第15章廢水的厭氧處理TheAnaerobicProcesses1第15章1主要內(nèi)容第一節(jié)：厭氧生物處理的基本原理第二節(jié)污水的厭氧生物處理方法第三節(jié)厭氧法的影響因素第四節(jié)厭氧生物處理法的設(shè)計2主要內(nèi)容第一節(jié)：厭氧生物處理的基本原理2第一節(jié)：厭氧生物處理的基本原理廢水厭氧生物處理是指在無分子氧條件下通過厭氧微生物(包括兼氧微生物）的作用，將廢水中的各種復(fù)雜有機物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程，也稱為厭氧消化(anaerobicdigestion)。與好氧過程的根本區(qū)別：不以分子態(tài)氧作為受氫體，而以化合態(tài)氧、碳、硫、氮等作為受氫體。厭氧生物處理是一個復(fù)雜的微生物化學(xué)過程，依靠三大主要類群的細(xì)菌，即水解產(chǎn)酸細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌的聯(lián)合作用完成。3第一節(jié)：厭氧生物處理的基本原理廢水厭氧生物處理是指在無分子氧厭氧過程可分為四階段：生化階段ⅠⅡⅢ物態(tài)變化液化（水解）酸化（1）酸化（2）氣化生化過程大分子不溶態(tài)有機物轉(zhuǎn)化為小分子溶解態(tài)有機物小分子溶解態(tài)有機物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及A、B兩類產(chǎn)物B類產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及乙酸等CH4、CO2等菌群發(fā)酵細(xì)菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌甲烷細(xì)菌發(fā)酵工藝甲烷發(fā)酵酸發(fā)酵——4厭氧過程可分為四階段：生化階段ⅠⅡⅢ物態(tài)變化液化（水解液化階段顯著特征是液態(tài)污泥的pH值迅速下降，不到10d，降到最低值；產(chǎn)物中有機酸是主體，在一個月左右，達(dá)到最高值。氣化階段產(chǎn)生消化氣，主體是CH4，因此氣化階段常稱甲烷化階段，CO2也相當(dāng)多，還有微量H2S。5液化階段5在工程技術(shù)上，研究甲烷細(xì)菌的通性是重要的，這將有助于打破厭氧生物處理過程分階段的現(xiàn)象，從而最大限度地縮短處理過程的歷時。影響甲烷細(xì)菌生長重要環(huán)境因素：pH值和溫度。PH值應(yīng)在6．8—7．2，最適溫度在35℃一38℃和52℃一55℃各有一個。產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌之間嚴(yán)格的共生關(guān)系：甲烷細(xì)菌是專性厭氧的與產(chǎn)酸菌相比．甲烷茵對溫度、pH值、有毒物質(zhì)等更為敏感。因此有人提出，考慮到這種共生關(guān)系，反應(yīng)器中的剪切力要注意控制，不能在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行連續(xù)的劇烈攪拌甲烷菌6在工程技術(shù)上，研究甲烷細(xì)菌的通性是重要的，這將有助于打破厭氧第二節(jié)污水的厭氧生物處理方法化糞池厭氧生物濾池厭氧接觸法上流式厭氧污泥床反應(yīng)器分段厭氧處理法7第二節(jié)污水的厭氧生物處理方法化糞池7化糞池是最早的厭氧生物處理構(gòu)筑物8化糞池是最早的厭氧生物處理構(gòu)筑物8厭氧濾池（anaerobicfilter又稱厭氧固定膜反應(yīng)器，是60年代末開發(fā)的新型高效厭氧處理裝置。濾池呈圓柱形，池內(nèi)裝放填料，池底和池頂密封。厭氧微生物附著于填料的表面生長，當(dāng)廢水通過填料層時，在填料表面的厭氧生物膜作用下，廢水中的有機物被降解，并產(chǎn)生沼氣，沼氣從池頂部排出。厭氧生物濾池進(jìn)水可采用升流式，也可以采用降流式9厭氧濾池（anaerobicfilter又稱厭氧固定膜反應(yīng)厭氧生物濾池厭氧生物濾池的特點：缺點：厭氧微生物總量沿池高度分布是很不均勻的，在池進(jìn)水部位高。當(dāng)廢水中有機物濃度高時，特別是進(jìn)水懸浮固體濃度和顆粒較大時，進(jìn)水部位容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。改進(jìn)：出水回流；部分充填載體；采用軟性填料。優(yōu)點：10厭氧生物濾池厭氧生物濾池的特點：10濾池中的微生物量較高，可承受的有機容積負(fù)荷高，COD容積負(fù)荷為2-16kgCOD/(m3·d)，且耐沖擊負(fù)荷能力強；廢水與生物膜兩相接觸面大，強化了傳質(zhì)過程，因而有機物去除速度快；微生物固著生長為主，不易流失，因此不需污泥回流和攪拌設(shè)備；啟動或停止運行后再啟動比前述厭氧工藝法時間短。厭氧生物濾池優(yōu)點11濾池中的微生物量較高，可承受的有機容積負(fù)荷高，COD容積負(fù)荷厭氧接觸法在混合接觸池（消化池）后設(shè)沉淀池，將沉淀污泥回流至消化池，形成了厭氧接觸法（anaerobiccontactprocess)。