1、会计学1厌氧处理厌氧处理第1页/共121页第2页/共121页第3页/共121页第4页/共121页第5页/共121页第6页/共121页 好氧呼吸、无氧呼吸、发酵三种呼吸方式，获得的能量水平不同，如下表所示。呼吸方式受氢体化学反应式好氧呼吸能量利用率42分子氧C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+2817.3kJ无氧呼吸无机物C6H12C6+4NO3-6CO2+6H2O+2N2+1755.6kJ发酵能量利用率26有机物C6H12C6 2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJkJ310OH2HNO2ONH2324第7页/共121页厌氧呼吸是在无分子氧（厌氧呼吸是在无分子氧（O2）的情况下进行
2、的生物氧化。）的情况下进行的生物氧化。厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统。在呼吸过程厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统。在呼吸过程中，底物中的氢被脱氢酶活化，从底物中脱下来的氢经辅酶中，底物中的氢被脱氢酶活化，从底物中脱下来的氢经辅酶传递给除氧以外的有机物或无机物，使其还原。传递给除氧以外的有机物或无机物，使其还原。厌氧呼吸的受氢体不是分子氧。在厌氧呼吸过程中，底物氧厌氧呼吸的受氢体不是分子氧。在厌氧呼吸过程中，底物氧化不彻底，最终产物不是二氧化碳和水，而是一些较原来底化不彻底，最终产物不是二氧化碳和水，而是一些较原来底物简单的化合物。这种化合物还含有相当的能量，故释放能物简单的化
3、合物。这种化合物还含有相当的能量，故释放能量较少。量较少。氧呼吸按反应过程中的最终受氢体的不同，可分为发酵和无氧呼吸按反应过程中的最终受氢体的不同，可分为发酵和无氧呼吸。氧呼吸。厌 氧 呼 吸 第8页/共121页 发酵 指供氢体和受氢体都参与有机化合物的生物氧化作用，最终受氢体无需外加，就是供氢体的分解产物（有机物）。这种生物氧化作用不彻底，最终形成的还原性产物，是比原来底物简单的有机物，在反应过程中，释放的自由能较少，故厌氧微生物在进行生命活动过程中，为了满足能量的需要，消耗的底物要比好氧微生物的多。例如，葡萄糖的发酵过程：总反应式：4HCOCOOH2CHOHC36126CHO2CH2COC
4、OCOOH2CH323OHCH2CHCHO2CH4H23392.0kJ2COOHCH2CHOHC2236126第9页/共121页 厌氧生物处理是有机污染物在无氧的条件下，借助专性厌氧细菌和兼性厌氧细菌的作用下，将大部分有机污染物转化为甲烷、二氧化碳、水以及简单小分子有机物等的一种生物处理方法。经厌氧生物处理以后，多数有机物被分解和稳定，厌氧处理以后的污泥（熟污泥）或消化液可回用于农田作为肥料，因而目前已经受到普遍重视。第10页/共121页 早期的厌氧生物处理主要面对的是固态有机物（包括有机污泥或粪便等），所以称为消化。消化过程液化(酸化)污泥的pH迅速下降，大分子有机物转化为小分子有机酸、醇、
5、醛等液态产物和CO2、H2、NH3、H2S等气化(甲烷化)产生消化气，主体是CH4，以及部分CO2等两阶段两阶段:第11页/共121页三阶段三阶段:第12页/共121页四阶段四阶段:大分子有机物(碳水化合物，蛋白质，脂肪等)水解细菌的胞外酶水解的和溶解的有机物酸化产酸细菌有机酸醇 类醛类等H2，CO2乙酸化乙酸细菌乙酸甲烷化甲烷细菌CH4甲烷细菌CH4第13页/共121页大分子有机物（碳水化合物、蛋白质、脂肪等）大分子有机物（碳水化合物、蛋白质、脂肪等）简单有机物（单糖、氨基酸等）简单有机物（单糖、氨基酸等）有机酸（丙酸、丁酸、戊酸等）、醇、醛等有机酸（丙酸、丁酸、戊酸等）、醇、醛等H2/CO
6、2乙酸乙酸CH4水解水解(胞外酶胞外酶)酸化（产酸细菌）酸化（产酸细菌）乙酸化（乙酸细菌）乙酸化（乙酸细菌）甲烷化甲烷化（甲烷细菌）（甲烷细菌）甲烷化甲烷化（甲烷细菌）（甲烷细菌）第14页/共121页第15页/共121页第16页/共121页 按照生活习性和生理特性分为三大类：按照生活习性和生理特性分为三大类：产甲烷菌，嗜热嗜酸菌，极端嗜盐菌产甲烷菌，嗜热嗜酸菌，极端嗜盐菌 伯杰氏系统细菌学手册伯杰氏系统细菌学手册分为五大群：分为五大群：产甲烷古菌，古生硫酸盐还原菌，产甲烷古菌，古生硫酸盐还原菌，极端嗜盐菌，无细胞壁古生菌，极端嗜盐菌，无细胞壁古生菌，极端嗜热硫代谢菌极端嗜热硫代谢菌第17页/共
