1、1第第1515章章 厌氧生物处厌氧生物处理理 重点重点： 厌氧生物处理机理、两级厌氧生物处理与两厌氧生物处理机理、两级厌氧生物处理与两 相厌氧生物处理、升流式厌氧污泥床（相厌氧生物处理、升流式厌氧污泥床（UASB 法法)、厌氧颗粒污泥的形成及其性质。、厌氧颗粒污泥的形成及其性质。 难点难点： 生物接触氧化法，厌氧生物处理机理、生物接触氧化法，厌氧生物处理机理、 UASB法、厌氧颗粒污泥的形成及其性质。法、厌氧颗粒污泥的形成及其性质。215.7 固着生长厌氧生物处理法固着生长厌氧生物处理法15.1 概述概述15.2 厌氧生物处理的基本原理厌氧生物处理的基本原理15.3 厌氧微生物生态学厌氧微生物
2、生态学 15.4 升流式厌氧污泥层工艺升流式厌氧污泥层工艺15.5 两相厌氧生物处理两相厌氧生物处理15.6 悬浮生长厌氧生物处理法悬浮生长厌氧生物处理法15.8 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 315.1 概述概述 厌氧生物处理：厌氧生物处理：在无氧的条件下，利用厌氧微生物的生在无氧的条件下，利用厌氧微生物的生 命活动，将各种有机物转化为甲烷、二氧化碳等的过命活动，将各种有机物转化为甲烷、二氧化碳等的过 程。程。 厌氧生物处理后面常常要连接好氧生物处理厌氧生物处理后面常常要连接好氧生物处理4n 最早的厌氧生物处理最早的厌氧生物处理15.1.1 厌氧生物处理的发展厌氧生物
3、处理的发展 进入上世纪进入上世纪50、60年代，特别是年代，特别是70年代的中后期，随着世界范围的年代的中后期，随着世界范围的能源危机的加剧，人们对利用厌氧消化过程处理有机废水的研究得以强能源危机的加剧，人们对利用厌氧消化过程处理有机废水的研究得以强化，相继出现了一批被称为现代高速厌氧消化反应器的处理工艺，从此化，相继出现了一批被称为现代高速厌氧消化反应器的处理工艺，从此厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理，真正成为一种可以与好氧厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理，真正成为一种可以与好氧生物处理工艺相提并论的废水生物处理工艺。这些被称为现代高速厌氧生物处理工艺相提并论的废水生物处理工艺。
4、这些被称为现代高速厌氧消化反应器的厌氧生物处理工艺又被统一称为消化反应器的厌氧生物处理工艺又被统一称为“第二代厌氧生物反应第二代厌氧生物反应器器”，它们的主要特点有：，它们的主要特点有： HRT大大缩短，有机负荷大大提高，处理大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率大大提高；效率大大提高； 主要包括：厌氧接触法、厌氧滤池（主要包括：厌氧接触法、厌氧滤池（AF）、上流式）、上流式厌氧污泥床（厌氧污泥床（UASB）反应器、厌氧流化床（）反应器、厌氧流化床（AFB）、）、AAFEB、厌氧生、厌氧生物转盘（物转盘（ARBC）和挡板式厌氧反应器等；）和挡板式厌氧反应器等； HRT与与SRT分离，分离，SRT
5、相相对很长，对很长，HRT则可以较短，反应器内生物量很高。则可以较短，反应器内生物量很高。 处理法最早用于处理城市污水处理厂的沉淀污泥，后来用于处理高浓度有处理法最早用于处理城市污水处理厂的沉淀污泥，后来用于处理高浓度有机废水。普通厌氧生物处理法的主要缺点是水力停留时间长，一般需要机废水。普通厌氧生物处理法的主要缺点是水力停留时间长，一般需要2030d。n 发展的厌氧生物处理发展的厌氧生物处理5n 现代的厌氧生物处理现代的厌氧生物处理 进入进入20世纪世纪90年代以后，随着以颗粒污泥为主要特点的年代以后，随着以颗粒污泥为主要特点的UASB反反应器的广泛应用，在其基础上又发展起来了同样以颗粒污泥
6、为根本应器的广泛应用，在其基础上又发展起来了同样以颗粒污泥为根本的颗粒污泥膨胀床（的颗粒污泥膨胀床（EGSB）反应器和厌氧内循环（）反应器和厌氧内循环（IC）反应器。其）反应器。其中中EGSB反应器利用外加的出水循环可以使反应器内部形成很高的上反应器利用外加的出水循环可以使反应器内部形成很高的上升流速，提高反应器内的基质与微生物之间的接触和反应，可以在升流速，提高反应器内的基质与微生物之间的接触和反应，可以在较低温度下处理较低浓度的有机废水，如城市废水等；而较低温度下处理较低浓度的有机废水，如城市废水等；而IC反应器反应器则主要应用于处理高浓度有机废水，依靠厌氧生物过程本身所产生则主要应用于处
