張燕生-第6章畜禽廢棄物處理與利用匯總課件

第六章畜禽廢棄物處理與利用6-1畜禽糞便環(huán)境危害與特性6-2畜禽糞便收集、輸送6-3畜禽糞便處理工藝方法6-4厭氧生物處理6-5好氧生物處理6-6堆肥張燕生yszhang@第六章畜禽廢棄物處理與利用6-1畜禽糞便環(huán)境危害與特主要污染項目：臭氣污水糞便集約化畜禽養(yǎng)殖高強度排污，超過周圍環(huán)境系統(tǒng)納污能力，使環(huán)境系統(tǒng)自凈能力喪失，生態(tài)系統(tǒng)失衡進入惡性循環(huán)狀態(tài)。6-1畜禽糞便環(huán)境危害與特性SH2

NH3主要污染項目：集約化畜禽養(yǎng)殖高強度排污，超過周圍環(huán)境系統(tǒng)納污6.1.1污染物質與環(huán)境危害可降解有機污染物動植物性廢棄物，幾乎所有的非人工合成有機物，主要為碳水化合物，蛋白質、脂肪和木質素等?？稍谖⑸镒饔孟伦罱K分解為簡單的無機物。難降解物質指那些人工合成的、難于被微生物分解的廢棄物。比如化學農(nóng)藥、抗生素等6.1.1污染物質與環(huán)境危害可降解有機污染物3.植物營養(yǎng)物（富營養(yǎng)物）

主要是指各種形態(tài)的氮、磷等元素，有時也包鉀、硫等植物生長所必需的元素。水體生態(tài)的嚴重失衡污泥積累、湖水退化。藍細菌的蛋白類毒素富集食物鏈中毒供水質量下降、成本升高化合態(tài)氮毒害作用3.植物營養(yǎng)物（富營養(yǎng)物）4、有毒物質

汞、鎘、鉻、砷、鉛都是毒性較大的重金屬，還有銅、鈷、錫、鋅也有一定的毒性。隔取代骨中的鈣引起骨痛??；氟可因起軟骨??；長期飲用含鉻水可致口角糜爛、腹瀉和消化道機能紊亂。聞名于世的水俁病是受汞污染的水體通過藻類、浮游生物、貝類、魚類食物鏈不斷富集放大后最終進入人體的典型的生物放大事例。有毒重金屬污泥積累長期危害某些生物同化作用后毒性增加。食物鏈的生物富集放大此外常見的有毒物質還有工業(yè)污染物中的氰化物、酚、吡啶、硝基苯、多環(huán)芳烴等等。4、有毒物質有毒重金屬污泥積累長期危害某些生物同化作用甲基汞(MethylMercuryCH3Hg)

甲基化：食物鏈富集：汞被水中微生物轉化為甲基汞而進入浮游生物體內，再經(jīng)過“浮游生物——小魚——大魚”等食物鏈的富集，使大魚中有機汞濃度達到海水汞濃度的幾萬倍正常人即使在生活和工作中從未接觸過汞，其體內及尿中仍可檢出少量汞存在。據(jù)估計，自然界的汞循環(huán)量每年可達25至150萬噸。

甲基汞（有機態(tài)）微生物短鏈烷基汞易滲入細胞烷基汞與-SH基等的親和力使其毒性比可溶性無機汞高10～100倍汞化物毒性排行榜上烷基汞第一名。（無機態(tài)）汞甲基汞(MethylMercuryCH3Hg)甲酸堿及無機鹽類

冶金、加工業(yè)的酸洗廢水，冶金、礦山的硫化物氧化產(chǎn)生的酸性廢水，二氧化硫形成的酸雨，造紙、紡織、纖維、制革、洗滌劑、染料、制堿等工業(yè)排水。直接污染土壤、表面水體、地下水體，一旦污染影響長久，不易治理。色度

破壞景觀、影響水質。病原微生物

生活、畜禽、養(yǎng)殖、食品、屠宰等。張燕生-第6章畜禽廢棄物處理與利用匯總課件6.1.2自凈化作用與納污容量污染自然污染人為污染自然地理因素等原因人類活動原因污染物在物系循環(huán)流動過程中發(fā)生演變，自然地減少消失或無害化，稱為物系的自凈。污染物濃度自然降低的能力稱為自凈能力環(huán)境系每年允許的最大納污量稱為該環(huán)境系的納污容量

環(huán)境容量

自凈物理作用化學作用稀釋，沉淀，揮發(fā)，凝聚，吸附，過濾生物作用分解與化合，氧化與還原，酸堿反應等使污染物濃度降低或毒性喪失。微生物代謝活動使污染物分解轉化成無害物質物理污染化學污染生物污染污染物分類來源特性點源：主要指工業(yè)廢水與都市生活排水，均有固定的排放口面源：主要指來源于流域廣大面積上的降雨徑流污染，如農(nóng)藥化肥

6.1.2自凈化作用與納污容量污染自然污染人為污染自然地理細菌群載體水底固形物氧氣有機物污染水有機物被各種微生物菌群分解代謝細菌群載體水底固形物蟲有機物污染水微生物菌群被微小動物消耗，水體透明度好轉細菌濃度升高水底固形物氧氣水中有機物污染被細菌系分解凈化水體透明度下降生物作用下的水體自凈化過程舉例細菌群載體水底固形物氧氣有機物污染水有機物被各種微生物菌群分有毒重金屬、難降解物質特別加以處理水質凈化良性循環(huán)與生化處理方法原理有毒重金屬、難降解物質特別加以處理水質凈化良性循環(huán)與生化處理6.1.3畜禽糞便特性一物理學特性1、顆粒尺寸新收集畜禽糞便顆粒尺寸分布見表6-1（p274）直徑μmμm0.0030.3溶解固體膠質體懸浮體氯離子，乙酸、乙醇病毒細菌0.5－10μm砂20－1000μm沉降分離超濾分子篩離心膜過濾生物、化學方法請參考《廢水工程處理及回顧》p316.1.3畜禽糞便特性一物理學特性直徑μmμm0.02、TS、VS、灰分105℃，105℃，24小時TS600℃，600℃2小時TS灰分VS（揮發(fā)性固體）總固體水懸浮液3、含水率、容重（雞糞除外）一般鮮糞含水率高于80%，實際收集到的糞便含水率與收集方式有關。懸浮固體物與TS的區(qū)別？2、TS、VS、灰分105℃，105℃，24小時TS600℃二生物化學特性生物化學需氧量（BOD)BOD是指1L污水中的有機物在耗氧微生物的作用下進行氧化分解時所消耗的溶氧量(mg/L)。廢水中有機物數(shù)量繁多，但大多數(shù)有機物都可在耗氧微生物作用下氧化分解，有機物數(shù)量同耗氧量成正比。實際測定時常采用BOD5，即水樣在20℃的條件下培養(yǎng)5天的生化需氧量。BOD5=NBOD+CBODNBOD是還原態(tài)氮氧化成硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮的需氧量，通常較CBOD小得多。實驗研究表明：第一階段中有機物在各個時刻的好氧速度與該時刻的污水中有機物濃度成正比關系。30℃20℃9℃day51020304050BOD(mg/L)50100200300第一階段第二階段污水的有機物濃度指標和可生化性指標更詳細的討論請參考《廢水工程處理及回顧》p56二生物化學特性生物化學需氧量（BOD)BOD5=NBOD有機物＋O2能量CO2+H2O+NH3好氧菌第一階段第二階段NH3＋3O22HNO2+2H2O亞硝化菌2HNO2＋O22HNO3

硝化菌第一階段常溫下一般需要20天接近完成第二階段常溫下一般需要近百天才能完成有機物＋O2能量CO2+H2O（1）降解：有機物＋O2CO2+H2O+NH3微生物第一階段的三部分BOD（2）合成：有機物＋O2