7、121页产甲烷菌产甲烷菌第18页/共121页 由于产甲烷菌对环境因素的影响较非产甲烷菌(包括发酵细菌和产氢产乙酸细菌)敏感得多，产甲烷反应常是厌氧消化的控制阶段，因此，以下主要讨论对产甲烷菌有影响的各种环境因素。第19页/共121页影响厌氧生物处理的主要因素1.pH和碱度最佳为7.07.3 厌氧产生有机酸pH甲烷菌分解有机酸时产生的重碳酸盐不断增加 产甲烷菌对产甲烷菌对pH值变化的适应性很差，其最适值变化的适应性很差，其最适pH值范值范围为围为6.87.2，在，在pH6.5以下或以下或8.2以上的环境中，厌氧消以上的环境中，厌氧消化会受到严重的抑制，这主要是对产甲烷菌的抑制。化会受到严重的抑制
8、，这主要是对产甲烷菌的抑制。受破坏的厌氧消化体系需要很长的时间才能恢复。受破坏的厌氧消化体系需要很长的时间才能恢复。第20页/共121页2.温度中温：3335C高温：5055C温度是影响微生物生存及生物化温度是影响微生物生存及生物化学反应最重要的因素之一。各类学反应最重要的因素之一。各类微生物适宜的温度范围是不同的微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，产甲烷菌的温度范，一般认为，产甲烷菌的温度范围为围为5-60，在，在35和和53上下上下可以分别获得较高的消化效率，可以分别获得较高的消化效率，温度为温度为40-45时，厌氧消化效时，厌氧消化效率较低。由此可见，率较低。由此可见，各种产甲烷各种
9、产甲烷菌的适宜温度区域不一致，而且菌的适宜温度区域不一致，而且最适温度范围较小。最适温度范围较小。第21页/共121页2、温度条件、温度条件 根据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可分为常温消化、中温消化和高温消化三种类型。常温厌氧消化，指在自然气温或水温下进行废水厌氧处理的工艺，适宜温度范围10-30。中温消化，适宜温度35-38，若低于32或者高于40，厌氧消化的效率即趋向明显地降低。高温厌氧消化，适宜温度为50-55。第22页/共121页2、温度条件、温度条件 上述适宜温度有时因其他工艺条件的不同而有某种上述适宜温度有时因其他工艺条件的不同而有某种程度的差异，如反应器内较高的污泥浓度，即
10、较高的程度的差异，如反应器内较高的污泥浓度，即较高的微生物酶浓度，则使温度的影响不易显露出来。在一微生物酶浓度，则使温度的影响不易显露出来。在一定温度范围内，温度提高，有机物去除率提高，产气定温度范围内，温度提高，有机物去除率提高，产气量提高。量提高。一般认为：高温消化比中温消化沼气产量约高一倍。一般认为：高温消化比中温消化沼气产量约高一倍。温度的高低不仅影响沼气的产量，而且影响沼气中甲温度的高低不仅影响沼气的产量，而且影响沼气中甲烷的含量和厌氧消化污泥的性质，对不同性质的底物烷的含量和厌氧消化污泥的性质，对不同性质的底物影响程度不同。影响程度不同。第23页/共121页3、氧化还原电位、氧化还
11、原电位 绝对的厌氧环境是产甲烷菌进行正常活动的基绝对的厌氧环境是产甲烷菌进行正常活动的基本条件，可以用氧化还原电位表示厌氧反应器中本条件，可以用氧化还原电位表示厌氧反应器中含氧浓度。含氧浓度。研究表明，非产甲烷菌可以在氧化还原电位为研究表明，非产甲烷菌可以在氧化还原电位为+100-100mV的环境下进行生理活动，而产甲的环境下进行生理活动，而产甲烷菌的最适氧化还原电位为烷菌的最适氧化还原电位为-150-400mV，培，培养产甲烷菌的初期，氧化还原电位不能高于养产甲烷菌的初期，氧化还原电位不能高于-330mV。第24页/共121页4、营养、营养 厌氧微生物对碳、氮等营养物质的要求略低于好氧微生物
12、，但大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，为了保证细菌的增殖和活动，还需要补充某些专门的营养，如钾、钠、钙等金属盐类是形成细胞或非细胞的金属络合物所必需的，而镍、铝、钴、钼等微量金属，则可提高若干酶系统的活性，使产气量增加。BOD:N:P=200300:5:1第25页/共121页5.负荷 厌氧反应池的容积决定于厌氧反应的负荷率。表达方式容积负荷参数为投配率日进入的有机物量与池子容积之比，在一定程度上反映了污染物在消化池中的停留时间有机物负荷参数为有机负荷率第26页/共121页5、食料微生物比、食料微生物比 有机负荷表示，kgCOD(kgVSSd)。在有机负荷、处理程度和产气量三
