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1、 水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)理学第15章 污水的厌氧生物处理 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)15-1 概述概述 水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)一、厌氧生物处理的对象 1 1、有机污泥、有机污泥 有机污泥包括废水好氧生物处理过程生成的大量活性污泥有机污泥包括废水好氧生物处理过程生成的大量活性污泥和生物膜
2、，初沉池可沉淀的有机固体，以及人畜的粪便等。和生物膜，初沉池可沉淀的有机固体，以及人畜的粪便等。2 2、有机废水、有机废水 食品工业，如酒精、味精、制糖、淀粉、屠宰和啤酒等工食品工业，如酒精、味精、制糖、淀粉、屠宰和啤酒等工业排出的废水，不仅数量多，而且浓度也很高。业排出的废水，不仅数量多，而且浓度也很高。3 3、生物质、生物质 以专门利用生物质转化为新能源为主要目的的厌氧发酵法，以专门利用生物质转化为新能源为主要目的的厌氧发酵法，是利用某些植物茎杆和叶子等生物质通过厌氧发酵获得生物是利用某些植物茎杆和叶子等生物质通过厌氧发酵获得生物能能沼气。沼气。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水
3、污染控制工程(下下下下)二、厌氧生物处理的目的1 1、杀菌灭卵、防蝇除臭，、杀菌灭卵、防蝇除臭，防止传染病的发生和蔓延防止传染病的发生和蔓延。2 2、去除废水中大量有机物，、去除废水中大量有机物，防止对水体的污染防止对水体的污染。3 3、利用污水厂污泥和高浓度有机废水产生沼气可、利用污水厂污泥和高浓度有机废水产生沼气可获获得可观的生物能源得可观的生物能源。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)三、厌氧法的基本原理 四阶段发酵四阶段发酵Zeikus20Zeikus20世纪世纪7070年代年提出年代年提出 水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下
4、下下)(1)第一阶段第一阶段：水解和发酵性细菌水解和发酵性细菌将复杂有机物水解为小分子有机物将复杂有机物水解为小分子有机物如：如：纤维素纤维素、淀粉淀粉水解为单糖，再发酵为丙酮酸；水解为单糖，再发酵为丙酮酸；蛋白质蛋白质水解为氨基酸，再脱氨基成有机酸和氨；水解为氨基酸，再脱氨基成有机酸和氨；脂类脂类水解为低级脂肪酸和醇水解为低级脂肪酸和醇,如乙酸、丙酸、丁酸、如乙酸、丙酸、丁酸、乙醇、乙醇、COCO2 2、H H2 2、NHNH3 3和和H H2 2S S等。等。微生物群落微生物群落：水解、发酵性细菌水解、发酵性细菌：梭菌属、拟杆菌属、双：梭菌属、拟杆菌属、双歧杆菌；链球菌和肠道菌等。歧杆菌；
5、链球菌和肠道菌等。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)(2)第第二二阶阶段段：产产氢氢和和产产乙乙酸酸菌菌把把第第一一阶段的产物进一步分解为乙酸和氢气阶段的产物进一步分解为乙酸和氢气。微微生生物物群群落落：产产氢氢和和产产乙乙酸酸菌菌，如如奥奥氏氏甲甲烷烷杆杆菌菌；将将三三碳碳以以上上有有机机酸酸、长长链链脂脂肪肪酸酸、芳芳香香族族酸酸及及醇醇等等分分解解为为乙乙酸酸和和H H2 2的的细细菌菌和和硫硫酸酸还原菌。还原菌。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)(3)第三阶段第三阶段：有2组生理不同的专性厌氧的产甲烷菌群。一是将将CO
6、CO2 2或或COCO和和H H2 2合成合成CHCH4 4；另一组是将乙酸脱羧生成将乙酸脱羧生成CHCH4 4和和COCO2 2，或，或利用甲酸、甲醇及甲基胺裂解为利用甲酸、甲醇及甲基胺裂解为CHCH4 4。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)(4)第四阶段：第四阶段：同型产乙酸阶段 是同型产乙酸细菌将是同型产乙酸细菌将COCO2 2和和H H2 2转化转化为乙酸的过程。其作用目前尚在研究。为乙酸的过程。其作用目前尚在研究。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)四、厌氧法的影响因素 厌氧法对环境条件的要求比好氧法更严格。厌氧法对环
