第六章厭氧生物處理2013

1、第六章第六章 厭氧生物處理厭氧生物處理 第一節(jié) 厭氧生物處理的凈化機理 第二節(jié) 厭氧微生物處理的影響因素 第三節(jié) 厭氧生物處理的特點 第四節(jié) 厭氧生物處理的分類 第五節(jié) 厭氧微生物的培養(yǎng)和馴化 第六節(jié) 厭氧生物處理的運行管理 福建省污廢水處理設施運行管理培訓福建省污廢水處理設施運行管理培訓 厭氧生物處理技術的發(fā)展 最早的厭氧生物處理技術的應用始于19世紀下半葉，至 今已有一百多年的歷史，剛開始主要用于處理人類糞便。 化糞池(單室) Imhoff池 （雙層沉淀池） 第一節(jié)第一節(jié) 厭氧生物處理的基本原理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）

2、的生物化學作用，將廢水中的各種 復雜有機物分解轉化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程，也稱 為厭氧消化。與好氧過程的根本區(qū)別在于不以分子態(tài)氧作為 受氫體，而以化合態(tài)氧、碳、硫、氫等為受氫體。 OH deds bcnNOHC cban2 420 9 2 NOHC ds CO deds CnCH de 27524 20858 34 2020 HCO ds CNH ds C 厭氧生物處理是一個依靠三大主要類群的細菌完成的復雜 的微生物學過程。將厭氧消化過程劃分為三個連續(xù)的階段： 第一階段為水解酸化階段； 第二階段為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段； 第三階段為產(chǎn)甲烷階段。 4 76 20 24 52 28 72 水解產(chǎn)酸細

3、菌 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌 產(chǎn)甲烷細菌 第一階段 水解酸化階段 復雜的大分子、不溶性有機物先在細胞外酶的作用下水 解為小分子、溶解性有機物，然后滲入細胞體內(nèi)，分解產(chǎn)生 揮發(fā)性有機酸、醇類、醛類等。這個階段主要產(chǎn)生較高級脂 肪酸。 水解產(chǎn)酸細菌是一個相當復雜而又龐大的細菌群，主要 包括纖維素分解菌、半纖維素分解菌、淀粉分解菌、脂肪分 解菌、蛋白質(zhì)分解菌、原生動物、真菌等。大多數(shù)為專性厭 氧菌，也有不少的兼性厭氧菌。 碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)的水解酸化過程碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)的水解酸化過程 水解過程：不溶解大分子有機物經(jīng)胞外水解酶的作用，在溶 液中分解為水溶性的小分子有機物，如氨基酸、脂肪酸、葡 萄糖

4、、和甘油等。水解過程是在細菌細胞表面或周圍介質(zhì)中 完成的。 酸化（發(fā)酵）過程：利用水解后的簡單有機物在產(chǎn)酸細菌的 作用下經(jīng)過厭氧發(fā)酵和氧化轉化為乙酸、丙酸、丁酸等脂肪 酸和醇類。這一過程是在細胞內(nèi)進行的。 第二階段 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段 在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌的作用下，第一階段產(chǎn)生的各 種有機酸被分解轉化成乙酸和H2，在降解奇數(shù)碳數(shù)有 機酸時還形成CO2。 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段就是進一步把有機物分解為可 以被甲烷菌直接利用的物質(zhì)。 第三階段 產(chǎn)甲烷階段 產(chǎn)甲烷細菌將乙酸、乙酸鹽、CO2和H2等轉化為甲烷。此 過程由兩組生理上不同的產(chǎn)甲烷菌完成，一組把氫和二氧化 碳轉化成甲烷，另一組從乙酸或乙酸鹽脫羧產(chǎn)生甲烷，前

5、者 約占總量的1/3，后者約占2/3。 344243 243 2422 22 )3/1(24 HCONHCHOHCOONHCH COCHCOOHCH OHCHCOH 產(chǎn)甲烷菌 產(chǎn)甲烷菌 產(chǎn)甲烷菌 占 上式可以看出有機物中的碳最終以甲烷、 二氧化碳等產(chǎn)物形式逸出。 二階段理論 四菌群說 不產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)甲烷菌之間相互關系 1、不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌提供生長和產(chǎn)甲烷所需的基質(zhì)； 2、不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的氧化還原電位條件； 3、不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌消除了有毒物質(zhì)，如苯酚等； 4、產(chǎn)甲烷菌為不產(chǎn)甲烷菌的生化反應解除反饋抑制； 5、產(chǎn)甲烷菌和不產(chǎn)甲烷菌共同維持環(huán)境中適宜的pH值。 水解產(chǎn)酸細菌 產(chǎn)

