污水的厭氧生物處理

關(guān)于污水的厭氧生物處理第1頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五污水的生化處理法按氧的利用方式不同：好氧生物處理厭氧生物處理按微生物在水中的集聚狀態(tài)不同：懸浮生長系統(tǒng)固定膜系統(tǒng)第2頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五污水生物處理厭氧處理好氧處理廢水濃度水力停留時間有機(jī)容積負(fù)荷能耗主要副產(chǎn)物5-20天3-10小時7~45kgBOD/（m3?d

）高質(zhì)燃料中、

濃度低濃度高出十倍剩余污泥高低0.4~1.0kgBOD/（m3?d

）BOD:N:P=100:5:1BOD:N:P=200~400:5:1營養(yǎng)物需要第3頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五1厭氧生物處理的

基本原理

第4頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五1厭氧生物處理的基本原理按降解機(jī)理分段：1.

厭氧消化的機(jī)理（1）定義：廢水的厭氧生物處理是指在無氧條件下通過厭氧微生物(anaerobicmicrobes)(專性厭氧菌和兼性菌）的作用，分解廢水中的各種復(fù)雜有機(jī)物，最終產(chǎn)物是甲烷(methane)和二氧化碳(carbondioxide)等物質(zhì)的過程，也稱為厭氧消化(anaerobicdigestion)第5頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五（2）厭氧消化過程1厭氧生物處理的基本原理

有機(jī)物要經(jīng)過水解，產(chǎn)酸等多種不同的微生物降解過程，最終由產(chǎn)甲烷細(xì)菌作用而生成甲烷和二氧化碳。①厭氧消化的兩階段理論：酸性發(fā)酵階段：消化液的pH迅速下降，轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中有機(jī)酸和醇是主體甲烷發(fā)酵階段：產(chǎn)生消化氣，主體是CH4酸性發(fā)酵階段甲烷發(fā)酵階段第6頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五復(fù)雜有機(jī)物碳水化合物，蛋白質(zhì)，脂類簡單溶解性有機(jī)物水解發(fā)酵脂肪酸、醇類H2

，CO2CH3COOH產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌同型產(chǎn)乙酸菌

另一組產(chǎn)甲烷菌CH4+CO2一組產(chǎn)甲烷菌甲烷產(chǎn)量的70%甲烷產(chǎn)量的30%1厭氧生物處理的基本原理水解發(fā)酵階段水解發(fā)酵菌主要是專性厭氧菌和兼性厭氧菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下產(chǎn)甲烷階段兩組生理上不同的產(chǎn)甲烷菌按降解機(jī)理分段：②厭氧消化的三階段理論參考教材第353頁第7頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五③

厭氧消化的4階段理論第8頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五1厭氧生物處理的基本原理按降解機(jī)理分段：2.

厭氧消化的影響因素（1）溫度根據(jù)甲烷菌對于溫度的適應(yīng)性，可分為中溫甲烷菌和高溫甲烷菌兩類。中溫處理一般為33-36℃，高溫處理為50-55℃。兩區(qū)之間的溫度，反應(yīng)速度反而減退。工程上的厭氧反應(yīng)器有常溫、中溫、高溫三種方式，分別稱為常溫消化、中溫消化和高溫消化。厭氧發(fā)酵對溫度突變比較敏感，一般允許范圍為±1.5-2.0℃。突然的溫度變化會抑制消化速率，可使甲烷化嚴(yán)重受阻。

由于產(chǎn)甲烷菌在厭氧處理的各個階段中，對環(huán)境的影響最敏感，世代時間相對較長，甲烷化反應(yīng)速度較慢，常作為厭氧消化過程的控制階段，反應(yīng)條件應(yīng)重點(diǎn)滿足甲烷菌的環(huán)境要求。參考教材第357頁第9頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五1厭氧生物處理的基本原理按降解機(jī)理分段：2.