7、理高浓度有机废水，依靠厌氧生物过程本身所产生的大量沼气形成内部混合液的充分循环与混合，可以达到更高的有的大量沼气形成内部混合液的充分循环与混合，可以达到更高的有机负荷。这些反应器又被统一称为机负荷。这些反应器又被统一称为“第三代厌氧生物反应器第三代厌氧生物反应器”。6n 早期的厌氧生物反应器早期的厌氧生物反应器 1881年法国年法国Mouras的自动净化器：的自动净化器： 1891英国英国Moncriff的装有填料的升流式反应器：的装有填料的升流式反应器： 1895年，英国设计的化粪池（年，英国设计的化粪池（Septic Tank）；）； 1905，德，德Imhoff池（称隐化池、双层沉淀池）
8、池（称隐化池、双层沉淀池）特点有：特点有： 处理废水同时，也处理从废水沉淀下来的污泥；处理废水同时，也处理从废水沉淀下来的污泥； 前几种构筑物由于废水与污泥不分隔而影响出水前几种构筑物由于废水与污泥不分隔而影响出水水质；水质； 双层沉淀池则有了很大改进，有上层沉淀池和下双层沉淀池则有了很大改进，有上层沉淀池和下层消化池；层消化池； 停留时间很长，出水水质也较停留时间很长，出水水质也较 后两种反应器曾在英、美、德、法等国得到广泛后两种反应器曾在英、美、德、法等国得到广泛推广，在我国目前仍有应用推广，在我国目前仍有应用 715.1.2 厌氧生物处理的特点厌氧生物处理的特点 与废水的好氧生物处理工艺
9、相比，废水的厌氧生物处理工艺具有以与废水的好氧生物处理工艺相比，废水的厌氧生物处理工艺具有以下主要优点：下主要优点： 能耗降低，而且还可以回收生物能（沼气）；因为厌氧生物处能耗降低，而且还可以回收生物能（沼气）；因为厌氧生物处 理工艺无需为微生物提供氧气，所以不需要鼓风曝气，减少了理工艺无需为微生物提供氧气，所以不需要鼓风曝气，减少了 能耗，而且厌氧生物处理工艺在大量降低废水中的有机物的同能耗，而且厌氧生物处理工艺在大量降低废水中的有机物的同 时，还会产生大量的沼气。时，还会产生大量的沼气。 污泥产量很低；产酸菌的产率污泥产量很低；产酸菌的产率Y为为0.150.34kgVSS/kgCOD， 产
10、甲烷菌的产率产甲烷菌的产率Y为为0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物的左右，而好氧微生物的 产率约为产率约为0.250.6kgVSS/kgCOD。 厌氧微生物可以使生物不能降解的一些有机物进行降解或部分厌氧微生物可以使生物不能降解的一些有机物进行降解或部分 降解；对于某些含有难降解有机物的废水，利用厌氧工艺进行降解；对于某些含有难降解有机物的废水，利用厌氧工艺进行 处理可以获得更好的处理效果。处理可以获得更好的处理效果。n 主要优点主要优点8 厌氧生物处理过程中所涉及到的生化反应过程较为复杂。厌氧生物处理过程中所涉及到的生化反应过程较为复杂。 厌氧微生物特别是其中的产甲烷细菌对温度
11、、厌氧微生物特别是其中的产甲烷细菌对温度、pH等环境因素非常等环境因素非常 敏感。敏感。 厌氧生物处理出水水质仍通常较差，一般需要利用好氧工艺进行厌氧生物处理出水水质仍通常较差，一般需要利用好氧工艺进行 进一步的处理；进一步的处理； 厌氧生物处理的气味较大；厌氧生物处理的气味较大； 对氨氮的去除效果不好，还可能由于原废水中含有的有机氮在厌对氨氮的去除效果不好，还可能由于原废水中含有的有机氮在厌 氧条件下的转化导致氨氮浓度的上升。氧条件下的转化导致氨氮浓度的上升。n 主要缺点主要缺点9 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
12、大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物；我国当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；目前高浓度有机工业废水的处理特点是：能源昂贵、土地价格剧目前高浓度有机工业废水的处理特点是：能源昂贵、土地价格剧增、剩余污泥的处理费用也越来越高。增、剩余污泥的处理费用也越来越高。 能将有机污染物转变成沼气并加以利用；能将有机污染物转变成沼气并加以利用； 运行能耗低；运行能耗低； 有机负荷高，占地面积少；有机负荷高，占地面积少； 污泥产量少，剩余污泥处理费用低；等等；厌氧工艺的
