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1、厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 参考文献参考文献p沈耀良沈耀良,王宝贞王宝贞.废水生物处理新技术废水生物处理新技术（第二版）中国环境科学（第二版）中国环境科学出版社出版社.2009年年11月月p李奎白，张杰李奎白，张杰.水质工程学水质工程学中国建筑工业出版社，中国建筑工业出版社，2005年年7月月p胡纪萃胡纪萃.废水厌氧生物处理理论与技术废水厌氧生物处理理论与技术中国建筑工业出版社，中国建筑工业出版社，2003年年5月月p王凯军，左剑恶王凯军，左剑恶.UASB工艺的理论与工程实践工艺的理论与工程实践中国环境科学出中国环境科学出版社版社
2、.2000年年12月月p高廷耀，顾国维高廷耀，顾国维.水污染控制工程水污染控制工程（第三版）高等教育出版社（第三版）高等教育出版社.2007年年3月月p张自杰张自杰.排水工程排水工程（第四版）中国建筑工业出版社（第四版）中国建筑工业出版社.2000年年6月月p升流式厌氧污泥床反应器工程技术规范升流式厌氧污泥床反应器工程技术规范（HJ2013-2012）本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 本章内容本章内容p厌氧生物处理工艺的发展概况及特征厌氧生物处理工艺的发展概况及特征p现代厌氧生物反应器现代厌氧生物反应器p厌氧生物处理工艺的运行管理厌氧生物处理工艺的运行管理p厌氧生物处
3、理工艺的新进展厌氧生物处理工艺的新进展 本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理技术的发展简史厌氧生物处理技术的发展简史厌氧过程广泛存在于自然界中厌氧过程广泛存在于自然界中18811881年，法国，年，法国，Louis Louis MourasMouras，“自动净化器自动净化器”处理城市污水的化粪池、双层沉淀池等处理剩余处理城市污水的化粪池、双层沉淀池等处理剩余污泥的各种厌氧消化池等。污泥的各种厌氧消化池等。特点：特点：HRTHRT很长、处理效率很低、浓臭的气味等很长、处理效率很低、浓臭的气味等本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工
4、艺 概况概况p厌氧生物处理技术的发展简史厌氧生物处理技术的发展简史上个世纪上个世纪70年代后，能源危机，现代高速厌氧反应器，年代后，能源危机，现代高速厌氧反应器，厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理。厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理。l厌氧接触法（厌氧接触法（Anaerobic Contact Process）l厌氧滤池（厌氧滤池（Anaerobic Filter、AF ）l上流式厌氧污泥层（床）反应器上流式厌氧污泥层（床）反应器(Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Bed)、UASB )l厌氧流化床厌氧流化床(Anaerobic Fluidized Be
5、d、AFB )l厌氧附着膜膨胀床厌氧附着膜膨胀床(Anaerobic Attached Film Expanded Bed、AAFEB)l厌氧生物转盘（厌氧生物转盘（Anaerobic Rotated Biological Disc、ARBD）l挡板式厌氧反应器（挡板式厌氧反应器（Anaerobic Baffled Reactor、ABR） 特点：特点：HRT与与SRT分离；分离；SRT相对很长，反应器内生物量很高；相对很长，反应器内生物量很高；HRT则很短，有机负荷极大提高，处理效率极大提高。则很短，有机负荷极大提高，处理效率极大提高。本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工
6、艺 概况概况p厌氧生物处理技术的发展简史厌氧生物处理技术的发展简史90年代以后，在年代以后，在UASB反应器基础上又发展起来了反应器基础上又发展起来了EGSB和和IC反应器反应器 EGSB (Expanded Granular Sludge Bed)反应器，处理低温反应器，处理低温低浓度的有机废水低浓度的有机废水 IC (Internal Circulation)反应器，处理高浓度有机废水，可反应器，处理高浓度有机废水，可达到更高的有机负荷。达到更高的有机负荷。本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理概念：厌氧消化（或称厌氧
