《第五章厌氧生物处理 》-精选课件（公开PPT）

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1、第五章 厌氧生物处理,传统：废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物 (包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。 广义：指在无氧条件下通过厌氧微生物 (包括兼氧微生物）的作用，将废各种有机物或无机物加以转化的过程。,5.1 概述,一、厌氧生物处理的发展,1.发展概述 （1）初级阶段（20世纪20年代以前） 用途：废水粪便处理 代表：自动净化器、化粪池 特点：水力停留时间很长，出水水质较差,（2）第二阶段（20世纪50年代以前） 用途：污泥稳定化 代表：普通消化池 特点：可加温和搅拌； HRT=SRT，由于厌氧微生物生长缓慢

2、，固体停留时间长，使得水力停留时间太长，一般为十几天以上，消化池占地和容积太大，基建费用高。,圆筒形厌氧消化池,蛋形厌氧消化池,（3）第三阶段（20世纪50年代以后） 用途：污水能源资源化，有机废水废渣处理 代表：厌氧接触法，升流式厌氧污泥层工艺 特点：能将固体停留时间和水力停留时间分开，使得反应器内SRT可达上百天，HRT仅为数天甚至数小时； 一般只适应处理中高浓度的有机废水，对低浓度废水由于产气量小，搅拌强度小，使得污泥不能很好悬浮，泥水接触不均，有效处理容积大为减弱。,（4）第四阶段（高效） 改进：保持污水和活性污泥的良好接触，加强传质效果，大大提高反应器的容积利用率，抗负荷冲击能力强。

3、 代表：厌氧颗粒污泥膨胀床、复合式厌氧反应器 特点：水力停留时间短，容积负荷高，可间歇性运行，对温度的适应能力强，对有毒物质和抑制性化合物具有较强缓冲能力，出水水质较好。,2.应用现状 （1）废水处理 优点：厌氧处理作为初级处理与好氧处理联合使用，降低处理费用。 （2）污泥垃圾处理 优点：消化产生沼气，剩余物喂蚯蚓或作土壤改良剂，可减少寄生虫卵和大肠菌群。 （3）秸秆等生物质的资源化和能源化 优点：发酵产沼气。,二、厌氧生物处理的发展趋势,应用的关键：提高厌氧生物处理能力和稳定性。 途径： 提高反应器中生物持有量。 利用厌氧生物处理中微生物种群的特点，实现相分离。 研制反应器使之形成特殊的水力

4、流态，创造厌氧微生物的最适生态条件。,5.2 厌氧生物处理的基本原理,一、两阶段理论,1.产酸阶段 2.产甲烷阶段,二、三阶段理论,1.水解发酵阶段 2.产酸脱氢阶段 3.产甲烷阶段,1.水解阶段,2.产酸发酵阶段,3.产氢产乙酸阶段,4.产甲烷阶段,三、四阶段理论,厌氧生物处理的微生物,产酸发酵菌群,多为兼性厌氧或专性厌氧细菌，其主要功能是： 首先通过胞外酶的作用将不溶性有机物水解成可溶性有机物； 再将可溶性有机物转化为乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等有机酸及乙醇、CO2、H2等。 研究表明，该类细菌对有机物的水解比较缓慢，但产酸反应速率较快。,厌氧生物处理的微生物,产氢产乙酸菌群,绝对厌氧或兼性厌

5、氧细菌，可将前面步骤产生的挥发性有机酸转化为乙酸、H2 、CO2。 产氢产乙酸顺序：乙醇乳酸丁酸丙酸,厌氧生物处理的微生物,产甲烷细菌,产甲烷细菌是严格专性厌氧细菌，其生存环境要求绝对无氧； 产甲烷细菌属古细菌，一类可利用乙酸转化为甲烷和CO2，另一类利用H2还原CO2合成甲烷； 对环境（温度、pH、有毒物质）影响非常敏感，氧和氧化剂有毒害作用； 生长特别缓慢。,厌氧生物代谢过程示意图,四、其他厌氧生物处理过程,1.硫酸盐还原过程 厌氧条件下，化能异养型硫酸盐还原菌（SRB）利用废水中的有机物作为电子供体，将氧化态硫化合物（硫酸盐、硫代硫酸盐等）还原为硫化物（HS-、H2S、S2- ）的过程。

