1、济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系沼气技术及其应用济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气发酵装置及 沼气工程沼气工程济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程进料Q, C0出料Q, Ce沼气X, V问题的提出问题的提出济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程bt1)(e0C
2、CYX发酵微生物浓度与污泥龄之间的关系要想提高系统中发酵微生物的浓度，就需要降低污泥龄！引发什么引发什么问题？问题？问题的提出问题的提出济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程污泥龄过短，会导致世代周期较长的产甲烷微生物从系统中流逝，从而导致没有甲烷产生，系统崩溃。如何解决？如何解决？使发酵微生物固定停留在发酵系统当中，即改进发酵装置，使得HRT与SRT分离。问题的提出问题的提出济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气
3、工程沼气发酵装置及沼气工程水力停留时间水力停留时间（HRT） 指一个消化器内的发酵液按体积计算被全部置换所需要的时间，通常以天（d）或小时（h）为单位。HRT (d)=消化器有效体积（m）每天进料量（m）计算公式：计算公式：HRT (d)消化器有效体积（m）每天进料量（m）=每天进料体积（m）投配率（%）=消化器有效体积（m）100%一个消化器的有效容积为300m，每天进料量为30m，则HRT为10d。济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程滞留期（d）产气率（m/(md)）原料利用率（%）4
4、6.2939.864.9646.1122.8952.8 牛粪高温沼气发酵时牛粪高温沼气发酵时HRT与甲烷产率与甲烷产率的关系的关系 HRT与发酵原料有机物含量成正比，有机物含量越高，HRT越长，这有利于提高有机物的分解率，过短的HRT会使大量沼气发酵细菌流失从而使得消化器难以正常运行。济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程污泥停留时间污泥停留时间（SRT） 是指微生物细胞的生成到被置换出消化器的时间。SRT产甲烷菌的增代时间，产甲烷菌流失，厌氧消化终止；SRT= 产甲烷菌的增代时间，消化能力
5、难以增长，消化无法启动；SRT产甲烷菌的增代时间，产甲烷菌不断增加，有利于有机物的降解； 在一定HRT条件下，设法延长SRT,并使微生物与原料充分混合,是厌氧消化器科技水平提高的主要方向延长SRT的方法：济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 类 型 滞留期特征 消化器举例 常规型厌氧反应器 HRT = SRT 常规消化器、完全混合式、塞流式 现代高速型厌氧反应器 SRT HRT 厌氧接触工艺、升流式固体反应器、升流式厌氧污泥床、 厌氧消化器的分类厌氧消化器的分类济南大学济南大学 资源与环境
6、学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程一、厌氧生物处理工艺的发展简史一、厌氧生物处理工艺的发展简史 厌氧过程广泛存在于自然界当中； 1881年，法国，Louis Mouras，“自动净化器” 处理城市污水的化粪池、双层沉淀池，以及处理剩余污泥的各种厌氧消化池等；水力停留时间（HRT）很长，处理效率很低，产生浓臭的气味等；第第1 1节节 厌氧生物反应器的发展概况及特征厌氧生物反应器的发展概况及特征济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 70年代后，能源危机，现代高速厌氧反应器现代
7、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； 厌氧接触法（Anaerobic Contact Process） 厌氧滤池 （Anaerobic Filter,AF） 上流式厌氧污泥床（上流式厌氧污泥床（Upflow Anaerobic sludge Bed, UASB） 厌氧流化床（Anaerobic Fluidized Bed, AFB） 厌氧附着膜膨胀床（Anaerobic Attached Film Expanded Bed, AAFEB） 厌氧生物转盘（Anaerobic Rotated Biological Disc, ARBD） 挡板式厌氧反应器（Anaerobic B
8、affled Reactor,ABR） 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系现代高速厌氧反应器的主要特点：现代高速厌氧反应器的主要特点：HRTHRT与与SRTSRT分离，分离，SRTSRT相对很长，相对很长，HRTHRT则较短，反应则较短，反应器内生物量很高；器内生物量很高；HRTHRT大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率也大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率也大大提高；大大提高； 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环