厭氧消化的影響因素（2）pH及堿度產(chǎn)甲烷菌適宜的pH值為7.0左右，大體在

6.5-7.5之間。在消化系統(tǒng)中，如果水解發(fā)酵階段與產(chǎn)酸階段的反應(yīng)速率超過產(chǎn)甲烷階段，則pH會降低，影響甲烷菌的生活環(huán)境。反應(yīng)器的pH值過低，常表現(xiàn)為揮發(fā)酸濃度過高；pH值過高，常見于NH4+濃度過高。消化系統(tǒng)中，消化液有一定的緩沖作用，緩沖劑是有機(jī)物分解過程中產(chǎn)生的，即消化液中的CO2（碳酸）及NH3（以NH3和NH4+的形式存在）。重碳酸鹽（HCO3-）與碳酸H2CO3組成緩沖溶液。第10頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五1厭氧生物處理的基本原理按降解機(jī)理分段：2.

厭氧消化的影響因素（3）氧化還原電位（ORP）氧化還原電位是指一個體系中氧化劑和還原劑的相對強(qiáng)度，表示溶液的氧化或還原反應(yīng)的能力，以伏特或毫伏來計(jì)量。甲烷菌對氧化還原電位的要求一般為-330mV以下，但這個氧化還原電位通常是指常溫條件的數(shù)值?？捎糜诔鼗蛑袦胤磻?yīng)器的設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理指標(biāo)。但是在高溫反應(yīng)器中適宜的氧化還原電位要低得多，一般應(yīng)低于-500mV。一般情況下，氧的溶入是引起發(fā)酵系統(tǒng)的氧化還原電位升高的主要和直接原因。但應(yīng)注意，氧化劑或氧化物質(zhì)的存在，同樣可使氧化還原電位升高。如NO3-、SO42-、CrO72-、Fe3+等。第11頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五1厭氧生物處理的基本原理按降解機(jī)理分段：2.

厭氧消化的影響因素（4）營養(yǎng)比一般工程上主要控制進(jìn)料的碳、氮、磷的比例，其它元素不加以控制。一般認(rèn)為，厭氧法中的碳、氮、磷的比例應(yīng)控制在200-400：5：1為宜（好氧法中BOD5：N：P=100：5：1）。其中以碳氮比的控制較為重要。

碳氮比過高，不僅厭氧菌增值緩慢，而且消化液的緩沖能力較低，在有機(jī)負(fù)荷較高等情況下，pH容易下降。相反，若氮源過多，即碳氮比太低，氨化和反硝化過程將產(chǎn)生大量的氨，使pH值升高。當(dāng)pH值升高到7.9以上時，會抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，使消化效率降低。第12頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五1厭氧生物處理的基本原理按降解機(jī)理分段：2.

厭氧消化的影響因素（5）有機(jī)負(fù)荷在厭氧法中，有機(jī)負(fù)荷通常是指容積有機(jī)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(jī)物量[kgCOD/m3?d]。此外也有用污泥負(fù)荷表達(dá)的，即[kgCOD/kgVSS?

d]。厭氧消化過程中，產(chǎn)酸階段反應(yīng)速率比產(chǎn)甲烷階段反應(yīng)速率快得多，必須十分謹(jǐn)慎的選擇有機(jī)負(fù)荷，使揮發(fā)性脂肪酸的生成和消耗不致失調(diào)，形成揮發(fā)酸的積累。為保持系統(tǒng)的平衡，有機(jī)負(fù)荷不能過高。厭氧生物處理可采用比好氧生物處理高得多的有機(jī)負(fù)荷，一般厭氧法為7~45[kgBOD/m3

?

d]，好氧法為0.4~1.0[kgBOD/m3?d]

。第13頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五1厭氧生物處理的基本原理按降解機(jī)理分段：2.

厭氧消化的影響因素（6）攪拌和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器內(nèi)，常有料液分層現(xiàn)象。攪拌可消除分層，促進(jìn)基質(zhì)與微生物間的傳質(zhì)速度和甲烷、二氧化碳等產(chǎn)物的逸出速度。攪拌的方法一般有：泵加水射器攪拌法；消化氣循環(huán)攪拌法和混合攪拌法等。第14頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五1厭氧生物處理的基本原理按降解機(jī)理分段：2.

