第15章 厌氧生物处理.ppt

1、,第十五章 厌氧生物处理,15.1 概述,15.1.1 厌氧生物处理的发展 15.1.2 厌氧生物处理的特点 15.1.3 厌氧生物处理工艺的分类 15.1.4 厌氧生物处理的发展趋势,厌氧生物处理的发展, 厌氧过程广泛存在于自然界中，主要用于剩余污泥的厌氧消化处理. 1881年，法国，Louis Mouras ，“自动净化器”； 处理城市污水的化粪池、双层沉淀池等 处理剩余污泥的各种厌氧消化池等； HRT很长、处理效率很低、浓臭的气味等； 70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；,厌氧生物处理的发展,厌氧接触法（Anaerobic Contact

2、Process）厌氧滤池（Anaerobic Filter、 AF ）上流式厌氧污泥层（床）反应器(Upflow Anaerobic Sludge Blanket (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）折流式厌氧反应器（Anaerobic Baffled Reactor、 ABR）,厌氧生物处理的发展,90年代以

3、后，在UASB反应器基础上又发展起来了 EGSB和IC反应器； EGSB反应器，处理低温低浓度的有机废水； IC反应器，处理高浓度有机废水，可达到更高的有 机负荷。,15.1.2 厌氧生物处理的特点,厌氧生物处理优点： 能耗少（可产生沼气）、运行费用低、污泥产量少，能处理高浓度有机废水和某些好氧不能处理的有机废水、BOD（COD）有机负荷和容积负荷高、可间歇运行。 厌氧生物处理缺点： 启动周期长、出水不达标（需加好氧工艺）。,15.1.4 厌氧生物处理的发展趋势,从目前厌氧处理工艺技术和设备发展前景来看，进一步提高生物处理能力和稳定性的途径有以下方面： （1）提高反应器中生物持有量； （2）利

4、用厌氧微生物处理中微生物种群的特点，实现相分离； （3）研制反应器使之形成特殊的水力流态，创造厌氧微生物的最适生存条件。,15.2 厌氧生物处理的基本原理,15.2.1 复杂有机物的厌氧降解 15.2.2 水解阶段 15.2.3 产酸发酵阶段 15.2.4 产氢产乙酸阶段 15.2.5 产甲烷阶段 15.2.6 其他厌氧生物处理过程,15.2.1 复杂有机物的厌氧降解,传统观点认为：有机物的厌氧生物处理分为两个阶段：产酸（或酸化）阶段（acidogenic phase）和产甲烷（或甲烷）阶段（methanogenic phase） 1967年Bryant报告认为，复杂有机物的厌氧反应过程经历3

5、个阶段。 后来发展为4阶段的厌氧代谢过程：水解（hydrolysis）阶段；产酸发酵（acidogenic fermentation）阶段；产氢产乙酸（H2-producing acetogenesis）阶段； 产甲烷（methanogenesis）阶段 细菌类型分为两大类型：产酸细菌（acidogens）和产甲烷细菌（methanogens）,厌氧生物代谢过程示意图,图19-1 产甲烷的串联代谢（McCarty和Smith,1986）,乙酸,CH,4,CO,2,28,%,72,%,长链脂肪酸,（丙酸、丁酸等）,简单有机化合物,（糖、氨基酸、肽）,复杂有机化合物,（碳水化合物、蛋白质、类脂类）

6、,13,%,10,%,5,%,20,%,35,%,17,%,水解,产酸,H,2,CO,2,15.2.2 水解阶段,水解定义：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被转化为简单的溶解性单体或二聚体的过程 不溶解性大分子有机物经胞外水解酶的作用，在溶液中分解为水溶性的小分子有机物，如氨基酸、脂肪酸、葡萄糖、甘油等 纤维素经水解转化成较简单的糖类； 蛋白质转化成较简单的氨基酸； 脂类转化成脂肪酸和甘油等,15.2.3 产酸发酵阶段,发酵（fermentation）定义：有机物既作为电子受体也是电子供体的生物降解过程 。 简单的有机物在产酸菌的作用下（胞内酶）经过厌氧发酵和氧化转化成乙酸

