《水污染控制工程》第二部分生物處理175課程內(nèi)容第4章

活性污泥法（4）第5章生物膜法（5）第6章厭氧生物處理法（8、14）

污泥預(yù)處理與處置（8）第7章生物法脫氮除磷（7）第8章污水的自然生物處理（6）

第9章污水的回用、深度處理（7）

第10章污水處理廠的規(guī)劃與設(shè)計(jì)（9）275第6章厭氧生物處理法（P353）6.1厭氧生物處理基礎(chǔ)理論（P353）

6.2污泥的厭氧消化工藝6.3污水的厭氧生物處理工藝6.4污泥預(yù)處理與處置

3756.1厭氧生物處理基礎(chǔ)理論

（P353）6.1.1厭氧生物處理（厭氧消化）機(jī)理6.1.2厭氧生物處理（消化）動(dòng)力學(xué)6.1.3厭氧生物處理的影響因素6.1.4兩相厭氧消化4756.1.1厭氧生物處理（厭氧消化）機(jī)理（P353）（1）有機(jī)物的降解過(guò)程(途徑）（2）參與消化過(guò)程厭氧微生物575（1）有機(jī)物的厭氧降解過(guò)程（途徑）厭氧生物處理：也稱為厭氧消化(anaerobicdigestion)有機(jī)物→CH4+CO2、H2、H2S、氨氮等條件：

厭氧微生物無(wú)O2、無(wú)NO2-、NO3-厭氧降解理論模式①兩階段理論②三階段理論有機(jī)物的厭氧降解過(guò)程是由多種類群的微生物循序完成的。675①兩階段理論：

第一階段：酸性發(fā)酵階段，又稱產(chǎn)酸階段（不產(chǎn)甲烷階段）；

第二階段：甲烷發(fā)酵階段，又稱堿性發(fā)酵（產(chǎn)甲烷階段）；

775第一階段第二階段875①兩階段理論：

第一階段：酸性發(fā)酵階段，又稱產(chǎn)酸階段；發(fā)生水解和酸化，產(chǎn)物主要是脂肪酸、醇類、CO2和H2等；主要參與微生物統(tǒng)稱為產(chǎn)酸細(xì)菌或發(fā)酵細(xì)菌；

第二階段：產(chǎn)甲烷階段，又稱堿性發(fā)酵階段；產(chǎn)甲烷菌利用前一階段的產(chǎn)物，并將其轉(zhuǎn)化為CH4和CO2；主要參與的微生物統(tǒng)稱為產(chǎn)甲烷菌；975②三階段理論：

第一階段：

水解、發(fā)酵階段；

第二階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段；

第三階段：

產(chǎn)甲烷階段；

1075三階段理論復(fù)雜有機(jī)物水解與發(fā)酵細(xì)菌脂肪酸、醇類等乙酸CH4產(chǎn)甲烷菌1產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌（同型產(chǎn)乙酸菌）

H2+CO2ⅠⅡⅢ厭氧反應(yīng)的三階段理論同型乙酸菌產(chǎn)甲烷菌21175②三階段理論：

第一階段：

水解、發(fā)酵階段；

第二階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段；

第三階段：

產(chǎn)甲烷階段；

第一階段為水解酸化階段。復(fù)雜的大分子、不溶性有機(jī)物先在細(xì)胞外酶的作用下水解為小分子、溶解性有機(jī)物，然后滲入細(xì)胞體內(nèi)，分解產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)酸、醇類、醛類等。這個(gè)階段主要產(chǎn)生脂肪酸。第二階段為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段。在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌的作用下，第一階段產(chǎn)生的各種有機(jī)酸、醇類等被分解轉(zhuǎn)化成乙酸和H2，在降解奇數(shù)碳素有機(jī)酸時(shí)還形成CO2。同型乙酸菌將甲酸、甲醇、CO2與H2轉(zhuǎn)化為乙酸。1275②三階段理論：