6、氫產(chǎn)乙酸細菌 產(chǎn)甲烷細菌 不產(chǎn)甲烷菌 甲烷細菌群甲烷細菌群 甲烷細菌對氧和其他氧化劑十分敏感，屬于嚴格的專性厭氧菌，研 究表明，在氧濃度低于25ug/L的環(huán)境下才能良好生長。 根據(jù)甲烷細菌的形態(tài)可分為四類： 1.甲烷桿菌，桿狀細胞，連成鏈或長絲狀，或呈短而直的桿狀； 2.甲烷球菌，球形細胞呈正圓或橢圓形，排列成對或成鏈； 3.甲烷螺旋菌，呈有規(guī)則的彎曲桿狀和螺旋絲狀； 4.甲烷八疊球菌，呈有規(guī)則的，大小一致的細胞堆積在一起。 其中甲烷八疊球菌甲烷化效率高。 迄今已得到確證的甲烷菌有43種，分屬于3個目、6個科和13個屬。 甲烷細菌除了能利用氫氣/二氧化碳、乙酸、乙酸鹽作為基質(zhì)，還 有“三甲”甲

7、酸、甲醇和甲胺。 限制步驟 限制步驟是指當一個過程由一系列相互聯(lián)系的生化反應組 成時，某一階段的生化反應速率常常比其他階段更慢，這一系 列反應最慢的階段即為控制反應速率、決定反應速率或限制反 應速率的步驟。 厭氧消化三個階段的反應速度由廢水的性質(zhì)而異，也就是 說對于不同的廢水厭氧消化的限制步驟是不一樣的。 a.對于含纖維素、半纖維素、果膠和脂類等污染物為主的 廢水，水解易成為反應速度的限制步驟； b.對于含簡單的糖類、淀粉、氨基酸和一般蛋白質(zhì)等污染 物為主的廢水，產(chǎn)甲烷易成為反應速度的限制步驟。 第二節(jié)第二節(jié) 厭氧微生物處理的影響因素厭氧微生物處理的影響因素 一般情況下，甲烷化階段是厭氧消化反

8、應的控制階段 （限制步驟），因此厭氧反應的各項影響因素也以對甲烷菌 的影響因素為準。 溫度 pH 有毒物質(zhì) 營養(yǎng)物質(zhì)的配比 攪拌 氧化還原電位 有機負荷 厭氧活性污泥 掌 握 了 解 溫度是影響微生物生存及生物化學反應最重要的因素之一。溫 度適宜。細菌發(fā)育正常，有機物分解完全，產(chǎn)氣量高。各類微生物 適宜的溫度范圍是不同的，一般可分為低溫、中溫、高溫三個區(qū)。 低溫消化溫度：1030 中溫消化溫度：3035 高溫消化溫度：5056 一、溫度一、溫度 一般認為，產(chǎn)甲烷菌的溫度 范圍為560，在35和51 上下可以分別獲得較高的消化效 率，溫度為4045時，厭氧消 化效率較低。溫度的急劇變化和 上下波

9、動不利于厭氧消化作用。 短時間內(nèi)溫度升降5，沼氣產(chǎn) 量明顯下降，波動的幅度過大時， 甚至停止產(chǎn)氣。溫度的波動，不 僅影響沼氣產(chǎn)量，還影響沼氣中 的甲烷含量，尤其高溫消化對溫 度變化更為敏感。因此，在消化 過程中要保持一個相對穩(wěn)定的消 化溫度。 溫度對消化的影響 二、二、pHpH值值 甲烷細菌生長適宜的pH范圍在6.87.2之間，而產(chǎn)酸細菌生長適宜的 pH范圍在4.58之間，范圍較甲烷菌廣。 pH值條件失常首先使產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸作用和產(chǎn)甲烷作用受抑制，使產(chǎn)酸過 程所形成的有機酸不能被正常地代謝降解，從而使整個消化過程的各階段 間的協(xié)調(diào)平衡喪失。若pH值降到5以下，對產(chǎn)甲烷菌生長抑制較大，同時 產(chǎn)酸作用

10、本身也受抑制，整個厭氧消化過程即停滯。即使pH值恢復到7.0 左右，厭氧裝置的處理能力仍不易恢復；而在稍高pH值時，只要恢復中性， 產(chǎn)甲烷菌能較快地恢復活性。所以厭氧裝置適宜在中性或稍偏堿性的狀態(tài) 下運行。最適pH值為7.07.2，pH6.87.2較為適宜。 三、有毒物質(zhì)三、有毒物質(zhì) 凡對厭氧處理過程起抑制或毒害作用的物質(zhì)，都可 稱為有毒物質(zhì)。主要是一些存在工業(yè)廢水中的重金屬、 有機物和某些陽離子。 （見書上258頁，表6-1污泥消化有害物質(zhì)最大容許濃度） 四、營養(yǎng)物質(zhì)的配比四、營養(yǎng)物質(zhì)的配比 一般認為，厭氧法中碳:氮:磷控制為20O300:5:1為宜。 此比值大于好氧法中100:5:1，這與