7、、丙酸、丁酸等（挥发性）脂肪酸和醇类等 。 产酸发酵的末端产物组成取决于厌氧生态条件、底物种类和参与的微生物群。,15.2.4 产氢产乙酸阶段,产氢产乙酸阶段：将产酸发酵阶段2C以上的有机酸（除乙酸）和醇转化为乙酸、氢气、二氧化碳的过程，并产生新的细菌物质。 这类细菌称为产氢产乙酸细菌。 水解的产物被发酵细菌摄入体内，进行代谢，由于菌种不同，产物也不一样，众多产物中仅CO2、H2、乙酸、甲酸、甲醇、甲胺（三甲一乙）可以被产甲烷细菌利用。 其它产物（丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类）经产氢产乙酸细菌进一步转化成H2和乙酸等方可被利用。,15.2.5 产甲烷阶段,产甲烷阶段：由严格专性厌氧的产甲烷细菌将乙

8、酸、甲酸、甲醇、甲胺和二氧化碳/氢气等转化为甲烷和二氧化碳（沼气）的过程 产甲烷细菌利用CO2、H2、三甲一乙将有机物中的碳最终以CH4、CO2等产物形式逸出。,15.2.6 其他厌氧生物处理过程,1. 硫酸盐还原过程 硫酸盐还原：是指在厌氧条件下，化能异养型硫酸盐还原细菌（sulfate-reducing bactecia，简称SRB）利用废水中的有机物作为电子供体，将氧化态硫化合物还原为硫化物的过程。 以乳酸为电子供体的化学反应式可表示为：,15.2.6 其他厌氧生物处理过程,硫酸盐还原过程对厌氧生物处理的影响 ： 废水SO42-浓度低时，还原作用弱，对厌氧处理无影响，且SO42-还原菌可

9、利用H2，从而降低氢分压，一定程度上促进有机物厌氧处理。 废水SO42-浓度高时， SO42-还原菌会和产甲烷菌竞争共同底物乙酸和H2；同时SO42-还原产生的H2S会对甲烷菌产生抑制作用，H2S还会对沼气的产生造成严重影响。 故象味精废水等高浓度SO42-废水，宜用专门的SO42-反应器用作SO42-还原，目前常用的是二相厌氧反应器（有二个独立的产酸菌反应器和产甲烷菌反应器)。,其他厌氧生物处理过程,2. 反硝化与厌氧氨氧化 （1）生物反硝化反应： （2）厌氧氨氧化：无氧环境中，同时存在 NH4+和 NO2-时， NH4+作为反硝化的无机电子供体， NO2-作为电子受体，产生N2，这是生物氮

10、转化的新理论。 厌氧氨氧化细菌有可能是亚硝化单胞菌属中的二个种（N.europaea和N.eutropha），它们能同时进行硝化和反硝化，无氧条件下， NH4+为电子供体，转化N2，还原NO2-，无需有机C源，以碳酸盐或CO2为无机C源，氨氮转化率同好氧硝化相当，能节省C源和供氧消耗。 研究认为：在高氨氮废水中，控制亚硝化在57%时，进入厌氧氨氧化反应器，生成的NO2-和氨氮刚好同时去除,15.3 厌氧微生物生态学,厌氧生物处理中，一般产酸细菌种群多，代谢速率和生长速率快，所以厌氧处理中（产酸阶段和产甲烷阶段）的控制步骤在产甲烷阶段。 近年来，随着对厌氧生物处理的研究，对产酸阶段的影响因子也作

11、了很大的研究，力求最大限度地发挥两类菌群的作用。,15.3 厌氧微生物生态学,厌氧处理中，由于产甲烷阶段要求的生态条件苛刻，并对环境改变敏感，对产甲烷阶段研究较多，目前对厌氧处理生态学的研究包含了以下部分： 15.3.1 影响产酸细菌的主要生态因子 15.3.2 影响产甲烷细菌的主要细菌因子 15.3.3 影响硫酸盐还原菌的主要生态因子 15.3.4 厌氧生化反应动力学 15.3.5 厌氧生物处理过程中微生物优势种群的演替及相互关系,15.3.1 影响产酸细菌的主要生态因子,1. PH值：一般认为最佳pH值为67；考虑到产甲烷菌的生存条件（ pH值为6.57.5 ），反应器中产酸发酵区域的pH

