水污染控制工程15

1、第十五章第十五章 厭氧生化法厭氧生化法第一節(jié) 厭氧法的基本原理第二節(jié) 厭氧法的影響因素第三節(jié) 厭氧法的工藝和設(shè)備第四節(jié) 厭氧消化過(guò)程動(dòng)力學(xué) 第五節(jié) 厭氧產(chǎn)氣量的計(jì)算第六節(jié) 厭氧反應(yīng)器的設(shè)計(jì)第七節(jié) 厭氧設(shè)備的運(yùn)行管理厭氧生化法與好氧生化法相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）既適用于高濃度廢水，又適用于中低濃度廢水。（2）能耗低：厭氧法產(chǎn)生的沼氣可作為能源。 （3）負(fù)荷高：厭氧法為210kgcod/m3d。（4）剩余污泥量少，且其濃縮性、脫水性良好。 （5）氮、磷營(yíng)養(yǎng)需要量少：厭氧法的c:n:p為100:2.1:0.5（6）厭氧處理過(guò)程有一定的殺菌作用。 （7）厭氧活性污泥可以長(zhǎng)期貯存。厭氧生物處理法也存在下

2、列缺點(diǎn)：（1）厭氧微生物增殖緩慢，設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。（2）出水往往達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)一步處理。（3）厭氧處理系統(tǒng)操作控制因素較為復(fù)雜。 第一節(jié)第一節(jié) 厭氧法的基本原理厭氧法的基本原理 廢水厭氧生物處理是指在無(wú)分子氧條件下通過(guò)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(jī)物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過(guò)程，也稱(chēng)為厭氧消化。與好氧過(guò)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。 ohdedsbcnnohccban242092nohcdscodedscnchde2752420858342020hcodscnhdsc 厭氧生物處理是一個(gè)依靠三大主要類(lèi)群的

3、細(xì)菌完成的復(fù)雜的微生物學(xué)過(guò)程。將厭氧消化過(guò)程劃分為三個(gè)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)甲烷階段第一階段 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(lèi)、醛類(lèi)等。這個(gè)階段主要產(chǎn)生較高級(jí)脂肪酸。 碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)的水解酸化過(guò)程碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)的水解酸化過(guò)程 第二階段 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。第三階段 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)

4、化為甲烷。此過(guò)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(zhuǎn)化成甲烷，另一組從乙酸或乙酸鹽脫控產(chǎn)生甲烷，前者約占總量的1/3，后者約占2/3。 344243243242222)3/1(24hconhchohcoonhchcochcoohchohchcoh產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌占第二節(jié)第二節(jié) 厭氧法的影響因素厭氧法的影響因素 甲烷發(fā)酵階段是厭氧消化反應(yīng)的控制階段，因此厭氧反應(yīng)的各項(xiàng)影響因素也以對(duì)甲烷菌的影響因素為準(zhǔn)。 一、溫度條件一、溫度條件 溫度是影響微生物生存及生物化學(xué)反應(yīng)最重要的因素之一。各類(lèi)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560，在35和53上下可以

5、分別獲得較高的消化效率，溫度為4045時(shí)，氧消化效率較低。溫度的急劇變化和上下波動(dòng)不利于厭氧消化作用。短時(shí)間內(nèi)溫度升降5，沼氣產(chǎn)量明顯下降，波動(dòng)的幅度過(guò)大時(shí)，甚至停止產(chǎn)氣。溫度的波動(dòng)，不僅影響沼氣產(chǎn)量，還影響沼氣中的甲烷含量，此其高溫消化對(duì)溫度變化更為敏感。 二、二、phph值值 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(guò)程所形成的有機(jī)酸不能被正常地代謝降解，從而使整個(gè)消化過(guò)程的各階段間的協(xié)調(diào)平衡喪失。若ph值降到5以下，對(duì)產(chǎn)甲烷菌毒性較大，同時(shí)產(chǎn)酸作用本身也受抑制，整個(gè)厭氧消化過(guò)程即停滯。即使ph值恢復(fù)到7.0左右，厭氧裝置的處理能力仍不易恢復(fù)；而在稍高ph值時(shí)，只要恢復(fù)

