[工学]厌氧生物处理

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1、第七章厌氧生物处理? 概述? 厌氧生物处理的基本原理? 厌氧生物处理的影响因素? 厌氧生物处理工艺与反应器? 厌氧工艺设计概述? 定义? 厌氧生物处理的特点返回? 厌氧生物处理的应用条件定义：在无分子氧条件下，厌氧菌、兼 性菌将有机物质降解至低化合态氧的过 程。例如：化粪池处理粪便污水即是简 单的污水，污泥消化处理。定义：在无分子氧条件下，厌氧菌、兼 性菌将有机物质降解至低化合态氧的过 程。例如：化粪池处理粪便污水即是简 单的污水，污泥消化处理。返回适用范围：高浓度水量，有机污泥的处 理。适用范围：高浓度水量，有机污泥的处 理。概述概述优点：能耗少、运行费低；污泥产量少；营 养盐需要量少；产生

2、甲烷，可作为潜在的能 源；消除气体排放的污染；可承受较高的有 机负荷和容积负荷缺点：生物量启动周期长；有时需要提高碱 度；需进一步通过好氧处理达到排放要求； 低温条件下降解速率低；对某些有毒物质敏 感；产生臭味和腐蚀性物质优点：能耗少、运行费低；污泥产量少；营 养盐需要量少；产生甲烷，可作为潜在的能 源；消除气体排放的污染；可承受较高的有 机负荷和容积负荷缺点：生物量启动周期长；有时需要提高碱 度；需进一步通过好氧处理达到排放要求； 低温条件下降解速率低；对某些有毒物质敏 感；产生臭味和腐蚀性物质返回返回概述概述概述概述应用条件应用条件1、高浓度有机物、高浓度有机物2、合适的碱度，以中和第一阶

3、段的产物。、合适的碱度，以中和第一阶段的产物。3、无毒物抑制。、无毒物抑制。4、良好的底质。、良好的底质。5、良好的接触条件。、良好的接触条件。6、较高的反应温度。、较高的反应温度。返回厌氧生物处理的基本原理? 厌氧消化的二阶段理论? 厌氧消化的三阶段理论有机物+ 厌氧菌+ 兼性菌有机酸、醇、CO2、HCH4、CO2、NH3-N、H2S合成细胞二阶段理论酸性发酵阶段碱性发酵阶段产甲烷菌功能微生物:兼性菌,如丙酮乙醇 芽杆孢菌、淀粉芽杆孢菌等功能微生物:厌氧 菌,如甲烷菌等有机物+ 厌氧菌+ 兼性菌有机酸、醇、CO2、HCH4、CO2、NH3-N、H2S合成细胞二阶段理论酸性发酵阶段碱性发酵阶段

4、产甲烷菌氧化作用彻底、产生有还原性的有机物；氧化作用彻底、产生有还原性的有机物； C6H12O62CH3COCOOH+4(H) CH3COCOOH2CO2+CH3CHO发酵：指氢供体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用。发酵：指氢供体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用。三阶段理论复杂有机物有机酸 和醇类H2/ CO2乙酸甲烷第一阶段 水解与发酵第二阶段 产氢产乙酸返回第三阶段 产甲烷三阶段理论（1）第一阶段：水解与发酵）第一阶段：水解与发酵碳水化合物（脂肪、蛋白质）在碳水化合物（脂肪、蛋白质）在水解发酵菌水解发酵菌作用下糖类、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳；作用下糖类、脂肪酸、氨基酸、水和二氧

5、化碳；（2）第二阶段：产氢产乙酸）第二阶段：产氢产乙酸脂肪酸在脂肪酸在产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌作用下作用下H2、CO2、乙 酸；、乙 酸；（3）第三阶段：产甲烷）第三阶段：产甲烷两组生理不同的两组生理不同的产甲烷菌产甲烷菌，有共同的产物，有共同的产物4H2+CO2CH4+2H2O （1/3）CO2还原还原2CH3COOH2CH4+2CO2（2/3）乙酸脱羧）乙酸脱羧三阶段理论参与厌氧消化的微生物参与厌氧消化的微生物 （1）第一阶段：水解与发酵）第一阶段：水解与发酵 细菌、原生生物和真菌微絮凝、发酵细菌细菌、原生生物和真菌微絮凝、发酵细菌（2）第二阶段：产氢产乙酸）第二阶段：产氢产乙酸 产氢产乙