12、不应低于5.5。 现代研究证明，在正常ORP（-150-400mv）范围内：PH=4-4.5时，发生乙醇型发酵； PH=4.5-5时，发生丁酸型发酵；PH=5左右时，主要产物有乙酸、丙酸、丁酸和乙醇；PH=5.5左右时，发生丙酸型发酵； 2. 氧化还原电位（ORP) ：一般认为，产酸细菌的最适ORP范围为200300mV。,15.3.1 影响产酸细菌的主要生态因子,3. 碱度：在产酸发酵过程中，足够的碱度可保证系统具有良好的缓冲能力，避免pH值迅速降低而导致某些厌氧细菌受到抑制。 4. 温度：一般来说，产酸细菌最佳工作温度为35 左右 5. 水力停留时间和有机负荷 有机负荷为560 ，产酸细菌

13、可发挥良好的作用，水力停留时间过短将影响底物的转化程度。水力停留时间过短则出水中会出现较多未降解的有机物。,15.3.2 影响产甲烷细菌的主要细菌因子,1. PH值：一般来说，产甲烷细菌的最适pH值为6.57.5； 2. 氧化还原电位 ：产甲烷细菌最适ORP为300500mV；pH值低，ORP值高；pH值高，ORP低。 3. 有机负荷率：负荷率习惯上以投配率表达，即每日投加的生污泥容积占反应器容积的百分数，而对于厌氧生物处理有机废水时，大都以容积负荷率为参数，悬浮生长工艺也可用污泥负荷率作指标； 4. 温度：最适温度有2个区，中温区在3039之间，高温区在5060。,15.3.2 影响产甲烷细

14、菌的主要细菌因子,5. 污泥浓度：在连续式厌氧生物处理有机废水系统中，新开发的工艺均以污泥保有量高为主要特点。如上流式厌氧污泥层反应器，平均污泥浓度可达到3050g/L，比好氧曝气池中生物量高1020倍。 6. 碱度：产甲烷细菌的生存条件一般为pH在6以上 7. 接触与搅拌：搅拌是提高传质速率的重要因素之一。影响传质速率的因素主要有厌氧污泥与介质间的液膜厚度，搅拌可降低液膜厚度。另外注意布水系统对接触的影响，避免在反应器中出现短流的现象。,15.3.2 影响产甲烷细菌的主要细菌因子,8. 营养：试验表明，COD：N：P控制在500：5：1左右为宜，在厌氧处理装置启动时，可稍微增加氮素，有利于微

15、生物的增殖，并有利于提高反应器的缓冲能力 9. 抑制物和激活剂 所谓“有毒”是相对的，既有激活作用又有抑制作用，关键在于它们的浓度界限，即毒阈浓度。 氨对产甲烷阶段的影响见下表,15.3.2 影响产甲烷细菌的主要细菌因子,厌氧生物处理中重金属毒性限度见下表,15.3.2 影响产甲烷细菌的主要细菌因子,部分有机物在厌氧处理中的容许浓度见下表,15.3.2 影响产甲烷细菌的主要细菌因子,其它一些物质对厌氧处理的激活作用见下表,15.3.3 影响硫酸盐还原菌的主要生态因子,1、温度：中温的硫酸盐还原菌最适生长温度为3035；高温菌种能够在5070的范围内生长； 2、PH值：最适的pH值是6.58.0

16、； 3、氧化还原电位ORP： 一般应保持在100mV以下； 4、碳硫比： 不应小于1：5； 5、盐度：非嗜盐性的硫酸盐还原菌培养基的pH值应调至7.1；嗜盐性的硫酸盐还原菌的培养基最好调至7.6。嗜盐性菌一般分布在海洋环境中，要求NaCl浓度大于0.6，最适宜的浓度为13。,15.3.4 厌氧生化反应动力学,厌氧生化反应动力学方程式： 式中 底物去除速率， ； 最大比底物利用速率， ； 可降解的底物浓度，mg/L； 半速度常数，即最大比底物利用速率为一半时的底物 浓度，mg/L； 生物浓度，mg/L； 细菌增殖速率， ； 细菌产率系数，mgVSS/mgCOD； 细菌衰亡速率系数， 。,厌氧生化

17、反应动力学,将上式合并，并除以X得： 式中 细菌比增殖速率，mgVSS/（mgVSSd） 对厌氧生物处理系统来说，典型的Y0.040.10mgVSS/mgCOD，kd0.020.04mgVSS/（mgVSSd），厌氧细菌的动力学参数见下表：,15.3.5 厌氧生物处理过程中微生物优势种群的演替及相互关系,1. 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 3. 产酸细菌为产甲烷细菌清除了有毒物质 4. 产酸细菌为产甲烷细菌的生化反应解除了反馈控制 5. 产酸细菌和产甲烷细菌共同维持环境中的适宜PH值,15.4 升流式厌氧污泥层工艺,升流式厌氧污泥层