第一階段：

水解、發(fā)酵階段；

第二階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段；

第三階段：

產(chǎn)甲烷階段；

第三階段為產(chǎn)甲烷階段。產(chǎn)甲烷細(xì)菌將乙酸（乙酸鹽）、CO2和H2等轉(zhuǎn)化為甲烷。此過(guò)程主要由兩組生理上不同的產(chǎn)甲烷菌完成一組從乙酸（乙酸鹽）脫羧產(chǎn)生甲烷，另一組把H2和CO2轉(zhuǎn)化成甲烷，13756.1.1厭氧生物處理（厭氧消化）機(jī)理（P353）（1）有機(jī)物的降解過(guò)程(途徑）（2）參與消化過(guò)程厭氧微生物1475（2）參與消化過(guò)程厭氧微生物三個(gè)階段，三大類群微生物第一階段：水解與發(fā)酵細(xì)菌（細(xì)菌、真菌等）第二階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、同型乙酸菌第三階段：產(chǎn)甲烷菌，絕對(duì)厭氧：桿菌、球菌、八疊球菌、螺旋菌。產(chǎn)甲烷細(xì)菌是決定厭氧消化效率和成敗的主要微生物，產(chǎn)甲烷階段是厭氧過(guò)程反應(yīng)速率的限制步驟。15751675177518751975厭氧消化的三個(gè)階段和COD轉(zhuǎn)化率

20756.1厭氧生物處理基礎(chǔ)理論

6.1.1厭氧生物處理（厭氧消化）機(jī)理6.1.2厭氧生物處理（消化）動(dòng)力學(xué)6.1.3厭氧生物處理的影響因素6.1.4兩相厭氧消化21756.1.2厭氧生物處理（消化）動(dòng)力學(xué)（P356）（1）有機(jī)底物的去除速率（2）厭氧細(xì)菌的增值速率（3）出水濃度與污泥齡的關(guān)系2275（1）有機(jī)底物的去除速率有機(jī)物去除速率最大比去除速率可降解的有機(jī)物量飽和常數(shù)（半速度常數(shù)）厭氧細(xì)菌濃度2375（2）厭氧細(xì)菌的增值速率厭氧細(xì)菌凈增殖速率厭氧細(xì)菌產(chǎn)率系數(shù)厭氧細(xì)菌衰亡速率系數(shù)2475由上兩式得：細(xì)菌凈比增殖速率1/θc（3）出水有機(jī)物濃度與污泥齡的關(guān)系2575符號(hào)單位數(shù)量產(chǎn)酸菌最大比增長(zhǎng)速率d-11-3甲烷菌最大比增長(zhǎng)速率d-10.3-0.5產(chǎn)酸菌最大產(chǎn)率系數(shù)kgVSS/kgCOD(S)0.15-0.20甲烷菌最大產(chǎn)率系數(shù)kgVSS/kgCOD(S)0.03-0.0435℃時(shí)厭氧反應(yīng)速率常數(shù)甲烷菌生長(zhǎng)慢2675厭氧微生物的產(chǎn)氣：一般沼氣中含：CH465%、CO230%、其它氣體5%。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下降解1kgCOD或BODu

將產(chǎn)生0.35m3CH4。

27756.1厭氧生物處理基礎(chǔ)理論

6.1.1厭氧生物處理（厭氧消化）機(jī)理6.1.2厭氧生物處理（消化）動(dòng)力學(xué)6.1.3厭氧生物處理的影響因素6.1.4兩相厭氧消化28756.1.3厭氧生物處理的影響因素（p357）（1）溫度（2）污泥齡與有機(jī)負(fù)荷（3）攪拌和混合（4）營(yíng)養(yǎng)與C/N比（5）氮的守恒與轉(zhuǎn)化（6）有毒物質(zhì)（7）pH和堿度（8）氧化還原電位2975（1）溫度各類微生物適宜的溫度范圍是不同的，一般認(rèn)為，產(chǎn)甲烷菌的溫度范圍為5-60℃。甲烷菌有兩個(gè)適宜溫度范圍中溫甲烷菌（30~36℃）——中溫消化

