厌氧生物处理

12024/10/26厌氧生物处理主要内容一、概述/厌氧生物处理法的基本原理二、厌氧生物处理的分类

（6种典型的工艺形式,UASB为主）三、厌氧微生物的培养和驯化四、厌氧生物处理的运行管理

(UASB法）32024/10/26一、厌氧生物处理法的

基本原理1、厌氧微生物处理净化机理废水厌氧处理是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过程，也称厌氧消化。与好氧过程的根本区别在于不以分子态的氧作为受氢体。42024/10/26废水的厌氧生物处理过程是一个复杂的微生物化学过程，它是依靠三大主要类群的细菌：水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和甲烷细菌三种细菌的联合作用完成的。三个过程如下：2、厌氧生物处理法的

基本过程52024/10/26水解酸化阶段----大分子变小分子，不溶解有机物变溶解性有机物。产氢产乙酸阶段----对第一阶段的产物转化为乙酸和氢，不溶解有机物变溶解性有机物。产甲烷阶段----将乙酸、乙酸盐、二氧化碳和氢，转化为甲烷。

62024/10/2672024/10/263、厌氧微生物处理影响因素温度——低温区（10~30℃）、中温区（30~35℃

）高温区（50~60℃

）

在0~56℃甲烷细菌对温度并没有特定的温度限制，但经过在一定温度范围内的驯化后的产甲烷菌对温度变化敏感，特别是高温菌。pH——6.8~7.2（6.5~7.5）(甲烷细菌6.8~7.2，产酸细菌4.5~8）

挥发酸200~800mg/L，超过2000mg/L严重酸化有毒物质——重金属和某些阳离子营养物质的配比——碳：氮：磷=200~300：5：1搅拌——使温度、底物和甲烷菌分布均匀，避免消化池表面结壳，加速消化气的释放。82024/10/264、厌氧生物处理特点应用范围广——各种浓度的有机废水及某些难降解有机物能耗低——不需充氧，沼气可作为能源负荷高——有机负荷2~10kgBOD/（m3·d)剩余污泥少氮磷营养需要量较少有杀菌效果92024/10/26二、厌氧生物处理的分类

（几种典型的工艺形式）厌氧接触法厌氧生物滤池UASB法厌氧流化床两相厌氧法水解酸化法

102024/10/26工艺1：厌氧接触法工艺流程见图6~4：

脱气脱气112024/10/26工艺特点：允许废水中含有较多的悬浮固体，泥水接触充分消化池内污泥浓度高，运行稳定操作简单气泡粘附在污泥上，影响污泥沉降中温时，有机负荷2~5kgCOD/(m3·d),属于中低负荷2024/10/26工艺2：厌氧生物滤池

厌氧生物滤池类似于好氧生物滤池，池内放置填料，但池顶密封132024/10/26142024/10/26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，其工艺如图15-19所示。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。滤池中的生物膜不断地进行新陈代谢，脱落的生物膜随出水流出池外。废水从池底进入，从池上部排出，称升流式厌氧滤池；废水从池上部进入，以降流的形式流过填料层，从池底部排出，称降流式厌氧滤池。进水系统需考虑易于维修而又使布水均匀，并有一定的水力冲刷强度。对直径较小的厌氧滤池常用短管布水，对直径较大的厌氧滤池多用可拆卸的多孔管布水，见示意图15-20。厌氧生物滤池的特点由于填料为微生物附着生长提供广较大的表面积，滤池中的微生物量较高，生物膜停留时间长，平均停留时间长达100天左右，因而可承受的有机容积负荷高，COD容积负荷为2～16kgCOD/m3·d，且耐冲击负荷能力强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。缺点：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。152024/10/26162024/10/26工艺3：UASB法上流式厌氧污泥床反应器，简称UASB反应器，它是国内外发展最快的一种厌氧处理技术。由荷兰传入，80年代起国内大量应用