＋能量

新細胞

（3）內源呼吸：老細胞＋O2

CO2+H2O+NH3

BOD表示有機污染物參數(shù)時存在明顯的缺陷，即使衡量耗氧量時也是如此。因為內源呼吸耗氧量與硝化耗氧量可能引起很大誤差。當進口BOD200mg/L,出口BOD無硝化時20mg/L，有硝化時40mg/L，則去除率分別為90%、80%，實際上有機物去除率應該是一樣的。（1）降解：有機物＋O2CO2進口BOD=200mg/L出口BOD=NBOD+CBOD=0+20mg/L=20mg/L污水含氮極低進口BOD=200mg/L出口BOD=NBOD+CBOD=20+20mg/L=40mg/L污水含氮很高去除BOD系統(tǒng)去除BOD系統(tǒng)BOD去除率=90%BOD去除率=80%一般污水的BOD5=NBOD+CBOD≈CBOD5，與含氮量無關。假設有兩種污水除含氮量不同外其他成分完全一樣，則BOD5也相同。進口出口污水含氮極低進口出口污水含氮很高去除BOD系統(tǒng)去除B化學需氧量（COD)

COD是指在酸性條件下，用強氧化劑使1L被測廢水中有機物進行化學氧化時所消耗的氧量(mg/L)。COD越高表明廢水的有機物越多，目前常用的氧化劑為重鉻酸甲（K2Cr2O7)和高錳酸鉀（KMnO4)。KMnO4氧化力較弱，文獻中COD未加注明時，大多是指重鉻酸甲法的CODcr。COD一般較BOD為高，其差值表示不能被微生物降解的有機物含量。廢水種類ab生活污水1.6411.36家禽廢水1.4555.7啤酒廢水2.3246.2據(jù)Ademoroti(1986)研究認為，COD與BOD常有一定的相關關系，大多為線性關系。COD=aBOD5+b廢水生物處理，上海環(huán)保局，同濟大學出版社，1999，P21BOD5COD0.3適宜生物處理化學需氧量（COD)廢水種類ab生活污水1.6411.36家三化學特性肥料元素：N、P、K金屬元素：Cu、Zn、Fe、B、As酸堿度:雞糞偏酸pH=6~7；豬、羊、牛、馬糞為弱堿性pH=7.3~8.6。雞糞、豬糞、牛糞相比較，雞消化道很短未經(jīng)徹底消化殘留于糞中的營養(yǎng)物最多，含有大量的粗蛋白等，豬糞次之，牛糞有較高的粗纖維，含營養(yǎng)物最少，雞糞還含較高的磷與硫。不同畜禽糞便沼氣發(fā)酵等生物處理時，應注意C、N、P、S比例與含水率等特點。牛糞：C/N/P比是否過高，某些微量元素是否欠缺，含沙量高豬糞：氨氮是否過高，抑制微生物發(fā)酵、BOD5誤差問題等雞糞：氨氮是否過高，是否含硫過高，腐蝕、臭氣、抑制、硫酸鹽還原菌競爭等問題，高含沙量問題三化學特性肥料元素：N、P、K雞糞、豬糞、牛糞相比較，雞SO42-NO3-酸雨酸雨是自然污染嗎2、大型畜禽養(yǎng)殖場污染是點源還是面源3、酸雨是自然污染嗎？畜禽養(yǎng)殖有酸性氣體污染物嗎？1、請舉例說出水系的自凈能力、納污容量點源與面源污染。4、“最優(yōu)方法”這種概念起碼在理論上幾乎沒有價值。更應該關注的是特征，而不是一味追求理論上的普遍性。你同意以上觀點嗎？請發(fā)表你的觀點。5、BOD5作為有機物參數(shù)有那些不足SO42-NO3-酸雨酸雨是自然污染嗎2、大型畜禽養(yǎng)6-2畜禽糞便收集6.2.1糞便收集方式分干清糞和水沖糞兩種清糞方式。我國多為干清糞，發(fā)達國家以水沖式清糞為主清糞方法與設備刮板式:自落積存式自流式水沖式6-2畜禽糞便收集6.2.1糞便收集方式分干清糞和水雞籠環(huán)流風機排氣風機雞糞雞糞自落積存式更換雞群時一次性清理1.7~2.0m雞籠環(huán)流風機排氣風機雞糞雞糞自落積存式更換雞群時一次性清理1自流式清糞縫隙地板自流式清糞縫隙地板水沖式清糞帶仔母豬仔豬育肥豬前期育肥豬后期妊娠母豬奶牛與肉牛沖水量m3/頭.天0.1330.0150.0380.0570.0950.38表6-4每日最少沖洗量最小用水量主要根據(jù)經(jīng)驗資料得到水沖式清糞帶仔母豬仔豬育肥豬前期育肥豬后期妊娠奶牛與肉牛沖水畜禽糞便產(chǎn)量（p274表6-2）可參考《設施農(nóng)業(yè)工程工藝及建筑設計》教材p216的計算公式以及表8-1~8-4。注意：養(yǎng)殖畜禽工藝設計-----小糞污處理工藝設計-----大工藝設計中常見到的取值偏差現(xiàn)象的原因思考問題：畜禽糞便產(chǎn)量（p274表6-2）可參考《設施農(nóng)業(yè)工程工藝6.2.2糞便輸送方式固態(tài)：低于70%車半固態(tài)：70%-80%輸送帶、螺旋輸送機械半液態(tài)：80%-90%管道、污泥泵液態(tài)：高于90%6.2.2糞便輸送方式固態(tài)：低于70%車6-3畜禽糞便處理工藝方法6.3.1物理處理一級處理大尺寸固形物，砂泥格柵二沉池污泥超濾6-3畜禽糞便處理工藝方法6.3.1物理處理一級處理格沉降分離固液分離機械分離（離心、壓濾、篩分）干燥（常溫干燥、高溫干燥、微波干燥）工藝與設備設計（專業(yè)課程：化工原理或單元操作過程）6.3.1物理處理主要用于一級處理沉降分離固液分離機械分離（離心、壓濾、篩分）干燥（常溫干燥、6.3.2化學處理氧化法（臭氧氧化；次氯酸、氯氣消毒等等）絮凝沉淀法（明礬、硫酸鋁、硫酸亞鐵等絮凝劑）酸堿中和法主要用于預處理或后期處理6.3.2化學處理氧化法（臭氧氧化；次氯6.3.3生物化學處理二級處理的主體。成本低，應用廣泛，技術成熟微生物適宜的環(huán)境特點分類好氧（微生物）法兼氧（微生物）法厭氧（微生物）法比如實踐常見的好氧兼氧厭氧生物塘、反應器6.3.3生物化學處理二級處理的主體。成本低，應用廣泛，技廢水微生物處理方法很多，若根據(jù)微生物的呼吸類型，可分為好氧處理、厭氧處理和兼氧處理。如果根據(jù)微生物存在的狀態(tài)，可分為懸浮生長系統(tǒng)和固定膜系統(tǒng)。對于廢水微生物處理方法綜合歸納如下：廢水微生物處理方法很多，若根據(jù)微生物的呼吸類型，可分為好糞尿處理系統(tǒng)也不盡相同，較為典型的糞尿處理系統(tǒng)有以下幾種：第一種方式處理系統(tǒng)靠人工清掃或機械刮糞，糞尿分離分別進行處理。第二種方式是豬糞尿直接進行厭氧發(fā)酵處理后排放或利用。第三種方式是將豬糞尿通過自然沉淀而分離為濃稠物和稀液分別進行處理。第四種方式則通過固液分離機把糞尿水固液分離，然后分別處理。糞尿處理系統(tǒng)也不盡相同，較為典型的糞尿處理系統(tǒng)有以下幾種：第張燕生-第6章畜禽廢棄物處理與利用匯總課件“能源生態(tài)型”工藝（Processof“energyecological”disposingandusing）畜禽養(yǎng)殖場污水經(jīng)厭氧消化處理后作為農(nóng)田水肥利用的處理利用工藝?！澳茉喘h(huán)保型”處理利用工藝一般在厭氧處理后需再經(jīng)好氧工藝處理以使排水達到國家標準。“能源環(huán)保型”工藝（Processof“energyenvironment”disposingandusing）畜禽養(yǎng)殖場的畜禽污水處理后達標排放或以回用為最終目標的處理工藝。厭氧處理沼氣沼渣、沼液作為肥料利用厭氧處理沼氣達標排放好氧處理等“能源生態(tài)型”工藝（Processof“energy沼氣池高產(chǎn)出率（小型高速產(chǎn)氣）指標沼氣池排水高凈化（高度降解率）指標反應器設計無法同時獲得高指標。沼氣池高產(chǎn)出率（小型高速產(chǎn)氣）指標沼氣池排水高凈化（高度降解qscsksqmax+cs=qmax稱為基質最大比消耗速率。Monod方程csksμ=μmax+cs該方程描述了細胞生長速率與限制性基質濃度的關系，是由現(xiàn)代細胞生長動力學的奠基人Monod在1942年提出的經(jīng)驗方程。μ為細胞比生長速率(1/s)；μmax為最大細胞比生長速率；cs為限制性基質濃度（g/L）；ks為飽和常數(shù)（g/L），其值等于比生長速率恰等于最大比生長速率的一半時的限制性基質濃度。qscsksqmax+cs=qmax稱為基質最大比消耗速沉降分離剩余污泥凈化水氣體產(chǎn)物（CO2，N2，H2S等）污物+水污染物+水氣體產(chǎn)物+生物污泥+水沉降分離性能必須給以足夠的重視！處理凈化系統(tǒng)沉降分離剩余污泥凈化水氣體產(chǎn)物（CO2，N2，H2S等）污物凈化水污泥污水一級處理大尺寸固形物，砂泥二級處理懸浮物、膠質體、溶解有機物格柵初沉池生物降解二沉池凈化水污泥污水一級處理二級處理格柵初沉池生物降解二沉池有機廢水生物處理特點厭氧處理好氧處理廢水濃度滯留時間BOD除去率動力主要副產(chǎn)物5-20日3-10時間80-95%低高質燃料高濃度低濃度80-99%高出十倍待處理污泥厭氧處理能量產(chǎn)出多少與原水溫度、COD濃度、發(fā)酵溫度有關。為了達到排放標準往往需要好氧處理工藝等進一步處理有機廢水生物處理特點厭氧處理好氧處理廢水濃度滯留時間BOD除①耗氧菌呼吸