高溫甲烷菌（50~53℃）——高溫消化溫度為40-45℃時(shí)，厭氧消化效率較低。消化液溫度變化范圍：±1.5~2℃。水解酸化菌對(duì)溫度的適應(yīng)性較強(qiáng)。3075溫度對(duì)厭氧消化過(guò)程的影響3175（2）有機(jī)負(fù)荷與污泥齡

容積負(fù)荷：厭氧池單位有效容積每天接受的有機(jī)物量（kgCOD/m3·d)。也有用污泥負(fù)荷表達(dá)的，即kgCOD/(kgSS·d)。污泥消化中，習(xí)慣上以投配率表達(dá)：5%~8%每天所投加的新鮮污泥體積占消化池有效容積的百分?jǐn)?shù)。污泥齡：消化池內(nèi)總生物量/消化池每日排出的生物量有機(jī)負(fù)荷越低，有機(jī)物去除率越高有機(jī)負(fù)荷突然增大，厭氧池可能會(huì)發(fā)生酸化，甲烷菌受抑制。3275（3）攪拌和混合

通過(guò)攪拌可消除池內(nèi)濃度梯度，增加底物與微生物之間的接觸，避免產(chǎn)生分層，促進(jìn)沼氣分離。在連續(xù)投料的消化池中，使進(jìn)料迅速與池中原有料液相混勻。攪拌與混合效果影響厭氧反應(yīng)效率和脫氣性能。3375攪拌混合的方法：（a）機(jī)械攪拌器攪拌法；（b）消化液循環(huán)攪拌法；（c）沼氣循環(huán)攪拌法等。其中沼氣循環(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。（d）強(qiáng)化水力條件。3475（4）營(yíng)養(yǎng)與C/N比厭氧微生物的生長(zhǎng)繁殖需按一定的比例攝取碳、氮、磷以及其他微量元素。研究表明，合適的C/N為10~20:1。厭氧法的BOD:N:P為l00:2.5:0.5或200:5:13575（5）氮的守恒與轉(zhuǎn)化原水中的有機(jī)氮被轉(zhuǎn)化為氨氮，使出水中氨氮大大高于進(jìn)水，對(duì)系統(tǒng)pH的緩沖起到很大作用。當(dāng)氨氮濃度很高時(shí)，可能對(duì)甲烷菌有一定的抑制作用。3675（6）有毒物質(zhì)包括有毒有機(jī)物、重金屬離子和一些陰、陽(yáng)離子等。帶醛基、雙鍵、氯取代基、苯環(huán)等結(jié)構(gòu)的有機(jī)物，對(duì)細(xì)菌具有抑制性。有毒物質(zhì)的最高容許濃度與處理系統(tǒng)的運(yùn)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)。H2S的來(lái)源（1）進(jìn)水中硫酸鹽被硫酸鹽還原菌轉(zhuǎn)化而成；（2）含硫的有機(jī)物分解。氨的來(lái)源：含氮有機(jī)物分解；游離NH3的毒性大大高于NH4+主要是對(duì)甲烷菌的影響3775（7）pH值和堿度、消化液的緩沖作用產(chǎn)酸細(xì)菌對(duì)pH值適應(yīng)范圍較廣，在4.5-8.0之間。產(chǎn)甲烷菌最適宜pH值為7.0-7.2。