6、中性，產(chǎn)甲烷菌能較快地恢復(fù)活性。所以厭氧裝置適宜在中性或稍偏堿性的狀態(tài)下運(yùn)行。最適ph值為7.07.2，ph6.67.4較為適宜。 三、氧化還原電位三、氧化還原電位 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。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, 相當(dāng)于2.361056l水中有1mol氧。在厭氧消化全過(guò)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+0.1-0.1v，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-0.560.6v（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-0.2

7、v。 四、有機(jī)負(fù)荷四、有機(jī)負(fù)荷 在一定范圍內(nèi)，隨著有機(jī)負(fù)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(jī)負(fù)荷過(guò)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(jìn)行，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)甲烷作用停頓，系統(tǒng)失敗，并難以調(diào)整復(fù)蘇。此外，有機(jī)負(fù)荷過(guò)高，則過(guò)高的水力負(fù)荷還會(huì)使消化系統(tǒng)中污泥的流失速率大于增長(zhǎng)速率而降低消化效率。若有機(jī)負(fù)荷過(guò)低，物料產(chǎn)氣率或有機(jī)物去除率雖可提高，但容積產(chǎn)氣率降低，反應(yīng)器容積將增大，使消化設(shè)備利用效率降低，投資和運(yùn)行費(fèi)用提高。 五、厭氧活性污泥五、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(jī)物、無(wú)機(jī)物組成。厭

8、氧活性污泥的濃度和性狀與消化的效能有密切的關(guān)系。性狀良好的污泥是厭氧消化效率的基礎(chǔ)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(duì)廢物的適應(yīng)性和活微生物中生長(zhǎng)速率低的產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量是否達(dá)到與不產(chǎn)甲烷菌數(shù)量相適應(yīng)的水平。活性污泥的沉淀性能與污泥的凝聚性有關(guān)、與好氧處理一樣，厭氧活性污泥的沉淀性能也以svi衡量。 六、攪拌和混合六、攪拌和混合 混合攪拌是提高消化效率的工藝條件之一。沒(méi)有攪拌的厭氧消化池，池內(nèi)料液常有分層現(xiàn)象。通過(guò)攪拌可消除池內(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。在連續(xù)投料的消化池中，還使進(jìn)料迅速與池中原有料液相混

9、勻。 攪拌的方法有:（1）機(jī)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(xì)菌利用，提高甲烷的產(chǎn)量。 七、廢水的營(yíng)養(yǎng)比七、廢水的營(yíng)養(yǎng)比 一般認(rèn)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，這與厭氧微生物對(duì)碳素養(yǎng)分的利用率較好氧微生物低有關(guān)。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例對(duì)厭氧消化的影響更為重要。 在厭氧處理時(shí)提供氮源，除滿足合成菌體所需之外，還有利于提高反應(yīng)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(guò)剩，氮不能被充分利用，將導(dǎo)致系統(tǒng)中氨的

10、過(guò)分積累，抑制產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)繁殖，使消化效率降低。 八、有毒物質(zhì)八、有毒物質(zhì)抑制物質(zhì)濃度/(mg/l)抑制物質(zhì)濃度/(mg/l)揮發(fā)性脂肪酸2000na35005500氨氮15003000fe1710溶解性硫化物200cr6+3ca25004500cr3+500mg10001500cd150k25004500第三節(jié)第三節(jié) 厭氧法的工藝和設(shè)備厭氧法的工藝和設(shè)備一、普通厭氧消化池一、普通厭氧消化池 廢水定期或連續(xù)進(jìn)入池中，經(jīng)消化的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(jìn)料和厭氧污泥充分接觸、使所產(chǎn)的沼氣氣泡及時(shí)逸出而設(shè)有攪拌裝置，常用攪拌方式有三種：（1）池內(nèi)機(jī)械攪拌；（