厭氧接觸法工藝特點12厭氧接觸法在混合接觸池（消化池）后設(shè)沉淀池，將沉淀污泥回流至特點通過污泥回流，保持消化池內(nèi)污泥濃度較高，一般為10-15g/L，耐沖擊能力強；消化池的容積負(fù)荷較普通消化池高，水力停留時間比普通消化池大大縮短，如常溫下，普通消化池為15-30天，而接觸法小于10天；可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液，不存在堵塞問題；混合液經(jīng)沉降后，出水水質(zhì)好，需增加沉淀池、污泥回流和脫氣等設(shè)備厭氧接觸法存在混合液難于在沉淀池中進(jìn)行固液分離的缺點。厭氧接觸法13特點通過污泥回流，保持消化池內(nèi)污泥濃度較高，一般為10-15上流式厭氧污泥床反應(yīng)器由反應(yīng)區(qū)、沉淀區(qū)和氣室三部分組成。上流式厭氧污泥床的池形有圓形、方形、矩形。小型裝置常為圓柱形，底部呈錐形或圓弧形。大型裝置為便于設(shè)置氣、液、固三相分離器，則一般為矩形，高度一般為3-8m，其中污泥床1-2m，污泥懸浮層2-4m，多用鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，（UASBupflowanaerobicsludgeblanketreactor)14上流式厭氧污泥床反應(yīng)器由反應(yīng)區(qū)、沉淀區(qū)和氣室三部分組成。（U

UASB布置結(jié)果示意圖布水區(qū)反應(yīng)區(qū)三相分離區(qū)超高15UASB布置結(jié)果示意圖布水區(qū)反應(yīng)區(qū)三相分離區(qū)超高151616需要全圖cad圖紙17需要全圖cad圖紙171818特點反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高，一般平均污泥濃度為30-40g/L，污泥床中的污泥由活性生物量占70-80％的高度發(fā)展的顆粒污泥。有機負(fù)荷高，水力停留時間短。中溫消化，COD容積負(fù)荷一般為10-20kgCOD/（m3·d）；反應(yīng)器內(nèi)設(shè)三相分離器，被沉淀區(qū)分離的污泥能自動回流到反應(yīng)區(qū)，一般無污泥回流設(shè)備；無混合攪拌設(shè)備。投產(chǎn)運行正常后，利用本身產(chǎn)生的沼氣和進(jìn)水來攪動污泥床內(nèi)不填載體，節(jié)省造價及避免堵塞問題。反應(yīng)器內(nèi)有短流現(xiàn)象，影響處理能力。運行啟動時間長，對水質(zhì)和負(fù)荷突然變化比較敏感。上流式厭氧污泥床反應(yīng)器19特點反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高，一般平均污泥濃度為30-40g/L，將水解酸化過程和甲烷化過程分開在兩個反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。第一段：完成水解和液化固態(tài)有機物為有機酸；緩沖和稀釋負(fù)荷沖擊與有害物質(zhì)，并截留難降解的固態(tài)物質(zhì)。

反應(yīng)器可采用簡易非密閉裝置、在常溫、較寬pH值范圍條件下運行。第二段：保持嚴(yán)格的厭氧條件和pH值，以利于甲烷菌的生長；降解、穩(wěn)定有機物，產(chǎn)生含甲烷較多的消化氣。第二步反應(yīng)器則要求嚴(yán)格密封、嚴(yán)格控制溫度和pH值范圍。分段厭氧處理法20將水解酸化過程和甲烷化過程分開在兩個反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。分段厭氧處接觸消化池-上流式污泥床兩步消化工藝熱交換器被廢水加熱到需要的溫度水解產(chǎn)酸反應(yīng)，控制條件之產(chǎn)生脂肪酸，盡量不產(chǎn)生沼氣沉降分離，去除不溶性有機物產(chǎn)甲烷階段，使第一步反應(yīng)產(chǎn)生的有機酸生成甲烷和二氧化碳等最終產(chǎn)物21接觸消化池-上流式污泥床兩步消化工藝熱交換器水解產(chǎn)酸反應(yīng)，控纖維填料厭氧濾池和上流式厭氧污泥床復(fù)合法工藝22纖維填料厭氧濾池和上流式厭氧污泥床復(fù)合法工藝22兩步厭氧法具有如下特點:（a）耐沖擊負(fù)荷能力強，運行穩(wěn)定，避免了一步法不耐高有機酸濃度的缺陷；（b）兩階段反應(yīng)不在同一反應(yīng)器中進(jìn)行，互相影響小，可更好地控制工藝條件；（c）消化效率高，尤其適于處理含懸浮固體多、難消化降解的高濃度有機廢水。（d）但兩步法設(shè)備較多，流程和操作復(fù)雜。23兩步厭氧法具有如下特點:（a）耐沖擊負(fù)荷能力強，運行穩(wěn)定，避其它厭氧處理法厭氧生物轉(zhuǎn)盤：構(gòu)造與好氧生物轉(zhuǎn)盤相似，不同之處在于盤片大部分(70％以上)或全部浸沒在廢水中，整個生物轉(zhuǎn)盤設(shè)在一個密閉的容器內(nèi)。