厭氧消化的影響因素（7）有毒物質(zhì)

①重金屬重金屬離子對甲烷消化的抑制作用有兩個方面：與酶結(jié)合，產(chǎn)生變性物質(zhì)，使酶的作用消失；某些重金屬離子及其氫氧化物的絮凝作用，使酶沉淀。

②陰離子的毒害作用主要是指硫化物。硫酸鹽濃度超過5000mg/L，即有抑制作用。硫過多，消化液中過多的H2S將釋放出進(jìn)入消化氣中，降低消化氣質(zhì)量并腐蝕管道。③氨的毒害作用當(dāng)NH4+濃度超過150mg/L時，消化受到抑制。④氧氧對甲烷菌的毒害可分為兩個階段，即抑菌階段和殺菌階段。

第15頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五2污水的厭氧生物

處理方法

第16頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五

一般地，可用BOD5/COD值作為有機(jī)物生物降解性的評價指標(biāo)：

BOD5/COD＞0.40時為易生物降解；

BOD5/COD＞0.30時為可生物降解；

BOD5/COD＜0.30時為較難生物降解；

BOD5/COD＜0.20時為不宜生物降解。第17頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五2污水的厭氧生物處理方法按降解機(jī)理分段：1.

化糞池

化糞池用于處理來自廁所的糞便污水。廣泛用于不設(shè)污水廠的合流制排水系統(tǒng)。例如，郊區(qū)的別墅式建筑。居民區(qū)和辦公樓也常設(shè)化糞池。下圖是化糞池的一種構(gòu)造方式。污水首先進(jìn)入第一室，池水一般分為三層，上層為浮渣層，下層為污泥層，中間為水流，然后，進(jìn)入第二室，底泥和浮渣被第一室截留。第18頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五生活污水處理系統(tǒng)示意圖

房屋下水管道廢水排入化糞池，一些固體物質(zhì)沉淀析出，并發(fā)生厭氧分解。污水在池內(nèi)的停留時間一般為12~24h，澄清后的水流到分配槽，出水不能直接排入水體，常在綠地下設(shè)滲水系統(tǒng)或由排水管網(wǎng)輸出、匯總進(jìn)入下一步處理?；S池污泥要定時清理。房屋下水管道化糞池分配槽滲水系統(tǒng)第19頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五2污水的厭氧生物處理方法按降解機(jī)理分段：

對于懸浮物較高的有機(jī)廢水，可以采用厭氧接觸法，它實(shí)際上是厭氧活性污泥法，消化池后設(shè)沉淀池。在混合接觸池中，要進(jìn)行適當(dāng)攪拌以使污泥保持懸浮狀態(tài)。攪拌可以用機(jī)械方法，也可以用泵循環(huán)池水。厭氧接觸法工藝流程2.

厭氧接觸法（anaerobiccontactprocess

）第20頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五2污水的厭氧生物處理方法按降解機(jī)理分段：

厭氧接觸法的主要特征是在消化池后設(shè)沉淀池，將沉淀污泥回流至消化池，使污泥停留時間與水力停留時間分開，厭氧反應(yīng)器內(nèi)能維持較高的污泥濃度，同時可大大降低水力停留時間。

式中θc——生物固體平均停留時間，d；

X——反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度，g/m3；

V——反應(yīng)器容積，m3；

Xe——出水微生物濃度，g/m3；

Q——處理廢水流量，m3/d

Xω——剩余污泥微生物濃度，g/m3

Q

ω——剩余污泥排放量，m3/d

2.

厭氧接觸法（anaerobiccontactprocess

）第21頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五2污水的厭氧生物處理方法按降解機(jī)理分段：

厭氧接觸法存在的問題是，從厭氧反應(yīng)器排出的混合液中的污泥由于附著大量氣泡，在沉淀池中易于上浮到水面而被出水帶走；進(jìn)入沉淀池的污泥仍有產(chǎn)甲烷菌在活動，產(chǎn)生沼氣，使已沉下的污泥上翻，固液分離效果不佳?？刹扇〉慕鉀Q辦法：

（1）在反應(yīng)器與沉淀池之間設(shè)真空脫氣器，真空度為5000Pa，盡可能將混合液中的沼氣脫除，但不能抑制產(chǎn)甲烷菌在沉淀池內(nèi)繼續(xù)產(chǎn)氣；（2）在反應(yīng)器與沉淀池之間設(shè)冷卻器，使混合液的溫度由35℃降至15℃，抑制甲烷菌的活動；（3）向沉淀池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）用膜過濾代替沉淀池，以改善固液分離效果。2.

厭氧接觸法（anaerobiccontactprocess

）第22頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五2污水的厭氧生物處理方法按降解機(jī)理分段：2.