9、境科学与工程系环境科学与工程系9090年代以后，在年代以后，在UASBUASB反应器基础上又发展起来了反应器基础上又发展起来了EGSBEGSB和和ICIC反应器反应器EGSBEGSB反应器，处理低温低浓度的有机废水；反应器，处理低温低浓度的有机废水；ICIC反应器，处理高浓度有机废水，可以达到更高反应器，处理高浓度有机废水，可以达到更高的有机负荷；的有机负荷； 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系主要优点： 能耗低，还可以回收生物质能源（沼气） 污泥产量低； 厌氧微生物的增殖速率低； 产酸菌
10、的产率系数Y为0.150.34kg-VSS/kg-COD； 产甲烷菌的产率系数Y为0.03kg-VSS/kg-COD左右； 好氧微生物的产率系数约为0.50.6kg-VSS/kg-COD； 厌氧微生物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； 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程二、厌氧生物处理的主要特征二、厌氧生物处理的主要特征济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程厌氧生物降解与好氧生物降解的比较济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与
11、工程系环境科学与工程系主要缺点：反应过程较为复杂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生物过程；对温度、pH等环境因素较敏感；出水水质较差，需进一步利用好氧法进行处理；气味较大；对氨氮的去除效果不好等 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程二、厌氧生物处理的主要特征二、厌氧生物处理的主要特征济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程第第2 2节节 早期的厌氧生物反应器早期的厌氧生物反应器从1881年到上世纪20年代：1881年，法国Mouras的自动
12、净化器；1891年，英国Moncriff的装有填料的升流式反应器；1895年，英国设计的化粪池（Septic Tank）;1905年，德国的Imhoff Tank池；（隐化池、双层沉淀池）济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程TravisTravis池池双层沉淀池（隐化池）双层沉淀池（隐化池）济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系早期厌氧生物反应器的特点：主要是通过沉淀对废水进行处理；停留时间较长，出水水质不好；目前仍有应用； 第第4 4章章 沼气发
13、酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程第第3 3节节 常规厌氧消化池常规厌氧消化池厌氧消化发展的第二阶段，厌氧消化作为剩余污泥处理的主要手段；1927年，设加热装置；随后设机械搅拌50年代初，沼气循环搅拌装置；高速消化池，至今仍是污泥处理的主要技术；济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程一、消化池的类型与构造一、消化池的类型与构造主要应用范围主要应用范
14、围处理剩余污泥处理剩余污泥处理固体含量很高的有机废水处理固体含量很高的有机废水主要作用主要作用将部分有机物变为沼气；将部分有机物变为沼气；将部分有机物转化成稳定性较好的腐殖质；将部分有机物转化成稳定性较好的腐殖质；提高污泥的脱水性能；提高污泥的脱水性能；可减少污泥体积可减少污泥体积1/21/2以上；以上；灭灭活致病微生物。活致病微生物。济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程1 1、消化池的分类、消化池的分类按形状：按形状：圆柱形、椭圆形圆柱形、椭圆形（卵形）和龟甲型；（卵形）和龟甲型；按池顶
15、结构：固定盖式和浮动盖式；按池顶结构：固定盖式和浮动盖式；按运行方式：传统消化池和高速消化池；按运行方式：传统消化池和高速消化池；济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程A A、传统消化池：、传统消化池：又称低速消化池，又称低速消化池，无加热和搅拌装置；无加热和搅拌装置；有分层现象，只有有分层现象，只有部分容积有效；部分容积有效；消化速率很低，消化速率很低， HRT HRT很长（很长（30-9030-90天）天）济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系
16、第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程设有加热和搅拌装置设有加热和搅拌装置缩短了缩短了HRTHRT，提高了沼，提高了沼气产量，在中温气产量，在中温（30-35）条件下，一般消条件下，一般消化时间为化时间为1515天左右，运天左右，运行稳定；行稳定；搅拌使得高速消化池内搅拌使得高速消化池内的污泥得不到浓缩，上的污泥得不到浓缩，上清液无法分离清液无法分离B B、高速消化池、高速消化池济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程C C、两级消化池、两级消化池两级串联，第一级是告诉消