11、厭氧微生物對碳素養(yǎng)分的 利用率較好氧微生物低有關。在碳、氮、磷比例中，碳氮比 例對厭氧消化的影響更為重要。 在厭氧處理時提供氮源，除滿足合成菌體所需之外，還 有利于提高反應器的緩沖能力。若氮源不足，不僅厭氧菌增 殖緩慢，而且消化液緩沖能力降低。相反，若氮源過剩，氮 不能被充分利用，將導致系統(tǒng)中氨的過分積累，抑制產(chǎn)甲烷 菌的生長繁殖，使消化效率降低。 五、攪拌混合五、攪拌混合 混合攪拌是提高消化效率的工藝條件之一。沒有攪拌的 厭氧消化池，池內(nèi)料液常有分層現(xiàn)象。通過攪拌可消除池內(nèi) 梯度（溫度、底物、甲烷細菌），增加食料與微生物之間的 接觸，避免產(chǎn)生分層，促進沼氣分離。在連續(xù)投料的消化池 中，還使進

12、料迅速與池中原有料液相混勻。 攪拌的方法有:（1）機械攪拌器攪拌法；（2）消化液 循環(huán)攪拌法；（3）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)甲烷的底物被細菌利用，提高 甲烷的產(chǎn)量。 六、氧化還原電位六、氧化還原電位 ORPORP或或EhEh （低電位可以被高電位氧化）（低電位可以被高電位氧化） 無氧環(huán)境是嚴格厭氧的產(chǎn)甲烷菌繁殖的最基本條件之 一，甲烷菌細胞內(nèi)具有許多低氧化還原電位的酶系，產(chǎn)甲 烷菌對氧和氧化劑非常敏感。產(chǎn)甲烷菌初始繁殖的環(huán)境條 件是氧化還原電位不能高于-330mV。 在厭氧消化全過程中，不產(chǎn)甲烷階段可在兼氧條件下 完成，氧化還原電位為+0.1-0.1

13、V，而在產(chǎn)甲烷階段，氧 化還原電位須控制為-0.3-0.35V（中溫消化）與-0.56 -0.6V（高溫消化），常溫消化與中溫相近。產(chǎn)甲烷階段氧 化還原電位的臨界值為-0.2V。 七、有機負荷七、有機負荷 在一定范圍內(nèi)，隨著有機負荷的提高，產(chǎn)氣率趨向下降，而消化器 的容積產(chǎn)氣量則增多，反之亦然。 若有機負荷過高，則產(chǎn)酸率將大于用酸（產(chǎn)甲烷）率，揮發(fā)酸將累 積而使pH值下降、破壞產(chǎn)甲烷階段的正常進行，嚴重時產(chǎn)甲烷作用停頓， 系統(tǒng)失敗，并難以調(diào)整復蘇。此外，有機負荷過高，則過高的水力負荷 還會使消化系統(tǒng)中污泥的流失速率大于增長速率而降低消化效率。若有 機負荷過低，物料產(chǎn)氣率或有機物去除率雖可提高，

14、但容積產(chǎn)氣率降低， 反應器容積將增大，使消化設備利用效率降低，投資和運行費用提高。 八、厭氧活性污泥八、厭氧活性污泥 厭氧活性污泥主要由厭氧微生物及其代謝的和吸附的有 機物、無機物組成。厭氧活性污泥的濃度和性狀與消化的效 能有密切的關系。性狀良好的污泥是厭氧消化效率的基礎保 證。厭氧活性污泥的性質(zhì)主要表現(xiàn)為它的作用效能與沉淀性 能，前者主要取決于活微生物的比例及其對廢物的適應性和 活微生物中生長速率低的產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量是否達到與不產(chǎn)甲 烷菌數(shù)量相適應的水平?；钚晕勰嗟某恋硇阅芘c污泥的凝聚 性有關、與好氧處理一樣，厭氧活性污泥的沉淀性能也以 SVI衡量。（如顆粒化污泥和絮狀污泥） 第三節(jié) 厭氧生物

15、處理的特點 厭氧生化法與好氧生化法相比具有下列優(yōu)點： （1）應用范圍廣：既適用于高濃度廢水，又適用于中低濃度廢水。 （2）能耗低：無需曝氣或微曝氣，厭氧法產(chǎn)生的沼氣可作為能源。 （3）負荷高：厭氧法為210kgBOD/(m3d)。 （4）剩余污泥量少，約為好氧法的1/10，且其濃縮性、脫水性良好。 （5）氮、磷營養(yǎng)需要量少：厭氧法的C:N:P為200300:5:1 （6）厭氧處理過程有一定的殺菌作用。 （7）厭氧活性污泥可以長期貯存。 厭氧生物處理法也存在下列缺點： （1）厭氧微生物增殖緩慢，設備啟動時間長。 （2）出水往往達不到排放標準，需要進一步處理。 （3）厭氧處理系統(tǒng)操作控制因素較為復