7、境条件的要求比好氧法更严格。一般认为，控制厌氧处理效率的基本因素有一般认为，控制厌氧处理效率的基本因素有2 2类：类：一类是一类是基础因素基础因素，包括微生物量，包括微生物量(污泥浓度污泥浓度)、营养比、混合接触状况、有机负荷等；营养比、混合接触状况、有机负荷等；另一类是另一类是环境因素环境因素，如温度、，如温度、pHpH值、氧化还原值、氧化还原电位、有毒物质等。电位、有毒物质等。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，产甲烷菌的温度范围为产甲烷菌的温度范围为5-605-60。常
8、温厌氧消化，指在自然气温或水温下进行废常温厌氧消化，指在自然气温或水温下进行废水厌氧处理的工艺，适宜温度范围水厌氧处理的工艺，适宜温度范围10103030。中温中温消化，适宜温度消化，适宜温度35353838，若低于，若低于3232或或者高于者高于4040，厌氧消化的效率即趋向明显地降低。，厌氧消化的效率即趋向明显地降低。高温高温厌氧消化，适宜温度厌氧消化，适宜温度50505555。1 1、温度、温度 水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)一定范围内，温度提高，有机物去除率提高，产气一定范围内，温度提高，有机物去除率提高，产气量提高。量提高。温度的急剧变化和上下波
9、动不利于厌氧消化作用。温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。短时内温度升降短时内温度升降55，沼气产量明显下降，波动的幅度，沼气产量明显下降，波动的幅度过大时，甚至停止产气。过大时，甚至停止产气。温度的波动，不仅影响沼气产量，还影响沼气中甲温度的波动，不仅影响沼气产量，还影响沼气中甲烷的含量，尤其高温消化对温度变化更为敏感。烷的含量，尤其高温消化对温度变化更为敏感。温度的暂时性突然降低不会使厌氧消化系统遭受根温度的暂时性突然降低不会使厌氧消化系统遭受根本性的破坏，温度一经恢复到原来水平时，处理效率本性的破坏，温度一经恢复到原来水平时，处理效率和产气量也随之恢复。和产气量也随之恢复。水污染
10、控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)2 2、pHpH值值 每每种种微微生生物物可可在在一一定定的的pHpH值值范范围围内内活活动动，产产酸酸细细菌菌对对酸酸碱碱度度不不及及甲甲烷烷细细菌菌敏敏感感，其其适适宜宜的的pHpH值值范范围围较广，在较广，在4.5-8.04.5-8.0之间。之间。产产甲甲烷烷菌菌要要求求环环境境介介质质pHpH值值在在中中性性附附近近，最最适适宜宜pHpH值为值为7.0-7.27.0-7.2，pH6.6-7.4pH6.6-7.4较为适宜。较为适宜。在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构
11、筑物内进行，故为了维持平衡，避免过大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，避免过多的酸积累，多的酸积累，常保持反应器内的常保持反应器内的pHpH值在值在6.5-7.5(6.5-7.5(最好最好在在6.8-7.2)6.8-7.2)的范围内的范围内。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)在厌氧消化过程中，在厌氧消化过程中，pHpH值的升降变化除了外界值的升降变化除了外界因素的影响之外，因素的影响之外，还取决于有机物代谢过程中某些还取决于有机物代谢过程中某些产物的增减产物的增减。(产酸作用产物使有机酸的含量增加，会使pH值下降。含氮有机物分解产物氨的增加，会引起pH值升
12、高。)在生产运转中常把在生产运转中常把挥发酸浓度挥发酸浓度及及碱度碱度作为管理作为管理指标。指标。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)3 3、氧化还原电位、氧化还原电位 无氧环境是严格厌氧的无氧环境是严格厌氧的产甲烷菌产甲烷菌繁殖的最基本繁殖的最基本条件之一。产甲烷菌对氧和氧化剂非常敏感，这是条件之一。产甲烷菌对氧和氧化剂非常敏感，这是因为它不象好氧菌那样具有过氧化氢酶。因为它不象好氧菌那样具有过氧化氢酶。氧是影响厌氧反应器中氧化还原电位条件的重氧是影响厌氧反应器中氧化还原电位条件的重要因素，但不是唯一因素。要因素，但不是唯一因素。挥发性有机酸的增减、挥发性有机