13、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、生态三个方面。综合效益表现在环境、能源、生态三个方面。n 我国的厌氧技术特点我国的厌氧技术特点n 我国的厌氧工艺技术特点我国的厌氧工艺技术特点1015.1.3 厌氧生物处理的发展趋势厌氧生物处理的发展趋势 开发厌氧生物处理新工艺用来治理有机污水的污染，无疑是一开发厌氧生物处理新工艺用来治理有机污水的污染，无疑是一种具有良好经济效益的种具有良好经济效益的方法方法。近年来，污水厌氧处理工艺发展十。近年来，污水厌氧处理工艺发展十分迅速，各种新工艺、新方法不断出现，包括有厌氧接触法、升分迅速，各种新工艺、新方法不断出现，包括有
14、厌氧接触法、升流式厌氧污泥床、档板式厌氧法、厌氧生物池、厌氧膨胀床和流流式厌氧污泥床、档板式厌氧法、厌氧生物池、厌氧膨胀床和流化床、厌氧生物转盘等。化床、厌氧生物转盘等。 大家都在为提高生物处理能力和稳定性的途径努力着：大家都在为提高生物处理能力和稳定性的途径努力着： 1.提高生物的持有量提高生物的持有量 2.利用厌氧生物处理中微生物种群的特点，实现相分离。利用厌氧生物处理中微生物种群的特点，实现相分离。返回返回1115.2 厌氧生物处理的基本原理厌氧生物处理的基本原理15.2.1 复杂有机物的厌氧降解复杂有机物的厌氧降解 传统观念两阶段理论传统观念两阶段理论1.酸性发酵阶段酸性发酵阶段脂肪酸
15、；脂肪酸；2.稳定发酵阶段稳定发酵阶段甲烷和甲烷和CO23.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。4.产生有还原性的有机物；产生有还原性的有机物； CH3COCOOH2CO2+CH3CHO 2CH3COOH2CH4+2CO212n 发展中观点三阶段理论发展中观点三阶段理论1.水解阶段：碳水化合物（脂肪、蛋白质）在水解阶段：碳水化合物（脂肪、蛋白质）在水解发酵菌水解发酵菌作用下转化作用下转化 为糖类、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳；为糖类、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳；2.产酸产乙酸阶段：脂肪酸在产酸产乙酸阶段：脂肪酸在产氢产乙酸菌
16、产氢产乙酸菌作用下转化成作用下转化成H2、CO2、乙酸、乙酸 CH3CH2COOHCO2+CH3COOH+H23.产甲烷阶段：最后两组生理不同的产甲烷阶段：最后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 复杂有机物复杂有机物较高级有机酸较高级有机酸H2乙酸乙酸CH44%76%24%52%28%72%生成甲烷生成甲烷生成乙酸与脱氢生成乙酸与脱氢水解与发酵水解与发酵20%13n 最新观点四阶段厌氧生物代谢过程最新观点四阶段厌氧生物代谢过程1.酸性发酵阶段酸性发
17、酵阶段脂肪酸；脂肪酸；2.稳定发酵阶段稳定发酵阶段甲烷和甲烷和CO23.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。4.产生有还原性的有机物；产生有还原性的有机物； CH3COCOOH2CO2+CH3CHO 2CH3COOH2CH4+2CO21415.2.2 水解阶段水解阶段 定义定义 复杂的非溶解性的有机物质在产酸细菌胞外水解酶的作用下转复杂的非溶解性的有机物质在产酸细菌胞外水解酶的作用下转 化为简单的溶解性单体或二聚体的过程。化为简单的溶解性单体或二聚体的过程。 影响因素影响因素 温度，水力停留时间，有机物质的组成成分，有机物质温
18、度，水力停留时间，有机物质的组成成分，有机物质 颗粒的大小；颗粒的大小；pH值；氨的浓度；水解产物浓度。值；氨的浓度；水解产物浓度。 15.2.3 产酸发酵阶段产酸发酵阶段 微生物微生物 细菌、原生生物和真菌细菌、原生生物和真菌微絮凝、发酵细菌微絮凝、发酵细菌 重要的微生物重要的微生物 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；，已醇； 碳水化合物分解菌碳水化合物分解菌丙酮乙醇，乙酸（杆状菌生化絮凝）；丙酮乙醇，乙酸（杆状菌生化絮凝）； 蛋白质水解蛋白质水解-生成氨基酸、（棱菌生化絮凝）生成氨基酸、（棱菌生化絮凝） 脂肪分解菌脂肪分解菌脂肪酸（弧菌生化絮凝
19、）脂肪酸（弧菌生化絮凝）1515.2.4 产氢产乙酸阶段产氢产乙酸阶段n 主要微生物：主要微生物： 产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌n 产物：产物：乙酸、甲烷、乙酸、甲烷、CO2、H215.2.5 产甲烷阶段产甲烷阶段在厌氧消化产甲烷菌时：在厌氧消化产甲烷菌时： C2H3O2Na+2O2 NaHCO3+CH4+29.3kj/moln 主要微生物：主要微生物：产甲烷菌产甲烷菌n 产物：产物：甲烷甲烷n 特征特征：细胞的增殖很少，（甲烷细菌不繁殖，数量少，消化时间：细胞的增殖很少，（甲烷细菌不繁殖，数量少，消化时间n 长）；食物不足；产生能量仅为好氧长）；食物不足；产生能量仅为
