厭氧生物處理

厭氧生物處理第1頁/共92頁15.1概述15.1.1厭氧生物處理的發(fā)展15.1.2厭氧生物處理的特點(diǎn)15.1.3厭氧生物處理工藝的分類15.1.4厭氧生物處理的發(fā)展趨勢(shì)

牛牛文庫文檔分享第2頁/共92頁厭氧生物處理的發(fā)展①厭氧過程廣泛存在于自然界中，主要用于剩余污泥的厭氧消化處理.②1881年，法國(guó)，LouisMouras，“自動(dòng)凈化器”；③處理城市污水的化糞池、雙層沉淀池等處理剩余污泥的各種厭氧消化池等；——HRT很長(zhǎng)、處理效率很低、濃臭的氣味等；④70年代后，能源危機(jī)，現(xiàn)代高速厭氧反應(yīng)器，厭氧消化工藝開始大規(guī)模地應(yīng)用于廢水處理；

牛牛文庫文檔分享第3頁/共92頁厭氧生物處理的發(fā)展厭氧接觸法（AnaerobicContactProcess）厭氧濾池（AnaerobicFilter、

AF

）上流式厭氧污泥層（床）反應(yīng)器(UpflowAnaerobicSludgeBlanket(Bed)、UASB)

厭氧流化床(AnaerobicFluidizedBed、AFB

)

厭氧附著膜膨脹床(AnaerobicAttachedFilm

ExpandedBed、AAFEB)

厭氧生物轉(zhuǎn)盤（AnaerobicRotatedBiological

Disc、ARBD）折流式厭氧反應(yīng)器（AnaerobicBaffledReactor、ABR）

牛牛文庫文檔分享第4頁/共92頁厭氧生物處理的發(fā)展⑤90年代以后，在UASB反應(yīng)器基礎(chǔ)上又發(fā)展起來了EGSB和IC反應(yīng)器；

——EGSB反應(yīng)器，處理低溫低濃度的有機(jī)廢水；——IC反應(yīng)器，處理高濃度有機(jī)廢水，可達(dá)到更高的有機(jī)負(fù)荷。

牛牛文庫文檔分享第5頁/共92頁15.1.2厭氧生物處理的特點(diǎn)厭氧生物處理優(yōu)點(diǎn)：能耗少（可產(chǎn)生沼氣）、運(yùn)行費(fèi)用低、污泥產(chǎn)量少，能處理高濃度有機(jī)廢水和某些好氧不能處理的有機(jī)廢水、BOD（COD）有機(jī)負(fù)荷和容積負(fù)荷高、可間歇運(yùn)行。厭氧生物處理缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)周期長(zhǎng)、出水不達(dá)標(biāo)（需加好氧工藝）。

牛牛文庫文檔分享第6頁/共92頁15.1.4厭氧生物處理的發(fā)展趨勢(shì)從目前厭氧處理工藝技術(shù)和設(shè)備發(fā)展前景來看，進(jìn)一步提高生物處理能力和穩(wěn)定性的途徑有以下方面：（1）提高反應(yīng)器中生物持有量；（2）利用厭氧微生物處理中微生物種群的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)相分離；（3）研制反應(yīng)器使之形成特殊的水力流態(tài)，創(chuàng)造厭氧微生物的最適生存條件。

牛牛文庫文檔分享第7頁/共92頁15.2厭氧生物處理的基本原理15.2.1復(fù)雜有機(jī)物的厭氧降解15.2.2水解階段15.2.3產(chǎn)酸發(fā)酵階段15.2.4產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段15.2.5產(chǎn)甲烷階段15.2.6其他厭氧生物處理過程

牛牛文庫文檔分享第8頁/共92頁15.2.1復(fù)雜有機(jī)物的厭氧降解傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為：有機(jī)物的厭氧生物處理分為兩個(gè)階段：產(chǎn)酸（或酸化）階段（acidogenicphase）和產(chǎn)甲烷（或甲烷）階段（methanogenicphase）1967年Bryant報(bào)告認(rèn)為，復(fù)雜有機(jī)物的厭氧反應(yīng)過程經(jīng)歷3個(gè)階段。后來發(fā)展為4階段的厭氧代謝過程：①水解（hydrolysis）階段；②產(chǎn)酸發(fā)酵（acidogenicfermentation）階段；③產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸（H2-producingacetogenesis）階段；

④產(chǎn)甲烷（methanogenesis）階段細(xì)菌類型分為兩大類型：產(chǎn)酸細(xì)菌（acidogens）和產(chǎn)甲烷細(xì)菌（methanogens）

牛牛文庫文檔分享第9頁/共92頁厭氧生物代謝過程示意圖圖19-1產(chǎn)甲烷的串聯(lián)代謝（McCarty和Smith,1986）乙酸CH4

CO228%72%長(zhǎng)鏈脂肪酸（丙酸、丁酸等）簡(jiǎn)單有機(jī)化合物（糖、氨基酸、肽）復(fù)雜有機(jī)化合物（碳水化合物、蛋白質(zhì)、類脂類）13%10%5%20%35%17%水解產(chǎn)酸H2CO2

牛牛文庫文檔分享第10頁/共92頁15.2.2水解階段水解定義：復(fù)雜的非溶解性的有機(jī)物質(zhì)在產(chǎn)酸細(xì)菌胞外水解酶的作用下被轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的溶解性單體或二聚體的過程不溶解性大分子有機(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、甘油等

