水污染課件版 第7章 厭氧法

第7章廢水的厭氧處理TheAnaerobicProcesses主講人：朱靜平5/7/20231主要內(nèi)容7.1概述7.2厭氧法的基本原理7.3厭氧法的影響因素7.4厭氧法的工藝7.5厭氧設(shè)備的運(yùn)行管理7.6厭氧生物處理法的設(shè)計(jì)7.7厭氧和好氧技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用簡(jiǎn)介5/7/202327、1概述厭氧生物處理技術(shù)的發(fā)展----概念----特點(diǎn)5/7/20233微生物處理分類自然條件下水體自凈－天然水體和氧化塘生物處理法好氧生物法厭氧生物法人工條件下自然條件下人工條件下土壤凈化－污水灌溉懸浮生物法－活性污泥法及其變種、氧化塘、氧化溝固著生物法－生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、接觸氧化、好氧生物流化床堆肥厭氧塘懸浮生物法－厭氧消化、上流式厭氧污泥床、化糞池固著生物法－厭氧濾池、厭氧流化床5/7/20234厭氧污水污泥處理技術(shù)的發(fā)展1860年法國(guó)的Muras將簡(jiǎn)易沉淀池改為污泥處理構(gòu)筑物；1895年英國(guó)Cameron進(jìn)一步改進(jìn)為腐化池；1903年英國(guó)的Travis首先建成了雙層沉淀池；1912年英國(guó)的伯明翰市建了第一個(gè)消化池；1920年英國(guó)Watson建成最早二級(jí)消化池，同時(shí)利用了沼氣；1925－1926年在德國(guó)、美國(guó)相繼建成較標(biāo)準(zhǔn)的消化池。厭氧生物處理法或厭氧消化法：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(duì)有機(jī)物進(jìn)行生物降解的過(guò)程。5/7/20235

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(anaerobicmicrobes)(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(methane)和二氧化碳(carbondioxide)等物質(zhì)的過(guò)程，也稱為厭氧消化(anaerobicdigestion)。厭氧生物處理法的處理對(duì)象是：高濃度有機(jī)工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動(dòng)植物殘?bào)w及糞便、低濃度有機(jī)廢水。過(guò)去，它多用于城市污水處理廠的污泥、有機(jī)廢料以及部分高濃度有機(jī)廢水的處理。目前，厭氧生化法不僅可用于處理有機(jī)污泥和高濃度有機(jī)廢水，也用于處理中、低濃度有機(jī)廢水，包括城市污水。5/7/20236

厭氧生化法的特點(diǎn)：（1）應(yīng)用范圍廣因供氧限制，好氧法一般只適用于中、低濃度有機(jī)廢水的處理，而厭氧法既適用于高濃度有機(jī)廢水，又適用于中、低濃度有機(jī)廢水。有些有機(jī)物對(duì)好氧生物處理法來(lái)說(shuō)是難降解的，但對(duì)厭氧生物處理是可降解的，如固體有機(jī)物、著色劑蒽醌和某些偶氮染料等。5/7/20237（2）能耗低好氧法需要消耗大量能量供氧，曝氣費(fèi)用隨著有機(jī)物濃度的增加而增大，而厭氧法不需要充氧，而且產(chǎn)生的沼氣可作為能源。廢水有機(jī)物達(dá)一定濃度后，沼氣能量可以抵償消耗能量。研究表明，當(dāng)原水BOD5達(dá)到1500mg/L時(shí)，采用厭氧處理即有能量剩余。有機(jī)物濃度愈高，剩余能量愈多。一般厭氧法的動(dòng)力消耗約為活性污泥法的1/10。5/7/20238（3）負(fù)荷高通常好氧法的有機(jī)容積負(fù)荷為2～

4kgBOD/(m3·d)，而厭氧法為2～10kgCOD/(m3·d)，高的可達(dá)50kgCOD/(m3·d)。（4）剩余污泥量少，且其濃縮性、脫水性良好好氧法每去除lkgCOD將產(chǎn)生0.4～0.6kg生物量，而厭氧每去除lkgCOD只產(chǎn)生0.02～