20、好氧1/20-1/30。n 反应方程式：反应方程式： 16n 理论产生甲烷量：理论产生甲烷量： 1 1、糖类、脂类和蛋白质等有机物经过厌氧消化能转化为甲烷和、糖类、脂类和蛋白质等有机物经过厌氧消化能转化为甲烷和COCO2 2等等 气体，这样的混合气体统称为沼气；产生沼气的数量和成分取决于气体，这样的混合气体统称为沼气；产生沼气的数量和成分取决于被消化的有机物的化学组成，一般可以用下式进行估算：被消化的有机物的化学组成，一般可以用下式进行估算： 2 2、理论上认为，、理论上认为，1 1gCODgCOD在厌氧条件下完全降解可以生成在厌氧条件下完全降解可以生成0.25 0.25 gCH4gCH4，相
21、当于标准状态下的甲烷气体体积为相当于标准状态下的甲烷气体体积为0.350.35L L；沼气中；沼气中CO2CO2和和CH4CH4的百的百分含量不仅与有机物的化学组成有关，还与其各自的溶解度有关；分含量不仅与有机物的化学组成有关，还与其各自的溶解度有关；由于一部分沼气（主要是其中的由于一部分沼气（主要是其中的CO2CO2）会溶解在出水中而被带走，同）会溶解在出水中而被带走，同时，一小部分有机物还会被用于微生物细胞的合成，所以实际的产时，一小部分有机物还会被用于微生物细胞的合成，所以实际的产气量要比理论产气量小。气量要比理论产气量小。42248248224CHbanCObanOHbanOHCban
22、1715.2.6 其他厌氧生物处理过程其他厌氧生物处理过程n 硫酸盐还原过程：硫酸盐还原过程： 又叫硫酸盐呼吸或反硫化作用又叫硫酸盐呼吸或反硫化作用n 1.定义：在厌氧条件下，化能异养型硫酸菌还原细菌利用废水中的定义：在厌氧条件下，化能异养型硫酸菌还原细菌利用废水中的有机有机 n 物作为电子供体，将氧化态硫化物还原为硫化物的过程物作为电子供体，将氧化态硫化物还原为硫化物的过程n 2.硫酸盐在处理中的危害：硫酸盐在处理中的危害：n （1）与产甲烷菌竞争底物，一直产甲烷菌的生成。）与产甲烷菌竞争底物，一直产甲烷菌的生成。n （2） H2S对产甲烷菌和其他厌氧细菌抑制。影响沼气产量和利用。对产甲烷菌
23、和其他厌氧细菌抑制。影响沼气产量和利用。n 3.解决办法：用两相厌氧生物处理工艺中的产酸相先期还原硫酸菌。解决办法：用两相厌氧生物处理工艺中的产酸相先期还原硫酸菌。n 反硝化与厌氧氨氧化：反硝化与厌氧氨氧化： 1.无氧条件下存在：无氧条件下存在：NH4+和和NO2-化能异养型硫酸菌化能异养型硫酸菌2.定义：在厌氧条件下，过程为厌氧氨氧化定义：在厌氧条件下，过程为厌氧氨氧化3.有氧条件：有氧条件： NH4+ NH2OH NO2- NO34.厌氧条件：厌氧条件： NO3- NO2- NO N2O N2返回返回1815.3 厌氧微生物生态学厌氧微生物生态学15.3.1 影响产酸细菌的主要生态因子影响
24、产酸细菌的主要生态因子pH值：影响代谢速度及生长速度，并且影响发酵类型。值：影响代谢速度及生长速度，并且影响发酵类型。 最适范围最适范围67，2.氧化还原电位氧化还原电位(ORP):影响生物种群中专性厌氧和兼性厌氧细菌影响生物种群中专性厌氧和兼性厌氧细菌的的 比例，最适范围比例，最适范围200mV至至300mV3.碱度碱度:保证系统具有良好的缓冲能力，避免保证系统具有良好的缓冲能力，避免pH过低而导致某些过低而导致某些厌氧厌氧 细菌受到抑制细菌受到抑制4.温度：厌氧微生物的生长及代谢速率，最佳温度：厌氧微生物的生长及代谢速率，最佳35摄氏度。摄氏度。5.水力停留时间和有机负荷：影响不是很大。水
25、力停留时间和有机负荷：影响不是很大。甲烷阶段是厌氧消化速率的控制阶段，以甲烷菌的影响因素为主甲烷阶段是厌氧消化速率的控制阶段，以甲烷菌的影响因素为主1915.3.2 影响甲烷细菌的主要生态因子影响甲烷细菌的主要生态因子 温度因素温度因素 1、中温（、中温（30-36） 2、高温（、高温（50-53） 接触与搅拌接触与搅拌 1. 搅拌作用：搅拌作用： 加速热传加速热传均匀底物供给均匀底物供给将底物传质到细菌表面将底物传质到细菌表面提高负荷提高负荷 2. 搅拌与不搅拌：产气量增加搅拌与不搅拌：产气量增加30% 3. 方法：泵方法：泵+水射器水射器 消化气循环消化气循环 混合搅拌法混合搅拌法 4.