7、发酵）是指在厌氧条件下由概念：厌氧消化（或称厌氧发酵）是指在厌氧条件下由多种（厌氧或兼性厌氧）微生物的共同作用下，使有机多种（厌氧或兼性厌氧）微生物的共同作用下，使有机物分解并产生物分解并产生CH4和和CO2的过程。的过程。厌氧消化过程的基本生物过程厌氧消化过程的基本生物过程阶段性理论阶段性理论l两阶段理论两阶段理论l三阶段理论三阶段理论l四阶段四阶段(群群)理论理论本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理l两阶段理论两阶段理论:(1)发酵阶发酵阶段，又称产酸阶段或酸段，又称产酸阶段或酸性发酵阶段。性发酵阶段。 功功 能：水
8、解和酸化能：水解和酸化 产产 物：脂肪酸、醇类、物：脂肪酸、醇类、CO2和和H2等。等。 微生物：统称为发酵细菌微生物：统称为发酵细菌或产酸细菌或产酸细菌 主要特点有：生长快；适主要特点有：生长快；适应性（温度、应性（温度、pH等）强。等）强。 本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理l两阶段理论两阶段理论:(2)产甲烷产甲烷阶段，又称碱性发酵阶阶段，又称碱性发酵阶段；产甲烷菌利用前一段；产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转阶段的产物，并将其转化为化为CH4和和CO2 微生物：产甲烷细菌微生物：产甲烷细菌 特点：生长慢；对环
9、境条特点：生长慢；对环境条件（温度、件（温度、pH、抑制物等）、抑制物等）非常敏感。非常敏感。 本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理l两阶段理论两阶段理论 研究表明，产甲烷菌只能利用一些简单有机物如甲酸、研究表明，产甲烷菌只能利用一些简单有机物如甲酸、乙乙酸酸、甲醇、甲基胺类以及、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2等，而不能利用含两个碳以等，而不能利用含两个碳以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类；上的脂肪酸和甲醇以外的醇类； 70年代，年代，Bryant发现原来认为是一种被称为发现原来认为是一种被称为“奥氏产甲烷奥氏产甲烷菌菌”的细
10、菌，是由两种细菌共同组成的，一种细菌首先把乙的细菌，是由两种细菌共同组成的，一种细菌首先把乙醇氧化为乙酸和醇氧化为乙酸和H2，另一种细菌利用，另一种细菌利用H2和和CO2产生产生CH4； 因而提出了因而提出了“三阶段理论三阶段理论”本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理l三阶段理论三阶段理论水解、发酵阶段水解、发酵阶段产氢产乙酸阶段：产氢产乙产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、酸和乙醇等转化为乙酸、H2/CO2；产甲烷阶段：产甲烷菌利用产甲烷阶段：产甲烷菌利用乙酸、
11、乙酸、 H2和和CO2产生产生CH4； 一般认为，在厌氧生物处理过程一般认为，在厌氧生物处理过程中约有中约有70%的的CH4产自乙酸的分产自乙酸的分解，其余的则产自解，其余的则产自H2和和CO2。 本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理基本原厌氧生物处理基本原理理l四类群理论四类群理论 同型产乙酸菌：将同型产乙酸菌：将H2/CO2合成为乙酸。实际上这一部合成为乙酸。实际上这一部分乙酸的量较少，只占全部分乙酸的量较少，只占全部乙酸的乙酸的5%。 三阶段、四类群理论是目三阶段、四类群理论是目前认为的对厌氧生物处理过前认为的对厌氧生物处理过程较全面和较准确
12、的描述。程较全面和较准确的描述。本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况l厌厌氧氧消消化化的的多多阶阶段段理理论论本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理厌氧消化过程中的微生物厌氧消化过程中的微生物l发酵细菌（产酸细菌）发酵细菌（产酸细菌）l产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌l同型产乙酸菌同型产乙酸菌l产甲烷菌等产甲烷菌等本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理l发酵细菌（产酸细菌）发酵细菌（产酸细菌） 主要功能：主要功能： 水解水解在胞