16、雜（沼氣安全問題）。 第四節(jié) 厭氧生物處理的分類 一、普通厭氧消化池一、普通厭氧消化池 廢水定期或連續(xù)進入池中，經(jīng) 消化的剩余污泥和廢水分別由消化 池底和上部排出，所產(chǎn)沼氣從頂部 排出。 為了使進料和厭氧污泥充分接 觸、使所產(chǎn)的沼氣氣泡及時逸出而 設有攪拌裝置，常用攪拌方式有三 種：（1）池內(nèi)機械攪拌；（2）沼 氣攪拌；（3）循環(huán)消化液攪拌。 排泥 常用加熱方式有三種：（1）廢水在消化池外先經(jīng)熱交換 器預熱到定溫再進入消化池；（2）熱蒸汽直接在消化器內(nèi)加 熱；（3）在消化池內(nèi)部安裝熱交換管。 普通消化池一般的負荷，中溫為23kgCOD/(m3d),高溫 為56kgCOD/(m3d)。 普通消化

17、池的特點是可以直接處理懸浮固體含量較高或 顆粒較大的料液。厭氧消化反應與固液分離在同一個池內(nèi)實 現(xiàn)，結構較簡單。但缺乏持留或補充厭氧活性污泥的特殊裝 置，消化器中難以保持大量的微生物細胞；對無攪拌的消化 器，還存在料液的分層現(xiàn)象嚴重，微生物不能與料液均勻接 觸，溫度也不均勻，消化效率低等缺點。 二、厭氧接觸法二、厭氧接觸法( (掌握掌握) ) 為克服普通消化池不 能持留或補充厭氧活性污 泥的缺點，在消化池后設 沉淀池，將沉淀污泥回流 至消化池，形成了厭氧接 觸法，其工藝流程如右圖 所示。該系統(tǒng)既使污泥不 流失、出水水質(zhì)穩(wěn)定，又 可提高消化池內(nèi)污泥濃度， 從而提高設備的有機負荷 和處理效率。 為

18、了提高沉淀池中混合液的固液分離效果，改善污泥的 沉降性能，目前采用以下幾種方法脫氣：（1）真空脫氣， 由消化池排出的混合液經(jīng)真空脫氣器，將污泥絮體上的氣泡 除去，改善污泥的沉淀性能；（2）熱交換器急冷法，將從 消化池排出的混合液進行急速冷卻，如中溫消化液35冷到 1525，可以控制污泥繼續(xù)產(chǎn)氣，使厭氧污泥有效地沉淀； （3）絮凝沉淀，向混合液中投加絮凝劑，使厭氧污泥易凝 聚成大顆粒，加速沉降；（4）用超濾器代替沉淀池，以改 善固液分高效果。 厭氧接觸法的特點：（1）通過污泥回流，保持消化池 內(nèi)污泥濃度較高，一般為1015g/L,耐沖擊能力強；（2） 消化池的容積負荷較普通消化池高，中溫消化時，

19、一般為 25kgCOD/(m3d)，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1530天，而接觸法小于10天； （3）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；（4）操作簡單運行穩(wěn)定，混合液經(jīng)沉淀 后，出水水質(zhì)好，但需增加沉淀池、污泥回流和脫氣等設備。 厭氧接觸法還存在混合液難于在沉淀池中進行固液分離的缺 點。 三、上流式厭氧污泥床反應器（三、上流式厭氧污泥床反應器（UASBUASB）（掌握）（掌握） 1.布水系統(tǒng) 2.污泥床 4.沉淀區(qū) UASB反應器主要結構如下： 5.氣液固三相分離器 3.污泥懸浮層 1.布水系統(tǒng)（進水配水系統(tǒng)） 布水系統(tǒng)兼有均勻配水

20、和水力攪拌作用，使進水與污泥充分 接觸，最大限度地利用反應器內(nèi)的厭氧污泥，防止進水在通過污 泥層時出現(xiàn)溝流和死角。布水系統(tǒng)設計包括了進水方式的選擇和 布水點的布置，其合理設計對于反應器的良好運行至關重要。 樹枝管式配水系統(tǒng)穿孔管式配水系統(tǒng)多點多管配水系統(tǒng) 污泥床和污泥懸浮層組成UASB的反應區(qū)，是UASB反應器的核 心組成部分，是培養(yǎng)和富集厭氧微生物的區(qū)域，因而是有機污染 物被降解去除的主要場所。 2.污泥床 污泥床位于整個UASB反應器的底部，污泥床內(nèi)具有很高的污 泥濃度，一般為4080g/L，最高可達150g/L，主要由高度發(fā)展的 顆粒污泥組成，具有優(yōu)良的沉降性能，其沉降速度一般為1.2-