13、者之间，存在着密切的联系和平衡关系。一般，较高的有机负荷可获得较大的产气量，但处理程度会降低。由于厌氧消化过程中产酸阶段的反应速率比产甲烷阶段的反应速率高得多，必须十分谨慎地选择有机负荷，使挥发酸的生成及使挥发酸的生成及消耗不致失调，形成挥发酸的积累消耗不致失调，形成挥发酸的积累。为保持系统平衡，有机负荷的绝对值不宜太高。总的说来，厌氧生物处理可采用较好氧生物处理高得多的有机负荷。一般可达510kgCOD(m3d)，甚至可高达50kgCOD(m3d)。容积负荷容积负荷 产酸速度大于产甲烷速度，有机负荷高导致产酸率大于产甲烷速率，严重时导致产甲烷失败，系统停顿。试验确定负荷。第27页/共121页
14、6.消化池的搅拌 在有机物的厌氧发酵过程中，让反应器中的微生物和营养物质(有机物)搅拌混合，充分接触，将使得整个反应器中的物质传递、转化过程加快。作用使池内污泥浓度分布均匀，利于微生物生长繁殖释放有害气体使环境因素在反应器内保持均匀第28页/共121页搅拌和混合搅拌和混合 没有搅拌的厌氧消化池，池内料液常有分层现象。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，促进沼气分离。搅拌措施能显著地提高消化的效率，将有搅拌的传统消化器称为高效消化器。混合搅拌程度与强度，尚有不同的观点：混合搅拌与产气量的关系，有资料说明，适当搅拌优于频频搅拌，也有资料说明，频频搅拌为好。第29页/共
15、121页搅拌和混合搅拌和混合一般认为，产甲烷菌的生长需要相对较宁静的环境，巴斯韦尔曾指出:消化池的每次搅拌时间不应超过1h。有学者研有学者研究认为消化器内的物质移动速度不宜超过究认为消化器内的物质移动速度不宜超过0.5m/s0.5m/s,因为这是微生物生命活动的临界速度。搅拌的作用还与污水废物的性状有关。当含不溶性物质较多时，因易于生成浮渣，搅拌的功效更加显著；对可溶性废物获易消化悬浮固体的污水，搅拌的功效也相对地小一些。第30页/共121页搅拌和混合搅拌和混合搅拌的方法有：机械搅拌器搅拌法；机械搅拌器搅拌法；消化液循环搅拌法；消化液循环搅拌法；沼气循环搅拌法等沼气循环搅拌法等。其中沼气循环搅
16、拌，还有利于使沼气中的CO2作为产甲烷的底物被细菌利用，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，通过液流及其扩散作用，也起到一定程度的搅拌作用。第31页/共121页 有毒物质会对厌氧微生物产生不同程度的抑制，使厌氧消化过程受到影响甚至遭到破坏。最常见的抑制性物质为硫化物、氨氮、重金属、氰化物以及某些人工合成的有机物。组成：微生物及吸附的有机物、无机物组成，是厌氧反应的基础保障。许多指标的确定和选取与好氧活性污泥一样。浓度越高，处理效率越高，但高到一定程度，效率增加不再明显。6.有毒有害物质7.厌氧活性污泥厌氧活性污泥第32页
17、/共121页 甲烷菌专性厌氧，且处理系统中不能含有浓度过高的SO42-，SO32-。污水和泥液中的碱度有缓冲作用，如果有足够的碱度中和有机酸，其pH有可能维持在6.8以上，酸化和甲烷化两大类细菌就可以共存，从而消除分阶段现象。厌氧法与好氧法相比，降解较不彻底，放出的热量少，反应速度低。主要用于污泥的消化、高浓度有机废水和温度较高的有机工业废水的处理。影响甲烷菌生长的因素pH：6.87.2温度：3538C和5255C第33页/共121页第34页/共121页第35页/共121页螺旋桨(机械)搅拌的消化池第36页/共121页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，常用加热方
18、式有三种:(a)废水在消化池外先经热交换器预热到规定温度再进入消化池；(b)热蒸汽直接在消化器内加热；(c)在消化池内部安装热交换管。第37页/共121页第38页/共121页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的料液。厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较简单。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。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。温度不均匀，消化效率低。第39页/共121页第40页/共121页第41页/共121页第42页/共121页第43页/共121页第44页/共121页第45页/共12