6、酸菌以及同型乙酸菌产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌 产物：乙酸、甲烷、产物：乙酸、甲烷、CO2、H2 （3）第三阶段：产甲烷）第三阶段：产甲烷 产甲烷菌产甲烷菌 产物：甲烷产物：甲烷? 纤维素分解菌纤维素分解菌最重要的一步；产物最重要的一步；产物CO2，H2，已醇； ?碳水化合物分解菌，已醇； ?碳水化合物分解菌丙酮乙醇，乙酸（杆状菌生化絮凝）； ?蛋白质水解丙酮乙醇，乙酸（杆状菌生化絮凝）； ?蛋白质水解-生成氨基酸、（棱菌生化絮凝） ?脂肪分解菌脂肪酸（弧菌生化絮凝）生成氨基酸、（棱菌生化絮凝） ?脂肪分解菌脂肪酸（弧菌生化絮凝）?产甲烷阶段产甲烷阶段细胞的增殖很少，（消化系统中的甲烷细菌已不繁

7、殖，数量少，消化时间长）细胞的增殖很少，（消化系统中的甲烷细菌已不繁殖，数量少，消化时间长） ?食物不足的情况下生长的食物不足的情况下生长的厌氧生物处理的影响因素? 温度低温消化：030，最适温度1525中温消化：3045，最适温度3036高温消化：4580，最适温度5565消化时间（产气量达到总量的消化时间（产气量达到总量的90%所需时间）所需时间）厌氧生物处理的影响因素 ? pH值及酸碱度（1） 水解与发酵菌） 水解与发酵菌 5-6.5产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌 5-6.5产甲烷菌产甲烷菌 6.6-7.5（2）缓冲剂）缓冲剂CO2和和NH3（NH3、NH4+）H+HCO3-H2CO3组成缓冲

8、液电离常数：组成缓冲液电离常数：K+=H+HCO3-/H2CO3PH=-lgK+lg(HCO3-/H2CO3)消化系统应保持消化系统应保持2000mg/l的碱度，防止的碱度，防止pH下降，缓冲能力 弱下降，缓冲能力 弱，脂肪酸是甲烷发酵的产物，其浓度在脂肪酸是甲烷发酵的产物，其浓度在 2000mgl左右；（左右；（3）碱度的调整）碱度的调整厌氧生物处理的影响因素 ? pH值及酸碱度 （3）碱度的调整）碱度的调整 A=T-0.833C A短少或过量的碱度，以短少或过量的碱度，以CaCO3计，计，0.833为碳酸钙与乙酸的当量的比值为碳酸钙与乙酸的当量的比值 + 指表示碱度充足，其绝对值为游离酸数

9、量；指表示碱度充足，其绝对值为游离酸数量；-表示碱度不足表示碱度不足 C总有机酸，以乙酸计总有机酸，以乙酸计 T总碱度，以碳酸钙计 如果碱度不足投熟石灰，无水氨，或碳酸氨调节总碱度，以碳酸钙计 如果碱度不足投熟石灰，无水氨，或碳酸氨调节 N=0.00098AEV， 0.00098，单位搅拌数值，单位搅拌数值 N所需要投加的碱量所需要投加的碱量 E所用碱的当量与碳酸钙的当量的比值所用碱的当量与碳酸钙的当量的比值 V消化池的有效容积 投加碱后与酸的反应消化池的有效容积 投加碱后与酸的反应 Ca(OH)2+2CO2Ca(HCO3)2 Ca(HCO3)2+2CH3COOH(CH3COO)2Ca+2HO

10、+2CO2 (CH3COO)2Ca+2H2O2CH4+Ca(HCO3)2 可见可见HCO3-浓度上升。 但大量投加实惠，碱度偏高，泥量增加，应避免浓度上升。 但大量投加实惠，碱度偏高，泥量增加，应避免厌氧生物处理的影响因素? 营养物量与C/N比各种废物的C/N比C5H7NO3即即C/N=5：1，C/N=（10-20）：）：1C/N高，细胞的氮不足，缓冲能力下降，高，细胞的氮不足，缓冲能力下降，PH下降下降C/N低，氮量上升，铵盐积累，抑制消化初沉池污泥：低，氮量上升，铵盐积累，抑制消化初沉池污泥：9-10：1勃别尔研究，确定各种污泥的勃别尔研究，确定各种污泥的C/N 活性污泥：活性污泥：4.6