厭氧擋板反應(yīng)器：從研究厭氧生物轉(zhuǎn)盤發(fā)展而來的，生物轉(zhuǎn)盤不轉(zhuǎn)動即變成厭氧擋板反應(yīng)器。同時，厭氧擋板反應(yīng)器實質(zhì)上是一系列升流式厭氧污泥床，但不設(shè)三相分離器。24其它厭氧處理法厭氧生物轉(zhuǎn)盤：24厭氧生物轉(zhuǎn)盤示意圖特點：微生物濃度高勿需處理水回流生物膜經(jīng)常保持較高的活性耐沖擊負(fù)荷，處理過程穩(wěn)定性強可采用多級串連，各級微生物處于最佳生存條件運行管理方便盤片成本較高25厭氧生物轉(zhuǎn)盤示意圖特點：25厭氧擋板反應(yīng)器示意圖特點：反應(yīng)器啟動期短。實驗表明接種一個月，就有顆粒污泥形成，兩個月可穩(wěn)定運行。避免厭氧濾池等堵塞問題避免UASB因污泥膨脹而發(fā)生污泥流失問題不需要攪拌不需要載體26厭氧擋板反應(yīng)器示意圖特點：26第三節(jié)厭氧法的影響因素溫度條件pH值氧化還原電位有機負(fù)荷厭氧活性污泥攪拌和混合廢水的營養(yǎng)比有毒物質(zhì)27第三節(jié)厭氧法的影響因素溫度條件27溫度對厭氧消化過程的影響28溫度對厭氧消化過程的影響28pH值產(chǎn)酸細(xì)菌對酸堿度不及甲烷細(xì)菌敏感，其適宜的pH值范圍較廣，在4.5-8.0之間。產(chǎn)甲烷菌要求環(huán)境介質(zhì)pH值在中性附近，最適宜pH值為7.0-7.2，pH6.6-7.4較為適宜。在厭氧法處理廢水的應(yīng)用中，由于產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷大多在同一構(gòu)筑物內(nèi)進(jìn)行，故為了維持平衡，避免過多的酸積累，常保持反應(yīng)器內(nèi)的pH值在6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范圍內(nèi)。29pH值產(chǎn)酸細(xì)菌對酸堿度不及甲烷細(xì)菌敏感，其適宜的pH值范圍較氧化還原電位（ORP）厭氧環(huán)境主要以體系中的氧化還原電位反映。高溫厭氧消化系統(tǒng)：適宜氧化還原電位為-500～-600mV；中溫厭氧消化系統(tǒng)及浮動溫度厭氧消化系統(tǒng)：氧化還原電位應(yīng)低于-300～-380mV。產(chǎn)酸細(xì)菌：對氧化還原電位的要求不甚嚴(yán)格，甚至可在+100～-100mV的兼性條件下生長繁殖；甲烷細(xì)菌：最適宜的氧化還原電位為-350mV或更低。就大多數(shù)生活污水的污泥及性質(zhì)相近的高濃度有機廢水而言，只要嚴(yán)密隔斷于空氣的接觸，即可保證必要的值。30氧化還原電位（ORP）厭氧環(huán)境主要以體系中的氧化還原電位反有機負(fù)荷在厭氧法中，有機負(fù)荷通常指容積有機負(fù)荷，簡稱容積負(fù)荷，即消化器單位有效容積每天接受的有機物量（kgCOD/m3·d)。對懸浮生長工藝，也有用污泥負(fù)荷表達(dá)的，即kgCOD/(kg污泥·d)。在污泥消化中，有機負(fù)荷習(xí)慣上以投配率或進(jìn)料率表達(dá)，即每天所投加的濕污泥體積占消化器有效容積的百分?jǐn)?shù)。

在通常的情況下：厭氧消化工藝處理高濃度工業(yè)廢水的有機負(fù)荷：中溫為2-3kgCOD/(m3·d)，在高溫下為4-6kgCOD/(m3·d)。上流式厭氧污泥床反應(yīng)器、厭氧濾池、厭氧流化床等新型厭氧工藝的有機負(fù)荷在中溫下為5-15kgCOD/(m3·d)，可高達(dá)30kgCOD/(m3·d)。31有機負(fù)荷在厭氧法中，有機負(fù)荷通常指容積有機負(fù)荷，簡稱容積負(fù)荷各種反應(yīng)器要求的污泥濃度不盡相同，一般介于10～30gVSS/L之間。為了保持反應(yīng)器的生物量不致因流失而減少，可采用多種措施：如安裝三相分離器、設(shè)置掛膜介質(zhì)、降低水流速度和回流污泥量等。污泥濃度32各種反應(yīng)器要求的污泥濃度不盡相同，一般介于10～30gVSS攪拌和混合通過攪拌：消除池內(nèi)梯度，增加食料與微生物之間的接觸避免產(chǎn)生分層，促進(jìn)沼氣分離。進(jìn)料迅速與池中原有料液相混勻。攪拌程度與強度要適當(dāng)。攪拌的方法：機械攪拌器攪拌法消化液循環(huán)攪拌法沼氣循環(huán)攪拌法等沼氣循環(huán)攪拌，還有利于使沼氣中的CO2作為產(chǎn)甲烷的底物被細(xì)菌利用，提高甲烷的產(chǎn)量33攪拌和混合通過攪拌：33廢水的營養(yǎng)比厭氧法中碳:氮:磷控制為200-300:5:1為宜。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例對厭氧消化的影響更為重要。研究表明，合適的C/N為10-18:1。12．4．8有毒物質(zhì)有毒物質(zhì)有毒物質(zhì)的最高容許濃度與處理系統(tǒng)的運行方式、污泥馴化程度、廢水特性、操作控制條件等因素有關(guān)。