19、1页第46页/共121页第47页/共121页水污染控制工程河南工程学院资源与环境工程系第48页/共121页水污染控制工程河南工程学院资源与环境工程系第49页/共121页水污染控制工程河南工程学院资源与环境工程系第50页/共121页在厌氧生物滤池中，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匀的，在池进水部位高，相应的有机物去除速度快。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，进水部位容易发生堵塞现象。第51页/共121页第52页/共121页第53页/共121页 优点：处理能力高；滤池内可以保持很高的微生物浓
20、度；不需另设泥水分离设备，出水SS较低；设备简单、操作方便。缺点：滤料费用较高；滤料易堵塞，尤其是下部，生物膜很厚；堵塞后，没有简单有效的清洗方法。因此，悬浮物高的废水不适用。第54页/共121页第55页/共121页第56页/共121页第57页/共121页 流化床操作的首要满流化床操作的首要满足条件是：上升流速即操足条件是：上升流速即操作速度必须大于临界流态作速度必须大于临界流态化速度，而小于最大流态化速度，而小于最大流态化速度。上升流速应控制化速度。上升流速应控制在在1.21.5倍临界流化速倍临界流化速度。度。u厌氧流化床AFB第58页/共121页第59页/共121页 (a)UASB rea
21、ctor (b)AFB 1 生物气 2 出水 3 三相分离器 4 污泥床 5 流化床 6 回流 7 进水UASB反应器和AFB示意图厌氧流化床（AFB）能够获得很高的有机负荷率。荷兰的Heijnen的实验证实，利用AFB处理已酸化的酵母污水，COD容积去除负荷率可高达50kgCOD/m3.d以上，HRT可缩短至1h。在UASB等厌氧反应器中，传质往往成为提高负荷率的限制因素。而在AFB中，由于液相（污水）和固相（生物膜）间有效接触面积大，相对运动速度高，因此传质效率高，构成了该工艺的一大特点。在AFB中传质速率远大于生化反应速率传质将不再成为提高流化床去除效率的限制因素厌氧流化床（AFB）第6
22、0页/共121页 在实际应用中AFB仍面临着：1）如何解决生物膜脱落问题；2）如何保证反应器内载体表面生物膜均匀附着问题；3）如何保持长期运行时反应器内有足够生物量的问题。载体表面过厚生物膜会影响传质、削弱细胞活性、降低流化质量。对于好氧流化床反应器，当载体表面生物膜过厚时，会由于氧供应的缺乏而造成好氧微生物死亡和溶解，从而可使过厚的生物膜脱落。但对于厌氧流化床（AFB），由于厌氧微生物的生长不受氧的限制，从而使生物膜的生长不受控制，最终会导致水流阻塞和反应器流化质量的降低，所以必须采取措施使生物膜脱落。AFB所面临的问题第61页/共121页 AFB的脱膜措施：的脱膜措施：定期将附着生物膜的载
23、体颗粒从反应器内取出进行脱膜处理，然定期将附着生物膜的载体颗粒从反应器内取出进行脱膜处理，然后再将脱膜后的载体重新返回反应器。然而这又涉及到长期运行时如后再将脱膜后的载体重新返回反应器。然而这又涉及到长期运行时如何保证载体表面生物膜均匀附着和反应器内有足够的污泥量的问题。何保证载体表面生物膜均匀附着和反应器内有足够的污泥量的问题。第62页/共121页 虽然影响微生物在载体表面的吸附的因素很多，但起主要虽然影响微生物在载体表面的吸附的因素很多，但起主要作用的是作用的是局部能量分散速率局部能量分散速率所造成的附着生物膜的载体颗所造成的附着生物膜的载体颗粒与裸露的载体颗粒之间的粒与裸露的载体颗粒之间
24、的碰撞碰撞。而在。而在AFB反应器内，反应器内，顶顶部的能量分散的速率低部的能量分散的速率低，导致生物膜厚度的增加，反应器，导致生物膜厚度的增加，反应器会部分堵塞。而反应器会部分堵塞。而反应器底部较高的局部能量分散速率底部较高的局部能量分散速率阻碍阻碍了微生物在裸露载体表面的粘附。这样，反应器了微生物在裸露载体表面的粘附。这样，反应器底部底部生物生物膜较慢的粘附速率和较快的磨损速率膜较慢的粘附速率和较快的磨损速率减小了污泥浓度减小了污泥浓度，而，而反应器反应器顶部顶部生物膜的较高生长速率和较慢的磨损速率又导生物膜的较高生长速率和较慢的磨损速率又导致了致了过厚的生物膜过厚的生物膜。这样当载体在反