13、外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物；在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物； 酸化酸化将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等；将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等； 主要细菌：主要细菌： 梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等；梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等； 特特 点：点： 水解过程较缓慢，并受多种因素影响（水解过程较缓慢，并受多种因素影响（pH、SRT、有机物种类等），、有机物种类等），有时会成为厌氧反应的限速步骤；有时会成为厌氧反应的限速步骤； 产酸反应的速率较快；产酸反应的速率较快； 大多数是厌氧菌，也有大量是兼性厌氧菌；大多数是厌氧菌，也
14、有大量是兼性厌氧菌； 按功能来分类：纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白按功能来分类：纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。质分解菌、脂肪分解菌等。 本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理l产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌 主要功能：将高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和主要功能：将高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H2； 主要反应：主要反应： 乙醇：乙醇： 丙酸：丙酸： 丁酸：丁酸： 注意：上述反应只有在乙酸浓度很低、系统中氢分压很低时才能顺注意：上述反应只有在乙酸浓度很低、系统中氢分压很低时
15、才能顺利进行。利进行。 主要细菌：互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等；多数主要细菌：互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等；多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。 本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理l产甲烷菌产甲烷菌 上个世纪上个世纪60年代，年代，Hungate开创了严格厌氧微生物培养开创了严格厌氧微生物培养技术；技术； 主要功能：将产氢产乙酸菌的产物主要功能：将产氢产乙酸菌的产物乙酸和乙酸和H2/CO2转转化为化为CH4和和CO2，使厌氧消化过程得以顺利进行；，使厌氧消化过程得以顺
16、利进行； 两大类：乙酸营养型和两大类：乙酸营养型和H2营养型产甲烷菌；乙酸营养型营养型产甲烷菌；乙酸营养型产甲烷菌的种类较少，只有甲烷八叠球菌和甲烷丝状菌，产甲烷菌的种类较少，只有甲烷八叠球菌和甲烷丝状菌，但在厌氧反应器中，有但在厌氧反应器中，有70%左右的甲烷是来自乙酸的氧化左右的甲烷是来自乙酸的氧化分解。分解。本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理l产甲烷菌产甲烷菌 本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理l典型的产甲烷反应：典型的产甲烷反应： 本科
17、10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理l产甲烷菌的代表产甲烷菌的代表 本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理l产甲烷菌的产甲烷菌的特性特性 在生物分类学上，产甲烷细菌在生物分类学上，产甲烷细菌(Methanogens)属于古细菌属于古细菌(Archaebacteria)，大小、外观上与普通细菌大小、外观上与普通细菌(Eubacteria)相似，其细胞成分特殊，特别是细胞壁相似，其细胞成分特殊，特别是细胞壁的结构较特殊的结构较特殊（详见：胡继萃）；（详见：胡
18、继萃）； 在自然界的分布，一般可认为是栖息于一些极端环境中（如地热泉水、深海在自然界的分布，一般可认为是栖息于一些极端环境中（如地热泉水、深海火山口、沉积物等），但实际上其分布极为广泛，如污泥、瘤胃、昆虫肠道、火山口、沉积物等），但实际上其分布极为广泛，如污泥、瘤胃、昆虫肠道、湿树木、厌氧反应器等湿树木、厌氧反应器等（详见：微生物教材）；（详见：微生物教材）； 产甲烷细菌都是严格厌氧细菌，要求氧化还原电位在产甲烷细菌都是严格厌氧细菌，要求氧化还原电位在-150- 400mV，氧和氧，氧和氧化剂对其有很强的毒害作用；产甲烷菌的增殖速率很慢，世代时间很长，可达化剂对其有很强的毒害作用；产甲烷菌的增