34廢水的營養(yǎng)比厭氧法中碳:氮:磷控制為200-300:5:1為第四節(jié)厭氧生物處理法的設(shè)計厭氧生物處理法的設(shè)計包括：流程和設(shè)備的選擇反應(yīng)器和構(gòu)筑物的構(gòu)造和容積的確定需熱量的計算和攪拌設(shè)備的設(shè)計等35第四節(jié)厭氧生物處理法的設(shè)計厭氧生物處理法的設(shè)計包括：35厭氧法特點：優(yōu)點：（1）應(yīng)用范圍廣好氧法一般只適用于中、低濃度有機廢水的處理，而厭氧法既適用于高濃度有機廢水，又適用于中、低濃度有機廢水。有些有機物對好氧生物處理法來說是難降解的，但對厭氧生物處理是可降解的，如固體有機物、著色劑蒽醌和某些偶氮染料等。（2）能耗低好氧法需要消耗大量能量供氧，曝氣費用隨著有機物濃度的增加而增大，而厭氧法不需要充氧，而且產(chǎn)生的沼氣可作為能源36厭氧法特點：優(yōu)點：36厭氧法特點：（3）負(fù)荷高通常好氧法的有機容積負(fù)荷為2-4kgBOD/(m3·d)，而厭氧法為2-lOkgCOD/(m3·d)，高的可達(dá)50kgCOD/(m3·d)。（4）剩余污泥量少，且其濃縮性、脫水性良好好氧法每去除lkgCOD將產(chǎn)生0.4-O.6kg生物量，而厭氧出去除lkgCOD只產(chǎn)生0.02-0.lkg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5％-20％。同時，消化污泥在衛(wèi)生學(xué)上和化學(xué)上都是穩(wěn)定的。因此，剩余污泥處理和處置簡單、運行費用低，甚至可作為肥料、飼料或餌料利用。（5）氮、磷營養(yǎng)需要量較少好氧法一般要求BOD:N:P為l00:5:1，而厭氧法的BOD:N:P為l00:2.5:0.5，37厭氧法特點：（3）負(fù)荷高37厭氧法特點：（6）有殺菌作用厭氧處理過程有一定的殺菌作用，可以殺死廢水和污泥中的寄生蟲卵、病毒等。（7）污泥易貯存厭氧活性污泥可以長期貯存，厭氧反應(yīng)器可以季節(jié)性或間歇性運轉(zhuǎn)。缺點：厭氧設(shè)備啟動和處理所需時間比好氧設(shè)備長；出水往往達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)一步處理，厭氧處理系統(tǒng)操作控制因素較為復(fù)雜。厭氧過程會產(chǎn)生氣味對空氣有污染38厭氧法特點：（6）有殺菌作用38一、流程和設(shè)備的選擇包括：工藝和設(shè)備的選擇；消化溫度等。幾種厭氧處理法的比較：39一、流程和設(shè)備的選擇包括：工藝和設(shè)備的選擇；消化溫度等。39二、厭氧反應(yīng)器的設(shè)計反應(yīng)器的設(shè)計可以在模型試驗的基礎(chǔ)上，按照所得的參數(shù)值進(jìn)行計算，也可以按照類似廢水的經(jīng)驗值：反應(yīng)器容積：對于傳統(tǒng)消化法：消化時間1－5d，負(fù)荷：1－3kg(COD)/m3.d，BOD5去除率50％－90％。厭氧生物濾池或厭氧接觸法，消化時間0.5-3d，負(fù)荷：3－10kg(COD)/m3.d。上流式厭氧污泥床可采用更高負(fù)荷。消化氣的產(chǎn)氣量一般按0.4－0.5Nm3/kg(COD)采用中溫消化，40二、厭氧反應(yīng)器的設(shè)計反應(yīng)器的設(shè)計可以在模型試驗的基礎(chǔ)上，按照消化池所需熱量包括：將廢水提高到池溫所需熱量和補償池體所散失的熱量。三、消化池?zé)崃康挠嬎銓τ谝话沅摻罨炷脸刈?，外面加設(shè)絕緣層，f(值約為20－25KJ／h．m2·℃)。池體散失熱量：41消化池所需熱量包括：將廢水提高到池溫所需熱量和補償池體所散失第四節(jié)厭氧和好氧技術(shù)的聯(lián)合運用簡介高濃度有機廢水用一種方法很難處理到要求的水平。所以需要用厭氧和好氧處理方法聯(lián)合應(yīng)用才能達(dá)到好的效果。某制藥廠廢水的處理工藝：42第四節(jié)厭氧和好氧技術(shù)的聯(lián)合運用簡介高濃度有機廢水用一種方法很廢水

初次沉淀池?fù)Q熱器上流式厭氧污泥床生物接觸氧化池二次沉淀池出水污泥回流沼氣凈化沼氣利用沉渣利用某制藥廠廢水處理工藝流程43廢水初次換熱器上流生物接觸氧化池二次出水污泥回流沼氣凈化沼采用厭氧與好氧工藝相結(jié)合的工藝，還可以達(dá)到生物脫氮、脫磷的目的首先，由亞硝酸菌將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽：NH4＋＋O2＋HCO3-

NO2-＋H2CO3＋H2O＋亞硝酸菌再由硝酸菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽：NO2-＋NH4+＋H2CO3＋HCO3-＋O2

NO3-＋H2O＋硝酸菌44采用厭氧與好氧工藝相結(jié)合的工藝，還可以達(dá)到生物脫氮、脫磷的目反硝化即脫氮，是在缺氧條件下，通過脫氮菌的作用，將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原成氮氣，該反應(yīng)過程中，反硝化菌需要有機碳源（如甲醇）作電子供體，利用NO3-中的氧進(jìn)行缺氧呼吸，反應(yīng)過程可表示如下：NO3-＋CH3OH＋H2CO3