厭氧接觸法主要設(shè)計(jì)參數(shù)容積負(fù)荷：2~6kgCODcr/(m3d)混合液污泥濃度：10kgVSS/m3污泥回流比：0.8~1.0第23頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五2污水的厭氧生物處理方法按降解機(jī)理分段：3.

厭氧生物濾池（anaerobicfilter,AF）

厭氧生物濾池又稱厭氧固定膜反應(yīng)器（SFF），是60年代末開發(fā)的新型高效厭氧處理裝置。濾池多呈圓柱形，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的吸附、微生物的代謝作用和濾料的截留作用下，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。根據(jù)進(jìn)水的方向?qū)捬豕潭し磻?yīng)器分為升流式（USFF）、降流式（DSFF）和平流式（LSFF）三種；根據(jù)填料填充的程度分為全充填型和部分充填型。填料可采用拳狀石質(zhì)濾料，如碎石、卵石等，也可使用陶粒、塑料等填料。升流式厭氧生物濾池第24頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五2污水的厭氧生物處理方法按降解機(jī)理分段：3.

厭氧生物濾池（anaerobicfilter

）厭氧生物濾池的特點(diǎn)：

厭氧微生物大部分存在于生物膜中，少部分以厭氧活性污泥的形式存在于濾料的孔隙中，微生物的停留時間長，可超過100d，不易流失。沖擊負(fù)荷對其影響小。反應(yīng)器內(nèi)各種不同類群的微生物自然分層固定，易使各類微生物得到最佳的環(huán)境，保持其高的活性。在水溫25℃～35℃時，有機(jī)負(fù)荷在3kg（COD）/m3·d～10kg（COD）/m3·d以上，一般COD去除率可達(dá)80％以上。厭氧固定膜反應(yīng)器特別適用于處理低濃度的溶解性有機(jī)廢水。缺點(diǎn)：厭氧微生物總量沿池高度分布很不均勻。

進(jìn)水部位容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。見教材第593頁第25頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五2污水的厭氧生物處理方法按降解機(jī)理分段：3.

厭氧生物濾池（anaerobicfilter

）厭氧生物濾池的改進(jìn)措施：（1）可采取處理水回流的措施降低原廢水懸浮固體與有機(jī)物的濃度，提高水力負(fù)荷，提高池內(nèi)水流的上升速度，減少濾料空隙間的懸浮物，減輕堵塞的可能性；可使濾料層中的生物膜量趨于均勻分布，充分發(fā)揮濾池作用。（2）為了防止堵塞可采用部分充填載體型結(jié)構(gòu)方式。此外采用平流式厭氧濾池也有利于改善容易發(fā)生堵塞的不足。污泥排放沼氣出水薄層填料部分充填載體型結(jié)構(gòu)的平流式厭氧濾池示意圖進(jìn)水第26頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五2污水的厭氧生物處理方法按降解機(jī)理分段：3.

厭氧生物濾池主要設(shè)計(jì)參數(shù)濾料：填充高度2m以上，比表面積100m2/m3以上，填充率在2/3以上濾池高度：3m以上容積負(fù)荷：12kgCOD/（m3·d）以下第27頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五2污水的厭氧生物處理方法按降解機(jī)理分段：4.升流式厭氧污泥床（UASB）（1）概述上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（upflowanaerobicsludgeblanketreactor)，簡稱UASB反應(yīng)器。廢水由池底進(jìn)入反應(yīng)器，通過反應(yīng)區(qū)氣、液分離后混合液進(jìn)入沉淀區(qū)進(jìn)行固液分離，反應(yīng)器內(nèi)微生物以自身聚集生長，為顆粒污泥狀態(tài)存在，因而能達(dá)到高生物量和高效高負(fù)荷，污泥床反應(yīng)器內(nèi)沒有填料，不設(shè)攪拌，上升的水流和產(chǎn)生的沼氣可滿足攪拌要求。入水三相分離器沼氣升流式厭氧污泥床（USAB)沉淀區(qū)反應(yīng)區(qū)出水懸浮污泥區(qū)顆粒污泥區(qū)第28頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五2污水的厭氧生物處理方法按降解機(jī)理分段：4.

