第五章 厭氧生物處理

第五章厭氧生物處理厭氧生物處理——概述厭氧生物處理——主要工藝及其特點1★概述一、厭氧生物處理：在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學(xué)作用，對有機物進行生物降解的過程，稱為厭氧生物處理法或厭氧消化法。厭氧生物處理法的處理對象是：高濃度有機工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動植物殘體及糞便等。厭氧生物處理可將有機物降解的同時生產(chǎn)氣體燃料(甲烷)。

第五章厭氧生物處理23二、厭氧生物處理過程(分三個階段)1、水解階段:分子量巨大的高分子有機物不能被細菌直接利用,在第一階段被細菌胞外酶分解為能溶于水并透過細胞壁,為細菌所利用的小分子.第五章厭氧生物處理42、發(fā)酵階段（包括2次酸化）（1）小分子化合物在發(fā)酵細菌（乳酸菌）的細胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更簡單的化合物并分泌到細胞外，這一階段的主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸、醇類、乳酸、CO2、H2、NH3、H2S等。（2）上一階段的產(chǎn)物進一步被轉(zhuǎn)化為乙酸、H2、H2CO3、及新的細胞物質(zhì)。3、產(chǎn)甲烷階段：乙酸、H2、H2CO3、甲酸、甲醇等被轉(zhuǎn)化為甲烷、CO2及新的細胞物質(zhì)。第五章厭氧生物處理5有機物厭氧消化過程生化階段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)酵細菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌甲烷細菌發(fā)酵工藝甲烷發(fā)酵酸

發(fā)

酵——第五章厭氧生物處理6復(fù)雜有機物的厭氧消化過程要經(jīng)歷數(shù)個階段，由不同的細菌群接替完成。完全的厭氧生物處理工藝因兼有降解有機物和生產(chǎn)氣體燃料的雙重功能，因而得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。第五章厭氧生物處理7三、發(fā)酵的控制條件（重點討論甲烷發(fā)酵的控制條件。）1、營養(yǎng)與環(huán)境條件（1）營養(yǎng)物：廢水、污泥及廢料中的有機物種類繁多，只要未達到抑制濃度，都可連續(xù)進行厭氧生物處理。對生物可降解性有機物的濃度并無嚴格限制，但若濃度太低，比耗熱量高，經(jīng)濟上不合算；水力停留時間短，生物污泥易流失，難以實現(xiàn)穩(wěn)定的運行。一般要求COD大于1000mg/L。COD∶N∶P=200∶5∶1

第五章厭氧生物處理8（2）氧化還原電位（ORP或Eh）

厭氧環(huán)境是厭氧消化過程賴以正常進行的最重要的條件。厭氧環(huán)境，主要以體系中的氧化還原電位來反映。一般情況下，氧的溶入無疑是引起發(fā)酵系統(tǒng)的氧化還原電位升高的最主要和最直接的原因（反應(yīng)器密閉）。但是，除氧以外，其它一些氧化劑或氧化態(tài)物質(zhì)的存在（如某些工業(yè)廢水中含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性廢水中的H+等），同樣能使體系中的氧化還原電位升高。當其濃度達到一定程度時，同樣會危害厭氧消化過程的進行。第五章厭氧生物處理9高溫厭氧消化系統(tǒng)適宜的氧化還原電位為-500~-600mV；

中溫厭氧消化系統(tǒng)及浮動溫度厭氧消化系統(tǒng)要求的氧化還原電位應(yīng)低于-300~-380mV。

產(chǎn)酸細菌對氧化還原電位的要求不甚嚴格，甚至可在+100~-100mV的兼性條件下生長繁殖；甲烷細菌最適宜的氧化還原電位為-350mV或更低。第五章厭氧生物處理10（3）溫度溫度是影響微生物生命活動過程的重要因素之一。溫度主要影響微生物的生化反應(yīng)速度，因而與有機物的分解速率有關(guān)。工程上：中溫消化溫度為30~38℃（以33~35℃為多）；高溫消化溫度為50~55℃。厭氧消化對溫度的突變也十分敏感，要求日變化小于±2℃。溫度突變幅度太大，會招致系統(tǒng)的停止產(chǎn)氣。

第五章厭氧生物處理11（4）pH值及酸堿度由于發(fā)酵系統(tǒng)中的CO2分壓很高（20.3~40.5kPa），發(fā)酵液的實際pH值比在大氣條件下的實測值為低。一般認為，實測值應(yīng)在7.2~7.4之間為好。pH值抑制甲烷菌產(chǎn)氣，HCO3-的存在對pH值下降起緩沖作用。（5）毒物凡對厭氧處理過程起抑制或毒害作用的物質(zhì)，都可稱為毒物。第五章厭氧生物處理122、工藝操作條件（1）生物量各種反應(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、顆粒污泥等。第五章厭氧生物處理13（2）負荷率負荷率是表示消化裝置處理能力的一個參數(shù)。負荷率有三種表示方法：容積負荷率、污泥負荷率、投配率。反應(yīng)器單位有效容積在單位時間內(nèi)接納的有機物量，稱為容積負荷率，單位為kg/m3·d或g/L·d。有機物量可用COD、BOD、SS和VSS表示。反應(yīng)器內(nèi)單位重量的污泥在單位時間內(nèi)接納的有機物量，稱為污泥負荷率，單位為kg/kg·d或g/g·d。每天向單位有效容積投加的新料的體積，稱為投配率，單位為m3/m3·d。投配率的倒數(shù)為平均停留時間或消化時間，單位為d。投配率有時也用百分數(shù)表示，例如，0.07m3/m3·d的投配率也可表示為7%。第五章厭氧生物處理14厭氧消化裝置的負荷率是怎樣確定的呢？一個重要的原則是：在兩個轉(zhuǎn)化（酸化和氣化）速率保持穩(wěn)定平衡的條件下，求得最大的處理目標（最大處理量或最大產(chǎn)氣量）。一般而言，厭氧消化微生物進行酸化轉(zhuǎn)化的能力強，速率快，對環(huán)境條件的適應(yīng)能力也強；而進行氣化轉(zhuǎn)化的能力相對較弱，速率也較慢，對環(huán)境的適應(yīng)能力也較脆弱。這種前強后弱的特征使兩個轉(zhuǎn)化速率保持穩(wěn)定平衡頗為困難，因而形成了三種發(fā)酵狀態(tài)。第五章厭氧生物處理15A、當有機物負荷率很高時由于供給產(chǎn)酸菌的食物相當充分，致使作為其代謝產(chǎn)物的有機物酸產(chǎn)量很大，超過了甲烷細菌的吸收利用能力，導(dǎo)致有機酸在消化液中的積累和pH值（以下均指大氣壓條件下的實測值）下降，其結(jié)果是使消化液顯酸性（pH<7）。這種在酸性條件下進行的厭氧消化過程稱為酸性發(fā)酵狀態(tài)，它是一種低效而又不穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，應(yīng)盡量避免。