26、接触的作用：提高传质速率，厌氧污泥与介质间的液膜厚度，布接触的作用：提高传质速率，厌氧污泥与介质间的液膜厚度，布 水系统。水系统。 20n 生物固体停留时间（污泥龄）与负荷生物固体停留时间（污泥龄）与负荷 1. 停留时间停留时间 c=Mr/e 其中：其中： 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； Me排出的生物总量，排出的生物总量， t排泥时间排泥时间 2. 投配率投配率每日投加新鲜污泥体积占消化池有效容积的百分数每日投加新鲜污泥体积占消化池有效容积的百分数n 营养物与营养物与C/NC/N比比 C5H7NO3即细胞合成即细胞合成C
27、/N=5：1，要求，要求C/N=（10-20）：）：1 C/N高，细胞的氮不足，水中缓冲能力下降，高，细胞的氮不足，水中缓冲能力下降，PH下降下降 C/N低，氮量上升，铵盐积累，抑制消化低，氮量上升，铵盐积累，抑制消化21n 有毒物质有毒物质 例如：重金属例如：重金属Cu2+、Hg2+ 1.重金属对甲烷消化的抑制重金属对甲烷消化的抑制 与酶结合，使酶的作用消失与酶结合，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.阴离子的毒害作用阴离子的毒害作用 如如S2-的毒害作用的毒害作用n pH 1. 产甲烷菌产甲烷菌 6.6-7.5
28、 2.缓冲剂缓冲剂: CO2和和 NH3（NH3、NH4+） H+HCO3-H2CO3组成缓冲液组成缓冲液 电离常数：电离常数：K+=H+HCO3-/H2CO3 pH=-lgK+lg(HCO3-/CH2CO3) 应保持应保持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，其浓度也应该在脂肪酸是甲烷发酵的产物，其浓度也应该在 2000mgl左右；左右；2215.3.3 影响硫酸盐还原菌的主要生态子影响硫酸盐还原菌的主要生态子 温度温度 和产甲烷相同，中温段和高温段最活跃。和产甲烷相同，中温段和高温段最活跃。 pH值值 适应范围较广，在适应
29、范围较广，在6.5-8.0。 条件条件 严格的厌氧菌，好氧生物器内不可能生存。严格的厌氧菌，好氧生物器内不可能生存。 碳硫比：碳硫比： 不应该小于不应该小于1.5 盐度：盐度： 分为嗜盐性的硫酸盐还原菌和非嗜盐性的硫酸盐还原菌。分为嗜盐性的硫酸盐还原菌和非嗜盐性的硫酸盐还原菌。2315.3.4 厌氧生化反应动力学厌氧生化反应动力学 反应方程式反应方程式 其中：其中： -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
30、数，质量半速度常数，质量/底物体积，即在生长速率等于最底物体积，即在生长速率等于最 大生长速率大生长速率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 甲烷阶段是厌氧消化速率的控制因素，因此，厌氧消化动力学是以该甲烷阶段是厌氧消化速率的控制因素，因此，厌氧消化动力学是以该阶段作为基础建立的阶段作为基础建立的24 厌氧反应方程式的进一步推导厌氧反应方程式的进一步推导 1/=（细菌净化增殖
31、速率）（细菌净化增殖速率）1/d 代入代入dx/dt的公式得到可降解的底物量的公式得到可降解的底物量(mg/l) 2515.3.5 厌氧生物处理过程中微生物优势种群的演替厌氧生物处理过程中微生物优势种群的演替 及相互关系及相互关系 推流式反应器：推流式反应器：1.产酸细菌为产甲烷细菌提供生长繁殖的底物产酸细菌为产甲烷细菌提供生长繁殖的底物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的生化反应解除了反馈抑制产甲烷细菌为产酸细菌的生化反应解除了反馈抑制5.