纖維素經(jīng)水解轉(zhuǎn)化成較簡(jiǎn)單的糖類；

蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化成較簡(jiǎn)單的氨基酸；

脂類轉(zhuǎn)化成脂肪酸和甘油等

牛牛文庫文檔分享第11頁/共92頁15.2.3產(chǎn)酸發(fā)酵階段發(fā)酵（fermentation）定義：有機(jī)物既作為電子受體也是電子供體的生物降解過程。簡(jiǎn)單的有機(jī)物在產(chǎn)酸菌的作用下（胞內(nèi)酶）經(jīng)過厭氧發(fā)酵和氧化轉(zhuǎn)化成乙酸、丙酸、丁酸等（揮發(fā)性）脂肪酸和醇類等。產(chǎn)酸發(fā)酵的末端產(chǎn)物組成取決于厭氧生態(tài)條件、底物種類和參與的微生物群。

牛牛文庫文檔分享第12頁/共92頁15.2.4產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：將產(chǎn)酸發(fā)酵階段2C以上的有機(jī)酸（除乙酸）和醇轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、二氧化碳的過程，并產(chǎn)生新的細(xì)菌物質(zhì)。這類細(xì)菌稱為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌。水解的產(chǎn)物被發(fā)酵細(xì)菌攝入體內(nèi)，進(jìn)行代謝，由于菌種不同，產(chǎn)物也不一樣，眾多產(chǎn)物中僅CO2、H2、乙酸、甲酸、甲醇、甲胺（三甲一乙）可以被產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用。其它產(chǎn)物（丙酸、丁酸等脂肪酸和醇類）經(jīng)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成H2和乙酸等方可被利用。

牛牛文庫文檔分享第13頁/共92頁15.2.5產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷階段：由嚴(yán)格專性厭氧的產(chǎn)甲烷細(xì)菌將乙酸、甲酸、甲醇、甲胺和二氧化碳/氫氣等轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳（沼氣）的過程產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用CO2、H2、三甲一乙將有機(jī)物中的碳最終以CH4、CO2等產(chǎn)物形式逸出。

牛牛文庫文檔分享第14頁/共92頁15.2.6其他厭氧生物處理過程1.硫酸鹽還原過程硫酸鹽還原：是指在厭氧條件下，化能異養(yǎng)型硫酸鹽還原細(xì)菌（sulfate-reducingbactecia，簡(jiǎn)稱SRB）利用廢水中的有機(jī)物作為電子供體，將氧化態(tài)硫化合物還原為硫化物的過程。以乳酸為電子供體的化學(xué)反應(yīng)式可表示為：

牛牛文庫文檔分享第15頁/共92頁15.2.6其他厭氧生物處理過程硫酸鹽還原過程對(duì)厭氧生物處理的影響

：廢水SO42-濃度低時(shí)，還原作用弱，對(duì)厭氧處理無影響，且SO42-還原菌可利用H2，從而降低氫分壓，一定程度上促進(jìn)有機(jī)物厭氧處理。廢水SO42-濃度高時(shí)，SO42-還原菌會(huì)和產(chǎn)甲烷菌競(jìng)爭(zhēng)共同底物乙酸和H2；同時(shí)SO42-還原產(chǎn)生的H2S會(huì)對(duì)甲烷菌產(chǎn)生抑制作用，H2S還會(huì)對(duì)沼氣的產(chǎn)生造成嚴(yán)重影響。故象味精廢水等高濃度SO42-廢水，宜用專門的SO42-反應(yīng)器用作SO42-還原，目前常用的是二相厭氧反應(yīng)器（有二個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)酸菌反應(yīng)器和產(chǎn)甲烷菌反應(yīng)器)。

牛牛文庫文檔分享第16頁/共92頁其他厭氧生物處理過程2.反硝化與厭氧氨氧化（1）生物反硝化反應(yīng)：（2）厭氧氨氧化：無氧環(huán)境中，同時(shí)存在

NH4+和

NO2-時(shí)，NH4+作為反硝化的無機(jī)電子供體，NO2-作為電子受體，產(chǎn)生N2，這是生物氮轉(zhuǎn)化的新理論。厭氧氨氧化細(xì)菌有可能是亞硝化單胞菌屬中的二個(gè)種（N.europaea和N.eutropha），它們能同時(shí)進(jìn)行硝化和反硝化，無氧條件下，NH4+為電子供體，轉(zhuǎn)化N2，還原NO2-，無需有機(jī)C源，以碳酸鹽或CO2為無機(jī)C源，氨氮轉(zhuǎn)化率同好氧硝化相當(dāng)，能節(jié)省C源和供氧消耗。研究認(rèn)為：在高氨氮廢水中，控制亞硝化在57%時(shí)，進(jìn)入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器，生成的NO2-和氨氮?jiǎng)偤猛瑫r(shí)去除

牛牛文庫文檔分享第17頁/共92頁15.3厭氧微生物生態(tài)學(xué)厭氧生物處理中，一般產(chǎn)酸細(xì)菌種群多，代謝速率和生長(zhǎng)速率快，所以厭氧處理中（產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段）的控制步驟在產(chǎn)甲烷階段。近年來，隨著對(duì)厭氧生物處理的研究，對(duì)產(chǎn)酸階段的影響因子也作了很大的研究，力求最大限度地發(fā)揮兩類菌群的作用。