CH3COONa＋2O2→NaHCO3＋H2O＋CO2

△Go＝-848.08KJ/mol②反硝化菌呼吸

5CH3COONa＋8NaNO3→4N2＋7NaHCO3＋3Na2CO3＋4H2O

△Go＝-782.78KJ/mol③硫酸塩還原菌呼吸

CH3COONa＋Na2SO4→2NaHCO3＋NaHS

△Go＝-46.88KJ/mol④產(chǎn)甲烷菌呼吸

CH3COONa＋H2O→CH4＋NaHCO3

△Go＝-29.30KJ/mol以醋酸鹽為代謝基質時可獲取的自由能①耗氧菌呼吸以醋酸鹽為代謝基質時可獲取的自由能以醋酸鹽為代謝基質時可獲取的自由能好氧菌反硝化菌硫酸還原菌甲烷菌能量收支衡算表明：20℃原水，30℃發(fā)酵，100m3/d，活性污泥法耗氧量、供氧效率等取常規(guī)參數(shù)，1270CODmg/L時厭氧與好氧處理能量投入相同。COD小于1270mg/L時，厭氧處理更消耗能量。以醋酸鹽為代謝基質時可獲取的自由能好氧菌反硝化菌硫酸還原菌甲6.4畜禽糞便沼氣工程6.4畜禽糞便沼氣工程復雜有機物碳水化合物，蛋白質，脂類簡單溶解性有機物1水解1發(fā)酵脂肪酸、醇類11H2，CO2CH3COOH22產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌3同型產(chǎn)乙酸菌5產(chǎn)甲烷菌CH4+CO2產(chǎn)甲烷菌4甲烷產(chǎn)量的70%甲烷產(chǎn)量的30%6.4.1沼氣發(fā)酵原理水解發(fā)酵階段產(chǎn)酸產(chǎn)氫階段產(chǎn)甲烷階段液化階段酸化階段氣化階段按降解機理分段：按物性變化分段：1.厭氧消化三階段復雜有機物簡單溶解性有機物1水解1發(fā)酵脂肪酸、醇類11H22.厭氧發(fā)酵中重要菌群之間的生態(tài)關系產(chǎn)酸、產(chǎn)氫菌、硝酸還原菌、硫酸還原菌、甲烷菌等菌群間形成了食物鏈似的生態(tài)關系。甲烷菌和硫酸還原菌利用H2，使氫氣分壓保持很低的水平，象丙酸分解成醋酸、氫氣的反應,只有在氫氣分壓低于10-4atm時，自由能變化才小于零。這種必須與其它菌共存的關系叫共生關系（syntrophicassociation）硫酸還原硝酸還原產(chǎn)甲烷2.厭氧發(fā)酵中重要菌群之間的生態(tài)關系產(chǎn)酸、產(chǎn)氫菌、硝酸還原菌O2好氧菌類硝酸還原菌硫酸還原菌產(chǎn)甲烷菌NO3-SO4-2氧化還原電位降低CO2，H2，C2O2H4空氣反應器中菌群協(xié)作關系：適宜氧化還原電位形成O2好氧菌類硝酸還原菌硫酸還原菌產(chǎn)甲烷菌NO3-SO4-2氧菌群的協(xié)作、共生、競爭關系菌群的協(xié)作、共生、競爭關系水解產(chǎn)酸產(chǎn)氫菌硫酸還原菌產(chǎn)甲烷菌降解，液化CO2，H2，C2O2H4H2醋酸、H2生成菌的生存要求極低的H2分壓競爭共生協(xié)作水解產(chǎn)酸產(chǎn)氫菌硫酸還原菌產(chǎn)甲烷菌降解，液化CO2，H2，C2③硫酸塩還原菌呼吸

CH3COONa＋Na2SO4→2NaHCO3＋NaHS△Go＝-46.88KJ/mol④產(chǎn)甲烷菌呼吸

CH3COONa＋H2O→CH4＋NaHCO3△Go＝-29.30KJ/mol產(chǎn)乙酸產(chǎn)氫菌與硫酸還原菌或產(chǎn)甲烷菌共生，在厭氧消化中十分重要。如若沒有甲烷菌和硫酸還原菌利用H2，使氫氣分壓保持很小，醋酸、H2生成菌無法生存，甲烷菌的共生菌與硫酸還原菌的共生菌相比較，產(chǎn)乙酸產(chǎn)氫速度較慢，這是因為通過共生系可獲得的自由能較少。③硫酸塩還原菌呼吸產(chǎn)乙酸產(chǎn)氫菌與硫酸還原菌或產(chǎn)甲烷3.厭氧消化微生物1）主要發(fā)酵細菌羧菌屬（Clostridium）降解淀粉、蛋白質等有機物，產(chǎn)生丙酮、丁醇、丁酸、乙酸和氫氣。似桿菌屬（Bacteroides）降解纖維素或半纖維素。丁酸弧菌屬（Butyrivibrio）降解脂肪、蛋白質等真細菌屬（Eubacterium）蛋白質、糖類等的分解雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）分解蛋白質等。發(fā)酵細菌很多，以上只列出了見于厭氧消化中的主要的一小部分。這些微生物的主要功能是通過胞外酶的作用將固形有機物水解成溶解有機物，再將可溶性的大分子有機物降解成有機酸、醇等。參考（徐亞同、史家梁、張明，污染控制微生物工程，化工出版社，2001，pp41-47；永井史朗、嫌気性微生物、1993）修改主要功能胞外酶作用固形有機物溶解有機物水解3.厭氧消化微生物1）主要發(fā)酵細菌發(fā)酵細菌很多，以上只列出2）主要產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌互營單細胞菌屬（Syntrophomonas）互營桿菌屬（Syntrophobacter）羧菌屬（Clostridium）暗桿菌屬（Pelobacter）等。這些微生物的主要功能是可將揮發(fā)性脂肪酸降解為乙酸和H2。這些菌的產(chǎn)乙酸、產(chǎn)氫反應，只有在氫分壓很低時才能完成。2CH3CH2COOH+2H2O3CH3COOH+2H2主要功能胞內酶作用揮發(fā)性脂肪酸乙酸和H2降解2）主要產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌這些微生物的主要功能是可將揮發(fā)性脂肪酸降