32、产酸细菌和产甲烷细菌共同维持环境中的适宜产酸细菌和产甲烷细菌共同维持环境中的适宜pH值值 AFB、HPA、HOMA、HOMHOMA、HOM、HOAMHOAM、NHOAM 微生物的相互关系：微生物的相互关系：返回返回2615.4 升流式厌氧污泥层工艺升流式厌氧污泥层工艺 在反应器的上部设置了气、固、在反应器的上部设置了气、固、 液三相分离器；液三相分离器； 反应器底部设置了均匀布水系统反应器底部设置了均匀布水系统 反应器内的污泥能形成颗粒污泥反应器内的污泥能形成颗粒污泥 特点：直径为特点：直径为0.10.5cm，湿比，湿比重重 为为1.041.08；具有良好的沉降性；具有良好的沉降性 和很高的产
33、甲烷活性。和很高的产甲烷活性。15.4.1 USAB工艺的工作原理工艺的工作原理 升流式厌氧污泥床集生物反应与沉淀于一体的厌氧反应器，污升流式厌氧污泥床集生物反应与沉淀于一体的厌氧反应器，污水从下部流入，通过布水系统、厌氧颗粒污泥层、三相分离器，污水从下部流入，通过布水系统、厌氧颗粒污泥层、三相分离器，污水从上部溢流堰流出。水从上部溢流堰流出。2715.4.2 颗粒污泥形成的原理及主要工艺条件颗粒污泥形成的原理及主要工艺条件 颗粒污泥形成的原理颗粒污泥形成的原理1.三种类型的颗粒污泥：三种类型的颗粒污泥： 杆菌颗粒杆菌颗粒丝菌颗粒丝菌颗粒球菌颗粒球菌颗粒2.颗粒污泥的形成原理：颗粒污泥的形成原
34、理：细菌很容易在惰性材料表面上附着并结团。细菌很容易在惰性材料表面上附着并结团。污泥中存在大量的丝状菌，具有较强的附着能力。污泥中存在大量的丝状菌，具有较强的附着能力。28 UASB反应器初次启动的操作原则反应器初次启动的操作原则1、启动阶段的目的：、启动阶段的目的： 污泥适应将要处理废水中的有机物污泥适应将要处理废水中的有机物 污泥具有很好的沉降性污泥具有很好的沉降性2、启动时要遵守的原则：、启动时要遵守的原则： 最初污泥负荷不要太高最初污泥负荷不要太高 在挥发酸未能有效分解之前，不应增加反应器负荷在挥发酸未能有效分解之前，不应增加反应器负荷 控制厌氧细菌的生存环境控制厌氧细菌的生存环境 种
35、泥量要尽量多种泥量要尽量多 控制一定的上升流速控制一定的上升流速 3.形成颗粒污泥的过程：形成颗粒污泥的过程： 启动与提高污泥活性阶段启动与提高污泥活性阶段 形成颗粒污泥阶段形成颗粒污泥阶段 逐渐形成颗粒污泥层阶段逐渐形成颗粒污泥层阶段291.接种污泥接种污泥2.废水的性质废水的性质3.反应器的工艺条件反应器的工艺条件4.不同的出水乙酸浓度可以决定优势菌种不同的出水乙酸浓度可以决定优势菌种 影响污泥颗粒化的因素影响污泥颗粒化的因素 影响颗粒污泥直径大小的因素影响颗粒污泥直径大小的因素1.温度温度2.底物在传质过程中所能进入颗粒内部的深度底物在传质过程中所能进入颗粒内部的深度3.有机负荷的高低有
36、机负荷的高低4.如果低负荷忽然增加负荷将使颗粒污泥破碎如果低负荷忽然增加负荷将使颗粒污泥破碎5.用较大的上升气流与产气量可选择性的洗出较小的颗粒污泥。用较大的上升气流与产气量可选择性的洗出较小的颗粒污泥。3015.4.3 颗粒污泥的性质颗粒污泥的性质 颗粒污泥的物理性质颗粒污泥的物理性质 1.形状不规则形状不规则2.颜色呈灰黑色或褐黑色，包裹灰白色生物膜颜色呈灰黑色或褐黑色，包裹灰白色生物膜3.相对密度在相对密度在1.01-1.05左右左右4.污泥指数与颗粒大小有关污泥指数与颗粒大小有关5.颗粒污泥在反应器中的沉降速率为颗粒污泥在反应器中的沉降速率为0.3-0.8m/h 颗粒污泥的成分颗粒污泥
37、的成分 1.微生物及其分泌物微生物及其分泌物 微生物：各类产酸细菌和产甲烷细菌，产酸细菌在颗粒外部，产甲烷微生物：各类产酸细菌和产甲烷细菌，产酸细菌在颗粒外部，产甲烷 细菌在颗粒污泥内部细菌在颗粒污泥内部2.惰性物质惰性物质3.金属离子金属离子 颗粒污泥的活性颗粒污泥的活性 采用最大比底物利用速率表示，不同底物培养的颗粒污泥的活性不同采用最大比底物利用速率表示，不同底物培养的颗粒污泥的活性不同3115.4.4 UASB反应器的结构设计原理反应器的结构设计原理 UASB UASB反应器的构造反应器的构造 1. 进水配水系统，将进入反应器的废水均匀地分配到反应器整个横断进水配水系统，将进入反应器的