13、酸的增减、pHpH值的升降以及铵离子值的升降以及铵离子浓度的高低等因素均影响系统的还原强度浓度的高低等因素均影响系统的还原强度。如pH值低，氧化还原电位高；pH值高，氧化还原电位低。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)4 4、有机负荷、有机负荷 在通常的情况下，常规厌氧消化工艺中温处理在通常的情况下，常规厌氧消化工艺中温处理高浓度工业废水的有机负荷为高浓度工业废水的有机负荷为2-3 kgCOD/(m2-3 kgCOD/(m3 3d)d)，在高温下为，在高温下为4-6 kgCOD/(m4-6 kgCOD/(m3 3d)d)。上流式厌氧污泥床反应器、厌氧滤池、厌氧流
14、上流式厌氧污泥床反应器、厌氧滤池、厌氧流化床等新型厌氧工艺的有机负荷在中温下为化床等新型厌氧工艺的有机负荷在中温下为5-15 kgCOD/5-15 kgCOD/(m(m3 3d)d)，可高达，可高达30 kgCOD/(m30 kgCOD/(m3 3d)d)。在处理具体废。在处理具体废水时，最好通过试验来确定其最适宜的有机负荷。水时，最好通过试验来确定其最适宜的有机负荷。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)5 5、厌氧活性污泥、厌氧活性污泥 厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成。附的有机物、无机
15、物组成。厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关系。的关系。性状良好的污泥是厌氧消化效率的基础保证性状良好的污泥是厌氧消化效率的基础保证。厌氧活性污泥的性质主要表现为它的作用效能与厌氧活性污泥的性质主要表现为它的作用效能与沉降性能。沉降性能。故在一定的范围内，故在一定的范围内，活性污泥浓度愈高，厌氧消活性污泥浓度愈高，厌氧消化的效率也愈高。但也不是越高越好化的效率也愈高。但也不是越高越好。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)6 6、搅拌和混合、搅拌和混合 通过搅拌可通过搅拌可消除池内梯度消除池内梯度，增加食料与，增
16、加食料与微生物之间的接触，避免产生分层，促进微生物之间的接触，避免产生分层，促进沼气分离。沼气分离。在连续投料的消化池中，还使进料迅速在连续投料的消化池中，还使进料迅速与池中原有料液相混匀。与池中原有料液相混匀。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)搅拌的方法：搅拌的方法：(1)(1)机械搅拌器搅拌法；机械搅拌器搅拌法；(2)(2)消化液循环搅拌法消化液循环搅拌法-水射器搅拌水射器搅拌；(3)(3)沼沼气气循循环环搅搅拌拌法法-消消化化气气循循环环搅搅拌拌等等。其其中中沼沼气气循循环环搅搅拌拌，还还有有利利于于使使沼沼气气中中的的COCO2 2作作为为产产甲甲烷烷
17、的的底底物物被被细细菌菌利利用用，提提高高甲甲烷烷的的产产量。量。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)厌氧滤池和上流式厌氧污泥床等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，也料液，通过液流及其扩散作用，也起到一定程度的搅拌作用。起到一定程度的搅拌作用。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)7 7、废水的营养比、废水的营养比 厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取碳、厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄
18、取碳、氮、磷以及其他微量元素。工程上主要控制进料氮、磷以及其他微量元素。工程上主要控制进料的碳、氮、磷比例，因为其他营养元素不足的情的碳、氮、磷比例，因为其他营养元素不足的情况较少见。况较少见。厌氧法中碳厌氧法中碳:氮氮:磷控制为磷控制为(200200300):5:1300):5:1为宜。为宜。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消化的在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要。影响更为重要。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)8 8、有毒物质、有毒物质 包括包括有毒有机物、重金属离子和一些阴有毒有机物、重金属离子和一些阴离子等。离子等。对有机物来说，带
