第六章厭氧生物處理2013

第六章厭氧生物處理第一節(jié)厭氧生物處理的凈化機(jī)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(diǎn)第四節(jié)厭氧生物處理的分類(lèi)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(yùn)行管理福建省污廢水處理設(shè)施運(yùn)行管理培訓(xùn)厭氧生物處理技術(shù)的發(fā)展

最早的厭氧生物處理技術(shù)的應(yīng)用始于19世紀(jì)下半葉，至今已有一百多年的歷史，剛開(kāi)始主要用于處理人類(lèi)糞便。化糞池(單室)Imhoff池（雙層沉淀池）第一節(jié)厭氧生物處理的基本原理

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）的生物化學(xué)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。

厭氧生物處理是一個(gè)依靠三大主要類(lèi)群的細(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。4％76％20％24％52％28％72％水解產(chǎn)酸細(xì)菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌產(chǎn)甲烷細(xì)菌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。

水解產(chǎn)酸細(xì)菌是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜而又龐大的細(xì)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(dòng)物、真菌等。大多數(shù)為專(zhuān)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(guò)程

水解過(guò)程：不溶解大分子有機(jī)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(jī)物，如氨基酸、脂肪酸、葡萄糖、和甘油等。水解過(guò)程是在細(xì)菌細(xì)胞表面或周?chē)橘|(zhì)中完成的。酸化（發(fā)酵）過(guò)程：利用水解后的簡(jiǎn)單有機(jī)物在產(chǎn)酸細(xì)菌的作用下經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵和氧化轉(zhuǎn)化為乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇類(lèi)。這一過(guò)程是在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的。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)碳數(shù)有機(jī)酸時(shí)還形成CO2。

產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段就是進(jìn)一步把有機(jī)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(xì)菌將乙酸、乙酸鹽、CO2和H2等轉(zhuǎn)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羧產(chǎn)生甲烷，前者約占總量的1/3，后者約占2/3。

上式可以看出有機(jī)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(shuō)不產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)甲烷菌之間相互關(guān)系1、不產(chǎn)甲烷菌為產(chǎn)甲烷菌提供生長(zhǎng)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(yīng)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(xì)菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌產(chǎn)甲烷細(xì)菌不產(chǎn)甲烷菌

甲烷細(xì)菌群甲烷細(xì)菌對(duì)氧和其他氧化劑十分敏感，屬于嚴(yán)格的專(zhuān)性厭氧菌，研究表明，在氧濃度低于2～5ug/L的環(huán)境下才能良好生長(zhǎng)。

根據(jù)甲烷細(xì)菌的形態(tài)可分為四類(lèi)：1.甲烷桿菌，桿狀細(xì)胞，連成鏈或長(zhǎng)絲狀，或呈短而直的桿狀；2.甲烷球菌，球形細(xì)胞呈正圓或橢圓形，排列成對(duì)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(xì)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(gè)目、6個(gè)科和13個(gè)屬。甲烷細(xì)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”——甲酸、甲醇和甲胺。限制步驟限制步驟是指當(dāng)一個(gè)過(guò)程由一系列相互聯(lián)系的生化反應(yīng)組成時(shí)，某一階段的生化反應(yīng)速率常常比其他階段更慢，這一系列反應(yīng)最慢的階段即為控制反應(yīng)速率、決定反應(yīng)速率或限制反應(yīng)速率的步驟。

厭氧消化三個(gè)階段的反應(yīng)速度由廢水的性質(zhì)而異，也就是說(shuō)對(duì)于不同的廢水厭氧消化的限制步驟是不一樣的。a.對(duì)于含纖維素、半纖維素、果膠和脂類(lèi)等污染物為主的廢水，水解易成為反應(yīng)速度的限制步驟；b.對(duì)于含簡(jiǎn)單的糖類(lèi)、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(yīng)速度的限制步驟。第二節(jié)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應(yīng)的控制階段（限制步驟），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)。溫度pH有毒物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的配比攪拌氧化還原電位有機(jī)負(fù)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(xué)反應(yīng)最重要的因素之一。溫度適宜。細(xì)菌發(fā)育正常，有機(jī)物分解完全，產(chǎn)氣量高。各類(lèi)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(gè)區(qū)。低溫消化溫度：10℃～30℃中溫消化溫度：30℃～35℃高溫消化溫度：50℃～56℃一、溫度一般認(rèn)為，產(chǎn)甲烷菌的溫度范圍為5～60℃，在35℃和51℃上下可以分別獲得較高的消化效率，溫度為40～45℃時(shí)，厭氧消化效率較低。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，尤其高溫消化對(duì)溫度變化更為敏感。因此，在消化過(guò)程中要保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的消化溫度。溫度對(duì)消化的影響二、pH值甲烷細(xì)菌生長(zhǎng)適宜的pH范圍在6.8～7.2之間，而產(chǎn)酸細(xì)菌生長(zhǎng)適宜的pH范圍在4.5～8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(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)甲烷菌生長(zhǎng)抑制較大，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)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7.0～7.2，pH6.8～7.2較為適宜。