11、2）沼氣攪拌；（3）循環(huán)消化液攪拌。 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(yù)熱到定溫再進(jìn)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(fù)荷，中溫為23kgcod/m3d,高溫為56kgcod/m3d。 普通消化池的特點(diǎn)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(yīng)與固液分離在同一個(gè)池內(nèi)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。但缺乏持留或補(bǔ)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(xì)胞；對(duì)無(wú)攪拌的消化器，還存在料液的分層現(xiàn)象嚴(yán)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(diǎn)。二、厭氧接觸法二、厭氧接觸法 為克服普通消化

12、池不能持留或補(bǔ)充厭氧活性污泥的缺點(diǎn)，在消化池后設(shè)沉淀池，將沉淀污泥回流至消化池，形成了厭氧接觸法，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(shè)備的有機(jī)負(fù)荷和處理效率。 為了提高沉淀池中混合液的固液分離效果，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(jìn)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；上頁(yè)圖是設(shè)真空脫氣器和熱交換器的厭氧接觸法工藝流程；（3）絮凝沉淀，向混合液中投加絮凝劑，使

13、厭氧污泥易凝聚成大顆粒，加速沉降；（4）用超濾器代替沉淀他，以改善固液分高效果。 厭氧接觸法的特點(diǎn)：（1）通過(guò)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(qiáng)；（2）消化池的容積負(fù)荷較普通消化池高，中溫消化時(shí)，一般為210kgcod/m3d，水力停留時(shí)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(wèn)題；（4）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(shè)備。厭氧接觸法還存在混合液難于在沉淀池中進(jìn)行固液分離的缺點(diǎn)。三、上流式厭氧污泥床應(yīng)應(yīng)器三、上流式厭氧污泥床應(yīng)應(yīng)器

14、 廢水從污泥床底部進(jìn)入，與污泥床中的污泥進(jìn)行混合接觸，微生物分解廢水中的有機(jī)物產(chǎn)生沼氣，微小沼氣泡在上升過(guò)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(qiáng)烈的攪動(dòng)，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(shí)，折向氣室而被有效地分離排出；污泥和水則經(jīng)孔道進(jìn)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(yīng)區(qū)內(nèi)。 上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的特點(diǎn)是：（1）反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高，一般平均污泥濃度為3040g/l；（2）有機(jī)負(fù)荷高，水力停留時(shí)間短，中溫消化，cod容積負(fù)荷一般為1020kgc

15、od/m2d；（3）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(dòng)回流到反應(yīng)區(qū)，一般無(wú)污泥回流設(shè)備；（4）無(wú)混合攪拌設(shè)備。投產(chǎn)運(yùn)行正常后，利用本身產(chǎn)生的沼氣和進(jìn)水來(lái)攪動(dòng)；（5）污泥床內(nèi)不填載體，節(jié)省造價(jià)及避免堵塞問(wèn)題。但反應(yīng)器內(nèi)有短流現(xiàn)象，影響處理能力；進(jìn)水中的懸浮物應(yīng)比普通消化池低得多，特別是難消化的有機(jī)物固體不宜太高；運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)水質(zhì)和負(fù)荷變化比較敏感。 四、厭氧生物濾池四、厭氧生物濾池 厭氧微生物附著于填料的表面生長(zhǎng)，當(dāng)廢水通過(guò)填料層時(shí)，在填料表面的厭氧生物膜作用下，廢水中的有機(jī)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(jìn)行新陳代謝，脫落的生物膜隨出水流出池外。處理