19、殖速率很慢，世代时间很长，可达46天，因此，一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的限速步骤。天，因此，一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的限速步骤。本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理特点厌氧生物处理特点主要优点：主要优点： 能耗低，且还可回收生物能（沼气）；能耗低，且还可回收生物能（沼气）； 污泥产量低；污泥产量低； 厌氧微生物的增殖速率低（本质原因？），厌氧微生物的增殖速率低（本质原因？）， 产酸菌的产率系数产酸菌的产率系数Y为为0.150.34 kgVSS/kgCOD， 产甲烷菌的产率系数产甲烷菌的产率系数Y为为0.03 kgVSS/kgCOD左右，左
20、右， 好氧微生物的产率系数约为好氧微生物的产率系数约为0.50.6 kgVSS/kgCOD。 厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解的某些有机物厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解的某些有机物进行降解或部分降解进行降解或部分降解 本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理特点厌氧生物处理特点主要缺点：主要缺点： 反应过程较为复杂反应过程较为复杂厌氧消化是由多种不同性质、不厌氧消化是由多种不同性质、不同功能的微生物协同工作的一个连续的微生物过程；同功能的微生物协同工作的一个连续的微生物过程； 对温度、对温度、pH等环境因素较敏感；等环境因素较敏感； 出水水质
21、较差，对氨氮的去除效果不好，需进一步利用出水水质较差，对氨氮的去除效果不好，需进一步利用好氧法进行处理；好氧法进行处理； 气味较大。气味较大。本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧生物处理特点厌氧生物处理特点厌氧工艺与好氧工艺的比较厌氧工艺与好氧工艺的比较 本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p影响厌氧生物处理过程的主要因素影响厌氧生物处理过程的主要因素 产甲烷反应是厌氧消化过程的控制阶段，因此，一般来说，产甲烷反应是厌氧消化过程的控制阶段，因此，一般来说，在讨论厌氧生物处理的影响因素时，主要讨论影响产甲烷菌在讨论厌氧生物处理
22、的影响因素时，主要讨论影响产甲烷菌的各项因素；的各项因素；主要因素主要因素温度温度 pH值值 氧化还原电位氧化还原电位 营养物质营养物质 有机负荷有机负荷 有毒物质有毒物质本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p影响厌氧生物处理过程的主要因素影响厌氧生物处理过程的主要因素温度：对厌氧微生物的影响十分显著温度：对厌氧微生物的影响十分显著 厌氧细菌可分为嗜热菌（或高温菌）、嗜温菌（中温菌）；相应地，厌厌氧细菌可分为嗜热菌（或高温菌）、嗜温菌（中温菌）；相应地，厌氧消化分为：氧消化分为：高温消化（高温消化（55左右）和中温消化（左右）和中温消化（35左右）左右）； 高温
23、消化的反应速率约为中温消化的高温消化的反应速率约为中温消化的1.51.9倍，产气率也较高，但气体倍，产气率也较高，但气体中甲烷含量较低（中甲烷含量较低（Why？）；？）； 当处理含有病原菌和寄生虫卵的废水或污泥时，高温消化可取得较好的当处理含有病原菌和寄生虫卵的废水或污泥时，高温消化可取得较好的卫生效果，消化后污泥的脱水性能也较好；卫生效果，消化后污泥的脱水性能也较好； 随着新型厌氧反应器的开发研究和应用，温度对厌氧消化的影响不再非随着新型厌氧反应器的开发研究和应用，温度对厌氧消化的影响不再非常重要（新型反应器内的生物量很大），因此可以在常重要（新型反应器内的生物量很大），因此可以在常温条件下
24、常温条件下（2025）进行，以节省能量和运行费用。进行，以节省能量和运行费用。本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p影响厌氧生物处理过程的主要因素影响厌氧生物处理过程的主要因素pH值和碱度：是厌氧消化过程中的最重要的影响因素；值和碱度：是厌氧消化过程中的最重要的影响因素； 产甲烷菌对产甲烷菌对pH值的变化非常敏感，最适值的变化非常敏感，最适pH值范围为值范围为6.87.2，在，在8.2时，产甲烷菌会受到严重抑制，并可能导致整个厌氧消化过程的恶化；时，产甲烷菌会受到严重抑制，并可能导致整个厌氧消化过程的恶化； 厌氧体系中的厌氧体系中的pH值受多种因素的影响：进水值
