6-厌氧生物处理.ppt

1、六 厌氧生物处理,第一节 概述第二节 厌氧生物处理基本原理第三节 厌氧微生物生态学第四节 早期厌氧反应器 第五节 厌氧消化池第六节 现代高速厌氧生物反应器 第七节 厌氧生物处理工艺的运行管理,厌氧生物处理传统上用于污泥的稳定处理，利于厌氧微生物，将有机物转化为甲烷、二氧化碳的过程，也称厌氧消化或污泥消化。 由于厌氧生物处理工艺反应较慢，所以废水处理很少采用。 随着能源危机的出现，重点研究能回收能源气体的厌氧处理技术，随着厌氧生化过程研究深入和新型反应器的开发，厌氧处理技术应用于废水处理领域，特别是用于处理高浓度有机废水的处理中。,第一节 概述,（一）厌氧生物处理的发展 (1)厌氧生物处理的发展

2、可分为三个时期：1）20世纪20年代前，主要用于废水和粪便处理，代表性构筑物是化粪池和法国的自动净化池。特点是停留时间长，出水水质差。2）随着好氧工艺的发展，厌氧生物处理主要用于污泥的稳定，主要用于污泥消化。3）随着能源危机的出现，厌氧生物处理在20世纪70年代后得到快速的发展，出现了有机负荷和处理效率高的厌氧生物处理工艺，用于处理高浓度有机废水。,厌氧生物处理第三个时期典型厌氧反应技术：1)高厌氧生物量反应器2）两相厌氧反应技术,(二)、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

3、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；厌氧接触法（Anaerobic Contact 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（A

4、naerobic Rotated Biological Disc、ARBD） 挡板式厌氧反应器（Anaerobic Baffled Reactor、ABR）,现代高速厌氧反应器的主要特点：HRT与SRT分离，SRT相对很长，HRT则较短，反应器内生物量很高。HRT大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率也大大提高；,90年代以后，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。,厌氧生物处理的发展第三个时期特征：1)最大限度提高反应器中生物持有量，通过比好氧反应器中高几倍甚至几十倍的生物量，使处

5、理效率接近好氧处理效率。在此基础上开发出大量新型厌氧反应器，其共同特征是有机负荷高、处理能力强。2)厌氧细菌可分为产酸菌和产甲烷菌2大类，利用厌氧细菌的特点，采取相分离技术，开发出两相厌氧反应器，发挥不同厌氧菌群的各自特点，在各自的反应器中优化菌群功能，提高处理效率。,（三）厌氧生物处理的主要特征,主要优点：能耗低，且还可回收生物能（沼气）；污泥产量低； 厌氧微生物的增殖速率低， 产酸菌的产率系数Y为0.150.34kgVSS/kgCOD， 产甲烷菌的产率系数Y为0.03kgVSS/kgCOD左右， 好氧微生物的产率系数约为0. 50.6kgVSS/kgCOD。厌氧微生物有可能对好氧微生物不能

6、降解的某些有机物进行降解或部分降解；,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微生物过程；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；含有SO4的废水会产生硫化物和气味； 为增加反应器内生物量，启动时间长（约数月）； 出水有机物浓度高，某些情况下出水水质不能满足排放到地表水体的要求； 水质浓度低时产生甲烷的热量不足以使水温加热到35 ；对氨氮的去除效果不好；低温下反应速率低；等,70年代以来，由于能源危机、微生物学的发展和Hanget 技术的产生，厌氧生物处理技术被逐步应用于废水处理。 （1 )厌氧生物处理的

7、优点： 可适用于从高浓度到低浓度的废水处理，工艺稳定，运行简单； 能量消耗低； 高容积负荷：510 kgCOD/m3d 低污泥产率：0.150.2 kg/kg COD 可回收能源：甲烷 ( 沼气 ) 0.350.45m3/kg COD, 2100025000 kJ/m3 低营养比：BOD5:N:P=200:5:1 具有更强的生化能力； 处理含表面活性剂废水无泡沫问题； 可以降解好氧过程中不易生物降解物质； 可以处理季节性排放的废水 。,厌氧生物降解与好氧生物降解的比较,好氧生物降解 厌氧生物降解 微生物种类: 好氧微生物(较简) 厌氧微生物(复杂) 降解速率: 快 慢 降解途径: 碳降解 氨降