16、水 原廢水 處理水 沼氣沼氣濾料原廢水 濾料圖19-10 厭氧生物濾池 廢水從池底進(jìn)入，從池上部排出，稱(chēng)升流式厭氧濾池；廢水從池上部進(jìn)入，從池底部排出，稱(chēng)降流式厭氧濾池。 厭氧生物濾池的特點(diǎn)是：（1）由于填料為微生物附著生長(zhǎng)提供廣較大的表面積，濾池中的微生物量較高，又生物膜停留時(shí)間長(zhǎng)，平均停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)100天左右，因而可承受的有機(jī)容積負(fù)荷高，cod容積負(fù)荷為216kgcod/m3d，且耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；（2）廢水與生物膜兩相接觸面大，強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程，因而有機(jī)物去除速度快；（3）微生物固著生長(zhǎng)為主，不易流失，因此不需污泥回流和攪拌設(shè)備；（4）啟動(dòng)或停止運(yùn)行后再啟動(dòng)比前述厭氧工藝法時(shí)間短。但該工藝

17、也存在一些問(wèn)題：處理含懸浮物濃度高的有機(jī)廢水，易發(fā)生堵塞，尤以進(jìn)水部位更嚴(yán)重。濾池的清洗也還沒(méi)有簡(jiǎn)單有效的方法。 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(shù)的一種生物反應(yīng)裝置，它以小粒徑載體為流化粒料，廢水作為流化介質(zhì)，當(dāng)廢水以升流式通過(guò)床體時(shí)，與床中附著于載體上的厭氧微生物膜不斷接觸反應(yīng)，達(dá)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(yīng)控制在1.21.5倍臨界流化速度。 厭氧流化床特點(diǎn)：（1）載體顆粒細(xì)，比表面積大，可高達(dá)20003000m2/m3左右，使床內(nèi)具有很高的微生

18、物濃度，因此有機(jī)物容積負(fù)荷大，一般為1040kgcod/m3d，水力停留時(shí)間短，具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力，運(yùn)行穩(wěn)定；（2）載體處于流化狀態(tài)，無(wú)床層堵塞現(xiàn)象，對(duì)高、中、低濃度廢水均表現(xiàn)出較好的效能；（3）載體流化時(shí)，廢水與微生物之間接觸面大，同時(shí)兩者相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度快，強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程，從而具有較高的有機(jī)物凈化速度；（4）床內(nèi)生物膜停留時(shí)間較長(zhǎng)，剩余污泥量少；（5）結(jié)構(gòu)緊湊、占地少以及基建投資省等。但載體流化耗能較大，且對(duì)系統(tǒng)的管理技術(shù)要求較高。 六、厭氧轉(zhuǎn)盤(pán)和擋板反應(yīng)器六、厭氧轉(zhuǎn)盤(pán)和擋板反應(yīng)器 厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)的構(gòu)造與好氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)相似。不同之處在于盤(pán)片大部分(70以上)或全部浸沒(méi)在廢水中，為保證厭氧條件

19、和收集沼氣，整個(gè)生物轉(zhuǎn)盤(pán)設(shè)在一個(gè)密閉的容器內(nèi)。厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)由盤(pán)片，密封的反應(yīng)槽、轉(zhuǎn)軸瓦驅(qū)動(dòng)裝置等組成，其構(gòu)造如圖所示。對(duì)廢水的凈化靠盤(pán)片表面的生物膜和懸浮在反應(yīng)槽中的厭氧菌完成，產(chǎn)生的沼氣從反應(yīng)櫓頂排出。由于盤(pán)片的轉(zhuǎn)動(dòng)，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。 厭氧擋板反應(yīng)器是從研究厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)發(fā)展而來(lái)的，生物轉(zhuǎn)盤(pán)不轉(zhuǎn)動(dòng)即變成厭氧擋板反應(yīng)器。擋板反應(yīng)器與生物轉(zhuǎn)盤(pán)相比，可減少盤(pán)的片數(shù)和省去轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。其工藝流程如圖15-24所示。在反應(yīng)器內(nèi)垂直于水流方向設(shè)多塊擋板來(lái)維持較高的污泥濃度。擋板把反應(yīng)器分為若干上向流和下向流室，上向流室比下向流室寬，便于污泥的聚集。通往