牛牛文庫文檔分享第18頁/共92頁15.3厭氧微生物生態(tài)學(xué)厭氧處理中，由于產(chǎn)甲烷階段要求的生態(tài)條件苛刻，并對(duì)環(huán)境改變敏感，對(duì)產(chǎn)甲烷階段研究較多，目前對(duì)厭氧處理生態(tài)學(xué)的研究包含了以下部分：15.3.1影響產(chǎn)酸細(xì)菌的主要生態(tài)因子15.3.2影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子15.3.3影響硫酸鹽還原菌的主要生態(tài)因子15.3.4厭氧生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)15.3.5厭氧生物處理過程中微生物優(yōu)勢(shì)種群的演替及相互關(guān)系

牛牛文庫文檔分享第19頁/共92頁15.3.1影響產(chǎn)酸細(xì)菌的主要生態(tài)因子1.PH值：一般認(rèn)為最佳pH值為6～7；考慮到產(chǎn)甲烷菌的生存條件（pH值為6.5～7.5），反應(yīng)器中產(chǎn)酸發(fā)酵區(qū)域的pH不應(yīng)低于5.5。

現(xiàn)代研究證明，在正常ORP（-150~-400mv）范圍內(nèi)：

PH=4-4.5時(shí)，發(fā)生乙醇型發(fā)酵；PH=4.5-5時(shí)，發(fā)生丁酸型發(fā)酵；PH=5左右時(shí)，主要產(chǎn)物有乙酸、丙酸、丁酸和乙醇；PH=5.5左右時(shí)，發(fā)生丙酸型發(fā)酵；2.氧化還原電位（ORP)

：一般認(rèn)為，產(chǎn)酸細(xì)菌的最適ORP范圍為－200～－300mV。

牛牛文庫文檔分享第20頁/共92頁15.3.1影響產(chǎn)酸細(xì)菌的主要生態(tài)因子3.堿度：在產(chǎn)酸發(fā)酵過程中，足夠的堿度可保證系統(tǒng)具有良好的緩沖能力，避免pH值迅速降低而導(dǎo)致某些厭氧細(xì)菌受到抑制。

4.溫度：一般來說，產(chǎn)酸細(xì)菌最佳工作溫度為35℃

左右5.水力停留時(shí)間和有機(jī)負(fù)荷有機(jī)負(fù)荷為5～60，產(chǎn)酸細(xì)菌可發(fā)揮良好的作用，水力停留時(shí)間過短將影響底物的轉(zhuǎn)化程度。水力停留時(shí)間過短則出水中會(huì)出現(xiàn)較多未降解的有機(jī)物。

牛牛文庫文檔分享第21頁/共92頁15.3.2影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子1.PH值：一般來說，產(chǎn)甲烷細(xì)菌的最適pH值為6.5～7.5；

2.氧化還原電位

：產(chǎn)甲烷細(xì)菌最適ORP為－300～－500mV；pH值低，ORP值高；pH值高，ORP低。3.有機(jī)負(fù)荷率：負(fù)荷率習(xí)慣上以投配率表達(dá)，即每日投加的生污泥容積占反應(yīng)器容積的百分?jǐn)?shù)，而對(duì)于厭氧生物處理有機(jī)廢水時(shí)，大都以容積負(fù)荷率為參數(shù)，懸浮生長(zhǎng)工藝也可用污泥負(fù)荷率作指標(biāo)；

4.溫度：最適溫度有2個(gè)區(qū)，中溫區(qū)在30～39℃之間，高溫區(qū)在50～60℃。

牛牛文庫文檔分享第22頁/共92頁15.3.2影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子5.污泥濃度：在連續(xù)式厭氧生物處理有機(jī)廢水系統(tǒng)中，新開發(fā)的工藝均以污泥保有量高為主要特點(diǎn)。如上流式厭氧污泥層反應(yīng)器，平均污泥濃度可達(dá)到30～50g/L，比好氧曝氣池中生物量高10～20倍。

6.堿度：產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生存條件一般為pH在6以上

7.接觸與攪拌：攪拌是提高傳質(zhì)速率的重要因素之一。影響傳質(zhì)速率的因素主要有厭氧污泥與介質(zhì)間的液膜厚度，攪拌可降低液膜厚度。另外注意布水系統(tǒng)對(duì)接觸的影響，避免在反應(yīng)器中出現(xiàn)短流的現(xiàn)象。

牛牛文庫文檔分享第23頁/共92頁15.3.2影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子8.營(yíng)養(yǎng)：試驗(yàn)表明，COD：N：P控制在500：5：1左右為宜，在厭氧處理裝置啟動(dòng)時(shí)，可稍微增加氮素，有利于微生物的增殖，并有利于提高反應(yīng)器的緩沖能力

9.抑制物和激活劑所謂“有毒”是相對(duì)的，既有激活作用又有抑制作用，關(guān)鍵在于它們的濃度界限，即毒閾濃度。

氨對(duì)產(chǎn)甲烷階段的影響見下表

牛牛文庫文檔分享第24頁/共92頁15.3.2影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子厭氧生物處理中重金屬毒性限度見下表

牛牛文庫文檔分享第25頁/共92頁15.3.2影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子部分有機(jī)物在厭氧處理中的容許濃度見下表

牛牛文庫文檔分享第26頁/共92頁15.3.2影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子其它一些物質(zhì)對(duì)厭氧處理的激活作用見下表

牛牛文庫文檔分享第27頁/共92頁15.3.3影響硫酸鹽還原菌的主要生態(tài)因子1、溫度：中溫的硫酸鹽還原菌最適生長(zhǎng)溫度為30～35℃；高溫菌種能夠在50～70℃的范圍內(nèi)生長(zhǎng)；