升流式厭氧污泥床（UASB）（2）升流式厭氧污泥床的構(gòu)造

①進(jìn)水配水系統(tǒng)

將進(jìn)水均勻分配到反應(yīng)器整個橫斷面；起到水力攪拌的作用。②反應(yīng)區(qū)

UASB的核心，包括顆粒污泥區(qū)和懸浮污泥區(qū)。③三相分離器（圖）

由沉淀區(qū)、回流縫和氣封組成，其功能是將沼氣、污泥、廢水等三相進(jìn)行分離。④氣室

也稱集氣罩，其功能是收集產(chǎn)生的沼氣。入水三相分離器沼氣升流式厭氧污泥床（USAB)沉淀區(qū)反應(yīng)區(qū)出水懸浮污泥區(qū)顆粒污泥區(qū)第29頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五2污水的厭氧生物處理方法按降解機(jī)理分段：4.

升流式厭氧污泥床（UASB）（2）升流式厭氧污泥床的構(gòu)造⑤出水排水系統(tǒng)

將沉淀區(qū)的上清液均勻地加以收集，并將其排出反應(yīng)器。⑥排泥系統(tǒng)

均勻排泥，可進(jìn)行均布多點(diǎn)排泥，可選擇每10m2設(shè)一個排泥點(diǎn)。⑦浮渣清除系統(tǒng)浮渣清除可采用撇渣機(jī)或刮渣機(jī)清除，或采用人工清渣。入水三相分離器沼氣升流式厭氧污泥床（USAB)沉淀區(qū)反應(yīng)區(qū)出水懸浮污泥區(qū)顆粒污泥區(qū)氣室第30頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五2污水的厭氧生物處理方法按降解機(jī)理分段：4.

升流式厭氧污泥床（UASB）（3）顆粒污泥形成機(jī)理

所謂污泥顆粒化是指床中的污泥形態(tài)發(fā)生了變化，由絮狀污泥變?yōu)槊軐?shí)、邊緣圓滑的顆粒。粒徑為0.5～4mm。形成機(jī)理：

①晶核假說②微生物本身形成

A.電中和作用

B.胞外多聚物架橋作用第31頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五2污水的厭氧生物處理方法按降解機(jī)理分段：5.

厭氧膨脹床和厭氧流化床

厭氧流化床是一種填有比表面積很大的惰性載體顆粒的反應(yīng)器，它的一部分出水回流，與進(jìn)水混合后，進(jìn)入池內(nèi)向上流動，使載體顆粒在整個反應(yīng)器內(nèi)均勻分布。

根據(jù)顆粒膨脹程度可分為膨脹床和流化床。膨脹床運(yùn)行流速控制在略高于初始流化速度，相應(yīng)的膨脹率為5％～20％。流化床一般按20％～70％的膨脹率運(yùn)行，這樣顆粒不致流失并且生物膜與廢水又充分接觸。

進(jìn)水循環(huán)泵沼氣出水厭氧流化床反應(yīng)器示意圖第32頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五2污水的厭氧生物處理方法按降解機(jī)理分段：6.

厭氧生物轉(zhuǎn)盤

厭氧生物轉(zhuǎn)盤和好氧法生物轉(zhuǎn)盤相似，不同之處在于盤片大部分或全部滲沒在處理水中。為保證厭氧條件和收集沼氣整個生物轉(zhuǎn)盤設(shè)在密閉的容器內(nèi)。

厭氧生物轉(zhuǎn)盤的優(yōu)點(diǎn)（1）不需回流，運(yùn)行中動力消耗及費(fèi)用較低。（2）運(yùn)行管理簡單，沒有堵塞問題，可處理高濃的廢水。（3）轉(zhuǎn)盤上微生物量很大，微生物停留時間長，水利停留時間短。（4）工作穩(wěn)定，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。隔板進(jìn)水出水沼氣轉(zhuǎn)軸固定盤片轉(zhuǎn)動盤片第33頁，共40頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)23分，星期五2污水的厭氧生物處理方法按降解機(jī)理分段：6.

厭氧生物轉(zhuǎn)盤

中溫發(fā)酵條件下，有機(jī)物面積負(fù)荷可達(dá)0.04kgCOD/(m2(盤片)·d)盤片總面積按負(fù)荷法進(jìn)行計(jì)算：A——所需盤片總面積，m2Ns——有機(jī)物