第五章 5 (1).1 厭氧生物處理技術講解

第五章

污水的厭氧生物處理

5-1厭氧生物處理技術

5-2污水的厭氧處理工藝污水的生化處理法按氧的利用方式不同：好氧生物處理厭氧生物處理按微生物在水中的集聚狀態(tài)不同：懸浮生長系統(tǒng)固定膜系統(tǒng)（活性污泥法）（生物膜法）污水生物處理厭氧處理好氧處理廢水濃度水力停留時間有機容積負荷能耗主要副產(chǎn)物5-20天3-10小時7~45kgBOD/（m3?d

）高質燃料中、

濃度低濃度高出十倍剩余污泥高低0.4~1.0kgBOD/（m3?d

）BOD:N:P=100:5:1BOD:N:P=200~400:5:1營養(yǎng)物需要5-1厭氧生物處理技術5-1厭氧生物處理技術按降解機理分段：1.

厭氧消化的機理（1）定義：廢水的厭氧生物處理是指在無氧條件下通過厭氧微生物(anaerobicmicrobes)(專性厭氧菌和兼性菌）的作用，分解廢水中的各種復雜有機物，最終產(chǎn)物是甲烷(methane)和二氧化碳(carbondioxide)等物質的過程，也稱為厭氧消化(anaerobicdigestion)（2）厭氧消化過程

有機物要經(jīng)過水解，產(chǎn)酸等多種不同的微生物降解過程，最終由產(chǎn)甲烷細菌作用而生成甲烷和二氧化碳。①厭氧消化的兩階段理論：

酸性發(fā)酵階段：消化液的pH迅速下降，轉化產(chǎn)物中有機酸和醇是主體

甲烷發(fā)酵階段：產(chǎn)生消化氣，主體是CH4酸性發(fā)酵階段甲烷發(fā)酵階段5-1厭氧生物處理技術復雜有機物碳水化合物，蛋白質，脂類簡單溶解性有機物水解發(fā)酵脂肪酸、醇類H2

，CO2CH3COOH產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌同型產(chǎn)乙酸菌

另一組產(chǎn)甲烷菌CH4+CO2一組產(chǎn)甲烷菌甲烷產(chǎn)量的70%甲烷產(chǎn)量的30%水解發(fā)酵階段水解發(fā)酵菌主要是專性厭氧菌和兼性厭氧菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下產(chǎn)甲烷階段兩組生理上不同的產(chǎn)甲烷菌按降解機理分段：②厭氧消化的三階段理論5-1厭氧生物處理技術③

厭氧消化的4階段理論按降解機理分段：2.

厭氧消化的影響因素（1）溫度根據(jù)甲烷菌對于溫度的適應性，可分為中溫甲烷菌和高溫甲烷菌兩類。中溫處理一般為33-36℃，高溫處理為50-55℃。兩區(qū)之間的溫度，反應速度反而減退。工程上的厭氧反應器有常溫、中溫、高溫三種方式，分別稱為常溫消化、中溫消化和高溫消化。厭氧發(fā)酵對溫度突變比較敏感，一般允許范圍為±1.5-2.0℃。突然的溫度變化會抑制消化速率，可使甲烷化嚴重受阻。

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，常作為厭氧消化過程的控制階段，反應條件應重點滿足甲烷菌的環(huán)境要求。5-1厭氧生物處理技術按降解機理分段：2.

厭氧消化的影響因素（2）pH及堿度產(chǎn)甲烷菌適宜的pH值為7.0左右，大體在

6.5-7.5之間。在消化系統(tǒng)中，如果水解發(fā)酵階段與產(chǎn)酸階段的反應速率超過產(chǎn)甲烷階段，則pH會降低，影響甲烷菌的生活環(huán)境。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。消化系統(tǒng)中，消化液有一定的緩沖作用，緩沖劑是有機物分解過程中產(chǎn)生的，即消化液中的CO2（碳酸）及NH3（以NH3和NH4+的形式存在）。重碳酸鹽（HCO3-）與碳酸H2CO3組成緩沖溶液。5-1厭氧生物處理技術按降解機理分段：2.

厭氧消化的影響因素（3）氧化還原電位（ORP）氧化還原電位是指一個體系中氧化劑和還原劑的相對強度，表示溶液的氧化或還原反應的能力，以伏特或毫伏來計量。甲烷菌對氧化還原電位的要求一般為-330mV以下，但這個氧化還原電位通常是指常溫條件的數(shù)值?？捎糜诔鼗蛑袦胤磻鞯脑O計與運行管理指標。但是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。一般情況下，氧的溶入是引起發(fā)酵系統(tǒng)的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。5-1厭氧生物處理技術按降解機理分段：2.

厭氧消化的影響因素（4）營養(yǎng)比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、氮、磷的比例應控制在200-400：5：1為宜（好氧法中BOD5：N：P=100：5：1）。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，氨化和反硝化過程將產(chǎn)生大量的氨，使pH值升高。當pH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。5-1厭氧生物處理技術按降解機理分段：2.

厭氧消化的影響因素（5）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，一般厭氧法為7~45[kgBOD/m3

?

d]，好氧法為0.4~1.0[kgBOD/m3?d]

。5-1厭氧生物處理技術按降解機理分段：2.

厭氧消化的影響因素（6）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。攪拌的方法一般有：泵加水射器攪拌法；消化氣循環(huán)攪拌法和混合攪拌法等。5-1厭氧生物處理技術按降解機理分段：2.

厭氧消化的影響因素（7）有毒物質

①重金屬重金屬離子對甲烷消化的抑制作用有兩個方面：與酶結合，產(chǎn)生變性物質，使酶的作用消失；某些重金屬離子及其氫氧化物的絮凝作用，使酶沉淀。

②陰離子的毒害作用主要是指硫化物。硫酸鹽濃度超過5000mg/L，即有抑制作用。硫過多，消化液中過多的H2S將釋放出進入消化氣中，降低消化氣質量并腐蝕管道。③氨的毒害作用當NH4+濃度超過150mg/L時，消化受到抑制。④氧氧對甲烷菌的毒害可分為兩個階段，即抑菌階段和殺菌階段。

5-1厭氧生物處理技術按降解機理分段：3.厭氧生物處理的優(yōu)點（1）是非常經(jīng)濟的技術。（2）是節(jié)能的技術。（3）高效性。（4）剩余污泥量少。（5）對營養(yǎng)物的需求量小。（6）易管理。（7）靈活性。（8）水溫適應范圍大。5-1厭氧生物處理技術按降解機理分段：3.厭氧生物處理的不足（1）厭氧微生物對有毒物質較為敏感。因此，對于有毒廢水的性質了解不足或操作不當，就可能導致反應器運行條件的惡化。近年來人們發(fā)現(xiàn)，厭氧菌經(jīng)馴化后可以極大地提高自身對毒性物質的耐受力。（2）需要后處理。厭氧生物處理法雖然負荷高、去除有機物的絕對量與進液濃度高，但其出水中的COD濃度高于好