2、PH值：最適的pH值是6.5～8.0；

3、氧化還原電位ORP：

一般應(yīng)保持在－100mV以下；

4、碳硫比：

不應(yīng)小于1：5；

5、鹽度：非嗜鹽性的硫酸鹽還原菌培養(yǎng)基的pH值應(yīng)調(diào)至7.1；嗜鹽性的硫酸鹽還原菌的培養(yǎng)基最好調(diào)至7.6。嗜鹽性菌一般分布在海洋環(huán)境中，要求NaCl濃度大于0.6％，最適宜的濃度為1％～3％。

牛牛文庫文檔分享第28頁/共92頁15.3.4厭氧生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)厭氧生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式：

式中

——底物去除速率，

；

——最大比底物利用速率，

；

——可降解的底物濃度，mg/L；

——半速度常數(shù)，即最大比底物利用速率為一半時(shí)的底物

濃度，mg/L；

——生物濃度，mg/L；

——細(xì)菌增殖速率，

；

——細(xì)菌產(chǎn)率系數(shù)，mgVSS/mgCOD；

——細(xì)菌衰亡速率系數(shù)，

。

牛牛文庫文檔分享第29頁/共92頁厭氧生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)將上式合并，并除以X得：

式中

μ——細(xì)菌比增殖速率，mgVSS/（mgVSS·d）對(duì)厭氧生物處理系統(tǒng)來說，典型的Y＝0.04～0.10mgVSS/mgCOD，kd＝0.02～0.04mgVSS/（mgVSS·d），厭氧細(xì)菌的動(dòng)力學(xué)參數(shù)見下表：

牛牛文庫文檔分享第30頁/共92頁15.3.5厭氧生物處理過程中微生物優(yōu)勢(shì)種群的演替及相互關(guān)系1.產(chǎn)酸細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長(zhǎng)繁殖的底物

2.產(chǎn)酸細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌創(chuàng)造了適宜的氧化還原電位

3.產(chǎn)酸細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌清除了有毒物質(zhì)

4.產(chǎn)酸細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生化反應(yīng)解除了反饋控制

5.產(chǎn)酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌共同維持環(huán)境中的適宜PH值

牛牛文庫文檔分享第31頁/共92頁15.4升流式厭氧污泥層工藝升流式厭氧污泥層（UpflowAnaerobicSludgeBlanket，簡(jiǎn)稱UASB）反應(yīng)器，由荷蘭Wageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)Lettinga等人在1971～1978年間研制的。

牛牛文庫文檔分享第32頁/共92頁

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牛牛文庫文檔分享第34頁/共92頁UASB工藝的工作原理廢水自下部進(jìn)入反應(yīng)器，并以一定上升流速通過污泥層向上流動(dòng)；進(jìn)水底物與厭氧活性污泥充分接觸而降解，并產(chǎn)生沼氣；隨著氣體量增加，氣體從污泥層不斷逸出，引起污泥層呈沸騰流化狀態(tài)；氣、液、固的混合液上升至三相分離器內(nèi)，氣體可被收集，污泥和水則進(jìn)入上部相對(duì)靜止的沉淀區(qū)，在重力作用下，水與污泥分離，上清液從沉淀區(qū)上部排出，污泥被截留在三相分離器下部并通過斜壁返回到反應(yīng)區(qū)內(nèi)。

牛牛文庫文檔分享第35頁/共92頁UASB工藝的工作原理污泥在UASB反應(yīng)器的分布規(guī)律如下圖所示：

牛牛文庫文檔分享第36頁/共92頁15.4.2顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件UASB反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷能達(dá)5-6kgCOD/m3.d，關(guān)健是其能形成顆粒污泥。

牛牛文庫文檔分享第37頁/共92頁15.4.2顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件1.顆粒污泥形成的原理在UASB污泥顆?；^程中，根據(jù)接種污泥的性質(zhì)、底物的成分及啟動(dòng)條件，可能形成以下三種類型的顆粒污泥（1）桿菌顆粒，直徑在1～3mm；（2）絲菌顆粒，直徑在1～5mm；（3）球菌顆粒，直徑在0.1～0.5mm。Lettinga等研究認(rèn)為：細(xì)菌很容易在惰性材料表面上附著并結(jié)團(tuán)。污泥結(jié)團(tuán)的主要核心是較重的污泥及顆粒，細(xì)菌則以某種程度附著在上面，顆粒污泥中存在著大量的絲狀甲烷菌屬，如索氏絲狀甲烷菌，具有極強(qiáng)的附著能力，能促進(jìn)顆粒污泥的形成。有良好沉降性的顆粒污泥形成和成熟是UASB高效運(yùn)行的關(guān)健。

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牛牛文庫文檔分享第40頁/共92頁顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件2.UASB反應(yīng)器初次啟動(dòng)的操作原則啟動(dòng)階段的目的：一是使污泥適應(yīng)將要處理廢水中的有機(jī)物；二是使污泥具有良好的沉降性能。綜合研究表明，啟動(dòng)應(yīng)遵循5個(gè)原則：（1）最初的污泥負(fù)荷應(yīng)低于0.1～0.2kgCOD/（kgSS·d）；（2）廢水中原來存在和產(chǎn)生出來的各種揮發(fā)酸未能有效地分解之前，不應(yīng)增加反應(yīng)器負(fù)荷；（3）反應(yīng)器內(nèi)的環(huán)境條件應(yīng)控制在有利于厭氧細(xì)菌繁殖的范圍內(nèi)；（4）種泥量應(yīng)盡可能多，一般應(yīng)為10～15kgVSS/m3；（5）控制一定的上升流速，允許多余的污泥沖洗出來，截留住重質(zhì)污泥。