25、应器内保持较长的停。这样当载体在反应器内保持较长的停留时间时，由于生物膜脱落，反应器顶部污泥浓度也在减留时间时，由于生物膜脱落，反应器顶部污泥浓度也在减少，从而最终造成反应器内污泥浓度和反应器的有机负荷少，从而最终造成反应器内污泥浓度和反应器的有机负荷率逐渐减少。率逐渐减少。第63页/共121页 Anaflux AFB 与传统的AFB一样，也是通过进水和出水循环产生高流速的上升的液流使附着生物膜的无机载体处于流化状态。但Anaflux AFB同时考虑到UASB反应器能利用三相分离器有效截留污泥，保持反应器内高污泥量的特点，在传统AFB的分离区设计了三相分离器以确保气、液、固的有效分离，使得反应
26、器内可保留更多的污泥量，反应器内液体上升流速也可以进一步提高，从而可获得比传统AFB更高的有机负荷率。Anaflux AFB的有机负荷率可高达大于60kgCOD/m3.d。而处理相似的污水，UASB的有机负荷率仅能达到10到20 kgCOD/m3.d，传统AFB的有机负荷率也只能提高到15到40kgCOD/m3.d。改进的AFB Anaflux AFB第64页/共121页 Anaflux AFB内的液体上升流速的进一步提高，在一定程度上内的液体上升流速的进一步提高，在一定程度上改善了传统改善了传统AFB所面临的顶部载体生物膜过厚和底部载体生物膜所面临的顶部载体生物膜过厚和底部载体生物膜难以附着
27、的状况。而且，难以附着的状况。而且，Anaflux AFB采用有效直径小于采用有效直径小于500 m的的天然多孔无机生物载体，在适当的条件下，此种载体允许细菌快天然多孔无机生物载体，在适当的条件下，此种载体允许细菌快速吸附，形成活性生物膜，能够在短接种和启动期后承担高负荷速吸附，形成活性生物膜，能够在短接种和启动期后承担高负荷率。率。当载体上生物膜过厚时，载体颗粒密度减小，在上升液流和气流当载体上生物膜过厚时，载体颗粒密度减小，在上升液流和气流作用下颗粒能被带至顶部的分离区。但此时也不能在反应器内进作用下颗粒能被带至顶部的分离区。但此时也不能在反应器内进行有效地生物脱膜，仍需定期地将分离区的载
28、体用一个外部的离行有效地生物脱膜，仍需定期地将分离区的载体用一个外部的离心泵抽出并使这些附着过厚生物膜的载体承受足够的搅动作用而心泵抽出并使这些附着过厚生物膜的载体承受足够的搅动作用而剪切掉部分生物膜，载体和悬浮的微生物又被重新返回反应器。剪切掉部分生物膜，载体和悬浮的微生物又被重新返回反应器。虽然通过这种方式，载体的密度可得到控制，更均匀的反应器污虽然通过这种方式，载体的密度可得到控制，更均匀的反应器污泥床可以形成。泥床可以形成。但是Anaflux AFB仍没能从根本解决AFB的生物脱膜问题 第65页/共121页第66页/共121页第67页/共121页第68页/共121页 在反应器的上部设置
29、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 和很高的产甲烷活性。和很高的产甲烷活性。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
30、。第69页/共121页UASBUASB反应器示意图反应器示意图第70页/共121页Upflow Anaerobic Sludge Blanket，简称，简称UASB:是是荷兰农业大学荷兰农业大学19741978年间研制出来的一种高年间研制出来的一种高效效厌氧生物反应器。据厌氧生物反应器。据1993年的报道，国外至少已年的报道，国外至少已有有300多座生产规模处理装多座生产规模处理装置在运行，其中设备最置在运行，其中设备最大大容积达容积达15600m3。第71页/共121页第72页/共121页 在反应器的上部设置了气、固、液三相在反应器的上部设置了气、固、液三相分离器；分离器；在反应器底部设置了
31、均匀布水系统；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（直径反应器内的污泥能形成颗粒污泥（直径0.54mm，湿比重，湿比重1.041.08）；具有良好）；具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性的沉降性能和很高的产甲烷活性。第73页/共121页 UASB反应器的启动反应器的启动废水厌氧生物处理反应器成功启动的标志是废水厌氧生物处理反应器成功启动的标志是:在反应器中短在反应器中短期内培养出活性高、沉降性能优良并适用于处理废水水质的厌氧污泥。期内培养出活性高、沉降性能优良并适用于处理废水水质的厌氧污泥。在实际工程中，生产性厌氧反应器建造完成后，快速顺利地启动在实际工程中，生产性厌氧