三、有毒物質(zhì)凡對(duì)厭氧處理過(guò)程起抑制或毒害作用的物質(zhì)，都可稱(chēng)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(jī)物和某些陽(yáng)離子。（見(jiàn)書(shū)上258頁(yè)，表6-1污泥消化有害物質(zhì)最大容許濃度）四、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的配比一般認(rèn)為，厭氧法中碳:氮:磷控制為20O～300:5:1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(mǎn)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。

五、攪拌混合

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（溫度、底物、甲烷細(xì)菌），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。

六、氧化還原電位

ORP或Eh

（低電位可以被高電位氧化）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，甲烷菌細(xì)胞內(nèi)具有許多低氧化還原電位的酶系，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。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-0.56～-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(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。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(jī)物、無(wú)機(jī)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(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。（如顆粒化污泥和絮狀污泥）第三節(jié)厭氧生物處理的特點(diǎn)厭氧生化法與好氧生化法相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）應(yīng)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(wú)需曝氣或微曝氣，厭氧法產(chǎn)生的沼氣可作為能源。（3）負(fù)荷高：厭氧法為2～10kgBOD/(m3·d)。（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(yíng)養(yǎng)需要量少：厭氧法的C:N:P為200～300:5:1（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（沼氣安全問(wèn)題）。

第四節(jié)厭氧生物處理的分類(lèi)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(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；（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(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2～3kgCOD/(m3·d),高溫為5～6kgCOD/(m3·d)。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(掌握)

為克服普通消化池不能持留或補(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，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(jìn)行急速冷卻，如中溫消化液35℃冷到15～25℃，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(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10～15g/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2～5kgCOD/(m3·d)，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15～30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）操作簡(jiǎn)單運(yùn)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(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、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）（掌握）

1.布水系統(tǒng)2.污泥床4.沉淀區(qū)UASB反應(yīng)器主要結(jié)構(gòu)如下：5.氣液固三相分離器3.污泥懸浮層

1.布水系統(tǒng)（進(jìn)水配水系統(tǒng)）布水系統(tǒng)兼有均勻配水和水力攪拌作用，使進(jìn)水與污泥充分接觸，最大限度地利用反應(yīng)器內(nèi)的厭氧污泥，防止進(jìn)水在通過(guò)污泥層時(shí)出現(xiàn)溝流和死角。布水系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括了進(jìn)水方式的選擇和布水點(diǎn)的布置，其合理設(shè)計(jì)對(duì)于反應(yīng)器的良好運(yùn)行至關(guān)重要。樹(shù)枝管式配水系統(tǒng)穿孔管式配水系統(tǒng)多點(diǎn)多管配水系統(tǒng)

污泥床和污泥懸浮層組成UASB的反應(yīng)區(qū)，是UASB反應(yīng)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(jī)污染物被降解去除的主要場(chǎng)所。2.污泥床

污泥床位于整個(gè)UASB反應(yīng)器的底部，污泥床內(nèi)具有很高的污泥濃度，一般為40～80g/L，最高可達(dá)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1.2-1.4cm/s。污泥層對(duì)有機(jī)物降解量可達(dá)70％～90％。3.污泥懸浮層污泥懸浮層位于污泥床上部，污泥濃度相對(duì)較小，通常為15～30g/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(dān)10％～30％的有機(jī)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(yīng)區(qū)產(chǎn)生的沼氣，通過(guò)集氣室排出反應(yīng)器；使分離區(qū)的懸浮物沉淀下來(lái)，回落到反應(yīng)區(qū)，有效防止厭氧污泥流失，保證反應(yīng)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(shí)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接影響到整個(gè)反應(yīng)器的處理效果。4.沉淀區(qū)沉淀區(qū)位于UASB反應(yīng)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(yīng)區(qū)內(nèi)，保持反應(yīng)區(qū)穩(wěn)定的生物量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)均勻集水。