38、废水均匀地分配到反应器整个横断 面，起到水力搅拌并均匀上升。面，起到水力搅拌并均匀上升。 2. 反应区，反应区内存留大量具有良好凝聚和沉淀性能的污泥，在池底部反应区，反应区内存留大量具有良好凝聚和沉淀性能的污泥，在池底部 形成颗粒污泥层。废水从厌氧污泥床底部流入，与颗粒污泥层中的污泥形成颗粒污泥层。废水从厌氧污泥床底部流入，与颗粒污泥层中的污泥 进行混合接触，污泥中的微生物分解有机物，同时产生的微小沼气气泡进行混合接触，污泥中的微生物分解有机物，同时产生的微小沼气气泡 不断地放出。微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气不断地放出。微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气 泡。
39、在颗粒污泥层上部，由于沼气的泡。在颗粒污泥层上部，由于沼气的 搅动，形成一个污泥浓度较小的悬浮搅动，形成一个污泥浓度较小的悬浮 污泥层。污泥层。 3. 三相分离器，其功能是将气体、固体和三相分离器，其功能是将气体、固体和 液体三相进行分离。液体三相进行分离。 4. 集气室，其功能是收集产生的沼气，并集气室，其功能是收集产生的沼气，并 将其导出气室送往沼气柜。将其导出气室送往沼气柜。 5. 处理水排出系统，均匀收集处理水并将处理水排出系统，均匀收集处理水并将 其排出反应器。其排出反应器。32 UASB UASB反应器的设计计算反应器的设计计算1.UASB 反应器设计计算的主要内容有：反应器设计计
40、算的主要内容有： 池型选择、有效容积以及各主要部位尺寸的确定；池型选择、有效容积以及各主要部位尺寸的确定； 进水配水系统、出水系统、三相分离器等主要设备的设计计算；进水配水系统、出水系统、三相分离器等主要设备的设计计算； 其它设备和管道如排泥和排渣系统等的设计计算其它设备和管道如排泥和排渣系统等的设计计算2.有效容积及主要构造尺寸的确定：有效容积及主要构造尺寸的确定： UASB 反应器的有效容积，一般将沉淀区和反应区的总容积作为反应器的有效容积，一般将沉淀区和反应区的总容积作为 反应器的有效容积进行考虑，多采用进水容积负荷法确定，即：反应器的有效容积进行考虑，多采用进水容积负荷法确定，即： V
41、 = Q Si / Lv 式中：式中： Q废水流量，废水流量，m3/d； Si进水有机物浓度，进水有机物浓度，mgCOD/l； Lv COD 容积负荷，容积负荷，kgCOD/m3.d。333. 三相分离器的设计：三相分离器的设计： 三相分离器的基本原理与构造三相分离器的基本原理与构造 在在UASB 反应器中三相分离器可以有以下几种布置形式反应器中三相分离器可以有以下几种布置形式34 沉淀区的设计：要求表面负荷应小于沉淀区的设计：要求表面负荷应小于1.0m3/m2.d；集气罩斜面的坡；集气罩斜面的坡 度应为度应为5560；沉淀区的总水深应不小于；沉淀区的总水深应不小于1.5m，废水在沉淀区的，废
42、水在沉淀区的 停留时间应在停留时间应在1.52.0h 之间；之间； 回流缝的设计；回流缝的设计； 气液分离效果的计算与校核；气液分离效果的计算与校核； 三相分离器的设计要点三相分离器的设计要点 上升流速上升流速4. 出水系统的设计：出水系统的设计：5. 浮渣清除系统的设计：浮渣清除系统的设计：6. 排泥系统设计：排泥系统设计：7. 其他设计中应考虑的问题：加热和保温；沼气的收集、贮存和利用；其他设计中应考虑的问题：加热和保温；沼气的收集、贮存和利用； 防腐；防腐；358.UASB 的布水系统：的布水系统： 为使底物与污泥能充分接触，为使底物与污泥能充分接触，布水应尽量，避免沟流，进水布水应尽量
43、，避免沟流，进水方式分为间歇式，脉冲式，连方式分为间歇式，脉冲式，连续均匀流，连续与间歇回流结续均匀流，连续与间歇回流结合合9.进水水质的特性：进水水质的特性： 应考虑是否影响污泥的颗粒化，形成泡沫的浮渣、降解速率等问题。应考虑是否影响污泥的颗粒化，形成泡沫的浮渣、降解速率等问题。10.UASB 的有机容积负荷：的有机容积负荷： 确定有机负荷，以及进水流量和进水确定有机负荷，以及进水流量和进水COD，可确定反应器的有效容积。，可确定反应器的有效容积。11.UASB 的水封高度：的水封高度： 控制一定的气囊高度可压破泡沫，控制一定的气囊高度可压破泡沫，可避免泡沫和浮泥进入排气系统。可避免泡沫和浮
44、泥进入排气系统。36 UASBUASB的特点的特点 污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度50gVSS/l以上，污泥龄一以上，污泥龄一 般为般为30天以上；天以上； 反应器的水力停留时间相应较短；反应器的水力停留时间相应较短； 反应器具有很高的容积负荷；反应器具有很高的容积负荷； 不仅适合于处理高、中浓度的有机工业废水，也适合于处理低不仅适合于处理高、中浓度的有机工业废水，也适合于处理低 浓度的城市污水；浓度的城市污水； UASB反应器集生物反应和沉淀分离于一体，结构紧凑；反应器集生物反应和沉淀分离于一体，结构紧凑； 无需设置填料，节省了费用，提高了容积利用率；无需设