8、解 碳降解 对氧的要求: 适当的溶解氧 无溶解氧 温度要求: 常温 常温-中温-高温 环境条件: 适应范围宽 适应范围较窄 营养物质: 100:5:1 200:5:1 最终产物: H2O CO2 CH4 H2O CO2 基建费用: 较低 较高 运行费用: 较高 较低 回收能源,几种典型的厌氧反应器示意图p501,（四）厌氧生物处理工艺的应用现状1）应用于高浓度和难降解有机废水的处理，通过与后续好氧工艺联用，使出水水质满足排放要求。如高浓度淀粉废水COD20000mg/L，直接采用好氧处理，则运行费用很高，经过厌氧处理后出水COD降到3000mg/L左右，再采取好氧处理，就可以节省运行费，厌氧过

9、程也回收甲烷。单位COD甲烷产率：1gCOD生成350mLCH4,（四）厌氧生物处理工艺的应用现状2）用于污泥厌氧消化稳定污泥污泥厌氧消化是污泥稳定的最重要的手段，污泥有机质稳定的同时，灭活了病原微生物，也回收了甲烷气体。在世界范围内得到广泛的应用。,（四）厌氧生物处理工艺的应用现状3）有机垃圾的厌氧消化。传统垃圾处理方式是填埋、焚烧、和堆肥，对于有机垃圾采取厌氧发酵的方式，是一种新的尝试，可以保证污染物的稳定，减少污染，并回收能源气体，当然有机垃圾厌氧消化由于运行费用较高（温度要求、搅拌），应用仍较少。,（四）厌氧生物处理工艺的应用现状4）秸秆等生物质的资源化。为提高秸秆等生物质资源的能量利

10、用率，可将生物质厌氧发酵产沼气。,（五）厌氧生物处理工艺的发展方向1）提高处理能力，提高反应器厌氧微生物量。2）充分发挥不同类型厌氧菌功能，优化两相厌氧技术3）优化反应器流态，促进颗粒污泥形成，提高反应器厌氧微生物量，提高能源气体回收效率。,第二节 厌氧生物处理基本原理,废水的厌氧生物处理（厌氧消化）是指在无氧条件下，借助厌氧微生物的新陈代谢作用分解废水中的有机物质，并使之转变成为小分子的无机物质（主要是CH4、CO2、H2S等气体）的处理过程。,（一）经典厌氧消化过程（2 阶段理论）： （1）酸性发酵阶段：即由发酵性细菌把复杂的有机物进行水解和发酵（酸化），形成脂肪酸（挥发酸）、醇类、CO2

11、和H2等 。 （2）碱性或甲烷发酵阶段，由产甲烷细菌将第一阶段的一些发酵产物进一步转化为CH4和CO2的过程。,（二）3 阶段理论 1979年研究针对产甲烷菌和产乙酸菌的研究，认为产甲烷菌不能利用除乙酸、CO2/H2和甲醇外的大分子有机酸和醇，大分子大分子有机酸和醇需经过产氢产乙酸菌的作用转化为乙酸、 CO2和H2后被产甲烷菌利用。,（二）3 阶段理论 1）水解和发酵阶段在该阶段，复杂有机物在厌氧菌胞外酶的作用下，首先被分解为简单有机物，如纤维素经过水解转化为简单的糖类；蛋白质转化为简单的氨基酸；脂肪类转化为脂肪酸和甘油；（水解）然后，这些简单有机物在产酸菌的作用下经厌氧发酵和氧化转化为乙酸、