18、（Upflow Anaerobic Sludge Blanket，简称UASB）反应器，由荷兰Wageningen农业大学Lettinga等人在19711978年间研制的。,UASB工艺的工作原理,废水自下部进入反应器，并以一定上升流速通过污泥层向上流动； 进水底物与厌氧活性污泥充分接触而降解，并产生沼气； 随着气体量增加，气体从污泥层不断逸出，引起污泥层呈沸腾流化状态； 气、液、固的混合液上升至三相分离器内，气体可被收集，污泥和水则进入上部相对静止的沉淀区，在重力作用下，水与污泥分离，上清液从沉淀区上部排出，污泥被截留在三相分离器下部并通过斜壁返回到反应区内。,UASB工艺的工作原理,污泥在

19、UASB反应器的分布规律如下图所示：,15.4.2 颗粒污泥形成的原理及主要工艺条件,UASB反应器的有机负荷能达5-6kgCOD/m3.d，关健是其能形成颗粒污泥。,15.4.2 颗粒污泥形成的原理及主要工艺条件,1. 颗粒污泥形成的原理 在UASB污泥颗粒化过程中，根据接种污泥的性质、底物的成分及启动条件，可能形成以下三种类型的颗粒污泥（1）杆菌颗粒，直径在13mm；（2）丝菌颗粒，直径在15mm ；（3）球菌颗粒，直径在0.10.5mm。 Lettinga等研究认为：细菌很容易在惰性材料表面上附着并结团。污泥结团的主要核心是较重的污泥及颗粒，细菌则以某种程度附着在上面，颗粒污泥中存在着大

20、量的丝状甲烷菌属，如索氏丝状甲烷菌，具有极强的附着能力，能促进颗粒污泥的形成。 有良好沉降性的颗粒污泥形成和成熟是UASB高效运行的关健。,颗粒污泥形成的原理及主要工艺条件,2. UASB反应器初次启动的操作原则 启动阶段的目的：一是使污泥适应将要处理废水中的有机物；二是使污泥具有良好的沉降性能。 综合研究表明，启动应遵循5个原则： （1）最初的污泥负荷应低于0.10.2kgCOD/（kgSSd）；（2）废水中原来存在和产生出来的各种挥发酸未能有效地分解之前，不应增加反应器负荷； （3）反应器内的环境条件应控制在有利于厌氧细菌繁殖的范围内；（4）种泥量应尽可能多，一般应为1015kgVSS/m

21、3；（5）控制一定的上升流速，允许多余的污泥冲洗出来，截留住重质污泥。,颗粒污泥形成的原理及主要工艺条件,形成颗粒污泥的过程可以归纳为以下三个阶段： 第一阶段：启动与提高污泥活性阶段；有机负荷1kgCOD/（m3d），时间约11.5个月。 第二阶段：形成颗粒污泥阶段；有机负荷选择13kgCOD/（m3d），颗粒逐渐成长为直径13mm左右的颗粒污泥，此阶段11.5月。 第三阶段：逐渐形成颗粒污泥层阶段。反应器的阿有机负荷大于35kgCOD/（m3d），随着负荷的提高，反应器的污泥总量逐渐增加，污泥层逐渐提高，颗粒污泥层需要34个月。,颗粒污泥形成的原理及主要工艺条件,3. 影响污泥颗粒化的因素

22、（1）接种污泥：同类和稠密型（60kg/m3）污泥效果好， （2）废水的性质：包括有机组分(易降解)、浓度COD5g/L、悬浮物含量(SS2g/L)及可生物降解性能等. （3）反应器的工艺条件：主要控制参数有温度、挥发酸、固体停留时间（SRT）以及有机负荷等。 4. 影响颗粒污泥直径大小的因素 颗粒污泥的大小受底物在传质过程中所能进入颗粒内部的深度支配。 颗粒化过程的关键因素：较大的上升流速与产气量可选择性地洗出较小的颗粒和絮状污泥,15.4.3 颗粒污泥的性质,1. 颗粒污泥的物理性质 （1）形状不规则，一般呈球形或椭球形，直径0.12mm左右，最大可达35mm； （2）颜色呈灰黑色或褐黑色