11、-5.0：1混合污泥：混合污泥：6.8-7.5：1返回厌氧生物处理的影响因素 ? 有毒物质 ? 毒阈浓度：例如：重金属? 毒阈浓度：例如：重金属Cu2+、Hg2+10-5-10-3mol/l （1）重金属重金属对甲烷消化的抑制 与酶结合，使酶的作用消失对甲烷消化的抑制 与酶结合，使酶的作用消失 RSH+Me+RSMe+H+ Me及氢氧化物的絮凝作用，使酶沉淀及氢氧化物的絮凝作用，使酶沉淀 （2）阴离子阴离子的毒害作用如的毒害作用如S2-的毒害作用 来源： 无机的毒害作用 来源： 无机SO42-的还原的还原 SO32-+6H+S2-+H2O；SO42-+8H+S2-+H2O 蛋白质释放蛋白质释放

12、S2- 毒性硫化物（抑制浓度毒性硫化物（抑制浓度100mg/l） Me少过多的少过多的H2S释放，对管道腐蚀性很强，降低产气量 （释放，对管道腐蚀性很强，降低产气量 （3）氨的毒害氨的毒害 NH4+150mg/l时，毒害，消化受到抑制。时，毒害，消化受到抑制。厌氧生物处理的影响因素? 底质投配负荷投配率：每日投入的消化物质体积与原池内熟料的体积比。对于城市污水处理厂污泥厌氧处理：对于城市污水处理厂污泥厌氧处理： 中温消化 （中温消化 （5-8%）相应的消化时间为）相应的消化时间为 1/（5%）-1/ （8%）=20-12.5d， 高温消化（高温消化（10-16%） （要求产气量，在下限，处理污

13、泥在上限） （要求产气量，在下限，处理污泥在上限）厌氧生物处理的影响因素? 搅拌搅拌可使消化物料分布均匀，增加微生物与物料的接触，并搅拌可使消化物料分布均匀，增加微生物与物料的接触，并使消化产物及时分离，从而提高消化效率、增加产气量。同使消化产物及时分离，从而提高消化效率、增加产气量。同 时，对消化池进行搅拌，可使池内温度均匀，加快消化速度，时，对消化池进行搅拌，可使池内温度均匀，加快消化速度， 提高产气量。提高产气量。 搅拌与不搅拌：产气量增加搅拌与不搅拌：产气量增加30% 方法：泵方法：泵+水射器 消化气循环 混合搅拌法水射器 消化气循环 混合搅拌法返回厌氧生物处理的影响因素?生物固体停留

14、时间（污泥龄）与负荷c=Mr/e，Mr 消化池内总生物量 消化池内总生物量 e=Me/t 消化池每日排出的生物量；消化池每日排出的生物量；t排泥时间 有机物降解程度是污泥龄的函数，而不是进水有机物的函数。 容积设计排泥时间 有机物降解程度是污泥龄的函数，而不是进水有机物的函数。 容积设计 V=Sv/S，Sv新鲜污泥中挥发有机物重量新鲜污泥中挥发有机物重量kg/d S挥发性有机物负荷 中温：挥发性有机物负荷 中温：0.6-1.5kg/m.d 高温：高温：2.0-2.8kg/m.d返回甲烷阶段厌氧消化速率控制因素，因此，厌氧消化动力学 是以该阶段作为基础作为基础建立的甲烷阶段厌氧消化速率控制因素，

15、因此，厌氧消化动力学 是以该阶段作为基础作为基础建立的 -dS/dt=kSX/(Ks+S) -1 dx/dt=Y(dS/dt)-bX -2 -dS/dt底物去除速率，质量底物去除速率，质量/体积体积.时间；时间； k单位质量底物的最大利用速率，质量单位质量底物的最大利用速率，质量/细菌质量；细菌质量； S可降解的底物，质量可降解的底物，质量/体积；体积； Ks半速度常数，质量半速度常数，质量/底物体积，即在生长速率等于最 大生长速率底物体积，即在生长速率等于最 大生长速率1/2时的底物浓度；时的底物浓度； X细菌浓度，质量细菌浓度，质量/体积；体积； dx/dt细菌增长速率，质量细菌增长速率，质量/体积体积时间；时间； Y细菌产率，细菌质量细菌产率，细菌质量/底物质量；底物质量； b细菌衰亡速率系数，细菌衰亡速率系数，d-1 1/=（细菌净化增殖速率）（细菌净化增殖速率）1/d 将将1式代入式代入2式得可降解的底物量式得可降解的底物量(mg/L) S=Ks(1+bc)/ c(Yk-b)-1厌氧消化动力学厌氧消化动力学厌氧生物处理工艺与反应器? 厌氧反应器研究及应用现状? 厌氧生物处理工艺类型返回厌氧反应器研究及应用现状（1）第一代厌氧消化工艺： 普通厌氧消化池；厌氧接触工艺（2）第二代厌氧消化工艺： 上流式厌氧污