12、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等。参与这个阶段的水解发酵细菌主要是厌氧菌和兼性厌氧菌。,3 阶段理论 2）产氢产乙酸阶段在该阶段，产氢产乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇外的第一阶段的中间产物如丁酸等转化为乙酸和氢，并有CO2产生。,3 阶段理论 3）产甲烷阶段,（三）4 阶段理论 1）水解和发酵阶段在该阶段，复杂有机物在厌氧菌胞外酶的作用下，首先被分解为简单有机物，如纤维素经过水解转化为简单的糖类；蛋白质转化为简单的氨基酸；脂肪类转化为脂肪酸和甘油；（水解）然后，这些简单有机物在产酸菌的作用下经厌氧发酵和氧化转化为乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等。参与这个阶段的水解发酵细菌主要是厌氧菌和兼性厌氧菌。,4

13、阶段理论2）产氢产乙酸阶段在该阶段，产氢产乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇外的第一阶段的中间产物如丁酸等转化为乙酸和氢，并有CO2产生。,4 阶段理论3）同型产乙酸阶段同型产乙酸菌利用H2和CO2合成乙酸，这时产乙酸量较少。,4 阶段理论 4）产甲烷阶段,水解酸化细菌功能表现在两方面： 1.将大分子不溶性有机物在水解酶的催化作用下水解成小分子的水溶性有机物； 2.将水解产物吸收进细胞内，经细胞内复杂的酶系统催化转化，将一部分供能源使用的有机物转化为代谢产物，排入细胞外的水溶液里，成为参与下一阶段生化反应的细菌群可利用的基质（脂肪酸、醇类等）。,产氢产乙酸细菌的作用是什么？第一阶段的发酵产物中除可供产

14、甲烷细菌直接利用的甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺类外，还有许多其他重要的有机代谢产物，如三碳及三碳以上的直链脂肪酸、二碳及二碳以上的醇、酮和芳香族有机酸等。这些有机物至少占发酵基质的50%以上。这些产物最终转化为甲烷，就是依靠产氢产乙酸细菌的作用。,什么是同型产乙酸细菌 ？在厌氧条件下能产生乙酸的细菌有两类：一类是异养型厌氧细菌，能利用有机基质产生乙酸，另一类是混合营养型厌氧细菌，既能利用有机基质产生乙酸，也能利用分子氢和二氧化碳产生乙酸。前者就是酸化细菌，后者则是同型产乙酸细菌。,产甲烷菌 产甲烷菌是参与厌氧消化过程的最后一类也是最重要的一类细菌群，它们和参与厌氧消化过程的其他类型细菌的结构有显著

15、的差异。常见的产甲烷菌有：球状、杆状和螺旋状等。 根据甲烷菌对温度的适应范围，将其分为三类：低温菌（2025）、中温菌（3045）和高温菌（4575）。已鉴定的产甲烷菌中，大多数是中温菌。,（四）厌氧生物处理过程分析 1 水解阶段水解阶段可定义为复杂的非溶解性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小分子有机物过程。这些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等能溶解于水并透过细胞膜为细菌利用。一般认为产甲烷菌是厌氧处理受限步骤，但对难降解、高分子有机物及污泥消化而言，水解过程非常缓慢，是影响厌氧处理限速步骤。水解阶段主要影响因素有：温度、水力停留时间、有机质组成、有机质颗粒大小、pH、氨

16、氮浓度等。,（四）厌氧生物处理过程分析 2 发酵阶段发酵阶段可定义为有机物既是电子受体也是电子供体的生物降解反应，产酸菌将水解产物转化为挥发性的脂肪酸和醇为主的末端产物，同时产生新生物质，这一过程称为酸化。产酸发酵速率很快，产酸发酵末端产物的组成取决于进水负荷、停留时间、底物种类和参与微生物种类。可分为丁酸、乙酸为主要末端产物的丁酸发酵；丙酸、乙酸为主要末端产物的丙酸发酵及以乙醇、乙酸为主要末端产物的乙醇发酵。,（四）厌氧生物处理过程分析 3 产氢产乙酸阶段产氢产乙酸阶段是将产酸发酵阶段2C以上有机酸和醇转化为乙酸、氢气和CO2的过程，并产生新的细胞物质。需要注意的是乙醇、丁酸、丙酸的产氢产乙