17、化池，第二级则不设搅拌和加热，两级串联，第一级是告诉消化池，第二级则不设搅拌和加热，主要起沉淀浓缩和贮存的作用，并能分离上清液；主要起沉淀浓缩和贮存的作用，并能分离上清液；二者的二者的HRTHRT的比值可采用的比值可采用1:11:1至至1:41:4，一般为，一般为2:12:1济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程厌氧消化池中的加热厌氧消化池中的加热 池内蒸汽直接加热池内蒸汽直接加热 设备简单，局部污泥易过热，会影响厌氧微生物的正常活动，并设备简单，局部污泥易过热，会影响厌氧微生物的正常活动，
18、并会增加污泥含水率；会增加污泥含水率； 池池外加热外加热 把污泥预热后投配到消化池中，所需预热的污泥量较少，易于控把污泥预热后投配到消化池中，所需预热的污泥量较少，易于控制；预热温度较高，有利于杀灭虫卵；不会对厌氧微生物不利；但制；预热温度较高，有利于杀灭虫卵；不会对厌氧微生物不利；但设备较复杂；设备较复杂；济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程高碑店污泥消化池高碑店污泥消化池济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气
19、工程沼气发酵装置及沼气工程高碑店污泥消化池高碑店污泥消化池济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程高碑店污泥消化池储气柜高碑店污泥消化池储气柜济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程高碑店沼气发电机组高碑店沼气发电机组济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程杭州四堡污水厂污泥消化池杭州四堡污水
20、厂污泥消化池济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程青岛市团岛污水厂污泥消化池青岛市团岛污水厂污泥消化池济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程污泥热交换器污泥热交换器杭州四堡污水厂杭州四堡污水厂济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程第第4 4节节 现代高速厌氧反应器现代高速厌氧反应器一、现
21、代高速厌氧反应器的产生和发展一、现代高速厌氧反应器的产生和发展 厌氧消化技术发展的第三个时期：厌氧消化技术发展的第三个时期： 19551955年，年，SchroepterSchroepter首先提出了厌氧接触法；首先提出了厌氧接触法； 随后，设计出随后，设计出AFAF、UASBUASB、AAFEBAAFEB、AFBAFB等工艺；等工艺； 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；济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程二、厌氧接触法二、厌氧接触法 工艺流程
22、工艺流程济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 工艺特点工艺特点 参考活性污泥法，设置沉淀池进行污泥回流，以此来实现HRT与SRT的分离；Qw很小，几乎不排泥；有机负荷高，可以达到5-10g-VSS/L济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 存在问题存在问题污泥难以沉淀污泥难以沉淀污泥上附着有小气泡；沉淀池中污泥易上浮； 改进措施改进措施 设置真空脱气设备（真空度一般为500mmH2O）
23、增加热交换器，使污泥骤冷，暂时抑制厌氧污泥； 济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程三、厌氧生物滤池三、厌氧生物滤池 厌氧生物滤池的发展及工艺特征厌氧生物滤池的发展及工艺特征 20世纪六十年代末，美国，Young和McCarty研发； 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生物膜形态生长的微生物群体，在滤料的孔隙中也截留了大量的悬浮生长的微生物，原料（废水）通过滤料层时，有机物被截留、吸附、分解。济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院
24、 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 厌氧生物滤池的构造厌氧生物滤池的构造哪一种更加合理？边壁效应济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 填料生物膜中的产甲烷菌填料生物膜中的产甲烷菌 济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 厌氧生物滤池的特点厌氧生物滤池的特点 生物膜厚度约为1-4mm；微生物沿滤料层高度而变化； SRT长，可以缩
25、短HRT以提高有机负荷； 启动时间较短，耐冲击负荷能力强； 无需回流污泥，运行管理方便； 需要进行专门布水以改善进水分布情况； 滤料会出现堵塞的现象； 体积利用率低，容积负荷较小； 填料费用高；微生物分布规律济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程四、上流式厌氧污泥床（四、上流式厌氧污泥床（UASBUASB）反应器）反应器 Upflow Anaerobic Sludge Bed Reactor，简称UASB反应器； 20世纪70年代，由荷兰Wageningen农业大学，Lettinga教授研发