25、受多种因素的影响：进水pH值、进水水质（有机物值、进水水质（有机物浓度、种类等）、生化反应、酸碱平衡、气固液相间的溶解平衡等；浓度、种类等）、生化反应、酸碱平衡、气固液相间的溶解平衡等； 厌氧体系是一个厌氧体系是一个pH值的缓冲体系，主要由碳酸盐体系所控制；值的缓冲体系，主要由碳酸盐体系所控制； 系统中脂肪酸含量的增加，将消耗系统中脂肪酸含量的增加，将消耗HCO3-，使，使pH下降；但产甲烷菌的下降；但产甲烷菌的作用可消耗脂肪酸，且还会产生作用可消耗脂肪酸，且还会产生HCO3- ，使系统的，使系统的pH值回升；值回升； 碱度的作用主要是保证厌氧体系具有一定的缓冲能力，维持值碱度的作用主要是保证
26、厌氧体系具有一定的缓冲能力，维持值pH； 厌氧体系一旦发生酸化，则需要很长的时间才能恢复。厌氧体系一旦发生酸化，则需要很长的时间才能恢复。本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p影响厌氧生物处理过程的主要因素影响厌氧生物处理过程的主要因素氧化还原电位氧化还原电位： 严格的厌氧环境是产甲烷菌进行正常生理活动的严格的厌氧环境是产甲烷菌进行正常生理活动的基本条件基本条件； 非产甲烷菌可以在氧化还原电位为非产甲烷菌可以在氧化还原电位为+100-100mV的环境正常生长和活动；的环境正常生长和活动； 产甲烷菌的最适氧化还原电位为产甲烷菌的最适氧化还原电位为-150-400m
27、V，在，在培养产甲烷菌的初期，氧化还原电位不能高于培养产甲烷菌的初期，氧化还原电位不能高于-330mV。本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p影响厌氧生物处理过程的主要因素影响厌氧生物处理过程的主要因素营养要求营养要求 厌氧微生物对厌氧微生物对N、P等营养物质的要求略低于好氧微生物，等营养物质的要求略低于好氧微生物，其要求其要求COD : N : P = 400 : 5 : 1； 多数厌氧菌不具有合成某些必要的维生素或氨基酸的功能，多数厌氧菌不具有合成某些必要的维生素或氨基酸的功能，所以有时需要投加：所以有时需要投加： K、Na、Ca等金属盐类；等金属盐类； 微
28、量元素微量元素Ni、Co、Mo、Fe等；等； 有机微量物质酵母浸出膏生物素维生素等。有机微量物质酵母浸出膏生物素维生素等。本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p影响厌氧生物处理过程的主要因素影响厌氧生物处理过程的主要因素有机负荷有机负荷： 厌氧生物处理的有机负荷很高，达厌氧生物处理的有机负荷很高，达510 kgCOD/(m3d)，甚至可达甚至可达5080 kgCOD/(m3d)； 无传氧的限制；无传氧的限制； 更高的生物量。更高的生物量。 产酸阶段的反应速率远高于产甲烷阶段，二者之间的平衡产酸阶段的反应速率远高于产甲烷阶段，二者之间的平衡不易控制，因此必须十分谨
29、慎地选择有机负荷；不易控制，因此必须十分谨慎地选择有机负荷； 高的有机容积负荷的前提是高的生物量，相应的污泥负荷高的有机容积负荷的前提是高的生物量，相应的污泥负荷仍然较低；高的有机容积负荷可缩短仍然较低；高的有机容积负荷可缩短HRT，减小反应器容积，减小反应器容积本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p影响厌氧生物处理过程的主要因素影响厌氧生物处理过程的主要因素有毒物质有毒物质抑制性物质（胡，抑制性物质（胡，p136） 硫化物或硫酸盐：基质竞争与硫化物或硫酸盐：基质竞争与H2S的毒性的毒性 氨氮：氨氮：pH，可逆性，可逆性，IC50 重金属：游离态的影响大。使厌氧
30、细菌的酶系统受到破坏。重金属：游离态的影响大。使厌氧细菌的酶系统受到破坏。 氰化物：氰化物： 某些有机物：某些有机物：本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 概况概况p厌氧技术是水污染控制的重要手段厌氧技术是水污染控制的重要手段 我国高浓度有机工业废水排放量巨大，这些废水浓度高、我国高浓度有机工业废水排放量巨大，这些废水浓度高、多含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物；多含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物； 我国当前的水体污染物还主要是有机污染物以及营养元素我国当前的水体污染物还主要是有机污染物以及营养元素N、P的污染；的污染； 目前的形势：能源