172024/10/26UASB反应器构造如图6~6

UASB布置结果示意图布水区反应区三相分离区超高升流式厌氧污泥床在构造202024/10/261、UASB工艺特点：反应器内颗粒污泥的形成，使反应器内污泥浓度大幅度提高，水力停留时间大大缩短，加上UASB内设三相分离器而省去了沉淀池，又不需要搅拌设备和填料，从而使结构简单。与厌氧接触法比，有如下优点：运行费用低、投资省、效果好、耐冲击负荷、适应pH和温度变化、结构简单及便于操作等适用于几乎所有的有机污水2、UASB的结构组成污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器，其构造如图6-9所示。由反应区、沉淀区和气室三部分组成。反应区由污泥层和悬浮层组成。在反应器的底部是浓度较高的污泥层，在污泥床上都是浓度较低的悬浮污泥层，通常把污泥层和悬浮层统称为反应区212024/10/26222024/10/26在反应区上部设有气、液、固三相分离器．废水从污泥床底部进入，与污泥床中的污泥进行混合接触，微生物分解废水中的有机物产生沼气，微小沼气泡在上升过程中，不断合并逐渐形成较大的气泡。由于气泡上升产生较强烈的搅动，在污泥床上部形成悬浮污泥层。气、水、泥的混合液上升至三相分离器内，沼气气泡碰到分离器下部的反射板时，折向气室而被有效地分离排出；污泥和水则经孔道进入三相分离器的沉淀区，在重力作用下，水和泥分离，上清液从沉淀区上部排出，沉淀区下部的污泥沿着斜壁返回到反应区内。在一定的水力负荷下，绝大部分污泥颗粒能保留在反应区内，使反应区具有足够的污泥量。反应区中污泥层高度约为反应区总高度的1/3，但其污泥量约占全部污泥量的2/3以上。由于污泥层中的污泥量比悬浮层大，底物浓度高，酶的活性也高，有机物的代谢速度较快，因此，大部分有机物在污泥层被去除。研究结果表明，废水通过污泥层已有80％以上的有机物被转化，余下的再通过污泥悬浮层处理，有机物总去除率达90％以上。虽然悬浮层去除的有机物量不大，但是其高度对混合程度、产气量和过程稳定性至关重要。因此，应保证适当悬浮层乃至反应区高度。3.UASB结构形式

上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形，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，三相分离器可由多个单元组合而成。当废水流量较小，浓度较高时，需要的沉淀区面积小，沉淀区的面积和池形可与反应区相同，当废水流量较大，浓度较低时，需要的沉淀面积大，为使反应区的过流面积不致太大，可采用沉淀区面积大于反应区，即反应器上都面积大于下部面积的池形。232024/10/264、三相分离器242024/10/26设置气、液、固三相分离器是上流式厌氧污泥床的重要结构特性，它对污泥床的正常运行和获得良好的出水水质起十分重要的作用。上流式厌氧污泥床的三相分离器的构造有多种型式，到目前为止，大型生产上采用的三相分离器多为专利。图15-17是几种三相分离器示意图，图中（c）、（d）分别为德国专利结构，其特点是使混合液上升和污泥回流严格分开,有利于污泥絮凝沉淀和污泥回流，图中c设有浮泥挡板，使浮渣不能进入沉淀区。252024/10/26一般来说，三相分离器应满足以下条件（1）沉淀区斜壁角度的50度，使沉淀在斜底上的污泥不积聚，尽快滑回反应区内（2）沉淀区的表面负荷应在0.7m3/m2·h以下，混合液进入沉淀区前，通过入流孔道（缝隙）的流速不大于2m/h；（3）应防止气泡进入沉淀区影响沉淀;（4）应防止气室产生大量泡沫；并控制好气室的高度，防止浮渣堵塞出气管，保证气室出气管畅通无阻。从实践来看，气室水面上总是有一层浮渣，其厚度与水质有关。因此，在设计气室高度时，应考虑浮渣层的高度。此外还需考虑浮渣的排放。262024/10/265.布水系统272024/10/26282024/10/26上流式厌氧污泥床的混合是靠上流的水流和消化过程中产生的沼气泡来完成的。一般采用多点进水，使进水较均匀地分布在污泥床断面上。常采用穿孔管布水和脉冲进水。图15-18是德国专利所介绍的进水系统平面分布及配水设备示意图。在反应器的底平面上均匀设置许多布水管（管口高度不同），从水泵来的水通过配水设备流进布水管，从管口流出。配水设备是由一根可旋转的配水管与配水槽构成，配水槽为一圆环形，配水槽分隔为若干单元，每个与一通过反应器的布水管相连。从水泵来的水管与可旋转的配水管相连接。工作时配水管旋转，在一定时间间隔内，污水流进配水槽的一个单元，由此流进一根布水管进入反应器。这种有水对反应器来说是连续进水，而对每个布水点而言，则是间隙进水，布水管的瞬间流量与整个反应器流量相等。6.材料与防腐腐蚀来源：酸碱腐蚀、电化学腐蚀、二氧化碳对混凝土的腐蚀气液分离区防腐和液下区域7.排泥设备：控制污泥龄8.加热设备：间接加热和直接加热（分罐外和罐内两种）9.沼气利用：收集、处理、储存、输配、燃烧利用292024/10/26工艺4：厌氧流化床