26、；济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程UASBUASB在厌氧消化中的应用情况在厌氧消化中的应用情况世界范围世界范围中国国内中国国内济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程升流式厌氧污泥床是荷兰瓦格宁根农业大学的G.Lettnga等人在20世纪70年代研制开发的，污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器。属于第二代厌氧消化工艺，是目前世界上发展最快的消化器，由于该消化器结构简单，运行
27、费用低，处理效率高而得到广泛的应用，该消化器适用于处理可溶性废水，要求较低的悬浮固体含量。UASBUASB的简介的简介济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 UASB的工作原理 UASB消化器内部自上而下分为三个区，分别为污泥床、污泥悬浮层和三相分离器。污泥床：污泥床：由浓度很高且具有良好沉降和凝聚性能的絮状或者颗粒污泥形成；污泥形成层：污泥形成层：在
28、沼气和气泡的搅动下污泥与污水所形成的污泥悬浮层；三相分离器：三相分离器：用以分离消化过程中的沼气、消化液与颗粒污泥；济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 UASB的工艺特点 在反应器的上部设置了气、固、液三相分离器； 在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；直径为0.1-0.5cm，湿比重为1.004-1.008；具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性；污泥浓度可达50gVSS/L以上，污泥龄一般为30天以上； 水力停留时间大大缩短，具有很高的容积负荷； 生物反应与沉
29、淀分离集中在一个反应器内，结构紧凑； 无填料，节省奋勇，提高容积利用率；济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 UASB的反应过程 要处理的污水从UASB底部流入，与污泥层中的污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，将其转化为沼气，沼气以微小气泡形式不断放出，在上升过程中不断合并形成较大的气泡。由于沼气的搅动是的污泥床上部形成一个污泥浓度较为稀薄的气、泥、水混合体，一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，由导管导出，固液混合物
30、经分离器的窄缝进入沉淀区，在沉淀区内由于污泥不再受到上升气流的冲击，在重力作用下沉淀，分离污泥后的液体从沉淀区的上表面进入溢流槽流出。济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 UASBUASB启动的最大困难在于获得大量性能良好的厌氧活性污泥。启动的最大困难在于获得大量性能良好的厌氧活性污泥。厌氧活性污泥的来源主要有以下几个途径：厌氧活性污泥的来源主要有以下几个途径： 1）从现有的处理相同污水的厌氧处理设备中取出大量污泥投入消化器进行启动； 2）选取沉降性能较好的厌氧消化污泥接种后进行驯化； 3
31、）从污水排放的渠道内选取底层污泥作为接种物进行驯化； 接种污泥需满足以下两点要求：接种污泥需满足以下两点要求： 1）能够适应将要处理的有机物，特别是对于处理有毒物质 2）污泥需要有良好的沉降性能； UASB的启动与运行济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 1）最好一次投加足够量的接种污泥； 2）最初污泥负荷率一般在0.10.2kgCOD/kgTSS.d左右比较合适； 3）污水中原来存在的和厌氧分解出来的多种挥发酸未能有效分解之前，不应随意提高有机容积负荷， 4）环境条件应有利于沼气发酵细菌
32、的繁殖； 5）可降解的COD去除率达到7080左右时，可以逐步增加有机容积负荷率； UASB的启动要点济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 当UASB有机负荷较低时，产气量少，污泥床与污泥悬浮层之间有明显的界面，随着负荷的提升，产气量增加，界面则开始变的不明显，直至接近完全混合型流态，虽然有三相分离器，但出水中依然会造成污泥的流失，故可以设置沉淀池来减少污泥流失。 污泥的分布与流失污泥床污泥悬浮层界面 设置沉淀池的好处在于污泥回流可以加速污泥的积累，缩短投产周期，去除悬浮物，改善出水水质，
33、当偶因工艺控制不当造成大量污泥时，可回收污泥，污泥回流至消化器内做进一步分解，可减少污泥产量。济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 UASB反应器中的颗粒污泥 能形成沉降性能良好、活性高的颗粒污泥，是UASB反应器的重要特征； 颗粒污泥的形成与成熟，是保证UASB反应器高效稳定运行的前提；济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 颗粒污泥 厌氧颗粒污泥是厌氧微生物在不依赖惰性载体的情况下，
34、依靠自我固定化，形成的一种结构紧密的污泥聚集体，它是一个具有自我平衡的微生物系统。济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 颗粒污泥的形成与培养颗粒污泥的形成与培养济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程颗粒污泥的培养条件 一般需要1-3个月； 可分为启动期、颗粒污泥形成期、颗粒污泥成熟期； 接种时应维持稳定的环境条件，如温度、pH值等； 污泥负荷0.05-0.1kg-COD/kg-VSS；
