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1、北京科技大学环境工程课件北京科技大学环境工程课件12第第12章章 废水的厌氧处理废水的厌氧处理121 概述 L132 厌氧法的基本原理 L123 厌氧法的工艺和设备 L124 厌氧法的影响因素 L L125 厌氧设备的运行管理 L L126 厌氧和好氧技术的联合运用简介 L L7/19/20242132厌氧法的基本原理废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微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生物(anaerobic microbes)(anaerobic microbes)(包括兼氧微生物）的作包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷用，将废水中的各
2、种复杂有机物分解转化成甲烷(methane)(methane)和二氧化碳和二氧化碳(carbon dioxide)(carbon dioxide)等物质的过等物质的过程，也称为程，也称为厌氧消化厌氧消化(anaerobic digestion) (anaerobic digestion) 。与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即：类群的细菌，即：
3、水解产酸细菌水解产酸细菌(fermentative bacteria)(fermentative bacteria)产氢产乙酸细菌产氢产乙酸细菌(acetogenic bacteria)(acetogenic bacteria)产甲烷细菌产甲烷细菌(methanogenic bacteria)(methanogenic bacteria)的联合作用完成的联合作用完成。7/19/20249厌氧消化过程划分为三个连续的阶段，即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。第一阶段为水解酸化阶段。复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有
4、机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。第二阶段为产氢产乙酸阶段。在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H2，在降解奇数碳素有机酸时还形成CO2。第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、乙第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、酸盐、CO2和和H2等转化为甲烷。等转化为甲烷。7/19/202410厌氧消化的三个阶段和厌氧消化的三个阶段和CODCOD转化率转化率(1)水解酸化(2)产氢产乙酸(3)产甲烷复杂有机物高级有机酸H2乙酸CH47/19/202411此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化
5、碳转化成甲烷，另一组从一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的的l/3l/3后者约占后者约占2/32/3。上述三个阶段的反应速度依废水性质而异，上述三个阶段的反应速度依废水性质而异，在含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染在含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为主的废水中，物为主的废水中，水解水解易成为速度限制步骤易成为速度限制步骤；简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质均能被微生物迅速分解，对含这类有机物为均能被微生物迅速分解，对含这类有机物为主的废水，主的废水，产甲烷产甲烷易成
6、为限速阶段。易成为限速阶段。返回目录7/19/202412123厌氧法的工艺和设备按微生物生长状态分为按微生物生长状态分为厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法(anaerobic activated sludge)和和厌氧生物膜法厌氧生物膜法(anaerobic slime)；按投料、出料及运行方式分为按投料、出料及运行方式分为分批式分批式(batch)、连续式连续式(continuous)和和半连续式半连续式(semi-continuous)；根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又
7、可分为分为一步厌氧消化一步厌氧消化(one stage digestion)与与两步两步厌氧消化厌氧消化(two stage digestion)等等厌氧活性污泥法包括厌氧活性污泥法包括普通消化池普通消化池、厌氧接触工厌氧接触工艺艺、上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器等。等。7/19/2024131231普通厌氧消化池普通消化池又称传统或常规消化池(conventional digester)。消化池常用密闭的圆柱形池，废水定期或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别由消化池底和上部排出，所产沼气从顶部排出。L池径从几米至三、四十米，柱体部分的高度约为直径的1/2，池底呈圆锥形，以利排