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30～40g/L，高的可達(dá)60～80g/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10～20kgCOD/(m3·d)；（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)變化比較敏感。

UASB應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水處理時(shí)的允許容積負(fù)荷全世界有幾千座UASB反應(yīng)器，占所有厭氧反應(yīng)器總數(shù)的64%，應(yīng)用最為廣泛。工業(yè)上應(yīng)用的UASB裝置四、厭氧生物濾池（掌握）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。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)提供較大的表面積，濾池中的微生物量較高，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2～16kgCOD/m3·d，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。其次濾料較貴。濾池的清洗也還沒(méi)有簡(jiǎn)單有效的方法。主要用于處理含懸浮物較低的溶解性有機(jī)污染物廢水。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(mǎn)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1.2～1.5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)2000～3000m2/m3左右，使床內(nèi)具有很高的微生物濃度，因此有機(jī)物容積負(fù)荷大，一般為10～40kgCOD/m3·d，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、厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)和折流板反應(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)軸與驅(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)器頂部排出。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。

厭氧折流板反應(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)即變成厭氧折流板反應(yīng)器。折流板反應(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。其工藝流程如下圖所示。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(shè)有導(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、水解（酸化）法（掌握）水解和酸化是無(wú)法截然分開(kāi)的，這是由于水解細(xì)菌實(shí)際上是一種由水解能力的發(fā)酵細(xì)菌。水解是耗能過(guò)程，發(fā)酵細(xì)菌付出能量進(jìn)行水解的目的是為了獲取能進(jìn)行發(fā)酵的水溶性底物，并通過(guò)細(xì)胞內(nèi)的生化反應(yīng)取得能量，同時(shí)排出代謝產(chǎn)物（厭氧消化條件下主要為各種有機(jī)酸）。

水解（酸化）過(guò)程的影響因素（P263）1.pH值：最佳pH值范圍5.5～6.52.水溫：水解微生物對(duì)低溫變化適應(yīng)性強(qiáng)3.底物的種類(lèi)和形態(tài)：分子量、粒徑等4.污泥生物固體停留時(shí)間（SRT）：由排除剩余污泥來(lái)控制5.水力停留時(shí)間（HRT）：應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定八、兩相厭氧法和復(fù)合厭氧法兩相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。

第三代厭氧生物反應(yīng)器EGSBICUBF厭氧膨脹顆粒污泥床內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器升流式污泥床過(guò)濾器第三代厭氧生物反應(yīng)器的共同特點(diǎn)微生物以顆粒污泥固定化方式存在于反應(yīng)器中，反應(yīng)器單位容積的生物量更高；能承受更高的水力負(fù)荷，并具有較高的有機(jī)污染物凈化效能；具有較大的高徑比，一般在5~10以上；占地面積小。第三代厭氧生物反應(yīng)器的主要技術(shù)性能技術(shù)指標(biāo)EGSBICUBF反應(yīng)器高度（m）12~1618~2412~14流速（包括回流）（m/h）2.5~126~162~8回流比20~30020~3005~100微生物SS濃度（g/L）50~10045~9240~85出水懸浮物SS濃度（mg/L）10~6020~10010~45第五節(jié)厭氧微生物的培養(yǎng)與馴化