pH值應(yīng)控制在6.5-7.5（最好在6.8-7.2）的范圍。pH<6，甲烷菌的活性下降，pH<5.5反應(yīng)基本停止pH堿度起緩沖作用在厭氧消化過(guò)程中，pH值的升降變化取決于堿度和有機(jī)物代謝過(guò)程中某些產(chǎn)物。3875產(chǎn)酸反應(yīng)使有機(jī)酸的含量增加，會(huì)使pH值下降。含氮有機(jī)物分解產(chǎn)物氨的增加，會(huì)引起pH值升高。反應(yīng)器混合液對(duì)pH變化的緩沖能力，取決于揮發(fā)酸、堿度、CO2、氨氮之間的平衡。反應(yīng)器的酸化：有機(jī)酸積累、pH值下降，甲烷菌受抑制。消化液堿度宜大于2000mg/L特別是碳酸平衡從產(chǎn)甲烷的串聯(lián)反應(yīng)可以類推出結(jié)論：只有后一順序的微生物利用中間產(chǎn)物的速度與這些中間產(chǎn)物的產(chǎn)生速度相同，中間產(chǎn)物不發(fā)生嚴(yán)重積累，厭氧過(guò)程才能很好地進(jìn)行下去。（7）pH值和堿度、消化液的緩沖作用3975（8）氧化還原電位利用氧化還原電位來(lái)反映混合液的厭氧程度無(wú)氧環(huán)境是嚴(yán)格厭氧的產(chǎn)甲烷菌繁殖的最基本條件之一。產(chǎn)甲烷菌對(duì)氧和氧化劑非常敏感，這是因?yàn)樗幌蠛醚蹙菢泳哂羞^(guò)氧化氫酶。氧是影響厭氧反應(yīng)器中氧化還原電位條件的重要因素，但不是唯一因素。

40756.1厭氧生物處理基礎(chǔ)理論

6.1.1厭氧生物處理（厭氧消化）機(jī)理6.1.2厭氧生物處理（消化）動(dòng)力學(xué)6.1.3厭氧生物處理的影響因素6.1.4兩相厭氧消化41756.1.4兩相厭氧消化（P370）什么是兩相厭氧消化將厭氧三個(gè)階段的反應(yīng)分別控制在兩個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行；兩個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)：水解發(fā)酵、產(chǎn)酸）反應(yīng)器→產(chǎn)甲烷反應(yīng)器；注意各反應(yīng)器發(fā)生的反應(yīng)42756.1.4兩相厭氧消化（P370）兩相厭氧消化有什么優(yōu)勢(shì)兩個(gè)反應(yīng)器中分別生長(zhǎng)不同的菌群，可分別按各自的最佳條件運(yùn)行；按照所處理的廢水水質(zhì)情況，兩步可以采用同類型或不同類型的消化反應(yīng)器。第一步反應(yīng)器可采用簡(jiǎn)易非密閉裝置、在常溫、較寬pH值范圍條件下運(yùn)行；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。4375兩相厭氧工藝產(chǎn)酸反應(yīng)器產(chǎn)甲烷反應(yīng)器水解、發(fā)酵，產(chǎn)酸產(chǎn)甲烷加堿調(diào)節(jié)pH值按各相微生物的最適環(huán)境條件分別進(jìn)行控制進(jìn)水出水產(chǎn)氣收集產(chǎn)氣收集4475第6章厭氧生物處理法6.1厭氧生物處理基礎(chǔ)理論6.2污泥的厭氧消化工藝6.3污水的厭氧生物處理工藝6.4污泥預(yù)處理與處置