8、泥。为使进水与微生物尽快接触，需要一定的搅拌。常用搅拌方式有三种：(a)池内机械搅拌；(b)沼气搅拌；(c)循环消化液搅拌。7/19/202414螺旋桨搅拌的消化池污泥排出管检修口搅拌器沼气排出管集气罩7/19/202415循环消化液搅拌式消化池循环消化液搅拌式消化池高温厌氧消化需要加温，高温厌氧消化需要加温，常用加热方式有三种常用加热方式有三种:(a)废水在消化池外先废水在消化池外先经热交换器预热到规经热交换器预热到规定温度再进入消化池；定温度再进入消化池；(b)热蒸汽直接在消化热蒸汽直接在消化器内加热；器内加热；(c)在消化池内部安装在消化池内部安装热交换管。热交换管。污循环消化液排泥蒸汽
9、沼气进水出水7/19/202416普通消化池的特点是普通消化池的特点是:可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。的料液。厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较简单。结构较简单。缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，消化器中难以保持大量的微生物细胞。消化器中难以保持大量的微生物细胞。对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象严重，微生物不能与料液均匀接触的问题。严重，微生物不能与料液均匀接触的问题。温度不均匀，消化效率低。温度不均匀，
10、消化效率低。7/19/20241712123 32 2厌氧接触法厌氧接触法在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了池，形成了厌氧接触法（厌氧接触法（anaerobic contact process)。厌厌氧氧接接触触法法工工艺艺进水沼气消化池沉淀池剩余污泥回流污泥出水真空脱气器7/19/202418厌氧接触法的特点厌氧接触法的特点: :（a a）通通过过污污泥泥回回流流，保保持持消消化化池池内内污污泥泥浓浓度度较较高高，一一般般为为101015g/L15g/L，耐耐冲冲击击能力强；能力强；（b b）消消化化池池的的容容积积负负荷荷较较普普通通
11、消消化化池池高高，中中温温消消化化时时，一一般般为为2 2l0kgCOD/ml0kgCOD/m3 3dd，水水力力停停留留时时间间比比普普通通消消化化池池大大大大缩缩短短，如如常常温温下下，普普通通消消化化池池为为151530d30d，而而接接触触法法小小于于10d10d；7/19/202419（c c）可以直接处理悬浮固体含量较高）可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，不存在堵塞问或颗粒较大的料液，不存在堵塞问题；题；（d d）混合液经沉降后，出水水质好，）混合液经沉降后，出水水质好，（e e）但需增加沉淀池、污泥回流和脱）但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备气等设备（f f）厌氧接
12、触法存在）厌氧接触法存在混合液难于在沉混合液难于在沉淀池中进行固液分离淀池中进行固液分离的缺点的缺点。7/19/202420几种脱气方法几种脱气方法:L(a)(a)真空脱气，由消化池排出的混合液经真空真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气器脱气器( (真空度为真空度为0.005 MPa)0.005 MPa)，将污泥絮体，将污泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉降性能；上的气泡除去，改善污泥的沉降性能；(b)(b)热交换器急冷法，将从消化池排出的混合热交换器急冷法，将从消化池排出的混合液进行急速冷却。液进行急速冷却。(c)(c)絮凝沉降，向混合液中投加絮凝剂，使厌絮凝沉降，向混合液中投加絮凝剂，使
13、厌氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降；氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降；(d)(d)用超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效用超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效果果。7/19/20242112123 33 3上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器（上流式厌氧污泥床反应器（upflow upflow anaerobic sludge blanket anaerobic sludge blanket reactor)reactor)，简称，简称UASBUASB反应器，是由荷反应器，是由荷兰的兰的G. LettngaG. Lettnga等人在等人在7070年代初研制年代初研制开发的