第五章厭氧生物處理16B、當有機負荷率適中時產(chǎn)酸細菌代謝產(chǎn)物中的有機酸基本上能被甲烷細菌及時地吸收利用，并轉(zhuǎn)化為沼氣，溶液中殘存的有機酸量一般為每升數(shù)百毫克。此時消化液中pH值維持在7~7.5之間，溶液呈弱堿性。這種在弱堿性條件下進行的厭氧消化過程稱之為弱堿性發(fā)酵狀態(tài)，它是一種高效而又穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，最佳負荷率應(yīng)達此狀態(tài)。第五章厭氧生物處理17C、當有機物負荷率偏小時供給產(chǎn)酸細菌的食物不足，產(chǎn)酸量偏少，不能滿足甲烷細菌的需要。此時，消化液中的有機酸殘存量很少，pH值偏高，在pH值偏高（大于7.5）的條件下進行的厭氧消化過程，稱為堿性發(fā)酵狀態(tài)。如前所述，由于負荷偏低，因而是一種雖穩(wěn)定但低效的厭氧消化狀態(tài)。第五章厭氧生物處理18（3）加熱為把料液控制到要求的發(fā)酵溫度，則必須加熱。據(jù)估算，去除8000mg/L的COD所產(chǎn)生的沼氣，能使一升水升溫10℃。（4）pH值的控制如果料液會導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)液體的pH值低于6.5或高于8.0時，則應(yīng)對料液預(yù)先中和。當有機酸的積累而使反應(yīng)液的pH值低于6.8~7時，應(yīng)適當減小有機物負荷或毒物負荷，使pH值恢復(fù)到7.0以上（最好為7.2~7.4）。若pH低于6.5，應(yīng)停止加料，并及時投加石灰中和。第五章厭氧生物處理19★主要工藝及其特點一、早期用于處理廢水的厭氧消化構(gòu)筑物是化糞池和雙層沉淀池。化糞池是一個矩形密閉的池子，用隔墻分為兩室或三室，各室之間用水下連接管接通。廢水由一端進入，通過各室后由另一端排出。懸浮物沉于池底后進行緩慢的厭氧發(fā)酵。各室的頂蓋上設(shè)有人孔，可定期（數(shù)月）將消化后的污泥挖出，供作農(nóng)肥。這種處理構(gòu)筑物通常設(shè)于獨立的居住或公共建筑物的下水管道上，用于初步處理糞便廢水。第五章厭氧生物處理20雙層沉淀池上部有一個流槽，槽底呈V形。廢水沿槽緩慢流過時，懸浮物便沉降下來，并從V形槽底縫滑落于大圓形池底，在那里進行厭氧消化。這兩種處理構(gòu)筑物僅起截留和降解有機懸浮物的功用，產(chǎn)生的沼氣難以收集利用。第五章厭氧生物處理21二、普通消化池，主要用于處理城市污水的沉淀污泥。普通消化池多建成加頂蓋的筒狀。生污泥從池頂進入，通過攪拌與池內(nèi)污泥混合，進行厭氧消化。分解后的污泥從池底排出。產(chǎn)生的生物氣從池頂收集。普通消化池需要加熱，以維持高的生化速率。這種處理構(gòu)筑物通常是每天加排料各1~2次，與此同時進行數(shù)小時的攪拌混合。第五章厭氧生物處理22圓筒形厭氧消化池

蛋形厭氧消化池23三、厭氧接觸系統(tǒng)普通消化池用于處理高濃度有機廢水時，為了強化有機物與池內(nèi)厭氧污泥的充分接觸，必須連續(xù)攪拌；同時為了提高處理效率，必須改間斷進水排水為連續(xù)進水排水。但這樣一來，會造成厭氧污泥的大量流失。為了克服這一缺點，可在消化池后串聯(lián)一個沉淀池，將沉淀下的污泥又送回消化池，因此組成了厭氧接觸系統(tǒng)。污泥回流量約為進水流量的2~3倍。消化池內(nèi)的MLVSS為6~10g/L。第五章厭氧生物處理24四、厭氧生物濾池和厭氧生物轉(zhuǎn)盤為了防止消化池的污泥流失，可在池內(nèi)設(shè)置掛膜介質(zhì)，使厭氧微生物生長在上面，由此出現(xiàn)了厭氧生物濾池和厭氧生物轉(zhuǎn)盤。第五章厭氧生物處理25五、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）

這種反應(yīng)器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種厭氧生物處理裝置。第五章厭氧生物處理26