牛牛文庫文檔分享第41頁/共92頁顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件形成顆粒污泥的過程可以歸納為以下三個(gè)階段：第一階段：?jiǎn)?dòng)與提高污泥活性階段；有機(jī)負(fù)荷≤1kgCOD/（m3·d），時(shí)間約1～1.5個(gè)月。第二階段：形成顆粒污泥階段；有機(jī)負(fù)荷選擇1～3kgCOD/（m3·d），顆粒逐漸成長(zhǎng)為直徑1～3mm左右的顆粒污泥，此階段1～1.5月。第三階段：逐漸形成顆粒污泥層階段。反應(yīng)器的阿有機(jī)負(fù)荷大于3～5kgCOD/（m3·d），隨著負(fù)荷的提高，反應(yīng)器的污泥總量逐漸增加，污泥層逐漸提高，顆粒污泥層需要3～4個(gè)月。

牛牛文庫文檔分享第42頁/共92頁顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件3.影響污泥顆?；囊蛩兀?）接種污泥：同類和稠密型（60kg/m3）污泥效果好，（2）廢水的性質(zhì)：包括有機(jī)組分(易降解)、濃度COD<5g/L、懸浮物含量(SS<2g/L)及可生物降解性能等.（3）反應(yīng)器的工藝條件：主要控制參數(shù)有溫度、揮發(fā)酸、固體停留時(shí)間（SRT）以及有機(jī)負(fù)荷等。4.影響顆粒污泥直徑大小的因素顆粒污泥的大小受底物在傳質(zhì)過程中所能進(jìn)入顆粒內(nèi)部的深度支配。顆粒化過程的關(guān)鍵因素：較大的上升流速與產(chǎn)氣量可選擇性地洗出較小的顆粒和絮狀污泥

牛牛文庫文檔分享第43頁/共92頁15.4.3顆粒污泥的性質(zhì)1.顆粒污泥的物理性質(zhì)

（1）形狀不規(guī)則，一般呈球形或橢球形，直徑0.1～2mm左右，最大可達(dá)3～5mm；（2）顏色呈灰黑色或褐黑色；（3）相對(duì)密度一般為1.01～1.05左右；（4）污泥指數(shù)（SVI）與顆粒大小有關(guān)，顆粒污泥一般為10mL/gSS；（5）顆粒污泥在反應(yīng)器中的沉降速率一般為0.3～0.8m/h；

牛牛文庫文檔分享第44頁/共92頁顆粒污泥的性質(zhì)2.顆粒污泥的成分含有微生物及分泌物外。一般都含有惰性物質(zhì)，還含有金屬離子。成熟的顆粒污泥，VSS/SS一般為70％～80％，根據(jù)廢水性質(zhì)可在30％～90％。

3.顆粒污泥的活性活性可采用最大比底物利用速率（kmax）表示，不同底物培養(yǎng)的顆粒污泥的活性不同。

4.顆粒污泥的微生物組成

牛牛文庫文檔分享第45頁/共92頁15.4.4UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)需要考慮的主要因素為：

（1）廢水組成成分和固體含量；（2）有機(jī)容積負(fù)荷（volumetricorganicload）；（3）上升流速（upflowvelocity）；（4）三相分離系統(tǒng)；（5）布水系統(tǒng)和水封高度等物理特性。

牛牛文庫文檔分享第46頁/共92頁UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理1.廢水水質(zhì)特性設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮廢水是否影響污泥的顆?；?，形成泡沫和浮渣，降解速率如何等。廢水中含有的懸浮固體愈多，所形成的顆粒密度越小，進(jìn)水懸浮固體濃度不應(yīng)大于6gTSS/L。

2.有機(jī)容積負(fù)荷Lettinga等推薦的典型有機(jī)容積負(fù)荷見下兩表

牛牛文庫文檔分享第47頁/共92頁第十五章厭氧生物處理

牛牛文庫文檔分享第48頁/共92頁UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理3.上升流速亦稱表面水力負(fù)荷，與進(jìn)水流量和反應(yīng)器橫截面積有關(guān)，是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。Lettinga等推薦的典型上升流速和反應(yīng)器高度見下表：

牛牛文庫文檔分享第49頁/共92頁UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理4.三相分離器的結(jié)構(gòu)氣、固、液分離器又稱三相分離器，由沉淀區(qū)、集氣室(或稱集氣罩)和氣封組成，其功能是把氣體(沼氣)、固體(微生物)和液體分離。

氣體被分離后進(jìn)入集氣室(罩)，然后，固液混合液在沉淀區(qū)進(jìn)行固液分離，下沉的固體藉重力由回流縫返回反應(yīng)區(qū)。

三相分離器分離效果好壞將直接影響反應(yīng)器的處理效果三相分離器的主要功能有：一是收集從分離器下反應(yīng)室產(chǎn)生的沼氣，達(dá)到氣液分離的目的；二是使得在分離器之上的懸浮物沉淀下來，達(dá)到固液分離的目的

牛牛文庫文檔分享第50頁/共92頁UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理要實(shí)現(xiàn)三相分離器的功能，應(yīng)滿足以下條件：

（1）水和污泥的混合物在進(jìn)入沉淀室前，產(chǎn)生氣泡須得到分離。（2）要防止沉降室內(nèi)氣體的產(chǎn)生，所以污泥在沉降室內(nèi)的停留時(shí)間一定要短，厭氧反應(yīng)過程必須在進(jìn)入三相分離器之前完成。