21、 1.4cm/s。污泥層對有機物降解量可達7090。 3.污泥懸浮層 污泥懸浮層位于污泥床上部，污泥濃度相對較小，通常為 1530g/L，主要由高度絮凝的污泥組成，而非顆粒污泥，沉速明 顯小于顆粒污泥。懸浮污泥層承擔1030的有機物降解量。 5.氣液固三相分離器 是完成氣、液、固體三相的分離，即將附著于顆粒污泥上的氣 體分離，并收集反應區(qū)產(chǎn)生的沼氣，通過集氣室排出反應器；使分 離區(qū)的懸浮物沉淀下來，回落到反應區(qū)，有效防止厭氧污泥流失， 保證反應器中足夠的生物量，降低出水中懸浮物的含量。三相分離 器同時具有傳統(tǒng)廢水生物處理工藝中的二沉池、污泥回流及氣體收 集的功能。因此，三相分離器分離效果好壞直

22、接影響到整個反應器 的處理效果。 4.沉淀區(qū) 沉淀區(qū)位于UASB反應器的頂部，其作用是使由于水流的夾帶作 用而隨之上升至出水區(qū)的固體顆粒（主要是污泥懸浮層中的絮凝性 污泥）在沉淀區(qū)沉淀分離，并沿沉淀區(qū)底部的斜壁滑下而重新回到 反應區(qū)內(nèi)，保持反應區(qū)穩(wěn)定的生物量，同時實現(xiàn)均勻集水。 廢水從污泥床底部進入，與污泥床中的 污泥進行混合接觸，微生物分解廢水中的有 機物產(chǎn)生沼氣，微小沼氣泡在上升過程中， 不斷合并逐漸形成較大的氣泡。由于氣泡上 升產(chǎn)生較強烈的攪動，在污泥床上部形成懸 浮污泥層。氣、水、泥的混合液上升至三相 分離器內(nèi)，沼氣氣泡碰到分離器下部的反射 板時，折向氣室而被有效地分離排出；污泥 和水

23、則經(jīng)孔道進入三相分離器的沉淀區(qū)，在 重力作用下，水和泥分離，上清液從沉淀區(qū) 上部排出，沉淀區(qū)下部的污泥沿著斜壁返回 到反應區(qū)內(nèi)。 上流式厭氧污泥床反應器的特點是：（1）反應器內(nèi)污 泥濃度高，一般平均污泥濃度為3040g/L，高的可達60 80g/L ；（2）有機負荷高，水力停留時間短，中溫消化， COD容積負荷一般為1020kgCOD/(m3d)；（3）反應器內(nèi)設 三相分離器，被沉淀區(qū)分離的污泥能自動回流到反應區(qū)，一 般無污泥回流設備；（4）無混合攪拌設備。投產(chǎn)運行正常 后，利用本身產(chǎn)生的沼氣和進水來攪動；（5）污泥床內(nèi)不 填載體，節(jié)省造價及避免堵塞問題。 但反應器內(nèi)有短流現(xiàn)象，影響處理能力；

24、進水中的懸浮 物應比普通消化池低得多，特別是難消化的有機物固體不宜 太高；運行啟動時間長，對水質(zhì)變化比較敏感。 UASB應用于高濃度有機廢水處理時的允許容積負荷 UASB 反應器完全混合型 EGSB反應器厭氧濾池 厭氧塘流化床-復合床 工業(yè)上應用的UASB裝置 四、厭氧生物濾池四、厭氧生物濾池（掌握）（掌握） 厭氧微生物附著于填料的 表面生長，當廢水通過填料層 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。濾池中的生物膜不斷地 進行新陳代謝，脫落的生物膜 隨出水流出池外。 處理水 原廢水 處理水 沼氣 沼氣 濾 料 原廢水 濾 料 圖19-10 厭氧

25、生物濾池 廢水從池底進入，從池上部排出，稱升流式厭氧濾池；廢水 從池上部進入，從池底部排出，稱降流式厭氧濾池。 厭氧生物濾池的特點是：（1）由于填料為微生物附著生 長提供較大的表面積，濾池中的微生物量較高，生物膜停留 時間長，平均停留時間長達100天左右，因而可承受的有機容 積負荷高，COD容積負荷為216kgCOD/m3d，且耐沖擊負荷能 力強；（2）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；（3）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備；（4）啟動或停止運行后 再啟動比前述厭氧工藝法時間短。 但該工藝也存在一些問題：處理含懸浮物濃度高的有機 廢水，

26、易發(fā)生堵塞，尤以進水部位更嚴重。其次濾料較貴。 濾池的清洗也還沒有簡單有效的方法。 主要用于處理含懸浮物較低的溶解性有機污染物廢水。 五、厭氧流化床五、厭氧流化床 厭氧流化床工藝是借鑒流態(tài)化技術的一種生物反應裝置， 它以小粒徑載體為流化粒料，廢水作為流化介質(zhì)，當廢水以升 流式通過床體時，與床中附著于載體上的厭氧微生物膜不斷接 觸反應，達到厭氧生物降解目的，產(chǎn)生沼氣，于床頂部排出。 流化床操作的首要滿足條件是： 上升流速即操作速度必須大于臨界流 態(tài)化速度，而小于最大流態(tài)化速度。 上升流速應控制在1.21.5倍臨界流 化速度。 厭氧流化床特點：（1）載體顆粒細，比表面積大，可 高達20003000