厌氧流化床工艺是借鉴流态化技术的一种生物反应装置，它以小粒径载体为流化粒料，废水作为流化介质，当废水以升流式通过床体时，与床中附着于载体上的厌氧微生物膜不断接触反应，达到厌氧生物降解目的，产生沼气，于床顶部排出。厌氧流化床工艺流程如图15-22所示。302024/10/26312024/10/26厌氧流化床工艺特点：载体颗粒细，比表面积大，可高达2000～3000m2/m3左右，使床内具有很高的微生物浓度，因此有机物容积负荷大，一般为10～40kgCOD/m3·d，水力停留时间短，具有较强的耐冲击负荷能力，运行稳定载体处于流化状态，无床层堵塞现象，对高、中、低浓度废水均表现出较好的效能载体流化时，废水与微生物之间接触面大，同时两者相对运动速度快，强化了传质过程，从而具有较高的有机物净化速度322024/10/26床内生物膜停留时间较长，剩余污泥量少结构紧凑、占地少以及基建投资省等。但载体流化耗能较大，且对系统的管理技术要求较高为了降低动力消耗和防止床层堵塞，可采取：（1）间歇性流化床工艺，即以固定床与流化床间歇性交替操作。固定床操作时，不需回流，在一定时间间歇后，又启动回流泵，回流化床运行；（2）尽可能取质轻、粒细的载体，如粒径20～30μm、相对密度1.05～1.2g/cm3的载体，保持低的回流量，甚至免除回流就可实现床层流态化。工艺5：两相厌氧法

两相厌氧消化法是一种由上述厌氧反应器组合的工艺系统。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；故又称两段厌氧消化法。

按照所处理的废水本质情况，两步可以采用同类型或不同类型的消化反应器。如对悬浮固体含量多的高浓度有机废水，第一步反应器可选不易堵塞、效率稍低的反应装置，经水解产酸阶段后的上清液中悬浮固体浓度降低，第二步反应器可采用新型高效消化器，流程见图15-25。

332024/10/26342024/10/26根据不产甲烷菌与产甲烷菌代谢特性及适应环境条件不同，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。两步厌氧法具有如下特点耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免了一步法不耐高有机酸浓度的缺陷；两阶段反应不在同一反应器中进行，互相影响小，可更好地控制工艺条件；消化效率高，尤其适于处理含悬浮固体多、难消化降解的高浓度有机废水。但两步法设备较多，流程和操作复杂352024/10/26362024/10/26工艺6：水解（酸化）法工艺原理与特征:原理：是指有机物（底物）在进入微生物细胞前，在胞外进行的生物化学反应。特征：1、微生物通过释放胞外自由酶或连接在细胞外壁上的固定酶来完成生物催化反应。2、生物催化反应主要表现为大分子物质的断链和水溶。372024/10/26酸化其原理与特征：基本特征是微生物的代谢产物主要为各种有机酸（如乙酸、丙酸、丁酸）。水解和酸化无法截然分开，这是因为水解菌实际上是一种有水解能力的发酵细菌。如果废水中同时存在不溶性和溶解性有机物时，水解和酸化更时不可分割地同时进行。在实际工程中，应使酸化过程控制在最小的范围，因为酸化使混合液pH下降太多时，不利于水解的进行。382024/10/26影响水解（酸化）过程的重要因素pH：最佳5.5~6.5水温：10~20℃反应速度影响不大底物的种类和形态有很大影响：多糖＞蛋白质＞脂肪；对同类有机物，分子量愈大水解愈困难；颗粒有机物，粒径愈大，水解速度愈小；溶解性有机物愈多，水解愈快。污泥生物固体停留时间：适当。因污泥需更新。水力停留时间：停留时间愈长，水解愈彻底。