17、酸过程不能自发进行，需要降低产物氢气的分压才能进行。所以必须保障氢的利用或释放，要不容易造成酸积累。产氢产乙酸菌为产甲烷菌提供底物，产甲烷菌利用氢也为产氢产乙酸过程实现创造条件。,（四）厌氧生物处理过程分析 4 同型产乙酸阶段少量同型产乙酸细菌也可利用氢气和CO2合成。,（四）厌氧生物处理过程分析 5 产甲烷阶段产甲烷阶段是由严格的专性厌氧菌（产甲烷菌）将上一阶段的小分子酸、醇CO2和氢气转化为甲烷的过程。产甲烷菌对pH、ORP、温度、碱度等都有严格的要求，因此常是厌氧生物处理过程的限速步骤。,理论产生甲烷量：,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CO2等 气体，这样的混合

18、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：2、理论上认为，1gCOD在厌氧条件下完全降解可以生成0.25 gCH4，相当于标准状态下的甲烷气体体积为0.35L；沼气中CO2和CH4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；由于一部分沼气（主要是其中的CO2）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，所以实际的产气量要比理论产气量小。,（五）其他厌氧生物处理过程,硫酸盐还原过程： 又叫硫酸盐呼吸或反硫化作用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有机物作为电子供体，将氧化态硫化

19、物还原为硫化物的过程2.硫酸盐在处理中的危害：（1）与产甲烷菌竞争底物，抑制产甲烷菌的生成。（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。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。,反硝化与厌氧氨氧化：,1.无氧条件下存在：NH4+和NO2-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 3.有氧条件：NH4+ NH2OH NO2- NO3 4.厌氧条件：NO3- NO2- NO N2O N2,（一) 影响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。 最适范围67， 2.氧化还原电位(ORP):影响生物种群中专性厌

20、氧和兼性厌氧细菌的比例，最适范围200mV至300mV 3.碱度:保证系统具有良好的缓冲能力，避免pH过低而导致某些厌氧细菌受到抑制 4.温度：厌氧微生物的生长及代谢速率，最佳35摄氏度。 5.水力停留时间和有机负荷 ，影响末端产物及酸化效率,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,第三节 厌氧微生物生态学,(二） 影响甲烷细菌的主要生态因子,温度因素 1、中温（30-36）2、高温（50-53）,接触与搅拌1. 搅拌作用：加速热传均匀底物供给将底物传质到细菌表面提高负荷2. 搅拌与不搅拌：产气量增加30%3. 方法：泵+水射器 消化气循环 混合搅拌法4. 接触的作用：提高传

21、质速率，厌氧污泥与介质间的液膜厚度，布水系统。,生物固体停留时间（污泥龄）与负荷1. 停留时间c=Mr/e其中： Mr 消化池内总生物量e=Me/t 消化池每日排出的生物量；Me排出的生物总量，t排泥时间2. 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,营养物与C/N比C5H7NO3即细胞合成C/N=5：1，要求C/N=（10-20）：1C/N高，细胞的氮不足，水中缓冲能力下降，PH下降C/N低，氮量上升，铵盐积累，抑制消化,有毒物质 例如：重金属Cu2+、Hg2+ 1.重金属对甲烷消化的抑制与酶结合，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2.阴离

22、子的毒害作用如S2-的毒害作用,pH、碱度和ORP 1. 产甲烷菌 6.6-7.52.缓冲剂: CO2和 NH3（NH3、NH4+）H+HCO3-H2CO3组成缓冲液电离常数：K+=H+HCO3-/H2CO3pH=-lgK+lg(HCO3-/CH2CO3)应保持500mg/l的碱度，防止pH下降，缓冲能力弱，ORP需要300 500mV之间为合适,（三） 影响硫酸盐还原菌的主要生态子,（四） 厌氧生化反应动力学,反应方程式,其中： -dS/dt底物去除速率，质量/体积.时间；k单位质量底物的最大利用速率，质量/细菌质量；S可降解的底物，质量/体积；Ks半速度常数，质量/底物体积，即在生长速率等