45、置填料，节省了费用，提高了容积利用率； 一般也无需设置搅拌设备，上升水流和沼气产生的上升气流起一般也无需设置搅拌设备，上升水流和沼气产生的上升气流起 到搅拌的作用；到搅拌的作用； 构造简单，操作运行方便。构造简单，操作运行方便。3715.4.5 UASB反应器的若干发展形式反应器的若干发展形式 复合式厌氧反应器复合式厌氧反应器UBFUBF 复合厌氧法是在一个设备内由复合厌氧法是在一个设备内由几种厌氧反应器复合而成一种厌几种厌氧反应器复合而成一种厌氧处理法。目前开发的多为升流氧处理法。目前开发的多为升流式厌氧污泥床和厌氧生物滤池复式厌氧污泥床和厌氧生物滤池复合而成的升流式厌氧污泥床过滤合而成的升
46、流式厌氧污泥床过滤器。可分为无三相分离器的升流器。可分为无三相分离器的升流式厌氧污泥床过滤器式厌氧污泥床过滤器(UBF)和有和有三相分离器的升流式厌氧污泥床三相分离器的升流式厌氧污泥床过滤器过滤器(UASB+AF)。38 厌氧折流板反应器厌氧折流板反应器1.基本原理：基本原理： 反应器中设置多个垂直挡板，将反应反应器中设置多个垂直挡板，将反应器分隔为数个上向流和下向流的小室，器分隔为数个上向流和下向流的小室，使序流过这些小室；有人认为，厌氧挡使序流过这些小室；有人认为，厌氧挡板式反应器相当于多个板式反应器相当于多个UASB 反应器的反应器的串联；当废水浓度过高时，可将处理后串联；当废水浓度过高
47、时，可将处理后的出水回流。的出水回流。2.主要特点：主要特点： 与厌氧生物转盘相比，可省去转动装与厌氧生物转盘相比，可省去转动装置；与置；与UASB 相比，可不设三相分离器相比，可不设三相分离器而截流污泥；反应器启动运行时间较短，而截流污泥；反应器启动运行时间较短，远行较稳定；不需设置混合搅拌装置；远行较稳定；不需设置混合搅拌装置；不存在污泥堵塞问题。不存在污泥堵塞问题。39 厌氧往复层反应器厌氧往复层反应器 在在ABR反应器的基础上加入机械搅拌，保证系统中的污泥不沉降，反应器的基础上加入机械搅拌，保证系统中的污泥不沉降，同时进出水位置交替转换，保证反应器中污泥层的生物相基本相同。同时进出水位
48、置交替转换，保证反应器中污泥层的生物相基本相同。 内循环厌氧工艺内循环厌氧工艺 IC反应器可以看作是由两个反应器可以看作是由两个UASB反应器串联而成的反应器串联而成的,具有很大具有很大的高径比的高径比,一般为一般为48,其高度可达其高度可达1625m。IC反应器由反应器由5个基本部分个基本部分组成组成:混合区、污泥膨胀床区、内循混合区、污泥膨胀床区、内循环系统环系统,精处理区和沉淀区。其中内精处理区和沉淀区。其中内循环系统是循环系统是IC反应器工艺的核心构反应器工艺的核心构造造,它由一级三相分离器、沼气提升它由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和泥水下降管组成管、气液分离器和泥水下降管组
49、成返回返回4015.5 两相厌氧生物处理两相厌氧生物处理 两相厌氧法是一种新型的厌氧生物处理工艺，有机底物的厌氧降解，两相厌氧法是一种新型的厌氧生物处理工艺，有机底物的厌氧降解，可以分为产酸和产甲烷两个阶段。把这两个阶段的反应分别在两个独立的可以分为产酸和产甲烷两个阶段。把这两个阶段的反应分别在两个独立的反应器内进行。分别创造各自最佳的环境条件，培养两类不同的微生物，反应器内进行。分别创造各自最佳的环境条件，培养两类不同的微生物，并有旺盛的生理功能活动，将这两个反应器串联起来，形成能够承受较高并有旺盛的生理功能活动，将这两个反应器串联起来，形成能够承受较高的负荷率的两相厌氧发酵系统。的负荷率的
50、两相厌氧发酵系统。 特点：特点： 1.能够向产酸菌、乙酸菌、产甲烷菌分别提供各自最佳的生长繁殖条能够向产酸菌、乙酸菌、产甲烷菌分别提供各自最佳的生长繁殖条 件，使各个反应器达到最佳的运行效果；件，使各个反应器达到最佳的运行效果； 2.当进水负荷有大幅度变动时，酸化反应器存在着一定的缓冲作用，对当进水负荷有大幅度变动时，酸化反应器存在着一定的缓冲作用，对 后续的产甲烷反应器影响能够缓解，具有一定的耐冲击负荷的能力。后续的产甲烷反应器影响能够缓解，具有一定的耐冲击负荷的能力。 3.酸化反应器反应进程快，水力停留时间短，负荷率高，能够减轻产甲酸化反应器反应进程快，水力停留时间短，负荷率高，能够减轻产