（3）由于厭氧污泥具有凝結(jié)的性質(zhì)，液流上升通過泥層時(shí)，應(yīng)有利于在沉淀區(qū)內(nèi)形成污泥層。沉淀區(qū)斜壁角度要恰當(dāng)，應(yīng)使沉淀在斜底上的污泥不積聚，盡快滑回反應(yīng)區(qū)內(nèi)，以維持反應(yīng)區(qū)內(nèi)有很高的污泥濃度和較長(zhǎng)的污泥齡。（4）沉淀區(qū)的表面負(fù)荷應(yīng)在一定范圍（<3.0m3/（m2·h））內(nèi)，混合液進(jìn)入沉淀區(qū)前，通過入流孔道的流速不大于顆粒污泥的沉淀速度。（5）應(yīng)防止氣室產(chǎn)生大量的泡沫，且要控制氣室的高度，防止浮渣阻塞出氣管

牛牛文庫文檔分享第51頁/共92頁UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理三相分離器的設(shè)計(jì)示意圖見下圖

牛牛文庫文檔分享第52頁/共92頁UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理分離器的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾方面的因素：（1）沉淀器底部?jī)A角應(yīng)較大，可選擇α＝45°～60°

（2）沉淀器內(nèi)最大截面的表面水力負(fù)荷應(yīng)保持在

以下，水流通過液固分離孔隙的平均流速應(yīng)保持在

以下；（3）氣體收集器間縫隙的截面面積不小于總面積的15％～20％；（4）對(duì)于高為5～7m的反應(yīng)器，氣體收集器的高度應(yīng)為1.5～2m；（5）b＝100～200mm；（6）控制氣室

的水面高度及壓力。

牛牛文庫文檔分享第53頁/共92頁UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理a的構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，但泥水分離的情況不夠理想，因?yàn)榛亓骺p內(nèi)同時(shí)存在上升和下降兩種流體，互相有干擾。c也有類似情況。b的構(gòu)造雖較為復(fù)雜，但污泥回流和水流上升互相不干擾，污泥回流通暢，泥水分離效果較好，氣體分離效果也較好。

牛牛文庫文檔分享第54頁/共92頁UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理5.布水系統(tǒng)提高反應(yīng)器處理能力的重要因素之一：底物與污泥充分接觸，布水應(yīng)盡量均勻，避免溝流，布水點(diǎn)的設(shè)置很重要。原則上：UASB反應(yīng)器的進(jìn)水可參考濾池大阻力布水系統(tǒng)形式，在反應(yīng)器底部均勻設(shè)置布水點(diǎn)，布水的不均勻系數(shù)為0.95，可以達(dá)到布水均勻的目的。對(duì)大型UASB構(gòu)筑物，采取在反應(yīng)器底部多點(diǎn)進(jìn)水；對(duì)于UASB反應(yīng)器，Lettinga建議在完成了啟動(dòng)之后，每個(gè)進(jìn)水點(diǎn)負(fù)擔(dān)2.0-4.0m2。

但是在溫度低于20℃或低負(fù)荷的情況，產(chǎn)氣率較低并且污泥和進(jìn)水的混合不充分時(shí)，需要較高密度的布水點(diǎn)。對(duì)于城市污水DeMan和vandelast建議1-2m2/孔

牛牛文庫文檔分享第55頁/共92頁UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理大型UASB反應(yīng)器的布水系統(tǒng)見下圖：

牛牛文庫文檔分享第56頁/共92頁UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理6.水封高度設(shè)計(jì)水封高度的計(jì)算原理圖：

牛牛文庫文檔分享第57頁/共92頁UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理計(jì)算式為：

式中

——水封有效高度；

——?dú)馐乙好娉鏊母叨龋?/p>

——水封后面的阻力；

——?dú)馐翼敳康匠鏊娴母叨?，由沉淀器尺?/p>

決定；

——?dú)馐腋叨取?/p>

牛牛文庫文檔分享第58頁/共92頁15.4.5UASB反應(yīng)器的若干發(fā)展形式1.復(fù)合式厭氧反應(yīng)器（UpflowBlanketFilter，簡(jiǎn)稱UBF）

在UASB反應(yīng)器的污泥層上部增加生物填料，填料上可生長(zhǎng)大量厭氧細(xì)菌，從而起到污泥攔截和增加生物量的作用。

牛牛文庫文檔分享第59頁/共92頁UASB反應(yīng)器的若干發(fā)展形式2.厭氧折流板反應(yīng)器（AnaerobicBaffledReactor，簡(jiǎn)稱ABR）

如圖所示：

ABR工藝的優(yōu)越性：運(yùn)行簡(jiǎn)單；在較短的水力停留時(shí)間（HRT）下可實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的污泥齡（SRT）；不需特殊的污泥特性，生物適應(yīng)能力強(qiáng)；可處理各種廢水；多級(jí)運(yùn)行可改善降解動(dòng)力學(xué)條件；耐沖擊負(fù)荷。

牛牛文庫文檔分享第60頁/共92頁UASB反應(yīng)器的若干發(fā)展形式3.厭氧往復(fù)層反應(yīng)器（AnaerobicMigratingBlanketReactor，簡(jiǎn)稱AMBR）如圖所示，該工藝在ABR的基礎(chǔ)上加入機(jī)械攪拌。