23、于最大生长速率1/2时的底物浓度；X细菌浓度，质量/体积；dx/dt细菌增长速率，质量/体积时间；Y细菌产率，细菌质量/底物质量；b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阶段作为基础建立的,（五） 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.产甲烷细菌为产酸细菌的生化反应解除了反馈抑制 5.产酸细菌和产甲烷细菌共同维持环境中的适宜pH值,微生物的相互关系：,第四节 早期的厌氧生物反应器,从1881年到上世

24、纪20年代；1881年，法国Mouras的自动净化器；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（又称隐化池、双层沉淀池）,Septic Tank,进水,出水,浮渣,污泥,气体,Travis池的横截面结构示意图,污泥层,消化区,沉淀区,沉淀区,气体,Imhoff Tank,双层沉淀池的结构示意图,气体,污泥层,消化区,沉淀区,沉淀区,气体,气体,出水,进水,沉淀区,沉淀区,截面图,平面图,早期厌氧生物反应器的特点：,对废水的处理主要是沉淀，有些还能对沉淀下来的污泥进行部分处理；停

25、留时间较长，水力停留时间没有和污泥停留时间分离，污泥浓度低，混合效果差，出水水质不好； 目前化粪池由于简易方便，仍有应用，主要起到沉淀分离作用。,第五节 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，SRT仍约等于HRT，污泥浓度受限1927年，加热装置；随后，机械搅拌器；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。,一、消化池的类型与构造,主要应用范围：处理剩余污泥，处理固体含量很高的有机废水；主要作用：将部分有机物转变为沼气；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；可减少污泥体积1/2以上；灭活致病微生物。,1、消化池的

26、分类：,按形状：圆柱形、椭圆形（卵形）和龟甲形；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。,A、传统消化池：,又称低速消化池，无加热和搅拌装置； 有分层现象：只有部分容积有效； 消化速率很低，HRT很长（3090天）。,浮渣层,上清液层,反应层,熟污泥层,沼气气室,B、高速消化池,设有加热和搅拌装置；缩短了HRT，提高了沼气产量，在中温（3035C）条件下，一般消化时间为15天左右，运行稳定；但搅拌使高速消化池内的污泥得不到浓缩，上清液不能分离。,C、两级消化池,两级串联，第一级是高速消化池，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； 二者的

27、HRT的比值可采用1 : 1 4 : 1，一般为2 : 1 。,（二）厌氧消化池中的加热, 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，并会增加污泥含水率； 池外加热：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。,污泥热交换器杭州四堡污水厂,杭州四堡污水厂污泥消化池 ,青岛市团岛污水厂污泥消化池,三、沼气的收集与利用,污泥和高浓度有机废水进行厌氧消化时均会产生大量沼气；沼气的热值很高（一般为2100025000 kJ/m3， 即50006000 kCal/m3），是一种可利用的生物能源

28、。,1、污泥消化过程中沼气产量的估算：,沼气组成成分：CH4 ：5070%，CO2 ：2030%，H2 ：25%，N2 ：10%，H2S：微量；沼气产率：每处理单位体积生污泥所产生的沼气量，即m3沼气/m3生污泥；,高碑店沼气柜,高碑店沼气发电机,第六节 现代高速厌氧反应器,一、厌氧接触法工艺 二、厌氧滤池工艺 三、上流式厌氧污泥床（UASB）工艺 四、其它厌氧工艺,70年代末，通过大量的研究工作成功地开发了多种新型的厌氧生物处理工艺。高效厌氧处理系统必须满足三个条件：a. 能够保持大量的厌氧污泥和足够长的污泥龄；b. 保证进水与污泥之间有充分的接触；c. 有良好的气水分离装置。,现代高速厌氧

29、反应器的产生与发展,厌氧消化技术发展上的第三个时期；1955年，Schroepter首先提出了厌氧接触法 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废水处理的开端。随后: AF(Anaerobic Filter)、UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)、AAFEB(Anaerobic Attached Film Expanded Bed)、AFB(Anaerobic Fluidized Bed)等,现代高速厌氧反应器的主要特点:,微生物不呈悬浮生长状态，而是呈附着生长；容积负荷大大提高，水力