14、。污泥床反应器内没有载体，开发的。污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器。是一种悬浮生长型的消化器。由由反应区反应区(reaction region)(reaction region) 、沉淀沉淀区区(settling region)(settling region)和和气室气室(gas (gas collection dome)collection dome)三部分组成。三部分组成。7/19/202422UASBUASB反应器示意图反应器示意图颗粒污泥层悬浮污泥层出水进水三相分离器沉淀区沼气气室7/19/2024237/19/2024247/19/202425上流式厌氧污泥床的池形
15、有圆形、方形、矩形。上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形。小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形。大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，则一般为矩形，高度一般为则一般为矩形，高度一般为3 8m，其中污，其中污泥床泥床1 2m，污泥悬浮层，污泥悬浮层24m，多用钢结，多用钢结构或钢筋混凝土结构，构或钢筋混凝土结构，上流式厌氧污泥床反应器的特点上流式厌氧污泥床反应器的特点: :（a a）反应器内污泥浓度高，）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度一般平均污泥浓度为为303040g/L40g/L，其中底部，其中底部污
16、泥床污泥床(sludge bed)(sludge bed)污泥浓度污泥浓度606080g/L80g/L，污泥悬浮层污泥悬浮层(sludge (sludge blanket)blanket)污泥浓度污泥浓度5 57g/L7g/L；7/19/202426 污泥床中的污泥由活性生物量占污泥床中的污泥由活性生物量占70708080的的高度发展的高度发展的颗粒污泥颗粒污泥(sludge granules)(sludge granules)组成，组成，颗粒的直径一般在颗粒的直径一般在0.50.55.0mm5.0mm之间，之间，颗粒污泥颗粒污泥是是UASBUASB反应器的一个重要特征反应器的一个重要特征。（
17、b b）有机负荷高，）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，水力停留时间短，中温消化，CODCOD容积负荷一般为容积负荷一般为101020kg COD/(m20kg COD/(m3 3d)d)；（c c）反应器内设三相分离器）反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；备；（d d）无混合搅拌设备。）无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动；本身产生的沼气和进水来搅动；7/19/202427（e e）污泥床内不填载体，）污泥床内不填载体，节省造价及避免堵节省造价
18、及避免堵塞问题。塞问题。（f f）反应器内有短流现象，）反应器内有短流现象，影响处理能力。影响处理能力。进水中的悬浮物应比普通消化池低得多，进水中的悬浮物应比普通消化池低得多，特别是难消化的有机物固体不宜太高，特别是难消化的有机物固体不宜太高，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞；有效容积，甚至引起堵塞；（g g）运行启动时间长，）运行启动时间长，对水质和负荷突然变对水质和负荷突然变化比较敏感。化比较敏感。7/19/2024281234厌氧滤池厌氧滤池厌氧滤池（厌氧滤池（anaerobic filteranaerobic filter又称又
19、称厌氧固定厌氧固定膜膜反应器，是上世纪反应器，是上世纪6060年代末开发的新型高年代末开发的新型高效厌氧处理装置。效厌氧处理装置。滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。密封。厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废水厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废水通过填料层时，在填料表面的厌氧生物膜作通过填料层时，在填料表面的厌氧生物膜作用下，废水中的有机物被降解，并产生沼气，用下，废水中的有机物被降解，并产生沼气，沼气从池顶部排出。沼气从池顶部排出。7/19/202429废水从池底进入，从池上部排出，称升流式厌氧滤池；废水从池上部进入，以降流的形式流过填料层，从
20、池底部排出，称降流式厌氧滤池。进水出水沼气虑料承托层布水板7/19/202430厌氧生物滤池的特点及改进：厌氧生物滤池的特点及改进：在厌氧生物滤池中，厌氧微生物大部分在厌氧生物滤池中，厌氧微生物大部分存在于生物膜中，少部分以厌氧活性污存在于生物膜中，少部分以厌氧活性污泥的形式存在于滤料的孔隙中。泥的形式存在于滤料的孔隙中。厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均匀的，在池进水部位高，相应的有机物匀的，在池进水部位高，相应的有机物去除速度快。去除速度快。当废水中有机物浓度高时，特别是进水当废水中有机物浓度高时，特别是进水悬浮固体浓度和颗粒较大时，进水部位悬浮固体浓度和