32、反应器建造完成后，快速顺利地启动反应器是整个废水处理工程中的关键性因素反应器是整个废水处理工程中的关键性因素第74页/共121页1、选取性能优良的接种污泥，以保证反应器有较好的微生物种源；、选取性能优良的接种污泥，以保证反应器有较好的微生物种源；2、控制合适的反应器环境，以促进厌氧细菌（特别是产甲烷细菌）的增殖；、控制合适的反应器环境，以促进厌氧细菌（特别是产甲烷细菌）的增殖；3、控制工艺条件，以促进污泥的颗粒化。、控制工艺条件，以促进污泥的颗粒化。UASB反应器启动的操作原则反应器启动的操作原则第75页/共121页1)处理各种废水均需要保持在处理各种废水均需要保持在18以上；以上；2)不能解
33、决提高有机负荷率与防止污泥流失的不能解决提高有机负荷率与防止污泥流失的矛盾，很难将有机负荷率进一步提高；矛盾，很难将有机负荷率进一步提高；3)如何保持泥水良好接触，强化传质过程，最如何保持泥水良好接触，强化传质过程，最大限度地利用颗粒污泥的生化处理能力，减轻由大限度地利用颗粒污泥的生化处理能力，减轻由于传质限制对生化反应速率的负面影响，是于传质限制对生化反应速率的负面影响，是UASB反应器应重点解决的问题；反应器应重点解决的问题；4)对有毒、难生物降解物质无能为力；对有毒、难生物降解物质无能为力；5)对低浓度废水，尤其是低温低浓度废水的处对低浓度废水，尤其是低温低浓度废水的处理能力有限理能力有
34、限。UASBUASB反应器所面临的问题反应器所面临的问题第76页/共121页第77页/共121页第78页/共121页第79页/共121页 颗粒污泥的外观：颗粒污泥的外观：卵形、球形、丝形等；卵形、球形、丝形等；其平均直径为其平均直径为1 mm，一般为，一般为0.12 mm，最大可达，最大可达35 mm；反应区底部的颗粒污泥多以无机粒子作为核心，外包生反应区底部的颗粒污泥多以无机粒子作为核心，外包生物膜；颗粒的核心多为黑色，生物膜的表层则呈灰白色、物膜；颗粒的核心多为黑色，生物膜的表层则呈灰白色、淡黄色或暗绿色等；淡黄色或暗绿色等；反应区上部的颗粒污泥的挥发性相对较高；颗粒污泥质反应区上部的颗粒
35、污泥的挥发性相对较高；颗粒污泥质软，有一定的韧性和粘性软，有一定的韧性和粘性。UASB反应器中的颗粒污泥反应器中的颗粒污泥（了解）（了解）第80页/共121页 颗粒污泥的组成颗粒污泥的组成各类微生物、无机矿物以及有机的胞外多聚物等，各类微生物、无机矿物以及有机的胞外多聚物等，VSS/SS一般为一般为7090%；颗粒污泥的主体是各类微生物，包括水解发酵菌、产氢产颗粒污泥的主体是各类微生物，包括水解发酵菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌，有时还会有硫酸盐还原菌等，细菌总数乙酸菌、产甲烷菌，有时还会有硫酸盐还原菌等，细菌总数为为141012个个/gVSS；颗粒污泥中颗粒污泥中C、H、N的比例为的比例为C约为
36、约为4050%、H约为约为7%、N约为约为10%；灰分含量因接种污泥的来源、处理水质等的；灰分含量因接种污泥的来源、处理水质等的不同而有较大差距，一般灰分含量可达不同而有较大差距，一般灰分含量可达8.855%。胞外多聚物：在颗粒污泥的表面和内部，透明发亮的粘液胞外多聚物：在颗粒污泥的表面和内部，透明发亮的粘液状物质，主要是多聚糖、蛋白质和糖醛酸等；其存在有利于状物质，主要是多聚糖、蛋白质和糖醛酸等；其存在有利于保持颗粒污泥的稳定性。保持颗粒污泥的稳定性。第81页/共121页3)颗粒污泥的生物活性颗粒污泥的生物活性颗粒污泥中的细菌是成层分布的，即外层中占颗粒污泥中的细菌是成层分布的，即外层中占优
37、势的细菌是水解发酵菌，而内层则是产甲烷优势的细菌是水解发酵菌，而内层则是产甲烷菌；菌；颗粒污泥实际上是一种生物与环境条件相互依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很存和优化的生态系统，各种细菌形成了一条很完整的食物链，有利于种间氢和种间乙酸的传完整的食物链，有利于种间氢和种间乙酸的传递，因此其活性很高。递，因此其活性很高。第82页/共121页4)颗粒污泥的培养条件颗粒污泥的培养条件培养出高浓度、高活性的颗粒污泥一般需要培养出高浓度、高活性的颗粒污泥一般需要13个月；可以分个月；可以分为为三个阶段三个阶段：启动期、颗粒污泥形成期、颗粒污泥成熟期。：启动期