30、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；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；含难降解有机物的工业废水的处理。,一、厌氧接触法 （Anaerobic Contact Process）,1、厌氧接触法的工艺流程,2、厌氧接触法的特点,污泥回流是其最大的特点； 污泥回流使得HRT与SRT分离：,厌氧反应器产泥量很少，几乎不排剩余污泥，则Qw = 0，则有：,2、厌氧接触法的特点,在普通高速厌氧消化池中，Xe = X， 所以：c = SRTHRT，因此在中温条件下，为了满

31、足产甲烷菌的生长，SRT要求2030d，因此高速厌氧消化池的HRT为2030d。,对于厌氧接触法，由于X Xe，所以HRTSRT；X越大，Xe越小，则HRT就可越短。,与普通厌氧消化池相比，厌氧接触法的特点有：,污泥浓度高，一般为510 gVSS/l；有机容积负荷高，中温，COD负荷16 kgCOD/m3.d，去除率为7080%；BOD5负荷0.52.5 kgBOD/m3.d，去除率8090%；出水水质较好；流程较复杂；适合于处理悬浮物和有机物浓度很高的废水。,厌氧接触法存在的问题,最大的问题是污泥的沉淀：污泥上附着有小气泡；二沉池中污泥易上浮。改进措施：真空脱气设备（真空度为500mmH2O

32、）；增加热交换器，使污泥骤冷，暂时抑制厌氧污泥的活性。,二、厌氧生物滤池,1、厌氧生物滤池的工艺特征60年代末，美国，Young和McCarty1972年，第一座生产性AF投入运行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(上向流或下向流)时，有机物被截留、吸附及分解。,2、厌氧生物滤池的构造特征,升流式厌氧生物滤池,进水,填料,布水系统,其它形式的厌氧生物滤池,降流式厌氧生物滤池,其它形式的厌氧生物滤池,升流式混合型厌氧生物滤池,(4)、厌氧生物滤池的运行特征：,生

33、物膜厚度约为14mm；生物固体浓度沿滤料层高度而有变化；适合于处理多种类型、浓度的有机废水，有机负荷为0.216 kgCOD/m3.d；当进水浓度过高时，应采用出水回流的措施： 减少碱度的要求； 降低进水COD浓度； 增大进水流量，改善进水分布条件。,厌氧生物滤池的优缺点：,优点：生物固体浓度高，有机负荷高；SRT长，可缩短HRT，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；无需回流污泥，运行管理方便；运行稳定性较好。,缺点：体积利用率较低，滤料易堵塞,三、上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,Upflow Anaerobic Sludge Bed Reactor, 简称UASB

34、反应器；70年代，荷兰Wageningen农业大学，Lettinga教授,世界范围内厌氧工艺的应用情况 （截止1999年3月共1303个项目）,国内厌氧反应器的应用（共219个项目）,1 USAB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。,2、UASB反应器的工艺特征：,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0.10.5cm，湿比重为1.041.08； 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

35、/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；适于处理高、中浓度有机工业废水，也可以处理低浓度城市污水；将生物反应与沉淀分离集中在一个反应器内，结构紧凑；无需设置填料，节省费用，提高容积利用率。,3、UASB反应器的型式,断面形状多为圆形或矩形，矩形断面便于三相分离器的设计和施工；常为钢结构或钢筋混凝土结构；一般不加热；多采用保温措施；必须采取防腐措施。主要有两种型式：1）开敞式UASB反应器2）封闭式UASB反应器,1）开敞式UASB反应器,顶部不加密封，或仅加一层不密封的盖板； 多用于处理中低浓度的有机废水； 构造较简单，易于施工安装和维修。,2）封闭式UAS

36、B反应器,顶部加盖密封; 在液面与池顶之间形成了气室； 适用于处理高浓度的有机废水； 其池顶可以做成浮盖式。,4、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。,颗粒污泥的形成与培养；颗粒污泥的理化性质与微生物组成；颗粒污泥的微观结构；颗粒污泥的微生物分布,（1）颗粒污泥的形成与培养,运行时间（d）,以消化污泥接种的UASB反应器内污泥浓度的变化,颗粒污泥形成初期时的扫描电镜照片（运行第77天）,颗粒污泥基本成熟后的扫描电镜照片（运行第120天）,颗粒污泥成熟后的扫描电镜照片（运行18