0.lkg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5％～

20％。同時(shí)，消化污泥在衛(wèi)生學(xué)上和化學(xué)上都是穩(wěn)定的。因此，剩余污泥處理和處置簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低，甚至可作為肥料、飼料或餌料利用。5/7/20239（5）氮、磷營(yíng)養(yǎng)需要量較少好氧法一般要求BOD:N:P為l00:5:1，而厭氧法的BOD:N:P為l00:2.5:0.5，對(duì)氮、磷缺乏的工業(yè)廢水所需投加的營(yíng)養(yǎng)鹽量較少。（6）有殺菌作用厭氧處理過(guò)程有一定的殺菌作用，可以殺死廢水和污泥中的寄生蟲卵、病毒等。（7）污泥易貯存厭氧活性污泥可以長(zhǎng)期貯存，厭氧反應(yīng)器可以季節(jié)性或間歇性運(yùn)轉(zhuǎn)。5/7/202310（8）厭氧生物處理法存在缺點(diǎn):（a）厭氧微生物增殖緩慢，因而厭氧設(shè)備的啟動(dòng)和處理所需時(shí)間比好氧設(shè)備長(zhǎng)；（b）出水往往達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)一步處理，故一般在厭氧處理后串聯(lián)好氧處理；（c）厭氧處理系統(tǒng)操作控制因素較為復(fù)雜。（d）厭氧過(guò)程會(huì)產(chǎn)生氣味對(duì)空氣有污染。5/7/2023117、2厭氧法的基本原理厭氧發(fā)酵的階段----參與的微生物5/7/202312厭氧消化的生化階段：

復(fù)雜有機(jī)物的厭氧消化過(guò)程要經(jīng)歷數(shù)個(gè)階段，由不同的細(xì)菌群接替完成。根據(jù)復(fù)雜有機(jī)物在此過(guò)程中的物態(tài)及物性變化，可分三個(gè)階段。5/7/202313表1有機(jī)物厭氧消化過(guò)程-物態(tài)和物性變化生化階段ⅠⅡⅢ物態(tài)變化液化（水解）酸化（1）酸化（2）氣化生化過(guò)程大分子不溶態(tài)有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子溶解態(tài)有機(jī)物小分子溶解態(tài)有機(jī)物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及Ⅰ、Ⅱ兩類產(chǎn)物Ⅱ

類產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及乙酸等CH4、CO2等菌群發(fā)酵細(xì)菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌甲烷細(xì)菌發(fā)酵工藝甲烷發(fā)酵酸發(fā)酵——5/7/202314厭氧發(fā)酵的幾個(gè)階段5/7/202315在厭氧消化過(guò)程中碳和氫的流動(dòng)5/7/202316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(anaerobicmicrobes)(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(methane)和二氧化碳(carbondioxide)等物質(zhì)的過(guò)程。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、氮等作為受氫體。厭氧生物處理是一個(gè)復(fù)雜的微生物化學(xué)過(guò)程，依靠三大主要類群的細(xì)菌，即水解產(chǎn)酸細(xì)菌(fermentativebacteria)、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌(acetogenicbacteria)和產(chǎn)甲烷細(xì)菌(methanogenicbacteria)的聯(lián)合作用完成。5/7/202317厭氧消化過(guò)程劃分為三個(gè)連續(xù)的階段，即水解酸化階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段。第一階段為水解發(fā)酵階段。不溶性的大分子有機(jī)物先在細(xì)胞外酶的作用下水解為溶解性、小分子有機(jī)物。簡(jiǎn)單的有機(jī)物在產(chǎn)酸菌作用下轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)酸和醇類。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。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l/3、后者約占2/3。5/7/202318上述三個(gè)階段的反應(yīng)速度依廢水性質(zhì)而異，在含纖維素、半纖維素、果膠和脂類等污染物為主的廢水中，水解易成為速度限制步驟；簡(jiǎn)單的糖類、淀粉、氨基酸和一般的蛋白質(zhì)均能被微生物迅速分解，對(duì)含這類有機(jī)物為主的廢水，產(chǎn)甲烷易成為限速階段。5/7/202319厭氧生物處理——原理酸化階段的細(xì)菌統(tǒng)稱產(chǎn)酸或酸化細(xì)菌（水解產(chǎn)酸細(xì)菌），幾乎包括所有的兼性細(xì)菌；甲烷化階段的細(xì)菌統(tǒng)稱甲烷細(xì)菌，已經(jīng)證實(shí)的已有80多種。