392024/10/26三、厌氧微生物的培养和驯化1、培菌前的准备工作厌氧消化系统的启动，就是完成厌氧活性污泥的培养或甲烷菌的培养。当厌氧池经过满水试验和气密性试验后，便可开始甲烷菌的培养。人员准备工艺、化验、设备、自控、仪表等相关专业技术人员各1人；接受过培训的各岗位人员到位。

402024/10/26设备准备和其他准备工作收集工艺设计图及设计说明、自控、仪表和设备说明书等相关资料；检查化验室仪器、器皿、药品等是否齐全，以便开展水质分析；检查各构筑物及其附属设施尺寸、标高是否与设计相符，管道和构筑物中有无堵塞物；检查总供电及各设备供电是否正常；检查设备能否正常开机，各种闸阀能否正常开启和关闭；检查仪表及控制系统是否正常；检查维修、维护工具是否齐全，常用易损件有无备件；准备合适的絮凝剂。412024/10/262、培菌方法污泥的厌氧消化中，甲烷菌的培养和驯化方法有两种：接种培养法逐步培养法422024/10/26接种培养法（适用于小型消化池）

接种污泥取自：已运行污水处理厂的消化污泥

废坑塘中腐化有机底泥

人粪、牛粪、猪粪、酒糟或初沉污泥

大型污水处理厂需接种量太大，可分组分别启动

432024/10/26接种步骤：(5个方面）

投入10~30%厌氧菌种污泥（含固3~5%）；

加入新鲜污泥至液面，然后通入蒸汽加热，升温速度1℃/h（对大型消化池不可能，因锅炉供应不上），直到消化温度；如污泥呈酸性，加石灰调整pH至6.5~7.5；维持消化温度，稳定3~5d即可；配以新鲜污泥，转入正式运行。442024/10/26逐步培养法（指向消化池内逐步投入生污泥，使生污泥自行逐渐转化为厌氧活性污泥的过程）

一般需6~10个月，如果在池内污泥到达一定数后，通蒸汽加温，控制升温速度1℃/h，当池内温度升到预定温度时，可减少蒸汽量，保持温度不变，并逐日投加一定数量的新鲜污泥，直到设计液面时停止加泥，整个成熟过程一直维持恒温，成熟时间约需30~40d。污泥成熟后，即可投配新鲜污泥并转入正式运行。

452024/10/263、培菌注意事项加快培养启动过程——厌氧消化污泥加温控制污泥投加量——初期30~50%，60天后可逐渐增加，若消化不了应减少。无需加入营养物沼气安全问题——投泥前用氮气（不活泼气体）将输气管路系统中的空气置换出去。462024/10/264、驯化

通过驯化使厌氧菌成为优势菌群。具体做法：提高高效厌氧污泥接种量；逐步提高负荷，减少污泥流失促进污泥快速增殖，使污泥适应废水水质。472024/10/26四、厌氧生物处理的运行管理(UASB—5个部分）UASB反应器运行的三个重要前提反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥由产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌作用设计合理的三相分离器，这使沉淀性能良好的污泥能保留在反应器内482024/10/261、水质分析项目与运行指标水质分析项目反映处理效果的项目：进出水COD、VFA、进出水SS、进出水的有毒物质（对应工业废水）反映污泥情况的项目：污泥沉降比（SV%）、MLSS、MLVSS、SVI等；碱度ALK；挥发酸VFA，沼气产量；反映污泥营养和环境条件的项目：氮磷、pH、水温等。492024/10/26测定频次进出水总的COD、进出水SS

——每天一次氮、磷、MLSS、SVI——定期测定记录进水量、剩余污泥量502024/10/26运行控制指标（表6-5）项目允许范围最佳范围pH6.4~7.86.5~7.5氧化还原电位ORP/mV－490~－550－520~－530挥发性VFA（以乙酸计）/mg/L）50~250050~500碱度ALK（CaCO3计）/mg/L）1000~50001500~3000VFA/ALK0.1~0.50.1~0.3沼气中甲烷（CH4）体积含量＞55%＞60%沼气中CO2体积含量＜40%＜35%512024/10/262、UASB反应器的启动