6、 2.反硝化与厌氧氨氧化 （1）生物反硝化 无氧或缺氧条件下，污水中的NO3-N和NO2-N被反硝化菌还原转化为N2的过程。 （2）厌氧氨氧化 无氧环境中，同时存在NH4+和NO2-时，在厌氧氨化细菌的作用下，NH4+作为反硝化的无机电子供体，NO2-作为电子受体，生成N2。,五、厌氧生物处理的特点,1.优点 （1）产泥量少，为好氧法的20-50%。 （2）能耗少，运行费用低，为好氧法的10%。 （3）营养盐需要少，COD:N:P=500:5:1。 （4）产生甲烷，生物能。 （5）可消除气体排放的污染。 （6）可承受较高有机负荷和容积负荷：5-60 COD/m3d，占地省；可降解难生物降解有机

7、物。 （7）应用范围广：高浓度有机废水，污泥，好氧法难处理的有机物。 （8）厌氧污泥可长期储存，添加底物后可快速响应，可间歇运行。,2.缺点 （1）启动与处理时间长，处理过程的反应复杂，反应速度较慢，产能少，因而新细胞合成速度慢。 （2）有时需提高碱度。 （3）处理程度达不到排放标准，需要进一步处理。 （4）对温度、pH等环境因素更为敏感，低温下降解速率低。 （5）产生臭味和腐蚀性物质。 （6）不能除磷，厌氧放磷好氧吸磷。 （7）处理高、低浓度有机废水时，生产运行经验及理论研究尚欠成熟。,好氧生物降解与厌氧生物降解的比较,5.3 厌氧微生物生态学,一、影响产酸细菌的主要生态因子,1.pH和碱度

8、：67 2.ORP：-200-300mV 3.温度：350C+ 4.水力停留时间和有机负荷：560kgBOD/(m3d),二、影响产甲烷细菌的主要生态因子,1.pH和碱度,产甲烷菌pH 6.57.5,2.氧化还原电位ORP（溶解氧）,-300-500mV,3.负荷率,厌氧反应的负荷率决定厌氧反应池的容积。,温度与有机物负荷、产气量关系,5.污泥浓度,一般介于1030gVSS/L之间。,6.接触与搅拌,COD:N:P=500:5:1,7.营养和C/N比,8.有毒有害物质（生物抑制性物质）,重金属 氨氮：50200mg/L有益；2001000mg/L不利；15003000mg/L抑制；3000mg

9、/L有毒。 硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐 一定浓度的有毒有机物：酚、氰、甲醛、氯仿等,对厌氧消化具有抑制作用的物质,产酸菌和产甲烷菌的特性参数,三、影响硫酸盐还原菌的主要生态因子,1.温度：中温段：30350C 高温段：50700C 2.pH：6.58.0 3.ORP：1.5 5.盐度：嗜盐性菌：pH=7.6 非嗜盐性菌：pH=7.1,四、厌氧生物处理过程中微生物的相互关系,1.产酸细菌为产甲烷细菌提供底物 2.产酸细菌为产甲烷细菌创造了适宜的氧化还原电位 3.产酸细菌为产甲烷细菌清除了有毒物质 4.产甲烷细菌为产酸细菌解除了反馈机制 5.产酸细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的pH,5.4 升流

10、式厌氧污泥层工艺UASB,Upflow Anaerobic Sludge Bed Reactor （70年代，荷兰）,世界范围内厌氧工艺的应用情况 （截止1999年3月共1303个项目）,国内厌氧反应器的应用（共219个项目）,一、悬浮生长厌氧生物处理法,1.完全混合悬浮生长厌氧消化池 特点：无污泥回流，HRT=SRT=1530d； 生物持有量少，代谢速率低。 适用范围：固体含量高及溶解性有机物浓度高的废水。,2.厌氧接触法,特点：增加了污泥分离和回流装置，使SRTHRT 优点： 水力停留时间短，常温下小于10天，池容小； 反应器内维持较高的污泥浓度，一般可达5000-10000mgVSS/L

11、； 混合液经沉降后，出水水质好。 缺点： 污泥颗粒细小，并易夹带沼气气泡，污泥沉降效果较差； 需设脱气装置，运行复杂。 适用范围：高浓度及中等浓度有机废水。,二、UASB反应器的工作原理与构造,悬浮污泥区,颗粒污泥区,1.UASB反应器构造 （1）进水配水系统 功能：均匀布水，搅拌功能。 （2）反应区 组成：颗粒污泥区和污泥悬浮区 功能：进行厌氧反应，UASB反应器的核心。 （3）三相分离器 组成：沉淀区、集气室（或称集气罩）和气封 功能：把气体（沼气）、固体（颗粒污泥）和液体分离。 （4）出水系统 组成：溢流槽、出水管 功能：均匀收集沉淀后的处理出水并排出反应器。 （5）排泥系统 功能：定期