21、颗粒较大时，进水部位容易发生堵塞现象容易发生堵塞现象。7/19/202431对厌氧生物滤池采取如下改进：对厌氧生物滤池采取如下改进：（a a）出水回流；）出水回流；（b b）部分充填载体；）部分充填载体；（c c）采用软性填料。）采用软性填料。厌氧生物滤池的特点是：厌氧生物滤池的特点是：（a a）由于填料为微生物附着生长提供了较大的表面积，滤池中的微生物量较高，又因生物膜停留时间长，平均停留时间长达100天左右，因而可承受的有机容积负荷高，COD容积负荷为216 kgCOD/(m3d)，且耐冲击负荷能力强；7/19/202432（b b）废水与生物膜两相接触面大，强化了）废水与生物膜两相接触面
22、大，强化了传质过程，因而有机物去除速度快；传质过程，因而有机物去除速度快；（c c）微生物固着生长为主，不易流失，因）微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污泥回流和搅拌设备；此不需污泥回流和搅拌设备；（d d）启动或停止运行后再启动比前述厌氧）启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短。工艺法时间短。（e e）处理含悬浮物浓度高的有机废水，易）处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发生堵塞，尤以进水部位更严重。滤池发生堵塞，尤以进水部位更严重。滤池的清洗也还没有简单有效的方法。的清洗也还没有简单有效的方法。7/19/20243312123 35 5厌氧流化床厌氧流化床进水出水循环泵沼气载体平移的
23、上界面7/19/202434厌氧流化床特点厌氧流化床特点:（a a）载体颗粒细，比表面积大，可高达）载体颗粒细，比表面积大，可高达20003000m2/m3左右，使床内具有很高左右，使床内具有很高的微生物浓度，因此有机物容积负荷大，的微生物浓度，因此有机物容积负荷大，一般为一般为1040kgCOD/m3d，水力停留时，水力停留时间短，具有较强的耐冲击负荷能力，运间短，具有较强的耐冲击负荷能力，运行稳定；行稳定；（b b）载体处于流化状态，无床层堵塞现象，）载体处于流化状态，无床层堵塞现象，对高、中、低浓度废水均表现出较好的对高、中、低浓度废水均表现出较好的效能；效能；7/19/202435（c
24、 c）载体流化时，废水与微生物之间接触）载体流化时，废水与微生物之间接触面大，同时两者相对运动速度快，强化面大，同时两者相对运动速度快，强化了传质过程，从而具有较高的有机物净了传质过程，从而具有较高的有机物净化速度；化速度；（d d）床内生物膜停留时间较长，剩余污泥）床内生物膜停留时间较长，剩余污泥量少；量少；（e e）结构紧凑、占地少以及基建投资省等。）结构紧凑、占地少以及基建投资省等。（f f）但载体流化耗能较大，且对系统的管）但载体流化耗能较大，且对系统的管理技术要求较高。理技术要求较高。7/19/202436为了降低动力消耗和防止床层堵塞，为了降低动力消耗和防止床层堵塞，可采取如下措施
25、：可采取如下措施：（a a）间歇性流化床工艺，即以固定床与流）间歇性流化床工艺，即以固定床与流化床间歇性交替操作。固定床操作时，化床间歇性交替操作。固定床操作时，不需回流，在一定时间间歇后，又启动不需回流，在一定时间间歇后，又启动回流泵，呈流化床运行；回流泵，呈流化床运行；（b b）尽可能取质轻、粒细的载体，如粒径）尽可能取质轻、粒细的载体，如粒径2030m、相对密度1.051.2g/cm3的载体。保持低的回流量，甚至免除回的载体。保持低的回流量，甚至免除回流就可实现床层流态化流就可实现床层流态化。7/19/2024371236厌氧生物转盘和挡板反应器厌氧生物转盘厌氧生物转盘的构造与好氧生物转
26、盘相的构造与好氧生物转盘相似，不同之处在于盘片大部分似，不同之处在于盘片大部分 (70 (70以以上上) )或全部浸没在废水中，为保证厌氧条或全部浸没在废水中，为保证厌氧条件和收集沼气，整个生物转盘设在一个件和收集沼气，整个生物转盘设在一个密闭的容器内。密闭的容器内。厌氧挡板反应器厌氧挡板反应器是从研究厌氧生物转盘是从研究厌氧生物转盘发展而来的，生物转盘不转动即变成厌发展而来的，生物转盘不转动即变成厌氧挡板反应器。氧挡板反应器。挡板反应器与生物转盘相比，可减少盘挡板反应器与生物转盘相比，可减少盘的片数和省去转动装置的片数和省去转动装置。7/19/202438厌氧生物转盘示意图厌氧生物转盘示意图
27、进水沼气隔板转轴反应出水转动盘片固定盘片7/19/202439厌氧挡板反应器示意图厌氧挡板反应器示意图进水循环泵出水沼气回流挡板7/19/202440厌氧生物转盘的特点：厌氧生物转盘的特点：（a a）厌氧生物转盘内微生物浓度高，因此）厌氧生物转盘内微生物浓度高，因此有机物容积负荷高，水力停留时间短；有机物容积负荷高，水力停留时间短；（b b）无堵塞问题，可处理较高浓度的有机）无堵塞问题，可处理较高浓度的有机废水；废水；（c c）一般不需回流，所以动力消耗低；）一般不需回流，所以动力消耗低；（d d）耐冲击能力强，运行稳定，运转管理）耐冲击能力强，运行稳定，运转管理方便。但盘片造价高。方便。但盘