產(chǎn)甲烷菌是自然界中最古老（36億年左右），分布最廣的一種微生物。不但土壤、湖沼、動物消化道、水田、海水等普通環(huán)境，高濃度鹽湖、深海、溫泉等極限環(huán)境中都有甲烷菌生存。例如，已發(fā)現(xiàn)有可在4MNaCl濃度條件下生存的甲烷菌，可在110℃高溫水體中生存的甲烷菌，甚至適宜生長溫度高達85℃的甲烷菌。產(chǎn)甲烷菌在厭氧水系生態(tài)碳鏈中，使處于最底層的一類微生物。氫氣是大多數(shù)甲烷菌種共同可以利用的基質，也是在厭氧條件下，最普遍存在的能源物質。甲烷菌在400nM光源照射下，發(fā)出藍綠色熒光。利用這一特點，在熒光顯微鏡下，容易識別區(qū)分于其他細菌。甲烷菌的熒光來源于甲烷菌體內的輔酶F420(Methanothrix屬細菌的F420含量較低，熒光不易觀察)3)產(chǎn)甲烷細菌4H2+CO2CH4+H2O3CH3COOHCO2+CH4產(chǎn)甲烷菌是自然界中最古老（36億年左右），分布最廣4H2+CO2CH4+H2O3CH3COOHCO2+CH4氧化還原電位在-400~-150mV之間（另有說法認為必須小于-330mV）1升30℃、pH7.0的水在-330mV時，與大氣平衡的含氧濃度為1.48x10-56分子/升?？梢娡ㄟ^除氧來獲取低電位十分困難。這使得甲烷菌的純分離培養(yǎng)有一定的難度。

產(chǎn)甲烷菌的研究，70年代后期才越來越受到重視，并取得了較快的進展。比如80年時研究發(fā)現(xiàn)的甲烷菌共有4屬11種，世代時間最快的為3小時；到1992年正式發(fā)表的甲烷菌就增加到了19屬59種，世代時間最快的僅為26分鐘。甲烷菌中可代謝乙酸的甲烷菌不過兩屬。大多數(shù)甲烷菌是利用氫氣和二氧化碳生成甲烷。4H2+CO2CH4八疊球菌八疊球菌Methanothrix屬細菌Methanothrix屬細菌在厭氧處理反應器中是最重要的細菌，尤其在上流式污泥床反應器中大量存在。它只能代謝醋酸，其增長速度很慢，世代時間為3-7天。Methanothrix屬細菌Methanothrix屬細菌張燕生-第6章畜禽廢棄物處理與利用匯總課件4.厭氧消化降解的甲烷化1）碳水化合物碳水化合物包括纖維素、半纖維素和淀粉等，屬于多糖類，同時可用(C6H10O5)x表示。這是污水中常見的有機物，其消化過程如下：(C6H10O5)x+（x-1)H2OxC6H12O6xC6H12O6酶發(fā)酵有機酸+醇類有機酸醇類CH3COOH+H2第1階段第2階段這兩階段綜合反應為C6H12O6+2H2O2CH3COOH+4H2+2CO2第3階段2CH3COOH2CH4+2CO24H2+CO2CH4+2H2O4.厭氧消化降解的甲烷化1）碳水化合物(C6H10O5)x上兩階段綜合反應為C6H12O6+2H2O2CH3COOH+4H2+2CO2第3階段2CH3COOH2CH4+2CO24H2+CO2CH4+2H2O凈反應為C6H12O63CH4+3CO2由乙酸分解產(chǎn)生的甲烷約占甲烷總產(chǎn)量的2/3。上兩階段綜合反應為C6H12O6+2H2O2）脂類包括脂肪和油類，也是污水中常見的有機物。其消化過程如下：第1階段第2階段脂肪油類+H2OR-CH2COOH+CH2OHCHOHCH2OH酶脂肪酸甘油CH3(CH2)16COOH=16H2O9CH3COOH+16H2脂肪酸氧化成乙酸和氫氣。例如第3階段9CH3COOH9CH4+9CO216H2+4CO24CH4+8H2O凈反應為CH3(CH2)16COOH+8H2O13CH4+5CO2可見，以脂質為基質時，最終甲烷化氣體中的甲烷含量為72%，其中69%是由乙酸分解產(chǎn)生的。2）脂類第1階段第2階段脂肪+H2O3）蛋白質蛋白質是由氨基酸分子組成的高分子化合物，其消化過程如下：第1階段第2階段蛋白質+H2O氨基酸（R）酶有機酸

CH3COOH+H2第3階段CH3COOHCH4+CO24H2+CO2CH4+2H2O蛋白質水解產(chǎn)生的NH4和CO2可生成NH4HCO3，這可提高消化液的堿度，并提高pH值。有些含硫氨基酸，如胱氨酸、蛋氨酸等，可分解產(chǎn)生H2S、形成臭味和一定的腐蝕性。氨基酸通式為R-C-COOH

NH2

HR-C-COOH

NH2

H發(fā)酵有機酸+NH4HCO3據(jù)蛋白質一般組成計算，沼氣的甲烷含量為73%，且72%來自乙酸。3）蛋白質第1階段第2階段蛋白質+H2O當廢水中有機物濃度較高時，一般BOD5超過1500mg/L時，就不宜用好氧處理，而應該采用厭氧處理的方法。

厭氧處理1kgCOD能產(chǎn)生0.35m3的甲烷；單位容積負荷遠高于好氧系統(tǒng)，產(chǎn)生的污泥量少，運行費用低。因此厭氧處理在畜禽養(yǎng)殖等廢棄物處理中得到廣泛運用。6.4.2厭氧生物處理基本工藝方法集氣設備當廢水中有機物濃度較高時，一般BOD5超過1500mg1）氧化還原電位（ORP）

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，甲烷化反應速度較慢，常是厭氧消化過程的控制階段。應重點滿足產(chǎn)甲烷菌的環(huán)境要求。產(chǎn)甲烷菌一般要求氧化還原電位低于-330nV，此參數(shù)可用于常溫或中溫反應器的設計。在高溫反應器中適宜的氧化還原電位要低得多，一般應低于-500mV。

6.4.3影響厭氧反應器處理效果的主要因素一般溶氧是系統(tǒng)氧化還原電位升高的主要和直接原因。但應注意，氧化劑或氧化物質的存在，同樣可使氧化還原電位升高。如NO3-、SO42-、CrO72-、Fe3+等。1）氧化還原電位（ORP）6.4.3影響厭氧反應器處理效果2）溫度

溫度是影響微生物生命活動的重要因素之一，也是動力學的重要影響因素。好氧生物處理只有一個最適宜溫度，而厭氧生物處理一般存在兩個最適宜溫度。分別為35℃附近和55℃附近。是以產(chǎn)甲烷菌的適宜溫度為主要因素所決定的，而一般厭氧反應器中的甲烷菌以只能分解乙酸的Methanothrix屬為主，其適宜溫度分為35

~

40℃和55

~

65℃兩類。工程上的厭氧反應器有常溫、中溫、高溫三種方式。中溫處理一般為33~38℃，高溫處理為50

~

60℃。突然的溫度變化可使甲烷化嚴重受阻。溫度影響倍增時間2）溫度張燕生-第6章畜禽廢棄物處理與利用匯總課件3）pH值

產(chǎn)甲烷菌適宜的pH值為7.0左右，大體在6.8~7.4之間。厭氧反應器中的pH值，取決于進水的pH值，有機物濃度和三階段微生物群的生命活動過程建立的平衡及緩沖能力。反應器的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。微環(huán)境的pH3）pH值4）有機負荷