N2＋H2O＋HCO3-＋微生物細(xì)胞NO2-＋CH3OH＋H2CO3

N2＋H2O＋HCO3-＋微生物細(xì)胞45反硝化即脫氮，是在缺氧條件下，通過脫氮菌的作用，將亞硝酸鹽和亞硝酸菌和硝酸菌都是化能自養(yǎng)菌。硝化反應(yīng)需在好氧條件下進(jìn)行并以氧作為電子受體。反硝化菌是一類化能異養(yǎng)兼性缺氧微生物，其反應(yīng)需在缺氧的條件下進(jìn)行。試驗表明，對廢水首先通過5-6小時的強烈曝氣，可以完成硝化階段，然后再使廢水處于4-5小時無氧狀態(tài)，脫氮率可以達(dá)80％以上。46亞硝酸菌和硝酸菌都是化能自養(yǎng)菌。硝化反應(yīng)需在好氧條件下進(jìn)行并4747這種脫氮系統(tǒng)的工藝流程是讓廢水依次經(jīng)過厭氧，缺氧、好氧三個階段，故稱為厭氧、缺氧、好氧脫氮系統(tǒng)，簡稱A/A/O系統(tǒng)（也稱為A2/O系統(tǒng)）。該系統(tǒng)是以去除有機碳、氮和磷為主的廢水處理工藝。A/A/O系統(tǒng)流程圖48這種脫氮系統(tǒng)的工藝流程是讓廢水依次經(jīng)過厭氧，缺氧、好氧三個階UTC工藝流程49UTC工藝流程49工藝特點：UCT工藝是目前比較流行的厭氧與好氧相結(jié)合的生物除磷工藝流程。它是在A/A/0工藝的基礎(chǔ)上對回流方式作了調(diào)整以后提出的。其與A/A/0工藝的不同之處在于它的污泥回流是缺氧池回流到厭氧池，這樣就阻止了處理系統(tǒng)中硝酸鹽（NO3-）進(jìn)入到厭氧池而影響在厭氧過程中磷的充分釋放。但在運行過程中，須注意當(dāng)進(jìn)水中的總氮與COD的比值較高時，應(yīng)減少混合液的回流比，以防止NO3-進(jìn)入到厭氧池中。10/29/202250工藝特點：UCT工藝是目前比較流行的厭氧與好氧相結(jié)合的生物除第15章廢水的厭氧處理TheAnaerobicProcesses51第15章1主要內(nèi)容第一節(jié)：厭氧生物處理的基本原理第二節(jié)污水的厭氧生物處理方法第三節(jié)厭氧法的影響因素第四節(jié)厭氧生物處理法的設(shè)計52主要內(nèi)容第一節(jié)：厭氧生物處理的基本原理2第一節(jié)：厭氧生物處理的基本原理廢水厭氧生物處理是指在無分子氧條件下通過厭氧微生物(包括兼氧微生物）的作用，將廢水中的各種復(fù)雜有機物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程，也稱為厭氧消化(anaerobicdigestion)。與好氧過程的根本區(qū)別：不以分子態(tài)氧作為受氫體，而以化合態(tài)氧、碳、硫、氮等作為受氫體。厭氧生物處理是一個復(fù)雜的微生物化學(xué)過程，依靠三大主要類群的細(xì)菌，即水解產(chǎn)酸細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌的聯(lián)合作用完成。53第一節(jié)：厭氧生物處理的基本原理廢水厭氧生物處理是指在無分子氧厭氧過程可分為四階段：生化階段ⅠⅡⅢ物態(tài)變化液化（水解）酸化（1）酸化（2）氣化生化過程大分子不溶態(tài)有機物轉(zhuǎn)化為小分子溶解態(tài)有機物小分子溶解態(tài)有機物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及A、B兩類產(chǎn)物B類產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及乙酸等CH4、CO2等菌群發(fā)酵細(xì)菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌甲烷細(xì)菌發(fā)酵工藝甲烷發(fā)酵酸發(fā)酵——54厭氧過程可分為四階段：生化階段ⅠⅡⅢ物態(tài)變化液化（水解液化階段顯著特征是液態(tài)污泥的pH值迅速下降，不到10d，降到最低值；產(chǎn)物中有機酸是主體，在一個月左右，達(dá)到最高值。氣化階段產(chǎn)生消化氣，主體是CH4，因此氣化階段常稱甲烷化階段，CO2也相當(dāng)多，還有微量H2S。55液化階段5在工程技術(shù)上，研究甲烷細(xì)菌的通性是重要的，這將有助于打破厭氧生物處理過程分階段的現(xiàn)象，從而最大限度地縮短處理過程的歷時。影響甲烷細(xì)菌生長重要環(huán)境因素：pH值和溫度。PH值應(yīng)在6．8—7．2，最適溫度在35℃一38℃和52℃一55℃各有一個。產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌之間嚴(yán)格的共生關(guān)系：甲烷細(xì)菌是專性厭氧的與產(chǎn)酸菌相比．甲烷茵對溫度、pH值、有毒物質(zhì)等更為敏感。