牛牛文庫文檔分享第61頁/共92頁UASB反應(yīng)器的若干發(fā)展形式4.內(nèi)循環(huán)（InternalCirculation，簡(jiǎn)稱IC）厭氧工藝IC厭氧反應(yīng)器由荷蘭Paques公司1985年在UASB基礎(chǔ)上推出的第三代高效厭氧反應(yīng)器，1988年第一座生產(chǎn)規(guī)模的IC反應(yīng)器投入運(yùn)行。IC反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)組成：（1）混合區(qū)，進(jìn)水與回流污泥混合；（2）顆粒污泥膨脹床區(qū)，第一反應(yīng)室；（3）精處理區(qū)，第二反應(yīng)室；（4）內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，是IC反應(yīng)器的核心構(gòu)造，包括一級(jí)三相分離器、沼氣提升管、氣液分離器和泥水下降管；（5）二級(jí)三相分離區(qū)，包括集氣管和沉淀區(qū)。

牛牛文庫文檔分享第62頁/共92頁IC反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖：

牛牛文庫文檔分享第63頁/共92頁UASB反應(yīng)器的若干發(fā)展形式IC反應(yīng)器的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：（1）實(shí)現(xiàn)自發(fā)的內(nèi)循環(huán)污泥回流；（2）引入分級(jí)處理，并賦予其新的功能；（3）泥水充分接觸，提高傳質(zhì)速率。IC反應(yīng)器的不足：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，施工、安裝和日常維護(hù)困難；反應(yīng)器高度大，水泵的動(dòng)力消耗有所增加；反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)尺寸和設(shè)計(jì)參數(shù)還需進(jìn)一步探索。

牛牛文庫文檔分享第64頁/共92頁15.5兩相厭氧生物處理15.5.1兩相厭氧生物處理原理15.5.2兩相厭氧生物處理技術(shù)15.5.3最適液相末端發(fā)酵產(chǎn)物的選擇

牛牛文庫文檔分享第65頁/共92頁15.5.1兩相厭氧生物處理原理兩相厭氧消化工藝是在上世紀(jì)70年代產(chǎn)生的。其基本出發(fā)點(diǎn)是：在單相反應(yīng)器中，存在著脂肪酸的產(chǎn)生與被利用（產(chǎn)甲烷）之間的平衡，維持兩類微生物之間的協(xié)調(diào)與平衡十分不易；兩相厭氧消化工藝就是為了克服單相厭氧消化工藝的上述缺點(diǎn)而提出的。

兩個(gè)反應(yīng)器中分別培養(yǎng)發(fā)酵細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌，并控制不同的運(yùn)行參數(shù)，使其分別滿足兩類不同細(xì)菌的最適生長(zhǎng)條件；反應(yīng)器可以采用前述任一種反應(yīng)器，二者可以相同也可以不同

牛牛文庫文檔分享第66頁/共92頁兩相厭氧生物處理原理實(shí)現(xiàn)二相分離的方法主要有：

（1）

化學(xué)法：投加抑制劑或調(diào)整氧化還原電位，抑制產(chǎn)甲烷菌在產(chǎn)酸相中的生長(zhǎng)；

（2）物理法：采用選擇性的半透明膜使進(jìn)入兩個(gè)反應(yīng)器的基質(zhì)有顯著的差別，以實(shí)現(xiàn)相的分離；

（3）

動(dòng)力學(xué)控制法：利用產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在生長(zhǎng)速率上的差異，控制兩個(gè)反應(yīng)器的水力停留時(shí)間，使產(chǎn)甲烷菌無法在產(chǎn)酸相中生長(zhǎng)。

目前應(yīng)用的最多的相分離的方法，是最后一種，即動(dòng)力學(xué)控制法。但實(shí)際上，很難做到相的完全分離。

牛牛文庫文檔分享第67頁/共92頁兩相厭氧生物處理原理主要特點(diǎn)：（1）有機(jī)負(fù)荷比單相工藝明顯提高；

（2）產(chǎn)甲烷相中的產(chǎn)甲烷菌活性得到提高，產(chǎn)氣量增加；

（3）

運(yùn)行更加穩(wěn)定，承受沖擊負(fù)荷的能力較強(qiáng)；

（4）當(dāng)廢水中含有SO42-等抑制物質(zhì)時(shí)，其對(duì)產(chǎn)甲烷菌的影響由于相的分離而減弱；

（5）

對(duì)于復(fù)雜有機(jī)物（如纖維素等），可以提高其水解反應(yīng)速率，因而提高了其厭氧消化的效果。

牛牛文庫文檔分享第68頁/共92頁15.5.2兩相厭氧生物處理技術(shù)國(guó)內(nèi)外的兩相厭氧生物處理工藝所采用的反應(yīng)器形式來看，主要有兩種：一種是兩相均采用UASB反應(yīng)器；一種稱為Anodek工藝，其特點(diǎn)是產(chǎn)酸相為接觸式反應(yīng)器，產(chǎn)甲烷相則采用UASB反應(yīng)器。國(guó)內(nèi)常采用前一方式，歐洲常采用后者。高希（Ghosh）等（1975）報(bào)道，采用兩相厭氧生物處理工藝處理剩余污泥，總停留時(shí)間約7d的處理效果，接近單相厭氧反應(yīng)器21d的處理效果。