在厭氧法中，有機負荷通常是指容積有機負荷，簡稱容積負荷，即消化器單位有效容積每天接受的有機物量[kgCOD/m3.d]。此外也有用污泥負荷表達的，即[kgCOD/kgVSS.d]。厭氧消化過程中，產(chǎn)酸階段反應速率比產(chǎn)甲烷階段反應速率快得多，必須十分謹慎的選擇有機負荷，使揮發(fā)性脂肪酸的生成和消耗不致失調，形成揮發(fā)酸的積累。為保持系統(tǒng)的平衡，有機負荷不能過高。厭氧生物處理可采用比好氧生物處理高得多的有機負荷，一般在5~10[kgCOD/m3.d],甚至可達50[kgCOD/m3.d]。4）有機負荷5）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，常有料液分層現(xiàn)象。攪拌可消除分層，促進基質與微生物間的傳質速度和甲烷、二氧化碳等產(chǎn)物的逸出速度。有些研究認為,攪拌強度不能過大；對于攪拌的頻度，則有完全不同的觀點，即頻頻攪拌為好，還是間歇的適當攪拌為好，存在兩種研究結果與觀點。反對頻頻攪拌的觀點認為，甲烷菌的生長需要相對較寧靜的環(huán)境。5）攪拌和混合6）重金屬重金屬對厭氧系統(tǒng)的毒性作用有較多的研究。金屬毒性作用主要有兩種方式，一是通過與微生物酶的巰基、氨基、羧基等相結合，而使酶失去活性；二是通過金屬氫氧化物凝聚作用使酶沉淀。HS-CH2CH2-SO3H,輔酶M(HS-CoM)Mg(S-CoM)2乙?guī)€基乙烷磺酸近年來的一些研究表明，F(xiàn)e、Ni、Co、W、Mo、Se等金屬元素對厭氧發(fā)酵有促進作用，而且Fe、Ni、Co等元素不足時，會使一些重要的合成酶無法形成，從而使厭氧反應受到嚴重影響。6）重金屬重金屬對厭氧系統(tǒng)的毒性作用有較多的研究。金厭氧微生物的生長繁殖，需要按一定的比例攝取碳、氫、氧、氮、磷及其他微量元素。一般工程上主要控制進料的碳、氮、磷的比例，其它元素不加以控制。一般認為，厭氧法中的碳、氫、磷的比例應控制在200-300：5：1為宜。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，在有機負荷較高等情況下，pH容易下降。相反，若氮源過多，即碳氮比太低，反硝化過程將產(chǎn)生大量的氨，使值升高。當值升高到7.9以上時，會抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，使消化效率降低。7）營養(yǎng)比厭氧微生物的生長繁殖，需要按一定的比例攝取碳、氫、氧當無輔助攪拌時，固體停留時間為30d～60d，有機負荷為1.6kgVS（揮發(fā)性固體）/m3·d；當有輔助攪拌裝置時，水力停留時間一般為6d～30d，有機負荷為8kgVS/m3·d。6.4.4厭氧反應器消化池的特點是在一個池內完成厭氧消化和液體與污泥的分離。沼氣出水排泥污水或污泥普通厭氧反應器（AP）1普通厭氧反應器（AP）當無輔助攪拌時，固體停留時間為30d～60d，有機負荷

厭氧接觸反應器排出的混合液在沉淀池中分離后再回流到反應器中。與普通消化池相比，它不需要很長的水力停留時間或很大的反應器容積。有效處理的關鍵在于污泥沉淀性能和污泥分離效率。該法適用于處理BOD5大于1500mg/L的廢水，出水的BOD5在200mg/L～1000mg/L之間。運行溫度大多數(shù)是在中溫范圍，有機負荷為2.1kg（BOD）/m3·d～5.0kg（BOD）/m3·d或12.5kg（COD）/m3·d～30.0kg（COD）/m3·d。2．厭氧接觸工藝沼氣出水排泥污水或污泥真空脫氣器沉淀池出水回流污泥厭氧接觸反應器排出的混合液在沉淀池中分離后再回流到反應絮狀污泥在上升水流和氣泡的作用下處于懸浮狀態(tài)。絮狀污泥是直徑為1mm～5mm的顆粒，水流均勻分布，避免進水短流。3．厭氧污泥床反應器（ASB）其中上流式厭氧污泥床反應器（UASB）應用普及很快。

UASB由反應區(qū)、沉淀區(qū)和氣室區(qū)組成。廢水從底部經(jīng)配水器均勻分布進入。反應器下部是濃度較高的污泥層，稱為污泥床，污泥床上部是濃度較低的懸浮污泥層。污泥床和懸浮污泥層常統(tǒng)稱為反應區(qū)。

入水三相分離器沼氣上流式厭氧污泥床（USAB)沉淀區(qū)反應區(qū)出水懸浮區(qū)污泥層絮狀污泥在上升水流和氣泡的作用下處于懸浮狀態(tài)。絮狀污泥是6.4.5沼氣發(fā)酵池設計計算306頁的設計的“一般要求”沼氣池容積計算1根據(jù)有機負荷計算：V=QS0/NvV有效容積，m3 Q設計流量，m3．d-1 Nv容積負荷，kg．m-3．d-1（BOD或COD）

S0料液濃度，kg．m-3（BOD或COD） 2根據(jù)水力滯留時間計算：V=Qt t水力滯留時間，d6.4.5沼氣發(fā)酵池設計計算306頁的設計的“一般要求”P310頁：工藝參數(shù)設計中的問題按每頭豬排糞5kg,TS（干物質含量）=25%計算以你們已有的知識能否判斷5kg/頭天與TS=25%是否相互矛盾，造成的誤差如何？作業(yè)：試依據(jù)p274表6-2的數(shù)據(jù)計算1200頭豬糞便的TS量，并與教材310頁的計算相比較P310頁：工藝參數(shù)設計中的問題按每頭豬排糞5kg,TS（6.5污水好氧處理6.5污水好氧處理活性污泥法是利用微生物在生長繁殖過程中形成表面積較大的菌膠團，大量絮凝和吸附廢水中懸浮的膠體或溶解的污染物，并將這些物質攝入細胞體內，在氧的作用下，將這些物質同化為菌體組分，或完全氧化為二氧化碳、水等物質。這種具有活性的微生物菌膠團或絮狀泥粒狀的微生物群體即稱為活性污泥。以活性污泥為主體的廢水處理法就叫活性污泥法。6.5.1活性污泥法活性污泥的微生物有細菌、霉菌和原生動物等組成。細菌是活性污泥中最重要的成員，除一般的球菌、桿菌、螺旋菌外，還有許多比較高級的絲狀細菌。

細菌的種類隨污水性質變化一．活性污泥中的微生物

活性污泥法是利用微生物在生長繁殖過程中形成表面積較大的菌污泥性狀不好時出現(xiàn)的一種原生動物（草履蟲）污泥性狀不好時出現(xiàn)的一種原生動物（草履蟲）污泥狀態(tài)良好時常見到的一種原生動物污泥狀態(tài)良好時常見到的一種原生動物張燕生-第6章畜禽廢棄物處理與利用匯總課件正常發(fā)育的微生物細胞內，存在有蛋白質、碳水化合物和核酸所組成的生物聚合物，這些聚合物是帶有電荷的電解質，所以微生物形成的生物絮凝體，都具有生物特有的物理化學吸附作用和凝聚、沉淀作用，在生物絮凝體與懸浮或膠體狀有機物接觸后，可使后者失穩(wěn)、凝聚，并被吸附在活性污泥表面。1．活性污泥生長曲線與凈化作用菌體很小，只有結合成絮凝體后，才可能有效分離。產(chǎn)堿桿菌、無色桿菌、假單胞菌、黃桿菌都易形成絮凝體。但營養(yǎng)水平高時，細菌活性高，不易結合成絮凝體。相反，細菌活力弱，運動能力差時才較易形成絮凝體。正常發(fā)育的微生物細胞內，存在有蛋白質、碳水化合對數(shù)增殖期，營養(yǎng)豐富，活性高，但由于細菌趨于以最大表面積的游離單體的形式存在，污泥沉降性不好，不易分離。常見于高有機負荷處理。增殖期衰減期內源呼吸期活性污泥生長曲線增殖衰減階段的活性污泥具有較好的凝聚沉降性能。內源呼吸階段，微生物開始代謝菌膠團多糖體或自身原生質，處于饑餓狀態(tài)?；钚晕勰鄟碓从趶U水有機物質，只有將其分離處理才能達到凈化目的。標準活性污泥法衰減期內源呼吸期氧消耗量有機物細胞量高負荷操作活性污泥法廢水處理，主要運行于增殖衰減階段。為了保證高穩(wěn)定的出水，可進行內源呼吸階段運行。與純細菌生長曲線的不同點？何故？對數(shù)增殖期，營養(yǎng)豐富，活性高，但由于細菌趨于以最大表