35、表面水力负荷应大于0.3m/d，淘汰絮状污泥； 进水中可适当提供无机微粒，如钙和铁，同时应补充微量元素（镍、钴、鉬）济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程表观性状大小：初期，颗粒较小，通常直径在0.120.14mm成熟后，直径一般在0.21.5mm之间，大部分在0.8mm以上，最大可达7mm ； 颜色：通常是黑色或灰色，取决于处理条件，特别是与Fe，Ni，Co等金属的硫化物有关； 形态：不同温度下有所差异，常温颗粒污泥表面较光滑，有孔隙，污泥表面菌体排列较紧密，菌体较饱满，颗粒污泥中心有明显
36、的空洞。济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 颗粒污泥结构 按照细菌生理功能的不同，颗粒污泥可以分为三层。外层表面产酸菌占优势，第二层多为产氢产乙酸菌、甲烷八叠球菌、甲烷螺菌；核心部分几乎是唯一的乙酸裂解菌，即甲烷丝菌所构成。甲烷丝菌在颗粒污泥形成过程中提供了很好的网络结构，甲烷髦毛菌所需的乙酸是由产氢产乙酸菌等产乙酸菌提供。甲烷髦毛菌甲烷髦毛菌济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 共
37、生或互生体系，有利于形成适合细菌生长的生理生化条件； 有利于细菌对营养的吸收，增强了微生物活性 ； 使发酵中间产物与产氢产乙酸菌和产甲烷菌之间的距离大大缩短，强化了厌氧生物降解的过程 ； 当废水性质突变时(如pH值冲击、有毒物质的进入等)，颗粒污泥能够维持一个相对稳定的微环境 ； 颗粒的形成有利于微生物的截留，增加了固体的停留时间。 颗粒污泥的特点：颗粒污泥的特点：济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 颗粒污泥的外观形状多种多样，呈卵形、球形、丝状等形状多种多样，呈卵形、球形、丝状等平均直
38、径为平均直径为1mm1mm，一般为，一般为0.12mm0.12mm，最大可达，最大可达3-5mm3-5mm；颜色多为黑色、灰色、灰白色，其它还有淡黄色、暗颜色多为黑色、灰色、灰白色，其它还有淡黄色、暗绿色、红色等。绿色、红色等。济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 颗粒污泥的形成过程：100150015015040401、絮凝污泥丝状菌增长期2、颗粒污泥亚单位形成期3、亚单位聚集期4、初生颗粒生长期5、颗粒污泥生长和成熟期济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境
39、科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 各类微生物、无机物、胞外多聚物等，VSS/SS一般为7090%；主体是微生物，包括水解发酵菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌， 或硫酸盐还原菌等，细菌总数为141012个/gVSS； 优势产甲烷菌有：索氏甲烷丝菌、马氏和巴氏甲烷八叠球菌等； C、H、N的比例：C：4050%、H：7%、N：10%； 灰分含量受接种污泥、进水水质等的影响，为855%；其中的FeS、Ca2+等对于颗粒的稳定性有着重要的作用。 颗粒污泥的组成：济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装
40、置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 颗粒污泥的类型：A A型颗粒污泥：B B型颗粒污泥：C C型颗粒污泥：以巴氏甲烷八叠球菌为主体，外层常有丝状以巴氏甲烷八叠球菌为主体，外层常有丝状甲烷杆菌缠绕；甲烷杆菌缠绕；比较密实，粒径很小，约为比较密实，粒径很小，约为0.01-0.1mm0.01-0.1mm以丝状甲烷杆菌为主体，也称杆菌颗粒；以丝状甲烷杆菌为主体，也称杆菌颗粒；表面规则，外层缠绕甲烷杆菌的丝状体；表面规则，外层缠绕甲烷杆菌的丝状体；出现频率较高；出现频率较高；密度密度1.0031.003至至1.054 g/cm1.054 g/cm丝状细菌缠绕惰性微粒而成，也称为丝菌颗粒；丝状细菌缠绕惰性
41、微粒而成，也称为丝菌颗粒；大而重，粒径为大而重，粒径为1-5mm1-5mm，比重为，比重为1.01-1.051.01-1.05，沉，沉降速度为降速度为5-10mm/s;5-10mm/s;济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 废水中化学物质（营养基质和无机物）；）；反应器的工艺条件（水力表面复合和产气强度）；当反应器中乙酸浓度高时，易形成A型颗粒污泥； 当反应器中的乙酸浓度降低后，A型颗粒污泥将逐步转变为B型颗粒污泥； 当存在适量的悬浮固体时，易形成C型颗粒污泥； 影响颗粒污泥类型的因素：济
42、南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 颗粒污泥实际上是一种生物与环境条件相互依存和优化的生态系统，各种细菌形成了一条完整的食物链，有利于种间氢和种间乙酸的传递，因此其活性很高； 颗粒污泥微观结构具有成层分布的特点，即外层中占优势的细菌是水解发酵细菌，而内层则是产甲烷细菌；层状结构；孔穴与通道结构 颗粒污泥的微观结构：济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程颗粒污泥形成初期时的扫描电镜照片（运