38、、颗粒污泥形成期、颗粒污泥成熟期。影响颗粒污泥形成的主要因素影响颗粒污泥形成的主要因素：接种污泥的选择；接种污泥的选择；维持维持稳定的环境条件，如温度、稳定的环境条件，如温度、pH值等；值等；初始污泥负荷一般为初始污泥负荷一般为0.050.1 kgCOD/kgSS.d，容积负荷一般应小于，容积负荷一般应小于0.5 kgCOD/m3.d；保持反应器中低的保持反应器中低的VFA浓度；浓度；表面水力负荷应大于表面水力负荷应大于0.3 m3/m2.d，以保持较大的水力分级作用，冲走轻质的絮体污泥；，以保持较大的水力分级作用，冲走轻质的絮体污泥；进水进水COD浓度不宜大于浓度不宜大于4000 mg/l，
39、否则可采取水回流或稀疏，否则可采取水回流或稀疏等措施；等措施；进水中可适当提供无机微粒，特别可以补充钙和铁进水中可适当提供无机微粒，特别可以补充钙和铁，同时应补充微量元素，同时应补充微量元素(如如Ni、Co、Mo)。第83页/共121页第84页/共121页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几种布置形式几种布置形式第85页/共121页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 Upflow Anaerobic Bed-Filter 复合厌氧法是在一个设备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内由几种厌氧反应器复合而
40、成一种厌氧处理法。目前开发的多为种厌氧处理法。目前开发的多为升流式厌氧污泥床和厌氧生物滤升流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池复合而成的升流式厌氧污泥床过滤器。可分为无三相分离器的过滤器。可分为无三相分离器的升流式厌氧污泥床过滤器升流式厌氧污泥床过滤器(UBF)和有三相分离器的升流式厌氧污和有三相分离器的升流式厌氧污泥床过滤器泥床过滤器(UASB+AF)。第86页/共121页 厌氧折流板反应器厌氧折流板反应器ABR1.基本原理：基本原理：反应器中设置多个垂直挡反应器中设置多个垂直挡板，将反应器分隔为数个板，将反应器分隔为数个上向流和下向流的小室，上向流和下向流的小室，使序流
41、过这些小室；有人使序流过这些小室；有人认为，厌氧挡板式反应器认为，厌氧挡板式反应器相当于多个相当于多个UASB 反应器的反应器的串联；当废水浓度过高时串联；当废水浓度过高时，可将处理后的出水回流，可将处理后的出水回流。2.2.主要特点：主要特点：与厌氧生物转盘相比，可省去转动装置；与与厌氧生物转盘相比，可省去转动装置；与UASB UASB 相比，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，可不设三相分离器而截流污泥；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；不存在污泥堵塞问题远行较稳定；不需设置混合搅拌装置；不存在污泥堵塞问题。第87页/共121页进水沼气出水污泥
42、床 ABRABR反应器是用多个垂直安装的导流板，将反应室分反应器是用多个垂直安装的导流板，将反应室分成多个串联的反应室，每个反应室都是一个相对独立的上成多个串联的反应室，每个反应室都是一个相对独立的上流式污泥床系统流式污泥床系统(UASB)(UASB)，废水在反应器内沿导流板作上，废水在反应器内沿导流板作上下折流流动，逐个通过各个反应室并与反应室内的颗粒或下折流流动，逐个通过各个反应室并与反应室内的颗粒或絮状污泥相接触，而使废水中的底物得以降解。絮状污泥相接触，而使废水中的底物得以降解。第88页/共121页 从工艺上看，从工艺上看，ABR与单个与单个UASB有显著不同。有显著不同。首先，首先，
43、UASB可近似看作是一种完全混合式反应器，可近似看作是一种完全混合式反应器，而而ABR是一种复杂混合型水力流态，且更接近于推流是一种复杂混合型水力流态，且更接近于推流式反应器；其次，式反应器；其次，UASB中酸化和产甲烷两类不同的中酸化和产甲烷两类不同的微生物相交织在一起，不能很好适应相应的底物组分微生物相交织在一起，不能很好适应相应的底物组分及环境因子及环境因子(pH、氢分压、氢分压)，而在，而在ABR中各个反应室中中各个反应室中的微生物相是随流程逐级递变的，递变的规律与底物的微生物相是随流程逐级递变的，递变的规律与底物降解过程协调一致，从而确保相应的微生物相拥有最降解过程协调一致，从而确保