評價活性污泥的工作狀態(tài)，除了根據(jù)其中微生物種類、數(shù)量來判斷外，還主要根據(jù)以下參數(shù)來分析控制活性污泥的處理過程。（1）混合液懸浮固體（MLSS）

MLSS為1L曝氣池混合液中所含懸浮固體的干重，單位為g/L或mg/L，一般活性污泥的MLSS控制在2g/L～4g/L。MLSS=Ma+Me+Mi+MiiMa:活性污泥中具有活性的細胞部分Me：微生物代謝殘留物，這部分物質無活性難于生物降解。Mi：難于降解的有機物Mii:附著在活性污泥上的無機物（2）混合液揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS）為1L混合液中所含揮發(fā)性懸浮固體（指能被完全燃燒的物質）的重量，單位用g/L表示，為MLSS中的有機物部分。一般城市污水的MLVSS與MLSS之比在0.75～0.85左右。2．活性污泥的重要參數(shù)有機物無機物MLVSS和MLSS是主要用來表示說明微生物量的指標評價活性污泥的工作狀態(tài)，除了根據(jù)其中微生物種類、數(shù)量（3）污泥沉降比（SV）

SV是指一定量的混合液靜置30min以后，沉降的污泥體積與原混合液體積之比，以百分數(shù)表示。正常的污泥在靜置30分鐘后，可達到最大密度，所以SV反映了曝氣池正常運行的污泥量。SV易測且便于說明問題，是評價活性污泥特征的重要指標。一般城市污水的SV值在15%～30%左右。SV應用1000mL量筒測定，用100mL量筒測定值因沉降阻力較大而偏高。沉降5分鐘的污泥的體積差異最大，又可節(jié)省時間，所以有學者建議采用SV5min

（3）污泥沉降比（SV）SV=f(污泥濃度,污泥絮粒大小，絮粒性狀）

SV與污泥濃度成正比關系。SV與污泥絮粒大小的關系如右圖所示，因為沉降過程中小顆粒會不斷結合成大顆粒，最終壓縮相連成大絨團下降，最終體積趨于相同。污泥絮粒性狀主要指形狀、結構、密度及污泥中絲狀菌數(shù)量60120min100%0.1mm0.2mm0.3mmSVSV=f(污泥濃度,污泥絮粒大小，絮粒性狀）SV與

SVI又稱污泥指數(shù)，指曝氣池出口處混合液經(jīng)30min靜置沉降后污泥的體積與干重之比。SVI＝SV(%)x10MLSS(g/L)(mL/g)SVI＝SVMLSS(g/mL)(mL/g)（4）污泥容積系數(shù)（SVI）它反映活性污泥的凝聚性和沉降性，一般SVI控制在50～150之間為好。SVI<100時，沉降性能好、泥水分離好，吸附性能差；SVI＞200時相反，而且表明污泥已發(fā)生膨脹。SVI又稱污泥指數(shù)，指曝氣池出口處混合液經(jīng)30minSVI=f(污泥絮粒大小，污泥絮粒性狀，污泥負荷）污泥絮粒大小與污泥絮粒性狀對SVI的影響與對SV的影響相似。污泥負荷過低時污泥負荷造成SVI升高的常見類型：比表面大的絲狀菌生長快、占主要優(yōu)勢菌膠團的多糖基質被作為營養(yǎng)消耗，絮粒小污泥負荷過高時營養(yǎng)豐富，游離菌生長有利，菌膠團細菌趨于解絮成單體游離菌，以增加比表面。SVI=f(污泥絮粒大小，污泥絮粒性狀，污泥負荷）（5）污泥負荷（Ls）

Ls指單位時間內，單位重量的活性污泥所處理的有機物數(shù)量，用kg（BOD）/kg（MLSS）·d表示。污泥負荷有時也可稱為食物與微生物比值，用F/M表示。Ls在活性污泥處理法的設計中是一個重要指標，Ls過高會引起污泥膨脹，一般Ls取值在0.3d-1～0.6d-1之間。Ts=V·X(Q-Qw)Xe+Qw·XrV曝氣池容積m3 X曝氣池的MLSS濃度kg/m3Q廢水流量m3/d Qw污泥排出量m3/d Xr排放污泥濃度kg/m3

Xe凈化水的污泥濃度kg/m3(很?。?d)≈V·XQw·Xr（6）污泥平均停留時間（Ts）（5）污泥負荷（Ls）Ts=V·X(Q-Qw)Xe+Q除了上述的一些指標外，為了更好地設計或運行，有時還需掌握活性污泥的另一些參數(shù)，如：溶氧量，污泥回流比，污泥灰分，出水懸浮物(ESS)，污泥耗氧速率（OUR）等等。清水二降池剩余污泥曝氣池初沉池回流污泥空氣

Ts值高，意味著F/M低、池容積大，效率低。但由于必須考慮細菌世代時間、排放污泥量和出水質量，也不能過小。一般Ts為3-10天，為較好的除去可溶性有機物應采用較小的Ts，為使污泥有較好的沉降性應采用中等大小的Ts，為減少污泥排放量應采用較長的Ts。對處于穩(wěn)定運行的系統(tǒng)，出水水質是泥齡Ts的單值函數(shù)。除了上述的一些指標外，為了更好地設計或運行，有時還需二活性污泥的性質特征及有關組成性質特征正常工作的活性污泥一般呈黃褐色絮絨狀顆粒有機物占75-85%，主要為微生物，無機物占15-25%粒徑：0.02-0.2mm較大比表面積：20-200cm2/ml含水率較高：＞99%比重：1.002-1.006(一般隨含水率變化)固體物質：＜1%