5/7/2023207、3厭氧法的影響因素7.3.1

溫度7.3.2

pH7.3.3氧化還原電位-ORP7.3.4有機(jī)負(fù)荷7.3.5厭氧活性污泥7.3.6攪拌與混合7.3.7營(yíng)養(yǎng)比7.3.8

有毒物質(zhì)7.3.9污泥泥齡5/7/2023217.3厭氧法的影響因素控制厭氧處理效率的基本因素有兩類:一類是基礎(chǔ)因素，包括微生物量(污泥濃度)、營(yíng)養(yǎng)比、混合接觸狀況、有機(jī)負(fù)荷等；另一類是環(huán)境因素，如溫度、pH值、氧化還原電位、有毒物質(zhì)等。5/7/2023227.3.1溫度條件溫度是影響微生物生命活動(dòng)過(guò)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(jī)物的分解速率有關(guān)。各類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5～60℃。在35℃和53℃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。厭氧消化對(duì)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(huì)招致系統(tǒng)停止產(chǎn)氣。5/7/202323

據(jù)產(chǎn)甲烷菌適宜溫度條件的不同，厭氧法可分為常溫消化、中溫消化和高溫消化三種類型。（1）常溫消化（10～30℃）（2）中溫消化（35～38℃）（3）高溫厭氧消化（50～55℃）工程上：中溫消化溫度為30～38℃（以35～38℃為多）；高溫消化溫度為52～55℃。5/7/202324每種微生物可在一定的pH值范圍內(nèi)活動(dòng)，產(chǎn)酸細(xì)菌對(duì)酸堿度不及甲烷細(xì)菌敏感，其適宜的pH值范圍較廣，在4.5～8.0之間。產(chǎn)甲烷菌要求環(huán)境介質(zhì)pH值在中性附近，最適宜pH值為7.0～7.2。在厭氧法處理廢水的應(yīng)用中，由于產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷大多在同一構(gòu)筑物內(nèi)進(jìn)行，故為了維持平衡，避免過(guò)多的酸積累，常保持反應(yīng)器內(nèi)的pH值在6.5～7.5(最好在6.8～7.2)的范圍內(nèi)。7.3.2pH值5/7/202325在厭氧處理中，pH值除受進(jìn)水的pH影響外，主要取決于代謝過(guò)程中自然建立的緩沖平衡，取決于揮發(fā)酸、堿度、CO2、氨氮、氫之間的平衡。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(shí)際pH值比在大氣條件下的實(shí)測(cè)值為低。一般認(rèn)為，實(shí)測(cè)值應(yīng)在7.2~7.4之間為好。5/7/2023267.3.3氧化還原電位（ORP或Eh）厭氧環(huán)境是厭氧消化過(guò)程賴以正常進(jìn)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(lái)反映。一般情況下，氧的溶入無(wú)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。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(dāng)其濃度達(dá)到一定程度時(shí)，同樣會(huì)危害厭氧消化過(guò)程的進(jìn)行。氧是影響厭氧反應(yīng)器中氧化還原電位條件的重要因素，但不是唯一因素。5/7/202327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(dòng)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(xì)菌：對(duì)氧化還原電位的要求不甚嚴(yán)格，甚至可在+100～-100mV的兼性條件下生長(zhǎng)繁殖；甲烷細(xì)菌：最適宜的氧化還原電位為-350mV或更低。5/7/2023287.3.4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，簡(jiǎn)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)。對(duì)懸浮生長(zhǎng)工藝，也有用污泥負(fù)荷表達(dá)的，即kgCOD/(kg污泥·d)。在污泥消化中，有機(jī)負(fù)荷習(xí)慣上以投配率或進(jìn)料率表達(dá)，即每天所投加的濕污泥體積占消化器有效容積的百分?jǐn)?shù)。投加量/總?cè)莘e或反應(yīng)器單位有效容積每天接受的揮發(fā)性固體重量，即kgMLVSS/m3·d。5/7/2023297.3.5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。5/7/2023307.3.6攪拌和混合攪拌的方法：（a）機(jī)械攪拌器攪拌法；（b）消化液循環(huán)攪拌法；（c）沼氣循環(huán)攪拌法等。5/7/2023317.3.7廢水的營(yíng)養(yǎng)比厭氧微生物的生長(zhǎng)繁殖需按一定的比例攝取碳、氮、磷以及其他微量元素。