牛牛文庫文檔分享第69頁/共92頁兩相厭氧生物處理技術(shù)幾種廢水兩相和單相厭氧生物處理工藝的結(jié)果對(duì)比表

牛牛文庫文檔分享第70頁/共92頁15.5.3最適液相末端發(fā)酵產(chǎn)物的選擇皮皮恩（Pipyn）等（1981）從發(fā)酵產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為CH4時(shí)所釋放能量的角度考慮，認(rèn)為最適末端發(fā)酵產(chǎn)物宜選擇乳酸和乙酸（見下表）；Pipyn等認(rèn)為，在實(shí)際產(chǎn)酸相反應(yīng)器中，控制乙醇和乳酸形成的運(yùn)行條件比較苛刻，而且受到厭氧條件下細(xì)菌生長(zhǎng)特性及環(huán)境條件的限制。

牛牛文庫文檔分享第71頁/共92頁15.6懸浮生長(zhǎng)厭氧生物處理法15.6.1完全混合懸浮生長(zhǎng)厭氧消化池15.6.2厭氧接觸法15.6.3厭氧序批式反應(yīng)器

牛牛文庫文檔分享第72頁/共92頁15.6.1完全混合懸浮生長(zhǎng)厭氧消化池完全混合懸浮生長(zhǎng)厭氧消化池（Complete-mixSuspendedGrowthAnaerobicDigester）見下圖：

牛牛文庫文檔分享第73頁/共92頁完全混合懸浮生長(zhǎng)厭氧消化池完全混合懸浮生長(zhǎng)厭氧消化池屬完全混合攪拌槽式反應(yīng)器（CompleteStirredTankReactor，CSTR）特點(diǎn)：沒有污泥回流，HRT等于SRT，HRT一般為15～20d；工藝中生物持有量少，代謝速率低。適用：處理固體含量高以及溶解性有機(jī)物濃度非常高的廢水。典型的有機(jī)負(fù)荷和水力停留時(shí)間見下表：

牛牛文庫文檔分享第74頁/共92頁15.6.2厭氧接觸法厭氧接觸法（AnaerobicContantProcess）示意圖見下圖：

牛牛文庫文檔分享第75頁/共92頁厭氧接觸法厭氧接觸法的特點(diǎn)：（1）污泥濃度高，一般為5~10gVSS/L，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；

（2）有機(jī)容積負(fù)荷高，中溫時(shí)，COD負(fù)荷1~6kgCOD/m3·d，去除率為70~80%；BOD負(fù)荷0.5~2.5kgBOD/m3·d，去除率80~90%；

（3）出水水質(zhì)較好；

（4）

增加了沉淀池、污泥回流系統(tǒng)、真空脫氣設(shè)備，流程較復(fù)雜；

（5）適合于處理懸浮物和有機(jī)物濃度均很高的廢水

牛牛文庫文檔分享第76頁/共92頁厭氧接觸法在厭氧接觸法工藝中，最大的問題是污泥的沉淀，因?yàn)閰捬跷勰嗌弦话憧偸歉街行〉臍馀?，且由于污泥在二沉池中還具有活性，還會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生沼氣，有可能導(dǎo)致已下沉的污泥上浮。

因此，必須采用有效的改進(jìn)措施，主要有以下兩種，即：

（1）真空脫氣設(shè)備（真空度為500mmH2O）；（2）增加熱交換器，使污泥驟冷，暫時(shí)抑制厭氧污泥的活性

牛牛文庫文檔分享第77頁/共92頁15.6.3厭氧序批式反應(yīng)器厭氧序批式反應(yīng)器（AnaerobicSequencingBatchReactor，簡(jiǎn)稱ASBR）

牛牛文庫文檔分享第78頁/共92頁厭氧序批式反應(yīng)器厭氧序批式反應(yīng)器成功的關(guān)鍵之一：能否形成沉降性能良好的顆粒污泥。厭氧序批式反應(yīng)器的工藝運(yùn)行分為：進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀和排水。當(dāng)HRT為6～24h，SRT可達(dá)到50～200d。達(dá)格（Dague）研究小組的小試研究成果表明（1996），ASBR工藝有可能在低溫條件處理低濃度廢水。

牛牛文庫文檔分享第79頁/共92頁15.7固著生長(zhǎng)厭氧生物處理法固著生長(zhǎng)厭氧生物處理法亦可稱厭氧生物膜法，是在厭氧反應(yīng)器中利用載體上生長(zhǎng)的厭氧微生物處理廢水。常見的工藝有：升流式厭氧填充床反應(yīng)器（UpflowAnaerobicPacked-bedReactor，UAPBR）、厭氧膨脹床反應(yīng)器（AnaerobicExpanded-bedReactor，AEBR）、厭氧流化床反應(yīng)器（

AnaerobicFluidizeded-bedReactor，AFBR）、降流式厭氧固著生長(zhǎng)反應(yīng)器（DownflowAnaerobicAttachedGrowthReactor，AEBR）各種反應(yīng)器具有的共同特點(diǎn)：（1）升流式；（2）添加填料；（3）出水回流。

牛牛文庫文檔分享第80頁/共92頁15.7固著生長(zhǎng)厭氧生物處理法升流式固著生長(zhǎng)厭氧生物處理反應(yīng)器示意圖：

牛牛文庫文檔分享第81頁/共92頁15.7固著生長(zhǎng)厭氧生物處理法15.7.1升流式厭氧填充床反應(yīng)器15.7.2厭氧膨脹床反應(yīng)器15.7.3厭氧流化床反應(yīng)器15.7.4降流式厭氧固著生長(zhǎng)反應(yīng)器15.7.5厭氧生物轉(zhuǎn)盤

牛牛文庫文檔分享第82頁/共92頁15.7.1