28、片造价高。7/19/2024411237两步厌氧法和复合厌氧法厌氧消化反应分别在两个独立的反应器厌氧消化反应分别在两个独立的反应器中进行，中进行，每一反应器完成一个阶段的反每一反应器完成一个阶段的反应应，比如一为产酸阶段，另一为产甲烷，比如一为产酸阶段，另一为产甲烷阶段，故又称阶段，故又称两段式厌氧消化法两段式厌氧消化法。按照所处理的废水水质情况，两步按照所处理的废水水质情况，两步可以可以采用同类型或不同类型的消化反应器采用同类型或不同类型的消化反应器。第一步反应器可采用简易非密闭装置、第一步反应器可采用简易非密闭装置、在常温、较宽在常温、较宽pHpH值范围条件下运行；第值范围条件下运行；第二
29、步反应器则要求严格密封、严格控制二步反应器则要求严格密封、严格控制温度和温度和pHpH值范围。值范围。7/19/202442接触消化池接触消化池- -上流式污泥床两步消化工艺上流式污泥床两步消化工艺水解产酸反应，水解产酸反应，控制条件使之产控制条件使之产生脂肪酸，尽量生脂肪酸，尽量不产生沼气不产生沼气沉降分离，去除沉降分离，去除不溶性有机物不溶性有机物出水沼气排泥进水热交换器热交换器废水被加废水被加热到需要热到需要的温度的温度产甲烷阶段，使第一步反产甲烷阶段，使第一步反应产生的有机酸生成甲烷应产生的有机酸生成甲烷和二氧化碳等最终产物和二氧化碳等最终产物7/19/202443两步厌氧法具有如下特
30、点两步厌氧法具有如下特点:（a a）耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免）耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免了一步法不耐高有机酸浓度的缺陷；了一步法不耐高有机酸浓度的缺陷；（b b）两阶段反应不在同一反应器中进行，）两阶段反应不在同一反应器中进行，互相影响小，可更好地控制工艺条件；互相影响小，可更好地控制工艺条件；（c c）消化效率高，尤其适于处理含悬浮固）消化效率高，尤其适于处理含悬浮固体多、难消化降解的高浓度有机废水。体多、难消化降解的高浓度有机废水。（d d）但两步法设备较多，流程和操作复杂。）但两步法设备较多，流程和操作复杂。7/19/202444纤维填料厌氧滤池和上流式厌氧污泥床复纤维填料
31、厌氧滤池和上流式厌氧污泥床复合法工艺合法工艺返回目录返回目录出水进水沼气产甲烷阶段，使第一步反产甲烷阶段，使第一步反应产生的有机酸生成甲烷应产生的有机酸生成甲烷和二氧化碳等最终产物和二氧化碳等最终产物废水箱泵流量计复合厌氧反应器沉淀池7/19/202445124厌氧法的影响因素厌氧法的影响因素控制厌氧处理效率的基本因素有两类控制厌氧处理效率的基本因素有两类: :一类是基础因素，包括一类是基础因素，包括微生物量微生物量 ( (污泥污泥浓度浓度) )、营养比、混合接触状况、有机负、营养比、混合接触状况、有机负荷等；荷等；另一类是环境因素，如另一类是环境因素，如温度、温度、pHpH值、氧值、氧化还原
32、电位、有毒物质化还原电位、有毒物质等。等。产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。速率的限制步骤。7/19/20244612124 41 1温度条件温度条件各类微生物适宜的温度范围是不同的，各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，一般认为，产甲烷菌的温度范围为产甲烷菌的温度范围为5 56060。在在3535和和5353上下可以分别获得较高的上下可以分别获得较高的消化效率，温度为消化效率，温度为40404545时，厌氧消时，厌氧消化效率较低。化效率较低。据产甲烷菌适宜温度条件的不同
33、，厌氧据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可分为法可分为常温消化常温消化、中温消化中温消化和和高温消高温消化化三种类型。三种类型。7/19/202447温度对厌氧消化过程的影响7/19/202448温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。短时内温度升降化作用。短时内温度升降55，沼气产量，沼气产量明显下降，波动的幅度过大时，甚至停止明显下降，波动的幅度过大时，甚至停止产气。产气。温度的波动，不仅影响沼气产量，还影响温度的波动，不仅影响沼气产量，还影响沼气中甲烷的含量，尤其高温消化对温度沼气中甲烷的含量，尤其高温消化对温度变化更为敏感。变化更为敏感。温度的
34、暂时性突然降低不会使厌氧消化系温度的暂时性突然降低不会使厌氧消化系统遭受根本性的破坏，温度一经恢复到原统遭受根本性的破坏，温度一经恢复到原来水平时，处理效率和产气量也随之恢复来水平时，处理效率和产气量也随之恢复。7/19/2024491242 pH值每种微生物可在一定的每种微生物可在一定的pHpH值范围内活动，产值范围内活动，产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的的pHpH值范围较广，在值范围较广，在4.58.0之间。之间。产甲烷菌要求环境介质产甲烷菌要求环境介质pHpH值在中性附近，最值在中性附近，最适宜适宜pHpH值为值为7.07.2，pH 6.6
35、7.4较为适宜。较为适宜。在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，避免过多的酸积累，常保持反应器内的pH值在6.57.5(最好在6.87.2)的范围内。7/19/202450在在厌厌氧氧消消化化过过程程中中，pHpH值值的的升升降降变变化化除除了了外外界界因因素素的的影影响响之之外外，还还取取决决于于有有机机物代谢过程中某些产物的增减。物代谢过程中某些产物的增减。产产酸酸作作用用产产物物使使有有机机酸酸的的含含量量增增加加，会会使使pHpH值值下下降降。含含氮氮有有机机物物分分解解产产物物氨氨的的增加，会引起增加，会引起pHpH值升高。值升高。在在厌厌