因此有人提出，考慮到這種共生關(guān)系，反應(yīng)器中的剪切力要注意控制，不能在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行連續(xù)的劇烈攪拌甲烷菌56在工程技術(shù)上，研究甲烷細(xì)菌的通性是重要的，這將有助于打破厭氧第二節(jié)污水的厭氧生物處理方法化糞池厭氧生物濾池厭氧接觸法上流式厭氧污泥床反應(yīng)器分段厭氧處理法57第二節(jié)污水的厭氧生物處理方法化糞池7化糞池是最早的厭氧生物處理構(gòu)筑物58化糞池是最早的厭氧生物處理構(gòu)筑物8厭氧濾池（anaerobicfilter又稱厭氧固定膜反應(yīng)器，是60年代末開發(fā)的新型高效厭氧處理裝置。濾池呈圓柱形，池內(nèi)裝放填料，池底和池頂密封。厭氧微生物附著于填料的表面生長，當(dāng)廢水通過填料層時，在填料表面的厭氧生物膜作用下，廢水中的有機物被降解，并產(chǎn)生沼氣，沼氣從池頂部排出。厭氧生物濾池進(jìn)水可采用升流式，也可以采用降流式59厭氧濾池（anaerobicfilter又稱厭氧固定膜反應(yīng)厭氧生物濾池厭氧生物濾池的特點：缺點：厭氧微生物總量沿池高度分布是很不均勻的，在池進(jìn)水部位高。當(dāng)廢水中有機物濃度高時，特別是進(jìn)水懸浮固體濃度和顆粒較大時，進(jìn)水部位容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。改進(jìn)：出水回流；部分充填載體；采用軟性填料。優(yōu)點：60厭氧生物濾池厭氧生物濾池的特點：10濾池中的微生物量較高，可承受的有機容積負(fù)荷高，COD容積負(fù)荷為2-16kgCOD/(m3·d)，且耐沖擊負(fù)荷能力強；廢水與生物膜兩相接觸面大，強化了傳質(zhì)過程，因而有機物去除速度快；微生物固著生長為主，不易流失，因此不需污泥回流和攪拌設(shè)備；啟動或停止運行后再啟動比前述厭氧工藝法時間短。厭氧生物濾池優(yōu)點61濾池中的微生物量較高，可承受的有機容積負(fù)荷高，COD容積負(fù)荷厭氧接觸法在混合接觸池（消化池）后設(shè)沉淀池，將沉淀污泥回流至消化池，形成了厭氧接觸法（anaerobiccontactprocess)。厭氧接觸法工藝特點62厭氧接觸法在混合接觸池（消化池）后設(shè)沉淀池，將沉淀污泥回流至特點通過污泥回流，保持消化池內(nèi)污泥濃度較高，一般為10-15g/L，耐沖擊能力強；消化池的容積負(fù)荷較普通消化池高，水力停留時間比普通消化池大大縮短，如常溫下，普通消化池為15-30天，而接觸法小于10天；可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液，不存在堵塞問題；混合液經(jīng)沉降后，出水水質(zhì)好，需增加沉淀池、污泥回流和脫氣等設(shè)備厭氧接觸法存在混合液難于在沉淀池中進(jìn)行固液分離的缺點。厭氧接觸法63特點通過污泥回流，保持消化池內(nèi)污泥濃度較高，一般為10-15上流式厭氧污泥床反應(yīng)器由反應(yīng)區(qū)、沉淀區(qū)和氣室三部分組成。上流式厭氧污泥床的池形有圓形、方形、矩形。小型裝置常為圓柱形，底部呈錐形或圓弧形。大型裝置為便于設(shè)置氣、液、固三相分離器，則一般為矩形，高度一般為3-8m，其中污泥床1-2m，污泥懸浮層2-4m，多用鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，（UASBupflowanaerobicsludgeblanketreactor)64上流式厭氧污泥床反應(yīng)器由反應(yīng)區(qū)、沉淀區(qū)和氣室三部分組成。（U

UASB布置結(jié)果示意圖布水區(qū)反應(yīng)區(qū)三相分離區(qū)超高65UASB布置結(jié)果示意圖布水區(qū)反應(yīng)區(qū)三相分離區(qū)超高156616需要全圖cad圖紙67需要全圖cad圖紙176818特點反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高，一般平均污泥濃度為30-40g/L，污泥床中的污泥由活性生物量占70-80％的高度發(fā)展的顆粒污泥。有機負(fù)荷高，水力停留時間短。中溫消化，COD容積負(fù)荷一般為10-20kgCOD/（m3·d）；反應(yīng)器內(nèi)設(shè)三相分離器，被沉淀區(qū)分離的污泥能自動回流到反應(yīng)區(qū)，一般無污泥回流設(shè)備；無混合攪拌設(shè)備。投產(chǎn)運行正常后，利用本身產(chǎn)生的沼氣和進(jìn)水來攪動污泥床內(nèi)不填載體，節(jié)省造價及避免堵塞問題。反應(yīng)器內(nèi)有短流現(xiàn)象，影響處理能力。運行啟動時間長，對水質(zhì)和負(fù)荷突然變化比較敏感。上流式厭氧污泥床反應(yīng)器69特點反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高，一般平均污泥濃度為30-40g/L，將水解酸化過程和甲烷化過程分開在兩個反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。第一段：完成水解和液化固態(tài)有機物為有機酸；緩沖和稀釋負(fù)荷沖擊與有害物質(zhì)，并截留難降解的固態(tài)物質(zhì)。