COD∶N∶P=200∶5∶15/7/2023327.3.8有毒物質(zhì)包括有毒有機(jī)物、重金屬離子、一些陰離子、氨、H2S等。對(duì)有機(jī)物來(lái)說(shuō)，帶醛基、雙鍵、氯取代基、苯環(huán)等結(jié)構(gòu)，往往具有抑制性。5/7/2023337.3.9生物固體停留時(shí)間—污泥泥齡厭氧消化效果與污泥泥齡有直接關(guān)系：泥齡=消化池內(nèi)的總生物量/消化池內(nèi)每日排出的生物量5/7/202334與產(chǎn)酸菌相比，甲烷細(xì)菌對(duì)溫度、pH值、有毒物質(zhì)等更為敏感。甲烷細(xì)菌對(duì)溫度的變化很敏感，因此要保持溫度的恒定。通常采用的厭氧處理的溫度一般選擇在中溫（35℃一38℃）或高溫（52℃～55℃）。甲烷細(xì)菌要求的pH值嚴(yán)格控制在6.8～7.2。影響因素小結(jié)—環(huán)境條件5/7/2023357、4厭氧生物處理工藝分類----具體工藝7.4.1

化糞池7.4.2普通厭氧消化池7.4.3

厭氧接觸法7.4.4上流式厭氧污泥床反應(yīng)器7.4.5厭氧濾池7.4.6厭氧流化床7.4.7厭氧生物轉(zhuǎn)盤和擋板反應(yīng)器7.4.8兩步厭氧法5/7/202336按微生物生長(zhǎng)狀態(tài)分為厭氧活性污泥法(anaerobicactivatedsludge)和厭氧生物膜法(anaerobicslime)；

厭氧活性污泥法包括:化糞池、普通消化池、厭氧接觸工藝、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器等。根據(jù)厭氧消化中物質(zhì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的總過(guò)程是否在同一反應(yīng)器中并在同一工藝條件下完成，又可分為一步厭氧消化(onestagedigestion)與兩步厭氧消化(twostagedigestion)等厭氧生物處理方法----分類5/7/202337

化糞池的構(gòu)造如下圖所示。污水進(jìn)入第一室，水中懸浮物或沉于池底、或浮于池面；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，污水進(jìn)入第二室，阻攔底泥和浮渣流出池子。出水不能直接排放水體。

污水在池內(nèi)的停留時(shí)間一般為12-24h。污泥在池內(nèi)進(jìn)行厭氧消化，一般半年左右清除一次。7.4.1化糞池5/7/202338化糞池5/7/2023397.4.2普通厭氧消化池普通消化池又稱傳統(tǒng)或常規(guī)消化池(conventionaldigester)。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。消化池常用密閉的圓柱形池，廢液定期或連續(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。（如：生污泥從池頂進(jìn)入，通過(guò)攪拌與池內(nèi)污泥混合，進(jìn)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(shí)進(jìn)行數(shù)小時(shí)的攪拌混合。）5/7/2023407.4.2普通厭氧消化池池徑從幾米至三、四十米，柱體部分的高度約為直徑的1/2，池底呈圓錐形，以利排泥。為使進(jìn)水與微生物盡快接觸，需要一定的攪拌。常用攪拌方式有三種：(a)池內(nèi)機(jī)械攪拌；(b)沼氣攪拌；(c)循環(huán)消化液攪拌。5/7/202341圓筒形厭氧消化池