31、昂贵、土地价格剧增、剩余污泥的处理目前的形势：能源昂贵、土地价格剧增、剩余污泥的处理费用也越来越高；费用也越来越高； 厌氧工艺的突出优点是：厌氧工艺的突出优点是：1）能将有机污染物转变成沼气并）能将有机污染物转变成沼气并加以利用；加以利用；2）运行能耗低；）运行能耗低；3）有机负荷高，占地面积少；）有机负荷高，占地面积少；4）污泥产量少，剩余污泥处理费用低等等）污泥产量少，剩余污泥处理费用低等等 厌氧工艺的综合效益表现在环境、能源、生态三方面。厌氧工艺的综合效益表现在环境、能源、生态三方面。 本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 现代厌氧反应器现代厌氧反应器p概况概况 1
32、955年，年，Schroepter首先提出了厌氧接触法（首先提出了厌氧接触法（Anaerobic Contact Process ）参考活性污泥法，增设二沉池和污泥回流系统；处理能）参考活性污泥法，增设二沉池和污泥回流系统；处理能力提高，应用于食品包装废水的处理；标志着厌氧技术应用于有机力提高，应用于食品包装废水的处理；标志着厌氧技术应用于有机废水处理的开端。随后废水处理的开端。随后: 厌氧生物滤池厌氧生物滤池 (AF, Anaerobic Filter) 上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器 (UASB, Upflow Anaerobic Sludge Blanket) 厌氧附着膜膨
33、胀床反应器厌氧附着膜膨胀床反应器 (AAFEB, Anaerobic Attached Film Expanded Bed) 厌氧流化床厌氧流化床 (AFB, Anaerobic Fluidized Bed) 厌氧折流板厌氧折流板 (ABR, Anaerobic Baffled Reactor) 厌氧生物池转盘厌氧生物池转盘 (ARBR, Anaerobic Rotating Biological Reactor) 本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 现代厌氧反应器现代厌氧反应器p特点特点微生物不只是呈悬浮生长状态，也有也有附着生长；微生物不只是呈悬浮生长状态，也有也有
34、附着生长；容积负荷大大提高，水力停留时间显著缩短；容积负荷大大提高，水力停留时间显著缩短；应用于高浓度有机工业废水的处理，如食品工业废水、酒应用于高浓度有机工业废水的处理，如食品工业废水、酒精工业废水、发酵工业废水、造纸废水、制药工业废水、精工业废水、发酵工业废水、造纸废水、制药工业废水、屠宰废水等；屠宰废水等；也能应用于城市废水等低浓度废水的处理；也能应用于城市废水等低浓度废水的处理；与好氧工艺的串联和组合，可以脱氮和除磷；与好氧工艺的串联和组合，可以脱氮和除磷；含难降解有机物的工业废水的处理。含难降解有机物的工业废水的处理。本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 现代厌
35、氧反应器现代厌氧反应器p厌氧接触法工艺厌氧接触法工艺(ACP）厌氧接触法的工艺流程厌氧接触法的工艺流程本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 现代厌氧反应器现代厌氧反应器p厌氧接触法工艺厌氧接触法工艺(ACP）厌氧接触法的特点厌氧接触法的特点l 污泥回流；使得污泥回流；使得HRT与与SRT分离。分离。l厌氧反应器产泥量很少，几乎不排剩余污泥，则厌氧反应器产泥量很少，几乎不排剩余污泥，则Qw = 0，则有：，则有：本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 现代厌氧反应器现代厌氧反应器p厌氧接触法工艺厌氧接触法工艺(ACP）厌氧接触法的特点厌氧接触法的特点 在
36、普通高速厌氧消化池中，在普通高速厌氧消化池中， Xe = X， 所以：所以： c = SRTHRT， 在中温条件下，为了满足产甲烷菌的生长，在中温条件下，为了满足产甲烷菌的生长， SRT要求要求2030d，因此高速厌氧消化池的，因此高速厌氧消化池的HRT为为2030d。 对于厌氧接触法，由于对于厌氧接触法，由于X Xe， 所以所以: HRTSRT； X越大，越大，Xe越小，则越小，则HRT就可越短。就可越短。本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 现代厌氧反应器现代厌氧反应器p厌氧接触法工艺厌氧接触法工艺(ACP）厌氧接触法的特点厌氧接触法的特点l污泥浓度高，一般为污泥浓度