19、醛基、双键、氯取代对有机物来说，带醛基、双键、氯取代基、苯环等结构，往往具有抑制性。基、苯环等结构，往往具有抑制性。有毒物质的最高容许浓度与处理系统的有毒物质的最高容许浓度与处理系统的运行方式、污泥驯化程度、废水特性、操运行方式、污泥驯化程度、废水特性、操作控制条件等因素有关。作控制条件等因素有关。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)五、厌氧生物处理的主要特征 1 1、优点、优点(1)(1)应用范围广应用范围广 (2)(2)能能耗耗大大大大降降低低，而而且且还还可可以以回回收收生生物物能能（沼气）；（沼气）；(3)(3)处理负荷高、占地少，反应器体积小；处理负荷
20、高、占地少，反应器体积小；水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)(4)(4)污泥产量很低，且其浓缩性、脱水性能良好；污泥产量很低，且其浓缩性、脱水性能良好；(5)(5)对营养物需求量小，其对营养物需求量小，其BODBOD5 5NPNP8005180051；(6)(6)厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废水和污泥中的寄生虫卵、病毒等；废水和污泥中的寄生虫卵、病毒等；(7)(7)厌氧方法的菌种沉降性能好，生物活性保存期长，厌氧方法的菌种沉降性能好，生物活性保存期长，中止营养条件下可保留至少中止营养条件下可保留至少1 1年以上。
21、年以上。(8)(8)密闭系统，臭味对环境影响小。密闭系统，臭味对环境影响小。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)2 2、主要缺点、主要缺点 厌氧生物处理过程中所涉及到的厌氧生物处理过程中所涉及到的生化生化反应过程较为复杂反应过程较为复杂;厌厌氧氧微微生生物物特特别别是是其其中中的的产产甲甲烷烷细细菌菌对对温温度度、pHpH等等环环境境因因素素非非常常敏敏感感，也也使使得得厌厌氧氧反应器的运行和应用反应器的运行和应用受到很多限制和困难受到很多限制和困难；水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)出水水质通常较差出水水质通常较差，一般需要利
22、用好氧工，一般需要利用好氧工艺进行进一步的处理；艺进行进一步的处理；厌氧生物处理的厌氧生物处理的气味较大气味较大；对对氨氨氮氮的的去去除除效效果果不不好好，一一般般认认为为在在厌厌氧氧条条件件下下氨氨氮氮不不会会降降低低，而而且且还还可可能能由由于于原原废废水水中中含含有有的的有有机机氮氮在在厌厌氧氧条条件件下下的的转转化化导导致致氨氨氮氮浓度的上升。浓度的上升。厌厌氧氧反反应应器器初初次次启启动动过过程程缓缓慢慢，一一般般需需要要8 81212周时间。周时间。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)15-2 厌氧生物处理装置厌氧生物处理装置 水污染控制工程水污染控
23、制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)按微生物生长状态分为：按微生物生长状态分为：厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法包括：普通消化池、厌氧接触工艺、上流包括：普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器等。式厌氧污泥床反应器等。厌氧生物膜法厌氧生物膜法包括：厌氧生物滤池、厌氧流化床、厌氧生包括：厌氧生物滤池、厌氧流化床、厌氧生物转盘等。物转盘等。厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法(anaerobic activated(anaerobic activated sludge)sludge)厌氧生物膜法厌氧生物膜法(anaerobic slime)(anaerobic slime)水污染控制工程水