23、； （3）相对密度一般为1.011.05左右； （4）污泥指数（SVI）与颗粒大小有关，颗粒污泥一般为10mL/gSS； （5）颗粒污泥在反应器中的沉降速率一般为0.30.8m/h；,颗粒污泥的性质,2. 颗粒污泥的成分 含有微生物及分泌物外。一般都含有惰性物质，还含有金属离子。 成熟的颗粒污泥，VSS/SS一般为7080，根据废水性质可在3090。 3. 颗粒污泥的活性 活性可采用最大比底物利用速率（kmax）表示，不同底物培养的颗粒污泥的活性不同。 4. 颗粒污泥的微生物组成,15.4.4 UASB反应器的结构设计原理,UASB反应器设计需要考虑的主要因素为： （1）废水组成成分和固体含量

24、； （2）有机容积负荷（volumetric organic load）； （3）上升流速（upflow velocity）； （4）三相分离系统； （5）布水系统和水封高度等物理特性。,UASB反应器的结构设计原理,1. 废水水质特性 设计中应考虑废水是否影响污泥的颗粒化，形成泡沫和浮渣，降解速率如何等。 废水中含有的悬浮固体愈多，所形成的颗粒密度越小，进水悬浮固体浓度不应大于6gTSS/L。 2. 有机容积负荷 Lettinga等推荐的典型有机容积负荷见下两表,第十五章 厌氧生物处理,UASB反应器的结构设计原理,3. 上升流速 亦称表面水力负荷，与进水流量和反应器横截面积有关，是重要的设

25、计参数。 Lettinga等推荐的典型上升流速和反应器高度见下表：,UASB反应器的结构设计原理,4. 三相分离器的结构 气、固、液分离器又称三相分离器，由沉淀区、集气室(或称集气罩)和气封组成，其功能是把气体(沼气)、固体(微生物)和液体分离。 气体被分离后进入集气室(罩)，然后，固液混合液在沉淀区进行固液分离，下沉的固体藉重力由回流缝返回反应区。 三相分离器分离效果好坏将直接影响反应器的处理效果 三相分离器的主要功能有：一是收集从分离器下反应室产生的沼气，达到气液分离的目的；二是使得在分离器之上的悬浮物沉淀下来，达到固液分离的目的,UASB反应器的结构设计原理,要实现三相分离器的功能，应满

26、足以下条件： （1）水和污泥的混合物在进入沉淀室前，产生气泡须得到分离。 （2）要防止沉降室内气体的产生，所以污泥在沉降室内的停留时间一定要短，厌氧反应过程必须在进入三相分离器之前完成。 （3）由于厌氧污泥具有凝结的性质，液流上升通过泥层时，应有利于在沉淀区内形成污泥层。沉淀区斜壁角度要恰当，应使沉淀在斜底上的污泥不积聚，尽快滑回反应区内，以维持反应区内有很高的污泥浓度和较长的污泥龄。 （4）沉淀区的表面负荷应在一定范围（3.0m3/（m2h）内，混合液进入沉淀区前，通过入流孔道的流速不大于颗粒污泥的沉淀速度。 （5）应防止气室产生大量的泡沫，且要控制气室的高度，防止浮渣阻塞出气管,UASB反

27、应器的结构设计原理,三相分离器的设计示意图见下图,UASB反应器的结构设计原理,分离器的设计应考虑以下几方面的因素： （1）沉淀器底部倾角应较大，可选择4560（2）沉淀器内最大截面的表面水力负荷应保持在 以下，水流通过液固分离孔隙的平均流速应保持在 以下； （3）气体收集器间缝隙的截面面积不小于总面积的1520； （4）对于高为57m的反应器，气体收集器的高度应为1.52m； （5）b100200mm； （6）控制气室 的水面高度及压力。,UASB反应器的结构设计原理,a的构造较为简单，但泥水分离的情况不够理想，因为回流缝内同时存在上升和下降两种流体，互相有干扰。c也有类似情况。b的构造虽较