36、氧氧处处理理中中，pH值值除除受受进进水水的的pH影影响响外外，主主要要取取决决于于代代谢谢过过程程中中自自然然建建立立的的缓缓冲冲平平衡衡，取取决决于于挥挥发发酸酸、碱碱度度、CO2、氨氮、氢之间的平衡。氨氮、氢之间的平衡。7/19/2024511243氧化还原电位无氧环境是严格厌氧的产甲烷菌繁殖的无氧环境是严格厌氧的产甲烷菌繁殖的最基本条件之一。产甲烷菌对氧和氧化最基本条件之一。产甲烷菌对氧和氧化剂非常敏感，这是因为它不象好氧菌那剂非常敏感，这是因为它不象好氧菌那样具有过氧化氢酶。样具有过氧化氢酶。氧是影响厌氧反应器中氧化还原电位条氧是影响厌氧反应器中氧化还原电位条件的重要因素，但不是唯一
37、因素。件的重要因素，但不是唯一因素。挥发性有机酸的增减、挥发性有机酸的增减、pHpH值的升降以及值的升降以及铵离子浓度的高低等因素均影响系统的铵离子浓度的高低等因素均影响系统的还原强度。如还原强度。如pHpH值低，氧化还原电位高；值低，氧化还原电位高；pHpH值高，氧化还原电位低。值高，氧化还原电位低。7/19/2024521244有机负荷在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称容积负荷容积负荷，即消化器单位有效容积每天接受的有机，即消化器单位有效容积每天接受的有机物量（物量（kgCOD/mkgCOD/m3 3d)d)。对悬浮生长工艺，也有用对悬
38、浮生长工艺，也有用污泥负荷污泥负荷表达的，即表达的，即kg kg COD/(kgCOD/(kg污泥污泥d)d)。在污泥消化中，有机负荷习惯上以在污泥消化中，有机负荷习惯上以投配率投配率或或进料率进料率表达，即每天所投加的湿污泥体积占消化器有效容表达，即每天所投加的湿污泥体积占消化器有效容积的百分数。积的百分数。由于各种湿污泥的含水率、挥发组分不尽一致，投由于各种湿污泥的含水率、挥发组分不尽一致，投配率不能反映实际的有机负荷，为此，又引入反应配率不能反映实际的有机负荷，为此，又引入反应器单位有效容积每天接受的挥发性固体质量这一参器单位有效容积每天接受的挥发性固体质量这一参数，即数，即kgMLVS
39、S/mkgMLVSS/m3 3dd。7/19/202453有机负荷值因工艺类型、运行条件以及废有机负荷值因工艺类型、运行条件以及废水中污染物的种类及其浓度而异。水中污染物的种类及其浓度而异。在通常的情况下，常规厌氧消化工艺中温在通常的情况下，常规厌氧消化工艺中温处理高浓度工业废水的有机负荷为处理高浓度工业废水的有机负荷为23 kgCOD/(m3d)，在高温下为，在高温下为46 kgCOD /(m3d)。上流式厌氧污泥床反应器、厌氧滤池、厌上流式厌氧污泥床反应器、厌氧滤池、厌氧流化床等新型厌氧工艺的有机负荷在中氧流化床等新型厌氧工艺的有机负荷在中温下为温下为515 kgCOD/(m3d)，可高达
40、，可高达30 kgCOD/(m3d)。在处理具体废水时，最好通过试。在处理具体废水时，最好通过试验来确定其最适宜的有机负荷。验来确定其最适宜的有机负荷。7/19/2024541245厌氧活性污泥厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成。谢的和吸附的有机物、无机物组成。厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关系。性状良好的污泥是厌能有密切的关系。性状良好的污泥是厌氧消化效率的基础保证。氧消化效率的基础保证。厌氧活性污泥的性质主要表现为它的作厌氧活性污泥的性质主要表现为它的作用效能与沉降性能。用效能与
41、沉降性能。故在一定的范围内，活性污泥浓度愈高，故在一定的范围内，活性污泥浓度愈高，厌氧消化的效率也愈高。但也不是越高厌氧消化的效率也愈高。但也不是越高越好越好。7/19/2024551246搅拌和混合通过搅拌可消除池内梯度，增加食料与通过搅拌可消除池内梯度，增加食料与微生物之间的接触，避免产生分层，促微生物之间的接触，避免产生分层，促进沼气分离。进沼气分离。在在连连续续投投料料的的消消化化池池中中，还还使使进进料料迅迅速速与池中原有料液相混匀。与池中原有料液相混匀。在在传传统统厌厌氧氧消消化化工工艺艺中中，也也将将有有搅搅拌拌的的消化器称为高效消化器。消化器称为高效消化器。搅拌程度与强度要适当
42、。搅拌程度与强度要适当。7/19/202456搅拌的方法：搅拌的方法：（a）机械搅拌器搅拌法；机械搅拌器搅拌法；（b b）消化液循环搅拌法；）消化液循环搅拌法；（c c）沼气循环搅拌法等。其中沼气循环搅）沼气循环搅拌法等。其中沼气循环搅拌，还有利于使沼气中的拌，还有利于使沼气中的CO2作为产甲烷作为产甲烷的底物被细菌利用，提高甲烷的产量。的底物被细菌利用，提高甲烷的产量。厌氧滤池和上流式厌氧污泥床等新型厌氧厌氧滤池和上流式厌氧污泥床等新型厌氧消化设备，虽没有专设搅拌装置，但以上消化设备，虽没有专设搅拌装置，但以上流的方式连续投入料液，通过液流及其扩流的方式连续投入料液，通过液流及其扩散作用，也