24、污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)按投料、出料及运行方式分为按投料、出料及运行方式分为分批式分批式(batch)(batch)、连续式连续式(continuous)(continuous)和和半连续式半连续式(semi-continuous)(semi-continuous)；根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在同根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为一一步厌氧消化步厌氧消化(one stage digestion)(one stage digestion)与与两步厌氧消化两步厌氧消化
25、(two stage digestion)(two stage digestion)等。等。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)一、早期的厌氧生物反应器早期的厌氧生物反应器 这是厌氧消化应用于废水处理的初级阶段，是这是厌氧消化应用于废水处理的初级阶段，是从从18811881年法国年法国MourasMouras设计的自动净化器开始到本世设计的自动净化器开始到本世纪的纪的2020年代；主要代表有：年代；主要代表有：1881 1881年法国年法国MourasMouras的自动净化器：的自动净化器：1891 1891年英国年英国MoncriffMoncriff的装有填的
26、装有填料的升流式反应器：料的升流式反应器：1895 1895年，英国设计的化粪年，英国设计的化粪池（池（Septic TankSeptic Tank）；）；1905 1905年，德国的年，德国的ImhoffImhoff池池（又称隐化池、双层沉淀池）；等等。（又称隐化池、双层沉淀池）；等等。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)这些早期的厌氧生物反应器的共同特点是：这些早期的厌氧生物反应器的共同特点是：处理废水的同时，也处理从废水中沉淀下来的污泥；处理废水的同时，也处理从废水中沉淀下来的污泥；前几种
27、构筑物由于废水与污泥不分隔而影响出水水质；前几种构筑物由于废水与污泥不分隔而影响出水水质；双层沉淀池则有了很大改进，有上层沉淀池和下层消化池；双层沉淀池则有了很大改进，有上层沉淀池和下层消化池；停留时间很长，出水水质也较差；停留时间很长，出水水质也较差；后两种反应器曾在英、美、德、法等国得到广泛推广，在我国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。目前仍有应用。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)二、普通厌氧消化池 又称传统或常规消化池。又称传统或常规消化池。消化池常用密闭的圆柱形池，废水定期或连续进入池中，经消化的消化池常用密闭的圆柱
28、形池，废水定期或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别由消化池底和上部排出，所产沼气从顶部排出。污泥和废水分别由消化池底和上部排出，所产沼气从顶部排出。池径从几米至三、四十米，柱体部分的高度约为直径的池径从几米至三、四十米，柱体部分的高度约为直径的1/21/2，池底呈，池底呈圆锥形，以利排泥。圆锥形，以利排泥。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)随着活性污泥法、生物滤池等好氧生物处理工艺的开随着活性污泥法、生物滤池等好氧生物处理工艺的开发和推广应用，厌氧生物处理被认为是效率低、发和推广应用，厌氧生物处理被认为是效率低、HRTHRT长、受长、受温度等环境条件的影响大
29、，因此温度等环境条件的影响大，因此处于一种被遗弃的状态处于一种被遗弃的状态；但好氧生物处理工艺的广泛应用，但好氧生物处理工艺的广泛应用，产生的剩余污泥也越来产生的剩余污泥也越来越多越多，其稳定化处理的主要手段是厌氧消化，这是第二阶，其稳定化处理的主要手段是厌氧消化，这是第二阶段的主要特征。段的主要特征。1927 1927年，首次在消化池中加上了加热装置，使产气速年，首次在消化池中加上了加热装置，使产气速率显著提高；随后，又增加了机械搅拌器，反应速率进一率显著提高；随后，又增加了机械搅拌器，反应速率进一步提高；步提高；5050年代初又开发了利用沼气循环的搅拌装置；带年代初又开发了利用沼气循环的搅