28、为复杂，但污泥回流和水流上升互相不干扰，污泥回流通畅，泥水分离效果较好，气体分离效果也较好。,UASB反应器的结构设计原理,5. 布水系统 提高反应器处理能力的重要因素之一：底物与污泥充分接触，布水应尽量均匀，避免沟流，布水点的设置很重要。 原则上：UASB反应器的进水可参考滤池大阻力布水系统形式，在反应器底部均匀设置布水点，布水的不均匀系数为0.95，可以达到布水均匀的目的。 对大型UASB构筑物，采取在反应器底部多点进水； 对于UASB反应器，Lettinga建议在完成了启动之后，每个进水点负担2.0-4.0m2。 但是在温度低于20或低负荷的情况，产气率较低并且污泥和进水的混合不充分时，

29、需要较高密度的布水点。对于城市污水De Man和van de last建议1-2m2/孔,UASB反应器的结构设计原理,大型UASB反应器的布水系统见下图：,UASB反应器的结构设计原理,6. 水封高度 设计水封高度的计算原理图：,UASB反应器的结构设计原理,计算式为： 式中 水封有效高度； 气室液面出水的高度； 水封后面的阻力； 气室顶部到出水水面的高度，由沉淀器尺寸 决定； 气室高度。,15.4.5 UASB反应器的若干发展形式,1. 复合式厌氧反应器（Upflow Blanket Filter，简称UBF） 在UASB反应器的污泥层上部增加生物填料，填料上可生长大量厌氧细菌，从而起到污

30、泥拦截和增加生物量的作用。,UASB反应器的若干发展形式,2. 厌氧折流板反应器（Anaerobic Baffled Reactor，简称ABR） 如图所示： ABR工艺的优越性：运行简单；在较短的水力停留时间（HRT）下可实现较长的污泥龄（SRT）；不需特殊的污泥特性，生物适应能力强；可处理各种废水；多级运行可改善降解动力学条件；耐冲击负荷。,UASB反应器的若干发展形式,3. 厌氧往复层反应器（Anaerobic Migrating Blanket Reactor，简称AMBR） 如图所示，该工艺在ABR的基础上加入机械搅拌。,UASB反应器的若干发展形式,4. 内循环（Internal

31、Circulation，简称IC）厌氧工艺 IC厌氧反应器由荷兰Paques公司1985年在UASB基础上推出的第三代高效厌氧反应器，1988年第一座生产规模的IC反应器投入运行。 IC反应器的结构组成：（1）混合区，进水与回流污泥混合；（2）颗粒污泥膨胀床区，第一反应室；（3）精处理区，第二反应室；（4）内循环系统，是IC反应器的核心构造，包括一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和泥水下降管；（5）二级三相分离区，包括集气管和沉淀区。,IC反应器结构示意图：,UASB反应器的若干发展形式,IC反应器的主要创新点： （1）实现自发的内循环污泥回流； （2）引入分级处理，并赋予其新的功能； （

32、3）泥水充分接触，提高传质速率。 IC反应器的不足：反应器结构较复杂，施工、安装和日常维护困难；反应器高度大，水泵的动力消耗有所增加；反应器的结构尺寸和设计参数还需进一步探索。,15.5 两相厌氧生物处理,15.5.1 两相厌氧生物处理原理 15.5.2 两相厌氧生物处理技术 15.5.3 最适液相末端发酵产物的选择,15.5.1 两相厌氧生物处理原理,两相厌氧消化工艺是在上世纪70年代产生的。 其基本出发点是：在单相反应器中，存在着脂肪酸的产生与被利用（产甲烷）之间的平衡，维持两类微生物之间的协调与平衡十分不易；两相厌氧消化工艺就是为了克服单相厌氧消化工艺的上述缺点而提出的。 两个反应器中分

33、别培养发酵细菌和产甲烷菌，并控制不同的运行参数，使其分别满足两类不同细菌的最适生长条件；反应器可以采用前述任一种反应器，二者可以相同也可以不同,两相厌氧生物处理原理,实现二相分离的方法主要有： （1） 化学法：投加抑制剂或调整氧化还原电位，抑制产甲烷菌在产酸相中的生长； （2）物理法：采用选择性的半透明膜使进入两个反应器的基质有显著的差别，以实现相的分离； （3） 动力学控制法：利用产酸菌和产甲烷菌在生长速率上的差异，控制两个反应器的水力停留时间，使产甲烷菌无法在产酸相中生长。 目前应用的最多的相分离的方法，是最后一种，即动力学控制法。但实际上，很难做到相的完全分离。,两相厌氧生物处理原理,主