（经验+理论）颗粒污泥化的过程和优点颗粒污泥有极好的沉降性能，它能在很高的产气量和高上流速度下保留在反应器内。因此使UASB反应器有更高的有机负荷和水力负荷。一般絮状污泥的UASB反应器负荷在10KgCOD/（m3·d)，而颗粒污泥使UASB反应器负荷在30~5010KgCOD/（m3·d)。522024/10/26UASB反应器的初次启动

初次启动通常指对一个新建的UASB系统以未经驯化的非颗粒污泥（例如污水厂污泥消化池的消化污泥）接种，使反应器到达设计负荷和有机物去除率的过程，通常这一过程伴随着颗粒化的完成，因此也称之为污泥的颗粒化。532024/10/26UASB反应器初次启动的若干认识——洗出的污泥不再返回——当进液COD浓度大于5000mg/L时采用出水循环或稀释进液——逐步增加有机负荷，有机负荷的增加应当在可降解COD能被去除80%之后再进行——保持乙酸浓度始终低于1000mg/L；——启动时稠型污泥的接种量大约为10~15KgVSS/m3，小于40KgVSS/m3的稀释消化污泥接种量可略为小些；——低浓度的废水有利于颗粒化的形成，但当浓度也应当足够维持良好的细菌生产条件，最小的COD浓度应为1000mg/L；542024/10/26——过量的悬浮物会阻碍颗粒化的形成；——溶解性碳水化合物为主要底物的废水VFA为主的废水颗粒化过程快，当废水含有蛋白质时，应使蛋白质尽可能降解；——高的离子浓度（例如Ca2+、Mg2+）能引起化学沉淀（CaCO3、CaPHO4、MgNH4PO4），由此导致形成灰分含量高的颗粒污泥；——在中温范围，最佳温度38~40℃，高温范围为50~60℃；——在反应器内pH应始终保持在6.2以上；——营养物质和微量元素应当满足微生物生长的需要；——毒性化合物应当低于抑制浓度或给于污泥足够的驯化时间。552024/10/26b)UASB的初次启动的过程UASB的初次启动和颗粒化过程分为三个阶段：——阶段1：即启动的初始阶段负荷＜2KgCOD/（m3·d)，污泥负荷0.5~1.5KgCOD/（KgVSS·d）开始。这一阶段洗出的污泥仅限于非常细小的分散污泥，主要由于上升水流和少量沼气带出。——阶段2：即当反应器负荷上升至2~5KgCOD/（m3·d)，的启动阶段。这阶段洗出污泥量增大，其中大多为絮状污泥。洗出原因是产气和上流速度增加引起的污泥床膨胀。大量污泥洗出的结果是在留下的污泥中开始产生颗粒状污泥。后期由于颗粒污泥形成，洗出污泥减少。——阶段3：这一阶段是指反应器负荷超过5KgCOD/（m3·d)以后。絮状污泥迅速减少，而颗粒污泥加速形成，直到反应器内不再有絮状污泥存在。当反应器大部分被颗粒污泥充满时，其最大负荷可以超过50KgCOD/（m3·d)。562024/10/26c)初次启动过程的一些要点UASB反应器启动的过程实质上是对菌种驯化、选择、增殖的过程。因此在启动阶段应有一定的目标和遵顺某些基本原则；——对启动初期的目标应明确。在UASB启动初期，特别是第一阶段，不能够追求反应器的处理效率、产气率的改进和出水的质量等。因为细菌尚处在活化、选择、驯化增殖过程中；——进液浓度。COD浓度＜5000mg/L不需稀释；——负荷增加的操作方法。起步时0.5~1.5KgCOD/（m3·d），当可生物降解COD去除率到达80%后再逐步增大负荷。每次负荷增加不超过50%；——启动前应了解废水的特征。572024/10/26二次启动初次启动是指颗粒污泥以外的污泥作为种泥，启动一个UASB反应器的过程。需要一个较长的启动时间，一般需2~3个月，甚至更长。二次启动是指用颗粒污泥来直接启动一个UASB反应器，此时所用的颗粒污泥和其所处理的废水，可以是同类和不同类，其启动速度要比初次启动快得多，一般在一个月以内。二次启动时负荷与初次启动污泥负荷相同，但负荷的增加速度要快得多。582024