27、m2/m3左右，使床內(nèi)具有很高的微生物濃度， 因此有機物容積負荷大，一般為1040kgCOD/m3d，水力停 留時間短，具有較強的耐沖擊負荷能力，運行穩(wěn)定；（2） 載體處于流化狀態(tài)，無床層堵塞現(xiàn)象，對高、中、低濃度廢 水均表現(xiàn)出較好的效能；（3）載體流化時，廢水與微生物 之間接觸面大，同時兩者相對運動速度快，強化了傳質(zhì)過程， 從而具有較高的有機物凈化速度；（4）床內(nèi)生物膜停留時 間較長，剩余污泥量少；（5）結構緊湊、占地少以及基建 投資省等。但載體流化耗能較大，且對系統(tǒng)的管理技術要求 較高。 六、厭氧生物轉盤和折流板反應器六、厭氧生物轉盤和折流板反應器 厭氧生物轉盤的構造與好氧生物轉盤相似。不

28、同之處在于 盤片大部分(70以上)或全部浸沒在廢水中，為保證厭氧條件 和收集沼氣，整個生物轉盤設在一個密閉的容器內(nèi)。厭氧生物 轉盤由盤片、密封的反應槽、轉軸與驅(qū)動裝置等組成，其構造 如圖所示。對廢水的凈化靠盤片 表面的生物膜和懸浮在反應槽中 的厭氧菌完成，產(chǎn)生的沼氣從反 應器頂部排出。由于盤片的轉動， 作用在生物膜上的剪力可將老化 的生物膜剝落，在水中呈懸浮狀 態(tài)，隨水流出槽外。 厭氧折流板反應器是從研究厭氧生物轉盤發(fā)展而來的，生物轉盤不轉 動即變成厭氧折流板反應器。折流板反應器與生物轉盤相比，可減少盤的 片數(shù)和省去轉動裝置。其工藝流程如下圖所示。在反應器內(nèi)垂直于水流方 向設多塊擋板來維持較高

29、的污泥濃度。擋板把反應器分為若干上向流室和 下向流室，上向流室比下向流室寬，便于污泥的聚集。通往上向流的擋板 下部邊緣處設有導流板，便于將水送至上向流室的中心，使泥水充分混合。 因而無需混合攪拌裝置，避免了厭氧濾池和厭氧流化床的堵塞問題和能耗 較大的缺點，啟動期比上流式厭氧污泥床短。 七、水解（酸化）法七、水解（酸化）法（掌握）（掌握） 水解和酸化是無法截然分開的，這是由于水解細菌實際上是 一種由水解能力的發(fā)酵細菌。水解是耗能過程，發(fā)酵細菌付出能 量進行水解的目的是為了獲取能進行發(fā)酵的水溶性底物，并通過 細胞內(nèi)的生化反應取得能量，同時排出代謝產(chǎn)物（厭氧消化條件 下主要為各種有機酸）。 水解（酸

30、化）過程的影響因素（水解（酸化）過程的影響因素（P263P263） 1.pH值：最佳pH值范圍5.56.5 2.水溫：水解微生物對低溫變化適應性強 3.底物的種類和形態(tài)：分子量、粒徑等 4.污泥生物固體停留時間（SRT）：由排除剩余污泥來控制 5.水力停留時間（HRT）：應通過試驗確定 八、兩相厭氧法和復合厭氧法八、兩相厭氧法和復合厭氧法 兩相厭氧消化法是厭氧消化反應分別在兩個獨立的反應器中 進行，每一反應器完成一個階段的反應；復合厭氧法是在一個反 應器內(nèi)由兩種厭氧法組合而成。如上流式厭氧污泥床與厭氧濾池 組成的復合厭氧法 。 第三代厭氧生物反應器 EGSB IC UBF 厭氧膨脹顆粒污泥床厭

31、氧膨脹顆粒污泥床 內(nèi)循環(huán)反應器內(nèi)循環(huán)反應器 升流式污泥床過濾器升流式污泥床過濾器 第三代厭氧生物反應器的共同特點 v微生物以顆粒污泥固定化方式存在于反應器中，反應 器單位容積的生物量更高； v能承受更高的水力負荷，并具有較高的有機污染物凈 化效能； v具有較大的高徑比，一般在510以上； v占地面積小。 第三代厭氧生物反應器的主要技術性能 技術指標EGSBICUBF 反應器高度（m）121618241214 流速（包括回流） （m/h） 2.51261628 回流比20300203005100 微生物SS濃度 （g/L） 5010045924085 出水懸浮物SS濃 度（mg/L） 10602