34、要特点： （1）有机负荷比单相工艺明显提高； （2）产甲烷相中的产甲烷菌活性得到提高，产气量增加； （3） 运行更加稳定，承受冲击负荷的能力较强； （4）当废水中含有SO42-等抑制物质时，其对产甲烷菌的影响由于相的分离而减弱； （5） 对于复杂有机物（如纤维素等），可以提高其水解反应速率，因而提高了其厌氧消化的效果。,15.5.2 两相厌氧生物处理技术,国内外的两相厌氧生物处理工艺所采用的反应器形式来看，主要有两种： 一种是两相均采用UASB反应器； 一种称为Anodek工艺，其特点是产酸相为接触式反应器，产甲烷相则采用UASB反应器。 国内常采用前一方式，欧洲常采用后者。 高希（Ghosh

35、）等（1975）报道，采用两相厌氧生物处理工艺处理剩余污泥，总停留时间约7d的处理效果，接近单相厌氧反应器21d的处理效果。,两相厌氧生物处理技术,几种废水两相和单相厌氧生物处理工艺的结果对比表,15.5.3 最适液相末端发酵产物的选择,皮皮恩（Pipyn）等（1981）从发酵产物转化为CH4时所释放能量的角度考虑，认为最适末端发酵产物宜选择乳酸和乙酸（见下表）；Pipyn等认为，在实际产酸相反应器中，控制乙醇和乳酸形成的运行条件比较苛刻，而且受到厌氧条件下细菌生长特性及环境条件的限制。,15.6 悬浮生长厌氧生物处理法,15.6.1 完全混合悬浮生长厌氧消化池 15.6.2 厌氧接触法 15

36、.6.3 厌氧序批式反应器,15.6.1 完全混合悬浮生长厌氧消化池,完全混合悬浮生长厌氧消化池（Complete-mix Suspended Growth Anaerobic Digester）见下图：,完全混合悬浮生长厌氧消化池,完全混合悬浮生长厌氧消化池属完全混合搅拌槽式反应器（Complete Stirred Tank Reactor，CSTR ） 特点：没有污泥回流，HRT等于SRT，HRT一般为1520d；工艺中生物持有量少，代谢速率低。 适用：处理固体含量高以及溶解性有机物浓度非常高的废水。 典型的有机负荷和水力停留时间见下表：,15.6.2 厌氧接触法,厌氧接触法（Anaero

37、bic Contant Process） 示意图见下图：,厌氧接触法,厌氧接触法的特点： （1）污泥浓度高，一般为510 gVSS/L，抗冲击负荷能力强； （2）有机容积负荷高，中温时，COD负荷16 kgCOD/m3d，去除率为7080%；BOD负荷0.52.5 kgBOD/m3d，去除率8090%； （3）出水水质较好； （4） 增加了沉淀池、污泥回流系统、真空脱气设备，流程较复杂； （5）适合于处理悬浮物和有机物浓度均很高的废水,厌氧接触法,在厌氧接触法工艺中，最大的问题是污泥的沉淀，因为厌氧污泥上一般总是附着有小的气泡，且由于污泥在二沉池中还具有活性，还会继续产生沼气，有可能导致已下沉

38、的污泥上浮。 因此，必须采用有效的改进措施，主要有以下两种，即： （1）真空脱气设备（真空度为500mmH2O）； （2）增加热交换器，使污泥骤冷，暂时抑制厌氧污泥的活性,15.6.3 厌氧序批式反应器,厌氧序批式反应器（Anaerobic Sequencing Batch Reactor，简称ASBR）,厌氧序批式反应器,厌氧序批式反应器成功的关键之一：能否形成沉降性能良好的颗粒污泥。 厌氧序批式反应器的工艺运行分为：进水、反应、沉淀和排水。 当HRT为624h，SRT可达到50200d。 达格（Dague）研究小组的小试研究成果表明（1996），ASBR工艺有可能在低温条件处理低浓度废水。

39、,15.7 固着生长厌氧生物处理法,固着生长厌氧生物处理法亦可称厌氧生物膜法，是在厌氧反应器中利用载体上生长的厌氧微生物处理废水。 常见的工艺有： 升流式厌氧填充床反应器（Upflow Anaerobic Packed-bed Reactor，UAPBR）、厌氧膨胀床反应器（Anaerobic Expanded-bed Reactor，AEBR）、厌氧流化床反应器（ Anaerobic Fluidizeded-bed Reactor，AFBR ）、降流式厌氧固着生长反应器（Downflow Anaerobic Attached Growth Reactor，AEBR ） 各种反应器具有的共同特