12、均匀地排除反应区的剩余厌氧污泥。,2.UASB反应器的型式,断面形状多为圆形或矩形，矩形断面便于三相分离器的设计和施工； 常为钢结构或钢筋混凝土结构； 一般不加热，多采用保温措施；必须采取防腐措施。 主要有两种型式：开敞式UASB反应器 封闭式UASB反应器,矩形反应器三相分离器 圆形反应器三相分离器,宏大淀粉厂采用 组合式三相分离器,冀东制药厂采用 多级组合式三相分离器,用玻璃钢制成 的三相分离器,（1）开敞式UASB反应器,顶部不加密封，或仅加一层不密封的盖板； 多用于处理中低浓度的有机废水； 构造较简单，易于施工安装和维修。,（2）封闭式UASB反应器,顶部加盖密封，其池顶可以做成浮盖式

13、； 在液面与池顶之间形成了气室； 适用于处理高浓度的有机废水。,三、UASB反应器中的颗粒污泥（核心） 1.颗粒污泥的外观,形状：多种多样，呈卵形、球形等； 直径：平均为1mm,一般为0.1-2mm，最大可达3-5mm； 颜色:多为黑色、灰色、灰白色，其它还有淡黄色、暗绿色、红色等。,2.颗粒污泥的组成,（1）无机物：灰分含量受接种污泥、进水水质等的影响，为855%。,（2）各类微生物：产酸发酵菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌，或硫酸盐还原菌等。 优势产甲烷菌有：索氏丝状甲烷菌、马氏和巴氏甲烷八叠球菌等。 （3）胞外多聚物：黏质层,3.形成颗粒污泥的意义,（1）污泥颗粒化可提高厌氧污泥的沉降性能，防

14、止污泥流失，保持反应器中有高的污泥浓度； （2）颗粒污泥可长期滞留在反应器中，在HRT较短的情况下，仍可具有很长的SRT； （3）在颗粒污泥中，产甲烷菌主要集中在颗粒的内部，而产酸菌主要在颗粒的表层，这种结构为产甲烷菌提供了一个保护层或缓冲层； （4）厌氧颗粒污泥是各种厌氧菌聚集在一起的微生物团粒，是个微小的生态群落，各类细菌之间距离相对很近，可提高种间氢的转移速率，产甲烷活性高。,（1）投产启动阶段应遵循的原则： 最初污泥负荷：0.1-0.2kgCOD/(kgSSd)； 废水中原有和产生的挥发酸未分解之前，不应增加负荷。进水浓度过高时，可回流或稀释；溶解性COD去除率大于80%时，应及时提高

15、负荷； 反应器内的环境条件应控制在有利于厌氧菌繁殖的范围内； 接种污泥：接种量为10-15kgVSS/m3； 水力上升流速：0.4-1.0m/h，产生水力分级作用，淘汰絮状污泥和分散的细小污泥。,4.UASB反应器的投产启动和颗粒污泥的培养,（2）颗粒污泥的形成过程： 第一阶段（启动与污泥活性提高阶段）：有机负荷 1kgCOD/(m3d)，污泥负荷0.1-0.2kgCOD/(kgSSd)，运行时间约需1-1.5个月； 第二阶段（颗粒污泥形成阶段）：有机负荷=1-3kgCOD/(m3d)，污泥负荷为0.2-0.4kgCOD/(kgSSd)，运行时间约需1-1.5个月； 第三阶段（颗粒污泥层成熟阶

16、段）：有机负荷3-5 kgCOD/(m3d)，运行时间约需3-4个月。,颗粒污泥形成初期时的扫描电镜照片（运行第77天）,颗粒污泥基本成熟后的扫描电镜照片（运行第120天）,颗粒污泥成熟后的扫描电镜照片（运行180天）,5.影响污泥颗粒化的因素,（1）接种污泥：稠密 （2）废水的性质 底物种类：易降解废水 COD浓度：较低，4000-5000mg/L 悬浮物含量：2g/L （3）反应器的工艺条件：温度、SRT、负荷 6.影响颗粒污泥直径大小的因素：有机负荷,四、UASB反应器的结构设计,1.反应器容积,2.反应器截面积和高度,上升流速：,反应器高度：,3.进水配水系统,（1）树枝管式配水系统 （2）穿孔管配水系统 （3）多点多管配水系统,对于溶解性污水，允许最大上升流速为3m/h； 对于部分溶解性污水，可取1.0-1.25 m/h； 对于城市污水，可取0.8-1.0 m/h。,树枝管式配水系统,穿