蛋形厭氧消化池5/7/2023427.活動(dòng)蓋板1.進(jìn)料口2.出料間3.隔墻4.發(fā)酵間5.貯氣箱6.導(dǎo)氣管圓形消化池的結(jié)構(gòu)

普通厭氧消化池5/7/202343螺旋槳攪拌的消化池

5/7/202344螺旋槳攪拌的消化池

5/7/202345循環(huán)消化液攪拌式消化池5/7/202346普通消化池的特點(diǎn):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。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的問(wèn)題。溫度不均勻，消化效率低。5/7/2023477.4.3厭氧接觸法在消化池后設(shè)沉淀池，將沉淀污泥回流至消化池，形成了厭氧接觸法（anaerobiccontactprocess)。

厭氧接觸法工藝5/7/202348厭氧接觸系統(tǒng)：

普通消化池用于處理高濃度有機(jī)廢水時(shí)，為了強(qiáng)化有機(jī)物與池內(nèi)厭氧污泥的充分接觸，必須連續(xù)攪拌；同時(shí)為了提高處理效率，必須改間斷進(jìn)水排水為連續(xù)進(jìn)水排水。但這樣一來(lái)，會(huì)造成厭氧污泥的大量流失。為了克服這一缺點(diǎn)，可在消化池后串聯(lián)一個(gè)沉淀池，將沉淀下來(lái)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(jìn)水流量的2～3倍。消化池內(nèi)的MLVSS為6～10g/L。5/7/202349

主要特征：為了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。結(jié)果使厭氧反應(yīng)器內(nèi)能維持較高的污泥濃度，可大大降低水力停留時(shí)間。

厭氧接觸法5/7/202350厭氧接觸法的特點(diǎn):（a）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)；（b）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；5/7/202351（c）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；（d）混合液經(jīng)沉降后，出水水質(zhì)好,但需增加沉淀池、污泥回流和脫氣等設(shè)備;（e）但需增加沉淀池、污泥回流和脫氣等設(shè)備；（f）厭氧接觸法存在混合液難于在沉淀池中進(jìn)行固液分離的缺點(diǎn)。5/7/202352幾種解決方法:(a)真空脫氣，由消化池排出的混合液經(jīng)真空脫氣器(真空度為0.005MPa)，將污泥絮體上的氣泡除去，改善污泥的沉降性能；(b)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。(c)絮凝沉降，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；(d)用超濾器代替沉淀池，以改善固液分離效果。5/7/2023537.4.4上流式厭氧污泥床反應(yīng)器上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（upflowanaerobicsludgeblanketreactor)，簡(jiǎn)稱UASB反應(yīng)器。5/7/202354UASB：是由荷蘭的G.Lettnga等人在70年代初研制開發(fā)的。污泥床反應(yīng)器內(nèi)沒(méi)有載體，是一種懸浮生長(zhǎng)型的消化器。由反應(yīng)區(qū)(reactionregion)、沉淀區(qū)(settlingregion)和氣室(gascollectiondome)三部分組成。上流式厭氧污泥床的池形有圓形、方形、矩形。小型裝置常為圓柱形，底部呈錐形或圓弧形。大型裝置為便于設(shè)置氣、液、固三相分離器，則一般為矩形，高度一般為3～8m，其中污泥床1～2m，污泥懸浮層2～4m，多用鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。5/7/202355UASB反應(yīng)器示意圖5/7/202356