二活性污泥的性質特征及有關組成性質特征粒徑：活性污泥法一般工藝見下圖。廢水先通過初沉淀池，預先將一些懸浮固體去除掉，然后進入一個有曝氣裝置的容器或構筑物，活性污泥就在這種裝置中將廢水中BOD降解了，并產(chǎn)生新的活性污泥。當BOD降到一定程度時，混合液一齊流入二次沉淀池，進行固液分離，上清液排放，沉淀下來的污泥一部分回流到曝氣池中，一部分作為剩余污泥而排放。普通活性污泥法的曝氣池就像一段河道，池內均勻曝氣，水流為推流式。二降池中有機物很少，污泥微生物處于內源代謝期，回流污泥進入曝氣池與新鮮廢水混合后很快增值，處于對數(shù)增長期后期或穩(wěn)定期。三．活性污泥法基本工藝清水二降池剩余污泥曝氣池初沉池回流污泥空氣活性污泥法一般工藝見下圖。廢水先通過初沉淀池，Complex-mixactivatedsludgereactorwithsurfaceaeration表面曝氣的完全混合活性污泥反應池Complex-mixactivatedsludger張燕生-第6章畜禽廢棄物處理與利用匯總課件四．活性污泥的主要特性（1）具有很強的吸附能力生活污泥在10—-30分鐘內可因吸附作用除去85％-90％的BOD;廢水中的金屬離子，有大約30％-90％能被活性污泥通過吸附除去。（2）具有很強的分解氧化有機物的能力（3）具有良好的沉降能力以上特點從污水處理的角度來看，是十分可貴的。五．活性污泥法的主要優(yōu)點（1）效率高，效果好（2）適用范圍廣（3）方法成熟四．活性污泥的主要特性（1）具有很強的吸附能力五．活性污泥法6.5.2活性污泥法的主要工藝技術6.5.2活性污泥法的主要工藝技術曝氣池2沉池進水回流污泥剩余污泥空氣1.漸減曝氣活性污泥法需氧量廢水推進距離供氧量為了克服供氧與需氧的不平衡，對普通法的另一種改進方法。該方法將供氧量沿著廢水推進方向漸漸減少，從而與同方向逐漸減少的有機物濃度和需氧量相對應。漸減曝氣活性污泥法工藝流程曝氣池2沉池進水回流污泥剩余污泥空氣1.漸減曝氣活性污泥法2.吸附再生活性污泥法2沉池剩余污泥吸附曝氣池再生曝氣池進水出水吸附再生活性污泥法是根據(jù)廢水凈化機理、污泥對有機污染物的初期高速吸附作用，對普通法改進而成。充分接觸、吸附為了更好的吸附污染物，回流污泥用量比普通法多，一般大于50%。此法的再生池僅對回流污泥曝氣（剩余污泥不必再生），故節(jié)約空氣量，可縮小容積。占地少、水負荷變化的適應性強，此法還利于避免絲狀菌大量繁殖和污泥膨脹。缺點是去除率比普通法低，對溶解性有機物較多的工業(yè)廢水處理效果下降。氧化分解、恢復活性2.吸附再生活性污泥法2沉池剩余污泥吸附曝氣池再生曝氣池進再生曝氣池吸附曝氣池二沉池廢水出水合建式吸附再生活性污泥法工藝流程圖再生曝氣池吸附曝氣池二沉池廢水出水合建式吸附再生活性污泥法工3.完全混合活性污泥法出水進水曝氣區(qū)沉降區(qū)曝氣翼輪合建式圓形曝氣沉淀池特點：

混合液在反應灌中充分混合對流流動，曝氣池內各處投機物濃度為均勻一致。可通過對F/M值的調整，控制出水水質等指標。3.完全混合活性污泥法出水進水曝氣區(qū)沉降區(qū)曝氣翼輪合建式圓2沉池剩余污泥出水初沉池進水初沉污泥優(yōu)點：對污水負荷變化適應性強，適于處理較高濃度廢水?？朔似胀ǚü┭跣枨蟛痪娜秉c。缺點：出水水質比普通法差，回流比調節(jié)不方便，操作性能不好。2沉池剩余污泥出水初沉池進水初沉污泥優(yōu)點：對污水負荷變化適應進水期反應期沉降期排水期閑置期4.批式活性污泥法批式活性污泥法（SequencingBatchReactor,簡稱SBR）是國內外近年來新開發(fā)的一種活性污泥法。特點是曝氣池和沉降池合二為一，分批處理廢水?；竟ぷ髦芷谌缦滤居?個階段。特點：結構簡單、投資??；控制靈活、可滿足多種處理要求；活性污泥性狀好、沉降效率高、污泥產(chǎn)率低（尤其有充分的閑置期時，內源呼吸將減少污泥量）；脫氮效果好。進水期反應期沉降期排水期閑置期4.批式活性污泥法批5.生物吸附氧化法（AB法)A段B段隔柵吸附曝氣沉淀沉淀出水回流污泥回流污泥剩余污泥AB法工藝流程本世紀70年代提出該工藝,具有總池容小、造價低、耐沖擊負荷性好、出水水質穩(wěn)定等優(yōu)點。在運行控制與工藝流程方面主要有如下特點：屬于兩段活性污泥法范疇，但通常不設初沉池A、B池的回流污泥截然分開,各級具有組成和功能完全不同的微生物種群。A段繁殖快、世代時間短微生物占優(yōu)勢；B段泥齡長，可生化性、硝化性好。A級為高負荷運行，污泥負荷率達2-60kgBOD/kgMLSSd,平均泥齡較短（0.3-0.5d），對不同進水水質，A級可選用好氧或缺氧方式運行。B級則以低負荷運行，污泥負荷率小于0.3kgBOD/kgMLSSd，泥齡為15-20d。5.生物吸附氧化法（AB法)A段B段隔柵吸附曝氣沉淀沉淀出屬于延時曝氣法（完全氧化活性污泥法）。既長時間曝氣的活性污泥法。通常在斷續(xù)地延時曝氣方式下使用低負荷運行，污水停留時間長，污泥負荷低。5氧化溝工藝回流污泥至二沉池進水卡羅塞爾(carrousel)氧化溝示意圖污水在氧化溝渠道內循環(huán)流動。曝氣裝置分區(qū)段設置，起推動水流、維持紊流狀態(tài)和曝氣作用。氧化溝為連續(xù)循環(huán)式反應池，是活性污泥法的改型，延時曝氣的特殊形式。屬于延時曝氣法（完全氧化活性污泥法）。既長時間曝氣的3間斷曝氣方式，存在好氧缺氧和厭氧區(qū)段，具有脫氮的功能。動力消耗低。污泥沉降性能好；污泥產(chǎn)量少；氧化溝的特點完全混合式模型反應器,同時具有推流式特點。耐沖擊負荷好運行負荷低，處理深度大，去除率高、處理效果穩(wěn)定。3間斷曝氣方式，存在好氧缺氧和厭氧區(qū)段，具有脫氮的功能。氧活性污泥法設計的主要內容曝氣池污泥回流部分

污泥沉淀部分曝氣池體積需氧量與供氣量：由污泥負荷與曝氣設備決定曝氣設備系統(tǒng)選擇：由充氧量和供氣量選取回流污泥量剩余污泥量回流系統(tǒng)的確定池型選定工藝計算6.5.3活性污泥法曝氣池容積計算基本方法活性污泥法設計的主要內容曝氣池污泥回流部分污泥沉淀部分Q×△BODV=Ls×N=Q×△BODLvLs—污泥負荷，kgBOD/kgMLSS·dQ—設計水量.m3/dN—曝氣池中的污泥濃度，mg(ML(V)SS)/L△BOD—去除的BOD，即進出水的BOD5之差，mg/LLv—反應器容積負荷，kgBOD/m3·d曝氣池體積V曝氣池主要參數(shù)設計計算Q×△BODV=Ls×N=Q×△BODLvLs—污泥負荷Ts=V·X(Q-Qw)Xe+Qw·XrV曝氣池容積m3 X曝氣池的MLSS濃度kg/m3Q廢水流量m3/d Qw污泥排出量m3/d Xr排放污泥濃度kg/m3

Xe凈化水的污泥濃度kg/m3(很?。?d)≈V·XQw·Xr污泥平均停留時間齡（Ts）Ts=1a·Ls-b或者：a——污泥增殖系數(shù)，0.5-0.7b——污泥自身氧化率，0.04-0.1Ts=V·X(Q-Qw)Xe+Qw·XrV曝氣池曝氣池需氧量O=A·Q·△BOD+B·V·NA一般為0.42-0.53，與水質有關B一般為0.11-0.18，與污泥性質有關N為MLSS濃度，kg/m3如果不是生活污水，最好實驗確定A與B值，曝氣池需氧量O=A·Q·△BOD+B·V·NA一新型曝氣器轉碟（或轉盤）曝氣器盤式曝氣器管式曝氣器新型曝氣器轉碟（或轉盤）曝氣器hf1=hfAB+hfBC+hfC1

hf2=hfAB+hfB2hf3=hfA3∵需要曝氣均勻∴令hf1=hf2=hf3簡單方法：未端分流起點與最遠端曝氣器間壓頭損失＜曝氣器壓頭損失的10%hf1=hfAB+hfBC+hfC1簡單方法：未端分流設備系統(tǒng)充氧效率水力計算鼓風機風量、功率鼓風機房、機組配置、調節(jié)方式設備系統(tǒng)充氧效率鼓風機風量、功率鼓風機房、機組配置、調節(jié)方式h=H/(n-1)H—擬提升高度，m；n—密度系數(shù)，活性污泥回流一般用2～2.5