30、拌装置；带加热和搅拌装置的消化池被称为高速消化池，加热和搅拌装置的消化池被称为高速消化池，至今仍是城至今仍是城市污水处理厂中污泥处理的主要技术市污水处理厂中污泥处理的主要技术。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)普通消化池的特点是普通消化池的特点是:(1)(1)可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。(2)(2)厌氧消化反应与厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现固液分离在同一个池内实现，结构较简，结构较简单。单。(3)(3)缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，消化器中缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，消
31、化器中难难以保持大量的微生物细胞以保持大量的微生物细胞。(4)(4)对无搅拌的消化器，还存在对无搅拌的消化器，还存在料液分层现象严重料液分层现象严重，微生物，微生物不能与料液均匀接触的问题。不能与料液均匀接触的问题。(5)(5)温度不均匀，消化效率低温度不均匀，消化效率低。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)为使进料与厌氧污为使进料与厌氧污泥尽快接触、使所产泥尽快接触、使所产沼气气泡及时逸出而沼气气泡及时逸出而设置搅拌装置。常用设置搅拌装置。常用搅拌方式有三种：搅拌方式有三种：图图15-2 15-2 循环消化液搅拌式消化池循环消化液搅拌式消化池(a)(a)池内机
32、械搅拌；池内机械搅拌；(b)(b)沼气搅拌；沼气搅拌；(c)(c)循环消化液搅拌。循环消化液搅拌。图图15-115-1螺旋桨搅拌的消化池螺旋桨搅拌的消化池 水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)进进行行中中温温和和高高温温厌厌氧氧消消化化需需要要加加温温，常常用用加热方式有三种：加热方式有三种：(a)(a)废废水水在在消消化化池池外外先先经经热热交交换换器器预预热热到规定温度再进入消化池；到规定温度再进入消化池；(b)(b)热蒸汽热蒸汽直接在消化器内加热直接在消化器内加热；(c)(c)在消化池在消化池内部安装热交换管内部安装热交换管。水污染控制工程水污染控制工程水
33、污染控制工程水污染控制工程(下下下下)上述，在消化池中设有加热和上述，在消化池中设有加热和/或搅拌或搅拌装置，可缩短有机物稳定所需的时间，也装置，可缩短有机物稳定所需的时间，也提高沼气产量，这种消化池叫提高沼气产量，这种消化池叫高速消化池高速消化池。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)三、现代高速厌氧生物反应器 厌厌氧氧消消化化技技术术发发展展上上的的第第三三个个时时期期：19551955年年，SchroepterSchroepter提提出出了了厌厌氧氧接接触触法法，主主要要是是在在参参考考好好氧氧活活性性污污泥泥法法的的基基础础上上，在在高高速速消消化化池池之
34、之后后增增设设二二沉沉池池和和污污泥泥回回流流系系统统，并并将将其其应应用用于于有有机机废废水水的的处处理理；处处理理能能力力提提高高，应应用用于于食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。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。随后又相继出现了随后又相继出现了厌氧生物滤池厌氧生物滤池AF(Anaerobic Filter)AF(Anaerobic Filter)、上流式厌氧污上流式厌氧污泥床反应器泥床反应器UASBUASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)、
35、厌氧附着膜膨胀床厌氧附着膜膨胀床反应器反应器AAFEB(Anaerobic Attached Film Expanded Bed)AAFEB(Anaerobic Attached Film Expanded Bed)、厌氧流化床厌氧流化床AFB(Anaerobic Fluidized Bed)AFB(Anaerobic Fluidized Bed)等高效厌氧反应器，在这些厌氧反应器中，等高效厌氧反应器，在这些厌氧反应器中，主要具有如下特点：微生物不呈悬浮生长状态，而是呈附着生长；有机容积主要具有如下特点：微生物不呈悬浮生长状态，而是呈附着生长；有机容积负荷大大提高，水力停留时间显著缩短；首先应