32、01001045 第五節(jié)第五節(jié) 厭氧微生物的培養(yǎng)與馴化厭氧微生物的培養(yǎng)與馴化 厭氧消化系統(tǒng)的啟動就是完成厭氧活性污泥的培 養(yǎng)或甲烷菌的培養(yǎng)。 一、培菌前的準備工作（p275） 1.人員準備 2.設備準備 3.其他準備工作 二、培菌方法（污泥厭氧消化） 1.接種培養(yǎng)法 2.逐步培養(yǎng)法 接種污泥培養(yǎng)法是指采用正在運行的厭氧處理裝 置中的厭氧污泥作為種泥進行微生物培養(yǎng)的方法。對 于污泥厭氧消化，接種污泥培養(yǎng)法是向厭氧消化裝置 中投入體積為總容積的1030厭氧菌種污泥，再 加入新鮮污泥至設計液面，然后通入蒸汽加熱，升溫 速度保持1/h，直到達到消化溫度，并維持消化溫度， 穩(wěn)定一段時間（3-5d），使污

33、泥達到成熟。 逐步培養(yǎng)法是指向厭氧消化池內(nèi)逐步投入生污泥， 使生泥自行逐漸轉化為厭氧活性污泥的過程。培養(yǎng) 時間較久，一般歷時610個月左右，才能完成甲烷 菌的培養(yǎng)。 三、培菌的注意事項 加快培養(yǎng)啟動過程 控制污泥投加量 無須加入營養(yǎng)物質(zhì) 沼氣安全問題 針 對 污 泥 的 厭 氧 消 化 厭氧消化菌繁殖速度較慢，為加快培 養(yǎng)啟動過程，除投入接種污泥外，還 應做好厭氧消化污泥的加熱。 厭氧消化污泥培養(yǎng)，初期生污泥投加 量與接種污泥的數(shù)量及培養(yǎng)時間有關, 早期可按設計污泥量的3050投 加，到60d左右，可逐漸增加投泥量。 由于活性污泥中C、N、P等營養(yǎng)是均 衡的，能夠滿足厭氧微生物生長繁殖 的需要

34、。 污泥厭氧消化系統(tǒng)產(chǎn)生沼氣時間早， 氣量大，為防止爆炸，投泥前先用N2 將輸氣管路系統(tǒng)中的空氣置換出去。 四、菌群的馴化(p276) 馴化的目的是選擇適應實際污廢水水質(zhì)情況的微 生物，淘汰無用的微生物，對于厭氧生物處理工藝， 是通過馴化使厭氧菌成為優(yōu)勢菌群。 馴化的具體做法首先是保持工藝的正常運轉，然 后嚴格控制工藝控制參數(shù)，DO控制在0.1mg/L以下， 外回流比50%100%，內(nèi)回流比200%300%，并且每 天排除日產(chǎn)泥量30%50%的剩余污泥。在這過程中每 天監(jiān)測進出水水質(zhì)指標，直到達到設計要求。 第六節(jié)第六節(jié) 厭氧生物處理的運行管理（厭氧生物處理的運行管理（UASB） UASB反應

35、器良好運行的三個重要前提是： 1）反應器內(nèi)形成沉降性能良好的顆粒污泥或絮狀污泥； 2）由產(chǎn)氣和進水的均勻分布所形成的良好的自然攪拌作 用； 3）設計合理的三相分離器，這使沉淀性能良好的污泥能 保留在反應器內(nèi)。 一、水質(zhì)分析項目與運行控制指標(p277) 三個方面內(nèi)容 水質(zhì)分析的項目 水質(zhì)監(jiān)測的頻次 運行控制指標 1、水質(zhì)分析的項目 反應處理效果的 項目 反應污泥情況的 項目 反應污泥營養(yǎng)和 環(huán)境條件的項目 進出水總的可溶解性的BOD、COD、 進出水總的和揮發(fā)性的SS、進出水 的有毒物質(zhì)（對應工業(yè)廢水） 污泥沉降比（SV）、MLSS、 MLVSS、SVI、溶解氧、微生物觀 察等 氮、磷、pH、

36、水溫等 2、水質(zhì)監(jiān)測的頻次 一般SV和溶解氧最好每24h測定一次，至少每班一 次；微生物觀察最好每班一次；除氮、磷、MLSS、 MLVSS、SVI可定期測定外，其他各項應每天測一次。 水樣除溶解氧外，均取混合水樣。 每天還需記錄進水量、回流污泥量、剩余污泥量、剩 余污泥的排放規(guī)律和濃度、電耗等。 3、運行控制指標 項目允許范圍最佳范圍分析方法/儀器 pH6.47.86.57.5pH計 氧化還原電位 ORP/(mV) -490-550-520-530ORP計 揮發(fā)性脂肪酸VFA （以乙酸計）/(mg/L) 50250050500比色法或氣相 色譜法 堿度ALK（以 CaCO3計）/(mg/L)