20、上向流的擋板下部邊緣處加50的導(dǎo)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(wú)需混合攪拌裝置，避免了厭氧濾池和厭氧流化床的堵塞問(wèn)題和能耗較大的缺點(diǎn)，啟動(dòng)期比上流式厭氧污泥床短。 七、兩步厭氧法和復(fù)合厭氧法七、兩步厭氧法和復(fù)合厭氧法 兩步厭氧消化法是厭氧消化反應(yīng)分別在兩個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)器中進(jìn)行，每一反應(yīng)器完成一個(gè)階段的反應(yīng)；復(fù)合厭氧法是在一個(gè)反應(yīng)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(fù)合厭氧法 。 第四節(jié)第四節(jié) 厭氧消化過(guò)程動(dòng)力學(xué)厭氧消化過(guò)程動(dòng)力學(xué) 一、穩(wěn)態(tài)的完全混合反應(yīng)器一、穩(wěn)態(tài)的完全混合反應(yīng)器 穩(wěn)態(tài)的完全混合反應(yīng)器的工作條件如圖15-27所示，傳統(tǒng)的厭氧消化系統(tǒng)的

21、運(yùn)行方式與此相似。同中q為廢水流量，v為反應(yīng)器容積，s0、s和se分別為進(jìn)水中、反應(yīng)器內(nèi)和出水中的廢物濃度，x0、x和xe分別為進(jìn)水中、反應(yīng)器內(nèi)和出水中的微生物（污泥）濃度。對(duì)穩(wěn)態(tài)的完全混合反應(yīng)器，xe=x，se=s。如果假設(shè)進(jìn)水中不含活性微生物，即x00。 反應(yīng)器的水力停留時(shí)間為：微生物固體的停留時(shí)間c泥齡）為：即泥齡與水力停留時(shí)間相等。由系統(tǒng)污泥的物料平衡，可導(dǎo)出污泥濃度的計(jì)算式： 為了在反應(yīng)器中保持高的微生物濃度，應(yīng)使c盡量大。由于反應(yīng)器的容積有機(jī)負(fù)荷，則，故在一定的容積有機(jī)負(fù)荷下，為了增大，就必須提高進(jìn)水中的有機(jī)物濃度。 qvqvqxvxeccdekssyx10 為了提高污泥濃度, 在

22、普通消化池的實(shí)際運(yùn)行中, 一般采用間歇操作，當(dāng)從反應(yīng)器中排出消化液之前，停止攪拌，使污泥沉淀；或在消化池上部加設(shè)分離器，即使連續(xù)進(jìn)出水，也可以達(dá)到分離生物污泥的目的，此時(shí)出水中xex。 全混合反應(yīng)器的底物去除速率r為：由此可見(jiàn)，若c減小，則r增大，但如果c接近最小值cmin，則系統(tǒng)失去降解有機(jī)物的能力， , 在ccmin后，r迅速上升至最大值rmax，繼后則隨c增大而緩慢下降。ceessvssqr000sse. 0r 為了取得一定的處理效率，c必須大于與比生長(zhǎng)率u0對(duì)應(yīng)的cmin值，即 對(duì)xxe的系統(tǒng)，有機(jī)負(fù)荷lv可從下式求得：當(dāng)s0一定時(shí)，lv除了與動(dòng)力學(xué)參數(shù)umax、ks有關(guān)之外，還直接與

23、r有關(guān).隨著r值增大，所允許的lv增大。 0max00min1suskusccfskrsufxxsslscev020max00/二、有回流的完全混合反應(yīng)器二、有回流的完全混合反應(yīng)器 如果該系統(tǒng)只從沉淀池上清液中帶走污泥，即xw=qw=sw=0,則可將消化池與沉淀池視為整體（如圖中虛框所示），上述無(wú)回流條件下推導(dǎo)的動(dòng)力學(xué)方程均可適用。如用式(15-10)分析厭氧接觸系統(tǒng)，由于加設(shè)沉淀池后，xe減小，x增大，則r也增大，放在相同的s0和條件下，能使系統(tǒng)承擔(dān)的有機(jī)負(fù)荷提高，工作穩(wěn)定性增大。 如果定期從沉淀池底排出部分剩余污泥則仿照式（13-22）和（13-25）作厭氧系統(tǒng)的物料衡算，可推出： cde