37、高，一般为510 gVSS/L；l有机容积负荷高；有机容积负荷高；l中温，中温，COD负荷负荷16 kgCOD/(m3d)，去除率为，去除率为 70%80%；BOD5负荷负荷0.52.5 kgBOD/(m3d)，去除，去除率率80%90%；l出水水质较好；出水水质较好；l流程较复杂；流程较复杂；l适合于处理悬浮物和有机物浓度很高的废水。适合于处理悬浮物和有机物浓度很高的废水。本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 现代厌氧反应器现代厌氧反应器p厌氧接触法工艺厌氧接触法工艺(ACP）厌氧接触法存在问题厌氧接触法存在问题l存在的问题存在的问题: 最大的问题是污泥的沉淀最大的问题
38、是污泥的沉淀，污泥上附着有污泥上附着有小气泡；二沉池中污泥易上浮小气泡；二沉池中污泥易上浮。l改进措施：真空脱气设备（真空度为改进措施：真空脱气设备（真空度为500mmH2O）；）； 增加热交换器，使污泥骤冷，暂时抑制厌氧污泥的活增加热交换器，使污泥骤冷，暂时抑制厌氧污泥的活性性。本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 现代厌氧反应器现代厌氧反应器p厌氧生物滤池厌氧生物滤池(AF)工艺特征工艺特征 上世纪上世纪60年代末，美国，年代末，美国，Young和和Mc. Carty。1972年，第年，第一座生产性一座生产性AF投入运行。投入运行。 与好氧生物滤池相似，厌氧生物滤池是
39、装填有滤料的厌氧与好氧生物滤池相似，厌氧生物滤池是装填有滤料的厌氧生物反应器，在滤料的表面形成了以生物膜形态生长的微生生物反应器，在滤料的表面形成了以生物膜形态生长的微生物群体，在滤料的空隙中则截留了大量的悬浮生长的微生物，物群体，在滤料的空隙中则截留了大量的悬浮生长的微生物，废水通过滤料层废水通过滤料层(上向流或下向流上向流或下向流)时，有机物被截留、吸附时，有机物被截留、吸附及分解。及分解。 本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 现代厌氧反应器现代厌氧反应器p厌氧生物滤池厌氧生物滤池(AF)结构特征结构特征 升流式厌氧生物滤池升流式厌氧生物滤池降流式厌氧生物滤池降流式
40、厌氧生物滤池升流式混合型厌氧生物滤池升流式混合型厌氧生物滤池本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 现代厌氧反应器现代厌氧反应器p厌氧生物滤池厌氧生物滤池(AF)运行特征运行特征 生物膜厚度约为生物膜厚度约为14mm；生物固体浓度沿滤料；生物固体浓度沿滤料 层高度层高度而有变化而有变化； 适合于处理多种类型、浓度的有机废水适合于处理多种类型、浓度的有机废水， 有机负荷为有机负荷为0.216 kgCOD/(m3d)； 当进水浓度过高时，应采用出水回流的措施当进水浓度过高时，应采用出水回流的措施： （a）减少碱度的要求）减少碱度的要求； （b）降低进水）降低进水COD浓度浓度；
41、 （c）增大进水流量改善进水分布条件）增大进水流量改善进水分布条件。 本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 现代厌氧反应器现代厌氧反应器p厌氧生物滤池厌氧生物滤池(AF)优缺点优缺点 优点：优点： 生物固体浓度高，有机负荷高；生物固体浓度高，有机负荷高； SRT长，可缩短长，可缩短HRT，耐冲击负荷能力强；，耐冲击负荷能力强； 启动时间较短，停止运行后的再启动较容易；启动时间较短，停止运行后的再启动较容易； 无需回流污泥，运行管理方便；无需回流污泥，运行管理方便； 运行稳定性较好。运行稳定性较好。 缺点：缺点： 体积利用率较低，滤料易堵塞。体积利用率较低，滤料易堵塞。本科
42、10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 UASBUASB反应器反应器 Up-flow Anaerobic Sludge Bed Reactor，简称，简称UASB 反应器；反应器；70年代，荷兰年代，荷兰Wageningen农业大学，农业大学，Lettinga教授。国内外应用在教授。国内外应用在60%以上。以上。 废水通过布水装置进入底部的污泥层和中上部污废水通过布水装置进入底部的污泥层和中上部污泥悬浮区，通过上部气、液、固三相分离器排出处泥悬浮区，通过上部气、液、固三相分离器排出处理后废水，输出产生的沼气的一种厌氧反应器。理后废水，输出产生的沼气的一种厌氧反应器。本科10级厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 UASBUASB反应器反应器p基本结构基本结构进配水系统进配水系统池体池体三相分离器三相分离器出水收集出水收集排泥系统排泥系统加热与保温加热与保温沼气回收系统沼气回收系统本科10级厌氧生物处理工艺