升液管在回流槽中最小浸沒深度(h)可按下式計算：空氣量W[m3/h]按下式計算：

W=K×Q×H/{23×n×lg[（h+10）/10]}

K—安全系數(shù)，一般取1.2；Q—每個升液管設計提升流量，m3／h；n—效率系數(shù)，一般取0.35—0.50空氣壓力應大于浸沒深度h至少0.3m。一般空氣管最小直徑25mm，管內流速8-10m/s。升液管最小管徑75mm，流速按汽水混合液計2m/s。h=H/(n-1)升液管在回流槽中最小浸沒深度(h)可按下式問題從活性污泥曝氣池中取混合液500mL，盛于500mL量筒中，30min后沉淀污泥量為150mL，試計算：（1）活性污泥的沉降比（2）如果曝氣池中污泥濃度（MLSS）為1500mg/L，計算其污泥體積指數(shù)。你認為該曝氣池的運行是否正常？問題從活性污泥曝氣池中取混合液500mL，盛于500mL量筒氧化溝設計計算基本構造組成：溝體、曝氣設施、進出水裝置、導流裝置常規(guī)設計參數(shù)：pH6-9;溫度10-25℃；環(huán)流速度0.4ｍ/s；有效容積計算：V=VC+VN好氧區(qū)容積VC可按照活性污泥法動力學公式計算氧化溝缺氧區(qū)容積VN可按照脫氮要求計算氧化溝設計計算基本構造組成：溝體、曝氣設施、進出水裝置、導流當不要求脫氮時：V=VC=[YQ（S0-Se)θc]÷

[X(1+kdθc)]Y：產(chǎn)率系數(shù)（kgVSS/kgBOD5），試驗或經(jīng)驗值S0、Se：進、出水BOD5濃度（mg/L)。X:污泥（揮發(fā)性懸浮固體）濃度（mg/L），經(jīng)驗或試驗值Q：污水流量（m3/d)θc：泥齡（d），經(jīng)驗值kd：內源呼吸系數(shù)（1/d)，經(jīng)驗或試驗值當不要求脫氮時：教材p298頁:表6-8這樣的資料對于工藝設計很重要。設計步驟的第3條與第5條應加以注意，以免出錯。教材p298頁:6.6厭氧生物處理的工藝設計舉例1：工藝流程和設備選擇2：厭氧反應器設計3：熱量計算厭氧處理系統(tǒng)設計明確任務，確定基本設計參數(shù)——考察、溝通注意：本節(jié)內容重點是設計思路，注意融會貫通的思維方法6.6厭氧生物處理的工藝設計舉例1：工藝流程和設備選擇厭氧方法特點優(yōu)缺點傳統(tǒng)消化法降解與固液分離均在反應器內完成設備簡單；HRT長，池容大，泥水分離不好生物濾池生物膜法，適于低懸浮物廢水設備簡單，能耗低，負荷能力較高，出水固體量少；易堵塞，填料費用較高厭氧接觸法設沉淀池，反應器設攪拌器，完全混合型抗沖擊負荷能力好，運行穩(wěn)定，一般無懸浮物濃度或堵塞問題；總容積較大，泥水分離受負荷影響UASB消化與固液分離均在反應器內完成，生物量高，推流型負荷率高，容積小，能耗低，不需攪拌；操作彈性較低，抗沖擊負荷能力低，構造復雜兩段發(fā)酵法酸化與甲烷化在各自工藝條件下進行高負荷、耐沖擊、運行穩(wěn)定；設備多，操作運行復雜6-6-1工藝流程和設備選擇方法特點優(yōu)缺點傳統(tǒng)消化法降解與固液分離均在反應器內完成設備簡Q：廢水流量m3/dS0：有機物濃度gBOD/L，或kgCOD/m3U：容積負荷率kgBOD/m3d國內多采用經(jīng)驗法一、反應器容積計算VR=QS0UVR反應器容積入水三相分離器沼氣上流式厭氧污泥床（USAB)沉淀區(qū)反應區(qū)出水懸浮區(qū)污泥層6-6-2UASB反應器設計方法Q：廢水流量m3/d國內多采用經(jīng)驗法一、反應器容積計算VR選擇高度H面積A=V/H考慮合適的形狀圓罐矩形池三相分離器設計一般高度：5~8米（與污水性質有關）典型設計例：COD幾乎%可溶性——8米；COD部分可溶——6米；生活污水——5米影響到污泥床：懸浮床：分離區(qū)≈1左右（考察新成果）選擇高度H面積A=V/H考慮合適的形狀圓罐三相分離器設計一般二、反應器進水分配系統(tǒng)設計1、樹枝管式2、穿孔管式3、多管多點式4、上給式水利計算：各路阻力相等，流量相同實例之一為什么常要求最小出口速度？比如典型速度低限2m/s二、反應器進水分配系統(tǒng)設計1、樹枝管式2、穿孔管式3、多管多入水三相分離器沼氣上流式厭氧污泥床（USAB)沉淀區(qū)反應區(qū)出水懸浮區(qū)污泥層b1b2結構形式、尺寸特征、基本要求三、反應器三相分離器設計入水三相分離器沼氣上流式厭氧污泥床（USAB)沉淀區(qū)反應區(qū)出沉淀區(qū)水流上升速度ul=VRθARθAR反應器面積水力停留時間舉例：Vg=aX-n[m/h]X污泥濃度[g/L]a,n,試驗或經(jīng)驗常數(shù)懸浮層污泥沉降過程為擁擠沉降，污泥的界面沉降速度沉淀區(qū)進水口水流上升速度小于2*m3/m2h沉淀室平均表面負荷率小于0.7*m3/m2h沉淀區(qū)水流上升速度ul=VRθARθAR反應器面積水力停留顆粒污泥的沉降速度可用Stoke’s公式計算[（ρp-ρl

）gd2]νg=18μρlνgdRe=<0.2μ0.2<Re<500500

<Reνg=νg=顆粒污泥的沉降速度[（ρp-ρl）gd2]νg=1Xmax=[VR/(188.6θAmin)]-(1/2.006)設Xmax為vg=umax時的極限污泥濃度umax=ARAminulumax=VRθAR或Amin回流縫過水斷面積[（ρl-ρg

）βgd2]νb=18μ氣泡上升速度β碰撞系數(shù)，可取為0.95[cm/s]Re<1時Xmax=[VR/(188.6θAmin)]-沉淀區(qū)設計升流速度ul不大于顆粒污泥沉降速度沉淀區(qū)設計水深應>1m沉淀區(qū)設計水力停留時間θ以1~1.5h為宜注意用于你的設計方法的設計原則或基本要求沉淀區(qū)設計升流速度ul不大于顆粒污泥沉降速度注意用于你的設四、反應器排泥設計出口位置：底部、1/2高度處、分離器下0.5米處等都有典型做法：上中下設多個排泥裝置；面積很大時，10m2設一個排泥點；管徑不小于200mm四、反應器排泥設計出口位置：底部、1/2高度處、分離器下0.其他項目設計概要出水渠、益流堰；集氣設計檢修孔，取樣管等防腐措施安全設計（例如防火、防爆、沼氣系統(tǒng)安全）思考：為何設計三角形的溢流堰其他項目設計概要出水渠、益流堰；思考：為何設計三角形的溢流堰6-6-3熱量計算消化池所需熱量Q=散熱量Q1+料液加熱量Q2Q1=KA（t2-t1)一般鋼筋混凝土外加保溫時，K=20~25[kj/hm2℃]散熱量Q1+料液加熱量Q2=處理量（kg/h）×濃度（TS%）×產(chǎn)氣率（m3/kgTS)×沼氣低熱值×去除率（△TS%）×燃氣設備熱效率（%）×換熱效率（%）沼氣供熱時：6-6-3熱量計算消化池所需熱量Q=散熱量Q1+6.7好氧堆肥處理6.7好氧堆