24、ckssyx1011dccdsekykkksdackskksy00min1三、厭氧生物膜反應(yīng)器三、厭氧生物膜反應(yīng)器 現(xiàn)假設(shè)厭氧生物膜反應(yīng)器是一個(gè)全混均質(zhì)系統(tǒng)，如圖15-31所示。對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的廢物作物料衡算，有變化率=進(jìn)入-出流-降解速率 懸浮的生物降解的底物量與生物膜去除的底物量相比，可以忽略，則式（15-16）簡(jiǎn)化為 bbaaevdtdfvdtdfqsqsvdtds0aaevdtdfssqvdtds 0 如果忽略?xún)?nèi)源代謝的污泥量，則生物膜增長(zhǎng)與底物利用的關(guān)系為：對(duì)生物膜的monod方程可寫(xiě)為：由上述兩式可得： aaadtdfydtdx esaeaaaasksxdtdxmax/esaeaaaaa

25、asksyxyxdtdf max 將式（15-20）代入式（15-17），已在穩(wěn)態(tài)條件下，即ds/dt=0，得到： 如果用代表生物膜平均活性深度，即生物膜厚度；am代表填料比表面積，即單位體積填料表面積；vm代表填料體積， 則 上式左端表示填料生物膜單位表面積的底物降解速率，以 代表；右端的 表示填料生物膜單位表面積的最大底物降解速率，以 代表。 esaeaaaaesksvxyssqmax0esaeaaaesksaayassqmax012tlmnsaayaaamaxaayaaamax12maxtlmnsesaesssksnnmax四、厭氧消化動(dòng)力學(xué)常數(shù)的測(cè)定四、厭氧消化動(dòng)力學(xué)常數(shù)的測(cè)定 為了應(yīng)

26、用動(dòng)力學(xué)方程于工程設(shè)計(jì)，必須確定方程中的有關(guān)常數(shù)。這些常數(shù)值可以在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，也可以通過(guò)整理廢水處理廠實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)得到。 表15-2給出了幾種廢物厭氧消化的動(dòng)力學(xué)常數(shù)，可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。 第五節(jié)第五節(jié) 厭氧產(chǎn)氣量計(jì)算厭氧產(chǎn)氣量計(jì)算一、理論產(chǎn)氣量的計(jì)算一、理論產(chǎn)氣量的計(jì)算1.根據(jù)廢水有機(jī)物化學(xué)組成計(jì)算產(chǎn)氣量 當(dāng)廢水中有機(jī)組分一定時(shí)，可以利用第一節(jié)中所介紹的化學(xué)經(jīng)驗(yàn)方程式（15-1）計(jì)算產(chǎn)氣量，對(duì)不含氮的有機(jī)物也可用以下巴斯維爾（buswell和mueller）通式計(jì)算: 2根據(jù)cod與產(chǎn)氣量關(guān)系計(jì)算 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1mol甲烷，相當(dāng)于2mol（或64g）cod，則還原1gcod相當(dāng)于生成22.4/