UASB示意圖布水區(qū)反應(yīng)區(qū)三相分離區(qū)超高上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）5/7/202357上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）構(gòu)造5/7/202358UASB工作原理5/7/202359（a）反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高，一般平均污泥濃度為30～40g/L，其中底部污泥床污泥濃度60～80g/L，污泥懸浮層污泥濃度5～7g/L；污泥床中的污泥由活性生物量占70～80％的高度發(fā)展的顆粒污泥組成，顆粒的直徑一般在0.5～5.0mm之間，顆粒污泥是UASB反應(yīng)器的一個(gè)重要特征。（b）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）；上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的特點(diǎn)5/7/202360（c）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；（d）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)；（e）污泥床內(nèi)不填載體，節(jié)省造價(jià)及避免堵塞問(wèn)題。（f）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，以免對(duì)污泥顆?；焕驕p少反應(yīng)區(qū)的有效容積，甚至引起堵塞；（g）運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)水質(zhì)和負(fù)荷突然變化比較敏感。上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的特點(diǎn)5/7/2023615/7/2023625/7/2023635/7/2023645/7/2023655/7/2023667.4.5厭氧濾池厭氧濾池（anaerobicfilter)又稱厭氧固定膜反應(yīng)器，是60年代末開發(fā)的新型高效厭氧處理裝置。濾池呈圓柱形，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(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。5/7/202367生物濾池5/7/202368廢水從池底進(jìn)入，從池上部排出，稱升流式厭氧濾池；廢水從池上部進(jìn)入，以降流的形式流過(guò)填料層，從池底部排出，稱降流式厭氧濾池。5/7/202369厭氧生物濾池的特點(diǎn)是：（a）由于填料為微生物附著生長(zhǎng)提供了較大的表面積，濾池中的微生物量較高，又因生物膜停留時(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)；（b）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；5/7/202370（c）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；（d）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。（e）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。5/7/2023717.4.6厭氧流化床5/7/202372厭氧流化床反應(yīng)器厭氧流化床反應(yīng)器的內(nèi)部充填著粒徑很?。╠=0.5mm左右）的掛膜介質(zhì)，當(dāng)其表面長(zhǎng)滿微生物時(shí)，稱為生物顆粒。在上升水流速度很小時(shí)，生物顆粒相互接觸，形成固定床。借助循環(huán)管增大反應(yīng)器內(nèi)的上升流速，可使生物顆粒開始脫離接觸，并呈懸浮狀態(tài)。當(dāng)繼續(xù)增大流速至污泥床的膨脹率達(dá)10～20%時(shí)，生物顆粒便呈流化態(tài)。

5/7/202373

在厭氧反應(yīng)器內(nèi)添加固體顆粒載體，常用的有石英砂、無(wú)煙煤、活性炭、陶粒和沸石等，粒徑一般為0.2～1mm。一般需要采用出水回流的方法使載體顆粒在反應(yīng)器內(nèi)膨脹或形成流化狀態(tài)；一般將床體內(nèi)載體略有松動(dòng)，載體間空隙增加但仍保持互相接觸的反應(yīng)器稱為膨脹床反應(yīng)器；將上升流速增大到可以使載體在床體內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)而互不接觸的反應(yīng)器稱為流化床反應(yīng)器。厭氧流化床基本原理5/7/202374厭氧流化床基本原理5/7/202375兩相厭氧流化床工藝流程5/7/202376兩相厭氧流化床工藝流程特點(diǎn)：1）細(xì)顆粒的填料為微生物附著生長(zhǎng)提供比較大的比表面積，使床內(nèi)具有很高的微生物濃度，一般為30gVSS/L左右，因此有機(jī)物容積負(fù)荷較高，一般為10～40kgCOD/(m3·d)，水力停留時(shí)間短，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定；