44、相应的微生物相拥有最佳的工作活性。佳的工作活性。第89页/共121页 ABR反应器独特的分格式结构及推流式流态使得每反应器独特的分格式结构及推流式流态使得每个反应室中可以驯化培养出与流至该反应室中的污个反应室中可以驯化培养出与流至该反应室中的污水水质、环境条件相适应的微生物群落，从而导致水水质、环境条件相适应的微生物群落，从而导致厌氧反应产酸相和产甲烷相沿程得到分离，使厌氧反应产酸相和产甲烷相沿程得到分离，使ABR反应器在整体性能上相当于一个两相厌氧处理系统反应器在整体性能上相当于一个两相厌氧处理系统。两大类厌氧菌群可以各自生长在最适宜的环境条。两大类厌氧菌群可以各自生长在最适宜的环境条件下，
45、有利于充分发挥厌氧菌群的活性，提高系统件下，有利于充分发挥厌氧菌群的活性，提高系统的处理效果和运行的稳定性的处理效果和运行的稳定性。第90页/共121页厌氧折流板反应器特点厌氧折流板反应器特点 1）上下多次折流，有良好的水力条件和混合效果，反应器死）上下多次折流，有良好的水力条件和混合效果，反应器死区少，使得废水中有机物与厌氧微生物充分接触，有利于有机物的区少，使得废水中有机物与厌氧微生物充分接触，有利于有机物的分解；分解；2）不需要设置三相分离器，没有填料，不设搅拌设备，反应）不需要设置三相分离器，没有填料，不设搅拌设备，反应器构造较为简单；器构造较为简单；3）由于进水污泥负荷逐段降低，沼气
46、搅动也逐段减少，不会）由于进水污泥负荷逐段降低，沼气搅动也逐段减少，不会发生因厌氧污泥床膨胀而大量流失污泥的现象，出水发生因厌氧污泥床膨胀而大量流失污泥的现象，出水SS较低；较低；4）反应器内可形成沉淀性能良好，活性高的厌氧颗粒污泥，可）反应器内可形成沉淀性能良好，活性高的厌氧颗粒污泥，可维持较多的生物量。折流板的阻挡减弱了隔室间的返混作用，液体维持较多的生物量。折流板的阻挡减弱了隔室间的返混作用，液体的上流和下流减少了细菌的洗出量，使反应器能在高负荷条件下有的上流和下流减少了细菌的洗出量，使反应器能在高负荷条件下有效地截留活性微生物固体，泥龄增长，污泥产率低。效地截留活性微生物固体，泥龄增长
47、，污泥产率低。第91页/共121页 5）因反应器没有填料，不会发生堵塞；）因反应器没有填料，不会发生堵塞；6）ABR反应器中有良好的微生物种群分布，反应器中不同反应器中有良好的微生物种群分布，反应器中不同隔室内的厌氧微生物易呈现出良好的种群分布和处理功能的隔室内的厌氧微生物易呈现出良好的种群分布和处理功能的配合，不同隔室中生长适应流入该隔室废水水质的优势微生配合，不同隔室中生长适应流入该隔室废水水质的优势微生物种群，从而有利于形成良好的微生态系统；物种群，从而有利于形成良好的微生态系统；7）较强的抗冲击负荷能力，）较强的抗冲击负荷能力，ABR较强的抗冲击负荷能力来源较强的抗冲击负荷能力来源于对
48、废水中固体较强的截留能力和微生物种群的合理分布。于对废水中固体较强的截留能力和微生物种群的合理分布。ABR反应器有利于产酸段和产甲烷段的进行，减弱了由于高反应器有利于产酸段和产甲烷段的进行，减弱了由于高负荷条件下引起的低负荷条件下引起的低pH对产甲烷菌的抑制作用，在上流室不对产甲烷菌的抑制作用，在上流室不同隔室中形成性能稳定、种群良好的微生物链，使反应器具同隔室中形成性能稳定、种群良好的微生物链，使反应器具有抗冲机负荷的能力；有抗冲机负荷的能力；8）优良的处理效果，由于）优良的处理效果，由于ABR具有上述特性，因而具有良好具有上述特性，因而具有良好处理效果。处理效果。第92页/共121页ABR
49、反应器所面临的问题反应器所面临的问题1、为了保证一定的水流和产气上升速度，、为了保证一定的水流和产气上升速度，ABR反应器不能太深；反应器不能太深；2、进水如何均匀分布是一个问题；、进水如何均匀分布是一个问题；3、与单级、与单级UASB反应器相比，反应器相比，ABR反应器的第一格不得不承反应器的第一格不得不承受远大于平均负荷的局部负荷，这可能会导致受远大于平均负荷的局部负荷，这可能会导致处理效率的下降。在处理效率的下降。在ABR的第一室往往是厌氧的第一室往往是厌氧过程的产酸阶段，过程的产酸阶段，pH值易于下降，值易于下降，可采取出水回流措施缓解可采取出水回流措施缓解pH的下降程度的下降程度第9
50、3页/共121页 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