37、0天）,高温颗粒污泥,中温颗粒污泥,成熟颗粒污泥表面细菌的分区分布,颗粒污泥的培养条件,一般需要13个月； 可分为：启动期、颗粒污泥形成期、颗粒污泥成熟期；接种污泥的选择； 维持稳定的环境条件，如温度、pH值等； 污泥负荷0.050.1 kgCOD/kgSS.d，容积负荷应小于0.5 kgCOD/m3.d； 保持反应器中低的VFA浓度； 表面水力负荷应大于0.3 m3/m2.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(如Ni、Co、Mo),（2）颗粒污泥的理化性质,外观及颜色： 粒径： 沉速：影响因素：基质类型或进水水质；运行工况负荷、温度、pH值；,1）颗粒污

38、泥的外观：,形状多种多样，呈卵形、球形、丝状等；平均直径为1 mm,一般为0.12 mm，最大可达35 mm；颜色多为黑色、灰色、灰白色，其它还有淡黄色、暗绿色、红色等；,2）颗粒污泥粒径分布及其变化,颗粒污泥的沉速及其变化,（3）颗粒污泥的组成,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Fe

39、S、Ca2+等对于颗粒的稳定性有着重要的作用。,（4）颗粒污泥的类型,A型颗粒污泥：,以巴氏甲烷八叠球菌为主体，外层常有丝状产甲烷杆菌缠绕； 比较密实，粒径很小，约为0.10.1 mm。,B型颗粒污泥：,C型颗粒污泥：,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； 出现频率较高； 密度为1.0331.054 g/cm3 ，粒径约为13 mm。,丝状细菌缠绕惰性微粒而成，也称丝菌颗粒； 大而重，粒径为15 mm，比重为1.011.05，沉降速度为510 mm/s。,影响颗粒污泥类型的因素,废水中化学物质(营养基质和无机物)反应器的工艺条件(水力表面负荷和产气强度)当

40、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。,（5）颗粒污泥的微观结构,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。成层分布，即外层中占优势的细菌是水解发酵菌，而内层则是产甲烷菌；层状结构孔穴与通道结构,层状结构,层状结构,层状结构,孔穴与通道结构,孔穴与通道结构,5、UASB反应器的设计计算,尚无完整的工程设计计算方法；主要内容有：池型选择，有效容积的确定以及主要部位的尺寸；设计进水配水系统、

41、出水系统和三相分离器等； 其它：排泥和排渣系统等。,1）UASB反应器容积的确定：,UASB反应器的有效容积(包括沉淀区和反应区)多采用进水容积负荷法确定，即：,Q废水流量，m3/d； Si进水有机物浓度，mgCOD/l； Lv COD容积负荷，kgCOD/m3.d,容积负荷与反应温度、废水性质和浓度以及是否形成颗粒污泥有关； 对于食品工业废水或与之性质相近的废水，一般可形成颗粒污泥，在不同的反应温度下的进水容积负荷如下：,UASB容积负荷的确定：,2）进水配水系统的设计：,脉冲式布水与连续流布水底部穿孔管与分枝管上部一管一孔式配水,UASB反应器的布水装置脉冲式布水,UASB反应器的布水装置

42、上配水,3）三相分离器的设计,三相分离器的基本构造,三相分离器的布置形式,三相分离器的设计方法, 沉淀区的设计：表面负荷应小于1.0m3/m2.d；集气罩斜面的坡度应为5560；沉淀区的总水深应不小于1.5m，沉淀区的停留时间为1.52.0h。 回流缝的设计： 气液分离的设计：,UASB反应器中的三相分离器,UASB反应器中的三相分离器,UASB反应器的三相分离器PAQUES,UASB反应器的三相分离器BIOTHANE,4）UASB反应器中的沼气系统,UASB反应器中的沼气系统沼气柜,其它,5）出水系统的设计 6）浮渣清除系统的设计 7）排泥系统设计 8）加热和保温； 9）防腐；等,6、UAS