43、起到一定程度的搅拌作用。散作用，也起到一定程度的搅拌作用。7/19/2024571247废水的营养比厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取碳、氮、磷以及其他微量元素。工程上取碳、氮、磷以及其他微量元素。工程上主要控制进料的碳、氮、磷比例，因为其主要控制进料的碳、氮、磷比例，因为其他营养元素不足的情况较少见。他营养元素不足的情况较少见。厌氧法中碳厌氧法中碳: :氮氮: :磷控制为磷控制为(200(200300):5:1300):5:1为宜。为宜。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要。研究表明，合适的化的影响更
44、为重要。研究表明，合适的C/NC/N为为(10(1018):118):1。7/19/202458 C/N C/N与新细胞合成量与新细胞合成量氮浓度与处理量的关系氮浓度与处理量的关系 及产气量关系及产气量关系7/19/2024591248有毒物质包括有毒有机物、重金属离子和一包括有毒有机物、重金属离子和一些阴离子等。对有机物来说，带醛些阴离子等。对有机物来说，带醛基、双键、氯取代基、苯环等结构，基、双键、氯取代基、苯环等结构，往往具有抑制性。往往具有抑制性。有毒物质的最高容许浓度与处理系有毒物质的最高容许浓度与处理系统的运行方式、污泥驯化程度、废统的运行方式、污泥驯化程度、废水特性、操作控制条件
45、等因素有关。水特性、操作控制条件等因素有关。返回目录返回目录7/19/20246012125 5厌氧设备的运行管理厌氧设备的运行管理 12 125 51 1厌氧设备的启动厌氧设备的启动厌氧处理工艺的缺点之一是微生物增殖缓慢，厌氧处理工艺的缺点之一是微生物增殖缓慢，设备启动时间长，若能取得大量的厌氧活性设备启动时间长，若能取得大量的厌氧活性污泥就可缩短投产期。污泥就可缩短投产期。最好选择同类物料厌氧消化污泥。如果采用最好选择同类物料厌氧消化污泥。如果采用一般的未经消化的有机污泥自行培养，所需一般的未经消化的有机污泥自行培养，所需时间更长。时间更长。一般来说，接种污泥量为反应器有效容积的一般来说，
46、接种污泥量为反应器有效容积的10109090，依消化污泥的来源方便情况酌，依消化污泥的来源方便情况酌定，原则上接种量比例增大，启动时间缩短。定，原则上接种量比例增大，启动时间缩短。7/19/2024611252厌氧反应器运行中的欠平衡现象及其原因厌氧消化过程易于出现酸化，即产酸量厌氧消化过程易于出现酸化，即产酸量与用酸量不协调，这种现象称为欠平衡。与用酸量不协调，这种现象称为欠平衡。欠平衡时可以显示出如下的症状欠平衡时可以显示出如下的症状: :（a a）消化液挥发性有机酸浓度增高；）消化液挥发性有机酸浓度增高；（b b）沼气中甲烷含量降低；）沼气中甲烷含量降低；（c c）消化液）消化液pHpH
47、值下降；值下降；（d d）沼气产量下降；）沼气产量下降；（e e）有机物去除率下降。）有机物去除率下降。7/19/202462诸症状中最先显示的是挥发性有机酸浓度诸症状中最先显示的是挥发性有机酸浓度的增高，故它是一项最有用的监视参数，的增高，故它是一项最有用的监视参数，有助于尽早地察觉欠平衡状态的出现。有助于尽早地察觉欠平衡状态的出现。厌氧消化作用欠平衡的原因：厌氧消化作用欠平衡的原因：有机负荷过高；有机负荷过高；进水进水pHpH值过低或过高；值过低或过高；碱度过低，缓冲能力差；碱度过低，缓冲能力差；有毒物质抑制；有毒物质抑制；反应温度急剧波动；反应温度急剧波动；池内有溶解氧及氧化剂存在池内有
48、溶解氧及氧化剂存在7/19/2024631253运行管理中的安全要求厌厌氧氧设设备备的的运运行行管管理理很很重重要要的的问问题题是是安安全全问问题。题。沼沼气气中中的的甲甲烷烷比比空空气气轻轻、非非常常易易燃燃，空空气气中中甲烷含量为甲烷含量为5 51515时，遇明火即发生爆炸。时，遇明火即发生爆炸。沼沼气气中中含含有有微微量量有有毒毒的的硫硫化化氢氢，但但低低浓浓度度的的硫化氢就能被人们所察觉。硫化氢就能被人们所察觉。沼气中的二氧化碳。沼气中的二氧化碳。凡凡需需因因出出料料或或检检修修进进入入消消化化池池之之前前，务务必必以以新新鲜鲜空空气气彻彻底底置置换换池池内内的的消消化化气气体体，以以
49、确确保保安全。安全。返回目录返回目录7/19/202464126厌氧和好氧技术的联合运用简介厌氧和好氧技术的联合运用简介实际工业废水中有机物的浓度较高，实际工业废水中有机物的浓度较高，COD 可以达到几万甚至几十万。可以达到几万甚至几十万。高浓度有机废水用一种方法很难处理到要高浓度有机废水用一种方法很难处理到要求的水平。求的水平。所以需要用厌氧和好氧处理方法联合应用所以需要用厌氧和好氧处理方法联合应用才能达到好的效果。此处仅举一例：才能达到好的效果。此处仅举一例：某制药厂废水的处理：某制药厂废水的处理：7/19/202465废废水水 初次初次沉沉 淀淀池池换换热热器器上流上流式厌式厌氧污氧污泥
50、床泥床生生物物接接触触氧氧化化池池二次沉淀池出水污泥回流污泥回流沼气沼气净化净化沼气沼气利用利用沉渣利用沉渣利用某制药厂废水处理工艺流程某制药厂废水处理工艺流程车间排水，车间排水，COD 1000015000mg/L初次沉淀池沉降后初次沉淀池沉降后COD降低到降低到 10000mg/L左右，左右，沉渣可作饲料沉渣可作饲料冬季需对废水冬季需对废水加温到加温到35度度容积负荷为容积负荷为13kgCOD/(m3.d)，停留时，停留时间为间为24小时，出水小时，出水COD降降低到低到3000mg/L。经好氧生物接触经好氧生物接触氧化，出水氧化，出水COD降低到降低到300mg/L7/19/202466
