。要克服这些缺点，最主要的方法应是增加参加反应的微生物数量（浓度）和提高反应时的温度。但要提高反应温度，就要消耗能量（而水的比热又很大）。因此，厌氧生物处理法目前还主要用于污泥的消化、高浓度有机废水和温度教高的有机工业废水的处理。

第二节污水的厌氧生物处理方法

最早的厌氧生物处理构筑物是化粪池，近年开发的有厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床反应器，分段消化法等。

一、化粪池化粪池用于处理来自厕所的粪便污水。曾广泛用于不设污水厂的合流制排水系统。尚可用于郊区的别墅建筑。二、厌氧生物滤池厌氧生物滤池的主要优点是：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较低，设备简单、操作方便等。它的主要

缺点是：滤料容易堵塞，尤其是夏布，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。填料出水进水消化气厌氧生物滤池

三、

厌氧接触法厌氧接触法实质上是厌氧活性法，不需要曝气而需要脱气。其工艺流程为：（见下图）

厌氧接触法工艺流程

上流式厌氧污泥反应器（UASB）是由荷兰的Lettinga教授等在1972年研制，于1977年开发的。结构如图。四、上流式厌氧污泥床反应器污泥层悬浮污泥层澄清区出水消化气进水上流式厌氧污泥床反应器

在反应器的的底部有一个高浓度（可达60~80g/l）、高活性的污泥层，大部分的有机物在这里被转化为CH4和CO2。由于气态产物（消化气）的搅动和气泡黏附污泥，在污泥层之上形成一个污泥悬浮层。反应器上部设有三相分离器，完成气、液、固三相的分离。被分离的消化气从商部导出，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。由于在反应器内保留了大量厌氧污泥，使反应器的负荷能力很大。对一般的高浓度有机废水，当水温在300C左右时，负荷率可达10~20kg(COD)/m3×d。试验表明，良好的污泥床，有机负荷率和去除率高，不需要搅拌，能适应负荷冲击和温度与PH的变化。它是一种有发展前途的厌氧处理设备。

五、

分段厌氧处理法

根据消化可分阶段的事实，研究开发了二段式厌氧处理法，将水解酸化过程和甲烷化过程分开在两个反应器内进行，以使两类微生物都能在各自的最适条件下生长繁殖。第一段的功能是：水解和液化固态有机物为有机酸；缓冲和稀释负荷冲击与有害物质，并将截留难降解的固态物质。第二段的功能是：保持严格的厌氧条件和PH值，以利于甲烷菌的生长；降解、稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气，并截留悬浮固体，以改善出水水质。

二段式厌氧处理法的流程尚无定式，可以采用不同构筑物予以组合第三节厌氧生物处理法的设计

厌氧生物处理系统的设计包括：流程和设备的选择；反应器和构筑物的构造和容积的确定；需热量的计算和搅拌设备的设计等。一、流程和设备的选择

流程和设备的选择包括：处理工艺和设备的选择；消化温度；采用单级或两级（段）消化等。

二、厌氧反应器的设计第十一章所讨论的生化反应动力学和基本方程式，同样适用于厌氧生物处理，但一些动力学常数的数值则有显著的差别。厌痒反应的速率显著地低于好氧反应；另一方面，厌氧反应大体可分为酸化和甲烷化阶段，甲烷化阶段的反应速率明显低于酸化阶段的反应速率。因此，整个厌氧反应的总速率主要决定于甲烷化阶段。反应器的设计：

计算确定反应器容积的常用参数是负荷率N和消化时间t,公式为：

V=qv

·t或V=qv

·ρ/N

式中：V——反应（消化）区的容积，m3;qv——废水的设计流量，m3/d;t——消化时间，d;ρ——废水有机物的浓度，g(BOD5)/L或g(COD)/L;N——反应区的设计负荷率，Kg(BOD5)/m3·d或Kg(COD)/m3·d。采用中温消化时，对于传统消化法，消化时间在1-5d，负荷率在1-3kgCOD)/m3·d，BOD5去除率可达50%-90%。对于厌氧生物滤池和厌氧接触法，消化时间可缩短至0。5-3d,负荷率可提高到3-10kgkgCOD)/m3·d。对于上流式厌氧污泥床反应器，有时甚至可采用更高的负荷率，但上部的三相分离器应慎密设计，避免上升的消化气影响固液分离，造成污泥流失。消化气的产气量可按04-0.5Nm3/Kg(COD)进行估算。三、消化池的热量计算

厌氧生物处理特别是甲烷化，需要较高的反应温度。一般需要对投加的废水加温和对反应池保温。消化池所需的热量包括：将废水提高到池温所需的热量和补偿池壁、池盖散失的热量。提高废水温度所需的热量为Q1：

Q1=qv

·C（t2-t1）式中：qv——废水投加量，m3/h;C——废水的比热，约为4200KJ/m3·0C(实验值)；

t2——消化池温度，0C；

t1——废水温度，0C。

消化池温度高于周围环境，一般采用中温。通过池壁、池盖等散失的热量Q2与池子构造和材料有关，可用下式估算；

Q2=K·A（t2-t1）式中：A——散热面积，m2;K——传热系数，KJ/(h·m2·0C);t2——消化池内壁温度，0C；

t1——消化池外壁温度，0C。对于一般的钢筋混凝土池子，外面加设绝缘层，K值约为20-25KJ/(h·m2·0C)。

第四节厌氧和好氧技术的联合运用

近年，水处理工作者打破传统，联合好氧和厌氧技术以处理废水，取得了很突出的效果。采用缺氧与好氧工艺相结全的流程，可以达到生物脱氮的目的（A/O法）。产实践中，发现有些采用A/O法的污水厂同时有脱磷效果，于是，各种联合运用厌氧——缺氧——好氧反应器的研究广泛开展，出现了厌氧——缺氧--好氧法（A/O法）和缺氧——厌氧——好氧法（倒置A/A/O法），可以在去除BOD、COD的同时，达到脱氮、除磷的效果。好氧处理与厌氧处理的区别:

1.作用的微生物群不同.好氧处理是由好氧微生物积及性微生物起作用的而厌氧处理是两大类群的微生物起作用,光是厌氧菌和兼性菌,后是另一类厌氧菌.2.产物不同,好氧处理中,有机物被转化为CO.HO.NH或NO.NO.PO.5O等,且基本无害处理后废水无异臭,厌氧处理