43、B反应器的工程实例 （1）北京啤酒厂,6、UASB反应器的工程实例 （2）合肥啤酒厂,6、UASB反应器的工程实例 （3）驻马店华中制药厂,6、UASB反应器的工程实例 （4）武汉东西湖啤酒厂,格栅井,调节池,污泥脱水机房,泥饼外运,图例,UASB反应器,氧化沟,污水管线,污泥管线,沼气管线,回流管线,沉淀池,浓缩池,集泥井,武汉欧联东西湖啤酒废水处理流程图,出水,水封罐,脱硫塔,原废水,四、其它厌氧生物处理工艺,厌氧膨胀床和厌氧流化床厌氧挡板反应器两相厌氧消化工艺厌氧生物转盘,（一）厌氧膨胀床和厌氧流化床,Anaerobic (Attached Film) Expanded Bed & An

44、aerobic Fluidized Bed Reactors(AAFEB & AFB)1、反应器的基本结构,载体与流化,载体：固体颗粒，如：石英砂、陶粒、活性炭、无烟煤和沸石等，粒径一般为0.21mm；出水回流使载体颗粒膨胀或流化；膨胀床床体内载体略有松动，载体间空隙增加但仍保持互相接触；流化床上升流速大，使载体可在床体内自由运动而互不接触。,2、主要特点：,主要优点： 细载体的比表面积大，生物浓度很高（30gVSS/l）； 有机负荷高（1040kgCOD/m3.d），HRT较短； 较好的耐冲击负荷的能力，运行稳定； 载体处于膨胀或流化状态，可防止载体堵塞； 生物固体停留时间较长，运行稳定，剩

45、余污泥量少； 可应用于高浓度有机废水或低浓度的城市废水。,主要缺点： 载体的流化耗能较大； 系统的设计运行要求高。,(二)厌氧挡板反应器,1、工艺流程： 垂直挡板将反应器分隔为数个上向流和下向流室。,出水,升流区,沼气,进水,降流区,污泥层,气室,垂直折流挡板厌氧反应器的结构示意图,进水,出水,沼气,沉渣及剩余污泥,内套筒,中套筒,填料,气室,沉淀区,出水槽,(二)厌氧挡板反应器,2、主要特点：与厌氧生物转盘相比，可省去转动装置；与UASB相比，可不设三相分离器而截流污泥；启动运行时间较短，运行较稳定；不需设置混合搅拌装置；不存在污泥堵塞问题。,(二)厌氧挡板反应器,3、应用情况： 多处于小试

46、阶段； McCarty的研究结果：,（三）两相厌氧消化工艺,1、工艺流程与特点：,（三）两相厌氧消化工艺,70年代后，随着厌氧微生物学研究不断深入应运而生的； 着重于工艺流程的变革，而非反应器构造的变革； 在单相反应器中，存在着脂肪酸的产生与被利用之间的平衡，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，使其分别满足各自的最适生长条件； 反应器可采用前述任一种反应器，二者可相同也可不同。,（三）两相厌氧消化工艺,两相工艺最本质的特征是实现相的分离，方法主要有：化学法：投加

47、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；物理法：采用选择性的半透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；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不同，使产甲烷菌无法在产酸相中生长；,（三）两相厌氧消化工艺,有机负荷比单相工艺明显提高；产甲烷相中的产甲烷菌活性得到提高，产气量增加；运行更加稳定，承受冲击负荷的能力较强；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；对于复杂有机物（如纤维素等），可提高其水解反应速率，因而提高了其厌氧消化的效果。,（三）两相厌氧消化工艺,2、应用情况 （1）比利时肯特大学的Anodex工艺,（三）两相厌氧消化工艺,（2）荷兰：淀粉废水,（三）两相厌氧消化工艺,（3）我国首都师范大学：豆制品废水,（三）两相厌氧消化工艺,（4）其它,(四)厌氧生物转盘,