27、64=0.35l甲烷。 4224181214181212141chbancobanohbanohcban二、實(shí)際產(chǎn)氣率分析二、實(shí)際產(chǎn)氣率分析 在厭氧消化工藝中，實(shí)際產(chǎn)氣率受物料的性質(zhì)、工藝條件以及管理技術(shù)水平等多種因素的影響，在不同的場(chǎng)合，實(shí)際產(chǎn)氣率與理論值會(huì)有不同程度的差異。1.物料的性質(zhì) 就厭氧分解等當(dāng)量cod的不同有機(jī)物而言，脂類(lèi)（類(lèi)脂物）的產(chǎn)氣量最多，而且其中的甲烷含量也高；蛋白質(zhì)所產(chǎn)生的沼氣數(shù)量雖少，但甲烷含量高；碳水化合物所產(chǎn)生的沼氣量少，且甲烷含量也較低；從脂肪酸厭氧消化產(chǎn)氣情況表明，隨著碳鍵的增加，去除單位重量有機(jī)物的產(chǎn)氣量增加，而去除單位重量cod的產(chǎn)氣量則下降。 2廢水co

28、d濃度 廢水的cod濃度越低，單位有機(jī)物的甲烷產(chǎn)率越低，主要原因是甲烷溶解于水中的量不同所致。因此，在實(shí)際工程中，高濃度有機(jī)廢水的產(chǎn)氣率接近理論值，而低濃度有機(jī)廢水的產(chǎn)氣率則低于理論值。 3沼氣中的甲烷含量 沼氣中的甲烷含量越高，其在水中的溶解度越大。故甲烷的實(shí)際產(chǎn)氣率越低。4生物相的影響 產(chǎn)氣率還與系統(tǒng)中硫酸鹽還原菌及反硝化細(xì)菌等的活動(dòng)有關(guān)。若系統(tǒng)中上述菌較多，則由于這些菌會(huì)與產(chǎn)甲烷菌爭(zhēng)奪碳源，從而使產(chǎn)氣率下降。5工藝條件影響 對(duì)同種廢水，在不同的工藝條件下，其去除單位重量cod的產(chǎn)氣量不同。詳細(xì)討論參閱本章第二節(jié)。6去除的cod中用于合成細(xì)菌細(xì)胞所占的比例 對(duì)于等當(dāng)量cod的不同有機(jī)物，厭

29、氧消化時(shí)用于細(xì)菌細(xì)胞合成的系數(shù)有一定的差異，故產(chǎn)氣率不是常量。去除的cod中用于合成細(xì)菌細(xì)胞所占的比例越大，則分解用以產(chǎn)生甲烷的比例將越小，從而去除1kgcod的甲烷產(chǎn)量越低。一般情況下，變幅小于10。第六節(jié)第六節(jié) 厭氧反應(yīng)器的設(shè)計(jì)厭氧反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 厭氧反應(yīng)器的設(shè)計(jì)包括工藝設(shè)備的選型、反應(yīng)器容積的計(jì)算和設(shè)備構(gòu)造的確定等。本節(jié)主要介紹容積的計(jì)算，關(guān)于設(shè)備的構(gòu)造參見(jiàn)本章第三節(jié)。 厭氧處理裝置的選擇，在很大程度上取決于廢水中的懸浮物含量、粒度和厭氧可降解性。如上流式厭氧污泥床反應(yīng)器和厭氧生物濾池等新型厭氧反應(yīng)器雖消化效能高，但在處理含懸浮固體物較多的污水財(cái)，卻不宜采用。隨著污水中懸浮物的增加，厭氧濾池的處理能力下降，逐漸接近其他工藝的處理能力，不僅如此，它還易于引起填料的堵塞； 厭氧反應(yīng)器的容積是一個(gè)很重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算厭氧反應(yīng)器容積的方法很多，普遍采用的方法有有機(jī)物容積負(fù)荷法、水力停留時(shí)間法和動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法。 1按有機(jī)物容積負(fù)荷和水力停留時(shí)間計(jì)算 2根據(jù)動(dòng)力學(xué)模式計(jì)算 vlsqv0 qvcdeckxssyqv1011dccdcekykkks總dneneekssyksskxss10第七節(jié)第七節(jié) 厭氧設(shè)備的運(yùn)行管理厭氧設(shè)備的運(yùn)行管理一、厭氧設(shè)備的啟動(dòng)一、厭氧設(shè)