厭氧消化系統(tǒng)的啟動(dòng)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(zhǔn)備工作（p275）1.人員準(zhǔn)備2.設(shè)備準(zhǔn)備3.其他準(zhǔn)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(yùn)行的厭氧處理裝置中的厭氧污泥作為種泥進(jìn)行微生物培養(yǎng)的方法。對(duì)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?cè)莘e的10％～30％厭氧菌種污泥，再加入新鮮污泥至設(shè)計(jì)液面，然后通入蒸汽加熱，升溫速度保持1℃/h，直到達(dá)到消化溫度，并維持消化溫度，穩(wěn)定一段時(shí)間（3-5d），使污泥達(dá)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(zhuǎn)化為厭氧活性污泥的過(guò)程。培養(yǎng)時(shí)間較久，一般歷時(shí)6～10個(gè)月左右，才能完成甲烷菌的培養(yǎng)。三、培菌的注意事項(xiàng)加快培養(yǎng)啟動(dòng)過(guò)程控制污泥投加量無(wú)須加入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)沼氣安全問(wèn)題針對(duì)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(dòng)過(guò)程，除投入接種污泥外，還應(yīng)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(shí)間有關(guān),早期可按設(shè)計(jì)污泥量的30％～50％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(yíng)養(yǎng)是均衡的，能夠滿(mǎn)足厭氧微生物生長(zhǎng)繁殖的需要。污泥厭氧消化系統(tǒng)產(chǎn)生沼氣時(shí)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(yīng)實(shí)際污廢水水質(zhì)情況的微生物，淘汰無(wú)用的微生物，對(duì)于厭氧生物處理工藝，是通過(guò)馴化使厭氧菌成為優(yōu)勢(shì)菌群。

馴化的具體做法首先是保持工藝的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，然后嚴(yán)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(guò)程中每天監(jiān)測(cè)進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。第六節(jié)厭氧生物處理的運(yùn)行管理（UASB）UASB反應(yīng)器良好運(yùn)行的三個(gè)重要前提是：1）反應(yīng)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(jìn)水的均勻分布所形成的良好的自然攪拌作用；3）設(shè)計(jì)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(yīng)器內(nèi)。一、水質(zhì)分析項(xiàng)目與運(yùn)行控制指標(biāo)(p277)三個(gè)方面內(nèi)容水質(zhì)分析的項(xiàng)目水質(zhì)監(jiān)測(cè)的頻次運(yùn)行控制指標(biāo)1、水質(zhì)分析的項(xiàng)目反應(yīng)處理效果的項(xiàng)目反應(yīng)污泥情況的項(xiàng)目反應(yīng)污泥營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境條件的項(xiàng)目進(jìn)出水總的可溶解性的BOD、COD、進(jìn)出水總的和揮發(fā)性的SS、進(jìn)出水的有毒物質(zhì)（對(duì)應(yīng)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、水溫等2、水質(zhì)監(jiān)測(cè)的頻次一般SV和溶解氧最好每2～4h測(cè)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(cè)定外，其他各項(xiàng)應(yīng)每天測(cè)一次。水樣除溶解氧外，均取混合水樣。每天還需記錄進(jìn)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(yùn)行控制指標(biāo)項(xiàng)目允許范圍最佳范圍分析方法/儀器pH6.4~7.86.5~7.5pH計(jì)氧化還原電位ORP/(mV)-490~-550-520~-530ORP計(jì)揮發(fā)性脂肪酸VFA（以乙酸計(jì)）/(mg/L)50～250050～500比色法或氣相色譜法堿度ALK（以CaCO3計(jì)）/(mg/L)1000～50001500～3000滴定法VFA/ALK0.1～0.50.1～0.3-沼氣中CH4體積含量>55>60氣相色譜法（TCD檢測(cè)器）沼氣中CO2體積含量<40<35二、UASB反應(yīng)器的初次啟動(dòng)UASB反應(yīng)器初次啟動(dòng)通常指對(duì)一個(gè)新建的UASB系統(tǒng)以未經(jīng)馴化的非顆粒污泥接種，使反應(yīng)器達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷和有機(jī)物去除效率的過(guò)程。通常這一過(guò)程伴隨著污泥顆?；耐瓿桑虼艘卜Q(chēng)為污泥的顆?；?。