反應(yīng)器可采用簡易非密閉裝置、在常溫、較寬pH值范圍條件下運行。第二段：保持嚴(yán)格的厭氧條件和pH值，以利于甲烷菌的生長；降解、穩(wěn)定有機物，產(chǎn)生含甲烷較多的消化氣。第二步反應(yīng)器則要求嚴(yán)格密封、嚴(yán)格控制溫度和pH值范圍。分段厭氧處理法70將水解酸化過程和甲烷化過程分開在兩個反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。分段厭氧處接觸消化池-上流式污泥床兩步消化工藝熱交換器被廢水加熱到需要的溫度水解產(chǎn)酸反應(yīng)，控制條件之產(chǎn)生脂肪酸，盡量不產(chǎn)生沼氣沉降分離，去除不溶性有機物產(chǎn)甲烷階段，使第一步反應(yīng)產(chǎn)生的有機酸生成甲烷和二氧化碳等最終產(chǎn)物71接觸消化池-上流式污泥床兩步消化工藝熱交換器水解產(chǎn)酸反應(yīng)，控纖維填料厭氧濾池和上流式厭氧污泥床復(fù)合法工藝72纖維填料厭氧濾池和上流式厭氧污泥床復(fù)合法工藝22兩步厭氧法具有如下特點:（a）耐沖擊負(fù)荷能力強，運行穩(wěn)定，避免了一步法不耐高有機酸濃度的缺陷；（b）兩階段反應(yīng)不在同一反應(yīng)器中進(jìn)行，互相影響小，可更好地控制工藝條件；（c）消化效率高，尤其適于處理含懸浮固體多、難消化降解的高濃度有機廢水。（d）但兩步法設(shè)備較多，流程和操作復(fù)雜。73兩步厭氧法具有如下特點:（a）耐沖擊負(fù)荷能力強，運行穩(wěn)定，避其它厭氧處理法厭氧生物轉(zhuǎn)盤：構(gòu)造與好氧生物轉(zhuǎn)盤相似，不同之處在于盤片大部分(70％以上)或全部浸沒在廢水中，整個生物轉(zhuǎn)盤設(shè)在一個密閉的容器內(nèi)。厭氧擋板反應(yīng)器：從研究厭氧生物轉(zhuǎn)盤發(fā)展而來的，生物轉(zhuǎn)盤不轉(zhuǎn)動即變成厭氧擋板反應(yīng)器。同時，厭氧擋板反應(yīng)器實質(zhì)上是一系列升流式厭氧污泥床，但不設(shè)三相分離器。74其它厭氧處理法厭氧生物轉(zhuǎn)盤：24厭氧生物轉(zhuǎn)盤示意圖特點：微生物濃度高勿需處理水回流生物膜經(jīng)常保持較高的活性耐沖擊負(fù)荷，處理過程穩(wěn)定性強可采用多級串連，各級微生物處于最佳生存條件運行管理方便盤片成本較高75厭氧生物轉(zhuǎn)盤示意圖特點：25厭氧擋板反應(yīng)器示意圖特點：反應(yīng)器啟動期短。實驗表明接種一個月，就有顆粒污泥形成，兩個月可穩(wěn)定運行。避免厭氧濾池等堵塞問題避免UASB因污泥膨脹而發(fā)生污泥流失問題不需要攪拌不需要載體76厭氧擋板反應(yīng)器示意圖特點：26第三節(jié)厭氧法的影響因素溫度條件pH值氧化還原電位有機負(fù)荷厭氧活性污泥攪拌和混合廢水的營養(yǎng)比有毒物質(zhì)77第三節(jié)厭氧法的影響因素溫度條件27溫度對厭氧消化過程的影響78溫度對厭氧消化過程的影響28pH值產(chǎn)酸細(xì)菌對酸堿度不及甲烷細(xì)菌敏感，其適宜的pH值范圍較廣，在4.5-8.0之間。產(chǎn)甲烷菌要求環(huán)境介質(zhì)pH值在中性附近，最適宜pH值為7.0-7.2，pH6.6-7.4較為適宜。在厭氧法處理廢水的應(yīng)用中，由于產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷大多在同一構(gòu)筑物內(nèi)進(jìn)行，故為了維持平衡，避免過多的酸積累，常保持反應(yīng)器內(nèi)的pH值在6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范圍內(nèi)。79pH值產(chǎn)酸細(xì)菌對酸堿度不及甲烷細(xì)菌敏感，其適宜的pH值范圍較氧化還原電位（ORP）厭氧環(huán)境主要以體系中的氧化還原電位反映。高溫厭氧消化系統(tǒng)：適宜氧化還原電位為-500～-600mV；中溫厭氧消化系統(tǒng)及浮動溫度厭氧消化系統(tǒng)：氧化還原電位應(yīng)低于-300～-380mV。產(chǎn)酸細(xì)菌：對氧化還原電位的要求不甚嚴(yán)格，甚至可在+100～-100mV的兼性條件下生長繁殖；甲烷細(xì)菌：最適宜的氧化還原電位為-350mV或更低。就大多數(shù)生活污水的污泥及性質(zhì)相近的高濃度有機廢水而言，只要嚴(yán)密隔斷于空氣的接觸，即可保證必要的值。80氧化還原電位（ORP）厭氧環(huán)境主要以體系中的氧化還原電位反有機負(fù)荷在厭氧法中，有機負(fù)荷通常指容積有機負(fù)荷，簡稱容積負(fù)荷，即消化器單位有效容積每天接受的有機物量（kgCOD/m3·d)。對懸浮生長工藝，也有用污泥負(fù)荷表達(dá)的，即kgCOD/(kg污泥·d)。在污泥消化中，有機負(fù)荷習(xí)慣上以投配率或進(jìn)料率表達(dá)，即每天所投加的濕污泥體積占消化器有效容積的百分?jǐn)?shù)。