51、126厌氧和好氧技术的联合运用简介厌氧和好氧技术的联合运用简介采用厌氧与好氧工艺相结合的工艺，还可采用厌氧与好氧工艺相结合的工艺，还可以达到生物脱氮、脱磷的目的。目前厌氧以达到生物脱氮、脱磷的目的。目前厌氧与好氧联合的工艺较多，有些仍处在研究与好氧联合的工艺较多，有些仍处在研究阶段。阶段。活性污泥法生物脱氮是其中的一种，生物活性污泥法生物脱氮是其中的一种，生物脱氮包括脱氮包括硝化硝化和和反硝化反硝化两个反应过程。两个反应过程。硝硝化化是是废废水水中中的的氨氨态态氮氮在在好好氧氧条条件件下下，通通过过好好氧氧细细菌菌( (亚亚硝硝酸酸菌菌和和硝硝酸酸菌菌) )的的作作用用，被被氧氧化化成成亚亚硝
52、硝酸酸盐盐(N0(N02 2- -) )和和硝硝酸酸盐盐(N0(N03 3- -) )的反应过程。的反应过程。7/19/202467首先，由亚硝酸菌将氨态氮转化为亚硝酸盐：首先，由亚硝酸菌将氨态氮转化为亚硝酸盐：NH4O2HCO3- NO2-H2CO3 H2O亚硝酸菌亚硝酸菌再由硝酸菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐再由硝酸菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐：NO2-NH4+H2CO3HCO3-O2 NO3- H2O硝酸菌硝酸菌7/19/202468反硝化即脱氮，是在缺氧条件下，通过反硝化即脱氮，是在缺氧条件下，通过脱氮菌的作用，将脱氮菌的作用，将亚硝酸盐和硝酸盐还亚硝酸盐和硝酸盐还原成氮气原成氮气，该反应过程中
53、，反硝化菌需，该反应过程中，反硝化菌需要有机碳源（如甲醇）作电子供体，利要有机碳源（如甲醇）作电子供体，利用用NONO3 3- -中的氧进行缺氧呼吸，反应过程可中的氧进行缺氧呼吸，反应过程可表示如下：表示如下：NO3-CH3OHH2CO3 N2 H2OHCO3-微生物细胞微生物细胞NO2-CH3OHH2CO3 N2 H2OHCO3-微生物细胞微生物细胞7/19/202469亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌。亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌。硝化反应需在好氧条件下进行并以氧硝化反应需在好氧条件下进行并以氧作为电子受体。作为电子受体。反硝化菌是一类化能异养兼性缺氧微反硝化菌是一类化能异养兼性缺氧微生物
54、，其反应需在缺氧的条件下进行。生物，其反应需在缺氧的条件下进行。试验表明，对废水首先通过试验表明，对废水首先通过5 56 6小时小时的强烈曝气，可以完成硝化阶段，然的强烈曝气，可以完成硝化阶段，然后再使废水处于后再使废水处于4 45 5小时无氧状态，小时无氧状态，脱氮率可以达脱氮率可以达8080以上。以上。7/19/202470缺氧缺氧好氧好氧进水进水沉淀沉淀出水出水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥出水回流出水回流A/OA/O活性污泥法脱氮系统流程活性污泥法脱氮系统流程这种脱氮系统的工艺流程是让废水依次经历缺这种脱氮系统的工艺流程是让废水依次经历缺氧反硝化、好氧去碳和硝化的阶段，故又称为氧反硝
55、化、好氧去碳和硝化的阶段，故又称为缺氧、好氧脱氮系统，简称缺氧、好氧脱氮系统，简称A/OA/O系统。系统。A/O(anoxic/oxygen） 系统中，硝化段的溶解系统中，硝化段的溶解氧一般为氧一般为24mg/L，反硝化段的溶解氧应小反硝化段的溶解氧应小于于0.5mg/L。7/19/202471缺氧缺氧好氧好氧进水进水沉淀沉淀出水出水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥消化液回流消化液回流厌氧厌氧A/A/OA/A/O系统流程图系统流程图这种脱氮系统的工艺流程是让废水依次经过厌这种脱氮系统的工艺流程是让废水依次经过厌氧，缺氧、好氧三个阶段，故称为厌氧、缺氧、氧，缺氧、好氧三个阶段，故称为厌氧、缺氧、
56、好氧脱氮系统，简称好氧脱氮系统，简称A/A/OA/A/O系统（也称为系统（也称为A A2 2/O/O系系统）。统）。该系统是以去除有机碳、氮和磷为主的废水处该系统是以去除有机碳、氮和磷为主的废水处理工艺。理工艺。7/19/202472缺氧缺氧好氧好氧进水进水沉淀沉淀出水出水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥NO3-回流回流厌氧厌氧回流回流UTCUTC工艺流程工艺流程UCT工艺是目前比较流行的厌氧与好氧相结合的生物除磷工工艺是目前比较流行的厌氧与好氧相结合的生物除磷工艺流程。艺流程。它是在它是在A/A/O工艺的基础上对回流方式作了调整以后提出的。工艺的基础上对回流方式作了调整以后提出的。其与其与A/A/O工艺的不同之处在于它的污泥回流是缺氧池回流工艺的不同之处在于它的污泥回流是缺氧池回流到厌氧池，这样就阻止了处理系统中硝酸盐（到厌氧池，这样就阻止了处理系统中硝酸盐（NO3-）进入到进入到厌氧池而影响在厌氧过程中磷的充分释放。厌氧池而影响在厌氧过程中磷的充分释放。但在运行过程中，须注意当进水中的总氮与但在运行过程中，须注意当进水中的总氮与COD的比值较高的比值较高时，应减少混合液的回流比，以防止时，应减少混合液的回流比，以防止NO3-进入到厌氧池中。进入到厌氧池中。7/19/202473