UASB反應(yīng)器啟動(dòng)的目標(biāo)和啟動(dòng)成功的標(biāo)志是顆粒污泥化。UASB初次啟動(dòng)的過(guò)程分三個(gè)階段啟動(dòng)的初期啟動(dòng)的中期啟動(dòng)的后期劃分依據(jù)為反應(yīng)器負(fù)荷大小反應(yīng)器負(fù)荷低于2kgCOD/(m3·d)反應(yīng)器負(fù)荷2~5kgCOD/(m3·d)反應(yīng)器負(fù)荷大于5kgCOD/(m3·d)洗出的污泥僅限于種泥中非常細(xì)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(yīng)器底部開(kāi)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(yīng)器大部分被顆粒污泥所充滿(mǎn)，此時(shí)反應(yīng)器最大負(fù)荷可超過(guò)50kgCOD/(m3·d)。UASB初次啟動(dòng)的要點(diǎn)啟動(dòng)的要點(diǎn)對(duì)啟動(dòng)初期的目標(biāo)應(yīng)明確進(jìn)液的濃度啟動(dòng)前應(yīng)了解廢水特征不能追求反應(yīng)器的處理效率、產(chǎn)氣率的改進(jìn)和出水的質(zhì)量等，初期目標(biāo)是是反應(yīng)器逐漸進(jìn)入工作狀態(tài)，即菌種的活化過(guò)程。廢水濃度低于5000mgCOD/L時(shí)，不用稀釋直接進(jìn)液。主要是針對(duì)工業(yè)廢水，其種類(lèi)非常多，成分復(fù)雜。負(fù)荷增加的操作方法以出水VFA濃度來(lái)確定負(fù)荷增加，出水VFA濃度過(guò)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(dǎo)致VFA利用不充分；低于3mmol/L認(rèn)為反應(yīng)器運(yùn)行狀態(tài)良好。當(dāng)負(fù)荷上升2kgCOD/(m3·d)后促進(jìn)顆粒污泥形成的啟動(dòng)操作要點(diǎn)：出水VFA一旦低于3mmol/L即增加反應(yīng)器負(fù)荷。使細(xì)小分散的污泥洗出，不回流。使反應(yīng)器保持最佳的細(xì)菌生長(zhǎng)條件。一般地，PH=6.8～7.5；溫度30℃～38℃（中溫范圍）或53℃～58℃（高溫范圍）；保持微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)與微量元素。為防止過(guò)負(fù)荷，在每次增加負(fù)荷時(shí)總是小于50％。以顯微鏡和放大鏡作為污泥的鏡檢。啟動(dòng)大約6周后，在400～1000倍放大倍數(shù)下應(yīng)當(dāng)看到污泥中的絲狀物。初期形成的污泥微小粒子應(yīng)當(dāng)是相當(dāng)堅(jiān)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(yīng)器負(fù)荷不至于超過(guò)污泥的最大降解能力。當(dāng)HRT達(dá)到大約5d時(shí)，開(kāi)始降低稀釋用水量；在HRT小于20h時(shí)，對(duì)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/L，則需要出水的循環(huán)。三、UASB反應(yīng)器的二次啟動(dòng)UASB反應(yīng)器的二次啟動(dòng)是指直接采用顆粒污泥作為種泥來(lái)啟動(dòng)一個(gè)UASB反應(yīng)器的過(guò)程。新啟動(dòng)的反應(yīng)器在選擇種泥時(shí)應(yīng)盡量使種泥的原處理廢水種類(lèi)與擬處理的廢水種類(lèi)一致，廢水種類(lèi)與性質(zhì)越接近，馴化所需的時(shí)間就越少，從而大大縮短啟動(dòng)時(shí)間。此外，不同溫度范圍的種泥也會(huì)延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間。二次啟動(dòng)進(jìn)液濃度在開(kāi)始時(shí)一般與初次啟動(dòng)相當(dāng)，但可以相對(duì)迅速的增大進(jìn)液濃度，增大負(fù)荷。顆粒污泥來(lái)源：①原有的UASB反應(yīng)器；②購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)成的顆粒污泥產(chǎn)品。四、厭氧消化過(guò)程的控制參數(shù)1、有機(jī)負(fù)荷在厭氧法中，有機(jī)負(fù)荷通常指容積有機(jī)負(fù)荷，即厭氧消化反應(yīng)器單位有效容積每天接受的有機(jī)物量[kgCOD/(m3·d)]。對(duì)于懸浮生長(zhǎng)的工藝(如：UASB、傳統(tǒng)消化池、厭氧接觸法等)，也有用污泥負(fù)荷表達(dá)的，反應(yīng)器內(nèi)單位重量的污泥每天接納的有機(jī)物量，稱(chēng)為污泥負(fù)荷，即[kgCOD/(kgMLSS·d)]。

四種表示方法在污泥消化中，有機(jī)負(fù)荷習(xí)慣上以投配率或進(jìn)料率表示，每天向單位有效容積投加的生污泥的體積，稱(chēng)為投配率，單位為m