2）載體處于膨脹狀態(tài)，能防止載體堵塞；

3）床內(nèi)生物固體停留時(shí)間較長(zhǎng)，運(yùn)行穩(wěn)定，剩余污泥量少；

4）既可用于高濃度有機(jī)廢水的厭氧處理，也可用于低濃度的城市污水處理。5/7/202377兩相厭氧流化床工藝流程缺點(diǎn)：

1）載體流化能耗較大；

2）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求高。5/7/202378

為了降低動(dòng)力消耗和防止床層堵塞，可采取如下措施：（a）間歇性流化床工藝，即以固定床與流化床間歇性交替操作。固定床操作時(shí)，不需回流，在一定時(shí)間間歇后，又啟動(dòng)回流泵，呈流化床運(yùn)行；（b）盡可能取質(zhì)輕、粒細(xì)的載體，如粒徑20～30m、相對(duì)密度1.05～1.2g/cm3的載體。保持低的回流量，甚至免除回流就可實(shí)現(xiàn)床層流態(tài)化。厭氧流化床反應(yīng)器5/7/202379厭氧流化床特點(diǎn):（a）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；（b）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；5/7/202380（c）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；（d）床內(nèi)生物膜停留時(shí)間較長(zhǎng)，剩余污泥量少；（e）結(jié)構(gòu)緊湊、占地少以及基建投資省等。（f）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。5/7/2023817.4.7厭氧生物轉(zhuǎn)盤和擋板反應(yīng)器厭氧生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造與好氧生物轉(zhuǎn)盤相似，不同之處在于盤片大部分(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)盤設(shè)在一個(gè)密閉的容器內(nèi)。5/7/202382厭氧生物轉(zhuǎn)盤的特點(diǎn)：（a）厭氧生物轉(zhuǎn)盤內(nèi)微生物濃度高，因此有機(jī)物容積負(fù)荷高，水力停留時(shí)間短；（b）無(wú)堵塞問(wèn)題，可處理較高濃度的有機(jī)廢水；（c）一般不需回流，所以動(dòng)力消耗低；（d）耐沖擊能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)轉(zhuǎn)管理方便。但盤片造價(jià)高。5/7/202383厭氧擋板反應(yīng)器是從研究厭氧生物轉(zhuǎn)盤發(fā)展而來(lái)的，生物轉(zhuǎn)盤不轉(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)盤相比，可減少盤的片數(shù)和省去轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。特點(diǎn)：