45756.2污泥的厭氧消化工藝（P361）6.2.1厭氧污泥消化池的構(gòu)造和計(jì)算（P361）6.2.2兩級(jí)消化（P366）6.2.3消化池的運(yùn)行與管理（P371）46756.2.1厭氧消化池的構(gòu)造和計(jì)算（P361）圓柱形、蛋形構(gòu)造：池體污泥投配系統(tǒng)排泥系統(tǒng)溢流系統(tǒng)攪拌設(shè)備加溫設(shè)備沼氣收集、排除（1）圓柱形厭氧消化池（2）蛋形厭氧消化池（3）常用加熱方式（4）普通消化池的計(jì)算4775（1）普通圓柱形厭氧消化池污泥定期或連續(xù)進(jìn)入池中，經(jīng)消化的污泥分別由消化池底和上部排出，所產(chǎn)沼氣從頂部排出。L構(gòu)造：密閉、圓柱形池，池徑6~35m，柱體部分的高度約為直徑的1/2，池底呈圓錐形，以利排泥。攪拌：常用攪拌方式有三種：(a)池內(nèi)機(jī)械攪拌；(b)沼氣攪拌；(c)循環(huán)消化液攪拌。4875消化池構(gòu)造沼氣收集、排除加溫設(shè)備攪拌設(shè)備排泥系統(tǒng)污泥投配系統(tǒng)池體4975螺旋槳攪拌的消化池5075水力攪拌5175浮動(dòng)式蓋消化池5275螺旋漿攪拌的消化池5375污泥消化池54755575大型厭氧生物處理5675（2）蛋形消化池57755875（3）常用加熱方式有三種(a)污泥在消化池外先經(jīng)熱交換器預(yù)熱到規(guī)定溫度再進(jìn)入消化池；（池外間接加熱）(b)熱水或蒸汽直接通入消化池內(nèi)；（池內(nèi)直接加熱）(c)在消化池內(nèi)部安裝熱交換管。（池內(nèi)間接加熱）59756075（4）普通消化池的計(jì)算池容積計(jì)算確定需處理的污泥量：干重或濕污泥體積根據(jù)揮發(fā)性有機(jī)物負(fù)荷：池容=每天揮發(fā)有機(jī)物干重/有機(jī)負(fù)荷根據(jù)消化時(shí)間：池容=每天的濕污泥體積×

消化時(shí)間各部分尺寸的確定：并聯(lián)池?cái)?shù)≥2消化池?zé)峁び?jì)算（P364)熱交換器計(jì)算攪拌設(shè)備的計(jì)算與選擇揮發(fā)性有機(jī)物負(fù)荷：0.6~1.5kg/(m3.d）td—消化時(shí)間，宜為20～30d61756.2污泥的厭氧消化工藝（P361）6.2.1厭氧污泥消化池的構(gòu)造和計(jì)算（P361）6.2.2兩級(jí)消化（P366）6.2.3消化池的運(yùn)行與管理（P371）62756.2.2兩級(jí)消化（P366）兩個(gè)消化池串聯(lián)運(yùn)行依據(jù)：一定溫度下，超過(guò)一定消化時(shí)間后，產(chǎn)氣率大大下降。只從運(yùn)行節(jié)能考慮，注意：與兩相厭氧消化不同。63756.2.2兩級(jí)消化（P366）第一級(jí)反應(yīng)器嚴(yán)格按厭氧池的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)：攪拌、加溫等。第二級(jí)反應(yīng)器不設(shè)攪拌和加溫設(shè)備，依靠余熱繼續(xù)消化。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，先按普通消化池計(jì)算池容積，再按一、二級(jí)的容積比進(jìn)行分配：一級(jí)容積/二級(jí)容積=1:1或2:1或3:2。例題：p3676475消化時(shí)間（d)產(chǎn)氣率（%）一級(jí)消化二級(jí)消化65756.2污泥的厭氧消化工藝（P361）6.2.1厭氧污泥消化池的構(gòu)造和計(jì)算（P361）6.2.2兩級(jí)消化（P366）6.2.3消化池的運(yùn)行與管理（P371）66756.2.3消化池的運(yùn)行與管理（P371）（1）消化池的啟動(dòng)（2）厭氧反應(yīng)器運(yùn)行中異?，F(xiàn)象及其原因（3）運(yùn)行管理中的安全要求（4）沼氣的貯存、應(yīng)用6775（1）消化池的啟動(dòng)a厭氧處理工藝的缺點(diǎn)之一是微生物增殖緩慢，設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，若能取得大量的厭氧活性污泥就可縮短投產(chǎn)期。c最好選擇同類物料厭氧消化污泥。如果采用一般的未經(jīng)消化的有機(jī)污泥自行培養(yǎng)，所需時(shí)間較長(zhǎng)。b一般來(lái)說(shuō)，接種污泥量比例增大，啟動(dòng)時(shí)間縮短。接種污泥6875培養(yǎng)馴化：逐步培養(yǎng)法：維持設(shè)計(jì)溫度、逐漸加