在通常的情況下：厭氧消化工藝處理高濃度工業(yè)廢水的有機負(fù)荷：中溫為2-3kgCOD/(m3·d)，在高溫下為4-6kgCOD/(m3·d)。上流式厭氧污泥床反應(yīng)器、厭氧濾池、厭氧流化床等新型厭氧工藝的有機負(fù)荷在中溫下為5-15kgCOD/(m3·d)，可高達(dá)30kgCOD/(m3·d)。81有機負(fù)荷在厭氧法中，有機負(fù)荷通常指容積有機負(fù)荷，簡稱容積負(fù)荷各種反應(yīng)器要求的污泥濃度不盡相同，一般介于10～30gVSS/L之間。為了保持反應(yīng)器的生物量不致因流失而減少，可采用多種措施：如安裝三相分離器、設(shè)置掛膜介質(zhì)、降低水流速度和回流污泥量等。污泥濃度82各種反應(yīng)器要求的污泥濃度不盡相同，一般介于10～30gVSS攪拌和混合通過攪拌：消除池內(nèi)梯度，增加食料與微生物之間的接觸避免產(chǎn)生分層，促進(jìn)沼氣分離。進(jìn)料迅速與池中原有料液相混勻。攪拌程度與強度要適當(dāng)。攪拌的方法：機械攪拌器攪拌法消化液循環(huán)攪拌法沼氣循環(huán)攪拌法等沼氣循環(huán)攪拌，還有利于使沼氣中的CO2作為產(chǎn)甲烷的底物被細(xì)菌利用，提高甲烷的產(chǎn)量83攪拌和混合通過攪拌：33廢水的營養(yǎng)比厭氧法中碳:氮:磷控制為200-300:5:1為宜。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例對厭氧消化的影響更為重要。研究表明，合適的C/N為10-18:1。12．4．8有毒物質(zhì)有毒物質(zhì)有毒物質(zhì)的最高容許濃度與處理系統(tǒng)的運行方式、污泥馴化程度、廢水特性、操作控制條件等因素有關(guān)。84廢水的營養(yǎng)比厭氧法中碳:氮:磷控制為200-300:5:1為第四節(jié)厭氧生物處理法的設(shè)計厭氧生物處理法的設(shè)計包括：流程和設(shè)備的選擇反應(yīng)器和構(gòu)筑物的構(gòu)造和容積的確定需熱量的計算和攪拌設(shè)備的設(shè)計等85第四節(jié)厭氧生物處理法的設(shè)計厭氧生物處理法的設(shè)計包括：35厭氧法特點：優(yōu)點：（1）應(yīng)用范圍廣好氧法一般只適用于中、低濃度有機廢水的處理，而厭氧法既適用于高濃度有機廢水，又適用于中、低濃度有機廢水。有些有機物對好氧生物處理法來說是難降解的，但對厭氧生物處理是可降解的，如固體有機物、著色劑蒽醌和某些偶氮染料等。（2）能耗低好氧法需要消耗大量能量供氧，曝氣費用隨著有機物濃度的增加而增大，而厭氧法不需要充氧，而且產(chǎn)生的沼氣可作為能源86厭氧法特點：優(yōu)點：36厭氧法特點：（3）負(fù)荷高通常好氧法的有機容積負(fù)荷為2-4kgBOD/(m3·d)，而厭氧法為2-lOkgCOD/(m3·d)，高的可達(dá)50kgCOD/(m3·d)。（4）剩余污泥量少，且其濃縮性、脫水性良好好氧法每去除lkgCOD將產(chǎn)生0.4-O.6kg生物量，而厭氧出去除lkgCOD只產(chǎn)生0.02-0.lkg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5％-20％。同時，消化污泥在衛(wèi)生學(xué)上和化學(xué)上都是穩(wěn)定的。因此，剩余污泥處理和處置簡單、運行費用低，甚至可作為肥料、飼料或餌料利用。（5）氮、磷營養(yǎng)需要量較少好氧法一般要求BOD:N:P為l00:5:1，而厭氧法的BOD:N:P為l00:2.5:0.5，87厭氧法特點：（3）負(fù)荷高37厭氧法特點：（6）有殺菌作用厭氧處理過程有一定的殺菌作用，可以殺死廢水和污泥中的寄生蟲卵、病毒等。（7）污泥易貯存厭氧活性污泥可以長期貯存，厭氧反應(yīng)器可以季節(jié)性或間歇性運轉(zhuǎn)。缺點：厭氧設(shè)備啟動和處理所需時間比好氧設(shè)備長；出水往往達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)一步處理，厭氧處理系統(tǒng)操作控制因素較為復(fù)雜。厭氧過程會產(chǎn)生氣味對空氣有污染88厭氧法特點：（6）有殺菌作用38一、流程和設(shè)備的選擇包括：工藝和設(shè)備的選擇；消化溫度等。幾種厭氧處理法的比較：89一、流程和設(shè)備的選擇包括：工藝和設(shè)備的選擇；消化溫度等。39二、厭氧反應(yīng)器的設(shè)計反應(yīng)器的設(shè)計可以在模型試驗的基礎(chǔ)上，按照所得的參數(shù)值進(jìn)行計算，也可以按照類似廢水的經(jīng)驗值：反應(yīng)器容積：對于傳統(tǒng)消化法：消化時間1－5d，負(fù)荷：1－3kg(COD)/m3.d，BOD5去除率50％－90％。厭氧生物濾池或厭氧接觸法，消化時間0.5-3d，負(fù)荷：3－10kg(COD)/m3.d。上流式厭氧污泥床可采用更高負(fù)荷。消化氣的產(chǎn)氣量一般按0.4－0.5Nm3/kg(COD