43、行77天）济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程颗粒污泥基本成熟时扫描电镜的照片（运行120天）济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 UASB反应器中的颗粒污泥 能形成沉降性能良好、活性高的颗粒污泥，是UASB反应器的重要特征； 颗粒污泥的形成与成熟，是保证UASB反应器高效稳定运行的前提；济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章
44、沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 UASB反应器的设计与计算 目前关于UASB的设计与计算，还未形成相应的设计技术手册。主要是通过容积负荷来确定反应器尺寸，进而进行设计。VSCQV0济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 UASB反应器的设计与计算济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 UASB反应
45、器的设计与计算当设计流量Q一定，选定反应区高度H后： 原料C0稳定时，随容积负荷Sv的增加，反应区容积V，表面积A、水力停留时间t将减小，而表面水力负荷q增加； 容积负荷Sv稳定时，随着废水C0的增加，反应区容积V、表面积A、水力停留时间t将增加，而表面水力负荷q减小。 合理的设计是：低浓度时、宜采用较高H，高浓度时，宜采用较低H。济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 UASB反应器的工程实例济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章
46、沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 厌氧生物转盘其他厌氧生物反应器其他厌氧生物反应器构造及工艺流程济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程示意图 厌氧生物转盘济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系主要特点主要特点 微生物浓度高，有机负荷高，水力停留时间短； 废水沿水平方向流动，反应槽高度小，节省了提升高度； 一般不需要回流； 不会发生堵塞，可处理含较高悬浮固体的有机废水； 多采用多级串联，厌氧微生物各级中分级，处理效果更好； 运行管理方便 盘
47、片的造价较高 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 厌氧生物转盘济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系应用情况：应用情况： 多处于小试阶段； 国外：牛奶废水、奶牛牛粪、生活污水等等，进水TOC为10006000mg/L,TOC去除率可达60%-80%,有机负荷可达20kgTOC/m3d； 国外：淀粉废水与酵母废水，COD去除率可达70%-90%,有机负荷可达3070kgCOD/m3d； 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 厌氧生物转盘济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科
48、学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 厌氧挡板反应器工艺流程济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 厌氧挡板反应器主要特点主要特点优点：优点：1.不需要搅拌装置，结构简单，能耗低；2.适用于高SS的废水处理，尤其适用于牛粪的消化，用于农场有较好的经济效益；3.运转方便，故障少，稳定性高；缺点：缺点：1.固体物可能沉淀于底部，影响反应器有效体积，使HRT和SRT降低；2.需要固体和微生物的再循环；3.该消化器面积/体积比值大，难以保持一致的温度，效率较低；4
49、.易产生厚的浮渣结壳。 济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 膨胀颗粒污泥床（EGSB）膨胀颗粒污泥床(EGSB)实际上是改进的UASB。该工艺采用高达2030m的反应器，再配以出水回流以获得高的上升流速，使厌氧颗粒污泥在反应器内呈膨胀状态从而保证了进水与颗粒污泥的充分接触。EGSB的上升流速高达612m/h，容积负荷可高达2030kgCOD/(md)，在常温下处理生活污水时，水力滞留期（HRT）达1.52h，COD去除率可高达90%。EGSB工艺在低温条件下处理生活污水时，也可以得到比其
50、它工艺更好的效果。 济南大学济南大学 资源与环境学院资源与环境学院 环境科学与工程系环境科学与工程系 第第4 4章章 沼气发酵装置及沼气工程沼气发酵装置及沼气工程 (1) 高COD负荷（15kgCODcr/m3.d)； (2) 液体上升流速(2.5-10m/h)快(UASBD的上升流速在0.5-1.5m/h), CODcr去除负荷高； (3) 厌氧颗粒污泥活性高,沉降性能好,粒径和强度较大，抗冲击负荷能力强； (4) 适用范围广，可用于对微生物有抑制性的废水处理； (5) 反应器为塔式结构，高径比（H/D）较大,占地面积小； (6) 在低温和处理低浓度有机废水时有明显优势。主要特点主要特点 膨