37、1000500015003000滴定法 VFA/ALK0.10.50.10.3- 沼氣中CH4體積含量5560氣相色譜法 （TCD檢測器） 沼氣中CO2體積含量4035 二、UASB反應器的初次啟動 UASB反應器初次啟動通常指對一個新建的 UASB系統(tǒng)以未經(jīng)馴化的非顆粒污泥接種，使反應 器達到設計負荷和有機物去除效率的過程。通常 這一過程伴隨著污泥顆?；耐瓿桑虼艘卜Q為 污泥的顆?；?UASB反應器啟動的目標和啟動成功的標志是 顆粒污泥化。 UASB初次啟動的過程 分三個階段 啟動的初期 啟動的中期 啟動的后期 劃分依 據(jù)為反 應器負 荷大小 反應器負荷低于2kgCOD/(m3d) 反應

38、器負荷25kgCOD/(m3d) 反應器負荷大于5kgCOD/(m3d) 洗出的污泥僅限于種泥中非常細小的分散 污泥，洗出原因主要是水的上流數(shù)度和逐 漸產(chǎn)生的少量沼氣。 洗出量增大，大多為絮狀污泥，洗出原因 主要是產(chǎn)氣和上流速度增加引起污泥床的 膨脹。顆粒污泥從反應器底部開始形成。 這階段末期，污泥洗出由于顆粒污泥形成 而減少。 絮狀污泥迅速減少，顆粒污泥加速形成使 得反應器大部分被顆粒污泥所充滿，此時 反應器最大負荷可超過50kgCOD/(m3d)。 UASB初次啟動的要點 啟動的要點 對啟動初期的 目標應明確 進液的濃度 啟動前應了 解廢水特征 不能追求反應器的處理效率、產(chǎn)氣率的改進 和出

39、水的質(zhì)量等，初期目標是是反應器逐漸 進入工作狀態(tài)，即菌種的活化過程。 廢水濃度低于5000mgCOD/L時，不用稀釋直 接進液。 主要是針對工業(yè)廢水，其種類非常多，成分 復雜。 負荷增加的 操作方法 以出水VFA濃度來確定負荷增加，出水VFA濃 度過高意味著甲烷菌活力不夠或環(huán)境因素使 甲烷菌活力下降而導致VFA利用不充分；低于 3mmol/L認為反應器運行狀態(tài)良好。 當負荷上升當負荷上升2kgCOD/(m2kgCOD/(m3 3d)d)后促進顆粒污泥形成的啟動操作要點：后促進顆粒污泥形成的啟動操作要點： 出水VFA一旦低于3mmol/L即增加反應器負荷。 使細小分散的污泥洗出，不回流。 使反應

40、器保持最佳的細菌生長條件。一般地，PH=6.87.5；溫 度3038（中溫范圍）或5358 （高溫范圍）；保持 微生物生長所需的營養(yǎng)與微量元素。 為防止過負荷，在每次增加負荷時總是小于50。 以顯微鏡和放大鏡作為污泥的鏡檢。啟動大約6周后，在400 1000倍放大倍數(shù)下應當看到污泥中的絲狀物。初期形成的污泥微 小粒子應當是相當堅固的，可用40 80倍的放大鏡檢查其外觀。 使用污泥的比產(chǎn)甲烷活性作為參考，使反應器負荷不至于超過 污泥的最大降解能力。 當HRT達到大約5d時，開始降低稀釋用水量；在HRT小于20h時， 對于COD濃度小于15g/L的廢水，稀釋不再是必需的了；如果廢水 濃度大于15g

41、/L，則需要出水的循環(huán)。 三、UASB反應器的二次啟動 UASB反應器的二次啟動是指直接采用顆粒污泥 作為種泥來啟動一個UASB反應器的過程。新啟動的 反應器在選擇種泥時應盡量使種泥的原處理廢水種 類與擬處理的廢水種類一致，廢水種類與性質(zhì)越接 近，馴化所需的時間就越少，從而大大縮短啟動時 間。此外，不同溫度范圍的種泥也會延長啟動時間。 二次啟動進液濃度在開始時一般與初次啟動相當， 但可以相對迅速的增大進液濃度，增大負荷。 顆粒污泥來源：原有的UASB反應器；購買 現(xiàn)成的顆粒污泥產(chǎn)品。 四、厭氧消化過程的控制參數(shù) 1、有機負荷 在厭氧法中，有機負荷通常指容積有機負荷， 即厭氧消化反應器單位有效容積每天接受的有機物 量kgCOD/(m3d)。 對于懸浮生長的工藝(如：UASB、傳統(tǒng)消化池、 厭氧接觸法等)，也有用污泥負荷表達的，反應器內(nèi) 單位重量的污泥每天接納的有機物量，稱為污泥負 荷，即kgCOD/(kgMLSSd)。 四種表示方法 在污泥消化中，有機