40、点：（1）升流式；（2）添加填料；（3）出水回流。,15.7 固着生长厌氧生物处理法,升流式固着生长厌氧生物处理反应器示意图：,15.7 固着生长厌氧生物处理法,15.7.1 升流式厌氧填充床反应器 15.7.2 厌氧膨胀床反应器 15.7.3 厌氧流化床反应器 15.7.4 降流式厌氧固着生长反应器 15.7.5 厌氧生物转盘,15.7.1 升流式厌氧填充床反应器,升流式厌氧填充床反应器亦称厌氧生物滤池； 填料层基本不膨胀，填充高度可以为100； 升流式厌氧填充床反应器的去除机理：厌氧微生物以生物膜的形态生长在填料表面，废水淹没式通过滤料，在生物膜的吸附、微生物的代谢作用，以及填料的截留作用

41、下，废水中有机污染物得到去除。 一般采用粒径为1025mm填料； UAPBR的有机负荷不能太高； 滤料具备的条件：比表面积大，孔隙率高，表面粗糙，生物膜易于附着，化学及生物学的稳定性强，机械强度等。,升流式厌氧填充床反应器,升流式厌氧填充床反应器工艺的特点：能够承受水量或水质的冲击负荷；勿需污泥回流；设备简单，能耗低，运行费用低；无污泥流失之虞，处理水挟带污泥较少。 缺点：填料价格过高，运行管理复杂，污泥积累和填料堵塞等。 UAPBR工艺仅适用于处理溶解性的、悬浮固体含量不超过200mg/L的有机废水。,15.7.2 厌氧膨胀床反应器,AEBR工艺中废水从床底部进入，为使填料层膨胀，需将部分出

42、水用循环水泵进行回流，提高床内水流的上升流速。 膨胀床的膨胀率为10%20，填料膨胀后高度为反应器有效高度的50，上升流速为2m/h。 常用的填料为直径0.20.5mm、相对密度2.65的石英砂，也采用活性炭颗粒、陶粒和沸石等，但填料粒径一般较小，为0.21mm。 特点：大幅度提高了有机容积负荷，运行稳定，耐冲击负荷能力强，剩余污泥量少。,15.7.3 厌氧流化床反应器,厌氧流化床反应器的膨胀率为2070，甚至高达100，上升流速最高可达20m/h；填料粒径一般不大于3mm，反应器高度为46m。 实验室AFBR的运行参数控制表：,15.7.4 降流式厌氧固着生长反应器,降流式厌氧固着生长反应器

43、示意图：,降流式厌氧固着生长反应器,降流式厌氧固着生长反应器亦可称向下流厌氧厌氧生物滤池，用于高浓度有机废水的处理。 填料填充高度24m，反应器可采用出水循环方式 工艺的特点：不存在污泥堵塞问题，运行管理简单，产生的脱落生物膜和悬浮固体可随出水进入到后续构筑物； 存在的问题：填料成本高，效率低于UASB和AFBR。 降流式厌氧固着生长反应器主要用于处理易降解废水，运行的有机负荷一般为 ，COD去除率达7090。,降流式厌氧固着生长反应器,降流式厌氧固着生长反应器的运行参数举例表：,15.7.5 厌氧生物转盘,厌氧生物转盘（Anaerobic Rotating Biological Contac

44、ter Process）是Pretorius等人于1975年在进行废水的反硝化脱氮处理时提出来的；1980年Tati等人开展了应用厌氧生物转盘处理有机废水的试验研究工作。厌氧生物转盘的两种布置形式示意图：,厌氧生物转盘,盘片的厚度约为35mm； 厌氧生物转盘的有机负荷率是以单位盘片面积在单位面积内所承受（或去除）的有机物量来表示。 厌氧生物转盘的优点：微生物浓度高，可承受较高的有机负荷；勿需提升废水和回流，既节能又便于操作；可处理含悬浮固体较高的废水，不存在堵塞问题；具有承受冲击负荷的能力，处理过程稳定性较强；采用多级串联，各级微生物处于最佳的生存条件下。 厌氧生物转盘的缺点：盘片成本较高使整个装置造价很高。 影响厌氧生物转盘运行性能的主要因素：水力停留时间、进水水质、有机负荷率及系统的分级等。,