1）反應(yīng)器啟動(dòng)期短。試驗(yàn)表明，接種一個(gè)月后，就有顆粒污泥形成，兩個(gè)月就可以投入穩(wěn)定運(yùn)行；

2)避免了厭氧濾池、厭氧膨脹床和厭氧流化床的堵塞問(wèn)題；

3）避免了升流式厭氧污泥床因污泥膨脹而發(fā)生污泥流失問(wèn)題；

4）不需要混合攪拌裝置；

5）不需載體。厭氧折流板反應(yīng)器5/7/202384厭氧擋板反應(yīng)器示意圖簡(jiǎn)單，即無(wú)填充材料，無(wú)特殊的氣體分離方式，無(wú)運(yùn)動(dòng)機(jī)件，無(wú)堵塞；耐沖擊能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)轉(zhuǎn)管理方便。5/7/202385厭氧折流板反應(yīng)器工藝流程5/7/2023867.4.8兩步厭氧法厭氧消化反應(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)，比如一為產(chǎn)酸階段，另一為產(chǎn)甲烷階段，故又稱兩段式厭氧消化法。第一段：水解和液化有機(jī)物為有機(jī)酸；緩沖和稀釋負(fù)荷沖擊與有害物質(zhì)，并將截留難降解的固態(tài)物質(zhì)。第二段：保持嚴(yán)格的厭氧條件和pH值，以利于甲烷菌的生長(zhǎng)；降解、穩(wěn)定有機(jī)物，產(chǎn)生含甲烷較多的消化氣，并截留懸浮固體，以改善出水水質(zhì)。5/7/202387接觸消化池-上流式污泥床兩步消化工藝熱交換器被廢水加熱到需要的溫度水解產(chǎn)酸反應(yīng)，控制條件之產(chǎn)生脂肪酸，盡量不產(chǎn)生沼氣沉降分離，去除不溶性有機(jī)物產(chǎn)甲烷階段，使第一步反應(yīng)產(chǎn)生的有機(jī)酸生成甲烷和二氧化碳等最終產(chǎn)物5/7/202388兩步厭氧法具有如下特點(diǎn):（a）耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，避免了一步法不耐高有機(jī)酸濃度的缺陷；（b）兩階段反應(yīng)不在同一反應(yīng)器中進(jìn)行，互相影響小，可更好地控制工藝條件；（c）消化效率高，尤其適于處理含懸浮固體多、難消化降解的高濃度有機(jī)廢水。（d）但兩步法設(shè)備較多，流程和操作復(fù)雜。5/7/2023897、5厭氧設(shè)備的運(yùn)行管理7.5.1厭氧設(shè)備的啟動(dòng)7.5.2工藝條件控制7.5.3厭氧反應(yīng)器運(yùn)行中的欠平衡現(xiàn)象及其原因7.5.4運(yùn)行管理中的安全要求5/7/2023907.5.1厭氧設(shè)備的啟動(dòng)一般來(lái)說(shuō)，接種污泥量為反應(yīng)器有效容積的10％-90％，依消化污泥的來(lái)源方便情況酌定，原則上接種量比例增大，啟動(dòng)時(shí)間縮短。5/7/2023917.5.2工藝條件控制（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等。5/7/202392（2）負(fù)荷率負(fù)荷率是表示消化裝置處理能力的一個(gè)參數(shù)。負(fù)荷率有三種表示方法：容積負(fù)荷率、污泥負(fù)荷率、投配率。容積負(fù)荷率：反應(yīng)器單位有效容積在單位時(shí)間內(nèi)接納的有機(jī)物量，稱為容積負(fù)荷率，單位為kg/m3·d或g/L·d。有機(jī)物量可用COD、BOD、SS和VSS表示。污泥負(fù)荷率：反應(yīng)器內(nèi)單位重量的污泥在單位時(shí)間內(nèi)接納的有機(jī)物量，稱為污泥負(fù)荷率，單位為kg/kg·d或g/g·d。5/7/202393投配率：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,即投加量/池有效容積。投配率的倒數(shù)為平均停留時(shí)間或消化時(shí)間，單位為d。投配率有時(shí)也用百分?jǐn)?shù)表示，例如，0.07m3/m3·d的投配率也可表示為7%。（Q/V）5/7/202394厭氧消化裝置的負(fù)荷率是怎樣確定的呢？一個(gè)重要的原則是：在兩個(gè)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(biāo)（最大處理量或最大產(chǎn)氣量）。一般而言，厭氧消化微生物進(jìn)行酸化轉(zhuǎn)化的能力強(qiáng)，速率快，對(duì)環(huán)境條件的適應(yīng)能力也強(qiáng)；而進(jìn)行氣化轉(zhuǎn)化的能力相對(duì)較弱，速率也較慢，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力也較脆弱。這種前強(qiáng)后弱的特征使兩個(gè)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)(酸性、弱堿性、堿性)。5/7/202395

當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率很高時(shí)：由于供給產(chǎn)酸菌的食物相當(dāng)充分，致使作為其代謝產(chǎn)物的有機(jī)物酸產(chǎn)量很大，超過(guò)了甲烷細(xì)菌的吸收利用能力，導(dǎo)致有機(jī)酸在消化液中的積累和pH值（以下均指大氣壓條件下的實(shí)測(cè)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(jìn)行的厭氧消化過(guò)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。

5/7/202396當(dāng)有機(jī)負(fù)荷率適中時(shí)：產(chǎn)酸細(xì)菌代謝產(chǎn)物中的有機(jī)酸基本上能被甲烷細(xì)菌及時(shí)地吸收利用，并轉(zhuǎn)化為沼氣，溶液中殘存的有機(jī)酸量一般為每升數(shù)百毫克。此時(shí)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(jìn)行的厭氧消化過(guò)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(fù)荷率應(yīng)達(dá)此狀態(tài)。5/7/202397當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率偏小時(shí)：供給產(chǎn)酸細(xì)菌的食物不足，產(chǎn)酸量偏少，不能滿足甲烷細(xì)菌的需要。此時(shí)，消化液中的有機(jī)酸殘存量很少，pH值偏高，在pH值偏高（大于7.5）的條件下進(jìn)行的厭氧消化過(guò)程，稱為堿性發(fā)酵狀態(tài)。如前所述，由于負(fù)荷偏低，因而是一種雖穩(wěn)定但低效的厭氧消化狀態(tài)。5/7/202398（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(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)液體的pH值低于6.5或高于8.0時(shí)，則應(yīng)對(duì)料液預(yù)先中和。當(dāng)有機(jī)酸的積累而使反應(yīng)液的pH值低于6.8～7時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減小有機(jī)物負(fù)荷或毒物負(fù)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(shí)