36、用于高浓度有机工业废水的负荷大大提高，水力停留时间显著缩短；首先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；也有应用于城市废水的处理；如果与好氧生物处理工业废水、屠宰废水等；也有应用于城市废水的处理；如果与好氧生物处理工艺进行串联或组合，还可以同时实现脱氮和除磷；并对含有难降解有机物的艺进行串联或组合，还可以同时实现脱氮和除磷；并对含有难降解有机物的工业废水具有较好的处理效果。工业废水具有较好的处理效果。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(
37、下下下下)1、厌氧接触法 为了克服普通消化池不能持留为了克服普通消化池不能持留或补充厌氧活性污泥的缺点，在消或补充厌氧活性污泥的缺点，在消化池后化池后设沉淀池设沉淀池，将沉淀，将沉淀污泥回流污泥回流至消化池，形成了至消化池，形成了厌氧接触法厌氧接触法（anaerobic contact processanaerobic contact process）。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)但从从消消化化池池排排出出的的混混合合液液在在沉沉淀淀池池中进行固液分离有一定困难。原因：中进行固液分离有一
38、定困难。原因：(1)(1)混混合合液液中中污污泥泥上上附附着着大大量量的的微微小小沼气泡沼气泡，易于引起污泥上浮；，易于引起污泥上浮；(2)(2)混混合合液液中中的的污污泥泥仍仍具具有有产产甲甲烷烷活活性性，在在沉沉淀淀过过程程中中仍仍能能继继续续产产气气，从从而妨碍污泥颗粒的沉降和压缩。而妨碍污泥颗粒的沉降和压缩。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)为了提高沉淀池中固液分离效果，目前采用以为了提高沉淀池中固液分离效果，目前采用以下几种方法脱气：下几种方法脱气：(1)(1)真空脱气真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气器器(真空
39、度为真空度为0.005MPa)0.005MPa)，将污泥絮体上的气泡除，将污泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉降性能；去，改善污泥的沉降性能；(2)(2)热交换器急冷法热交换器急冷法，将从消化池排出的混合液进，将从消化池排出的混合液进行急速冷却。行急速冷却。(3)(3)絮凝沉淀絮凝沉淀，向混合液中投加絮凝剂，使厌氧污，向混合液中投加絮凝剂，使厌氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降；泥易凝聚成大颗粒，加速沉降；(4)(4)用用超滤器超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效果。代替沉淀池，以改善固液分离效果。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)厌氧接触法的厌氧接触法的优点优点:(
40、1)(1)通过污泥回流，保持通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，消化池内污泥浓度较高，一般为一般为101015g/L15g/L，耐冲击能力强；耐冲击能力强；(2)(2)消化池的消化池的容积负荷容积负荷较普通消化池较普通消化池高高，中温消化时，一般为，中温消化时，一般为2 2l0 kgCOD/ml0 kgCOD/m3 3dd，水力停留时间水力停留时间比普通消化池比普通消化池大大缩短大大缩短，如，如常温下，普通消化池为常温下，普通消化池为15153030天，而接触法小于天，而接触法小于1010天；天；(3)(3)可可以以直接处理悬浮固体含量较高直接处理悬浮固体含量较高或或颗粒较大的料液颗粒较大
41、的料液，不存，不存在堵塞问题；在堵塞问题；(4)(4)混合液经混合液经沉降后沉降后，出水水质好出水水质好，但需增加沉淀池、污泥回，但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备；流和脱气等设备；水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)(5)(5)厌氧接触法存在混合液厌氧接触法存在混合液难于难于在沉淀池中在沉淀池中进行进行固液分离固液分离的缺点。的缺点。厌氧接触法的厌氧接触法的缺点缺点:水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)2、上流式厌氧污泥床反应器（USABUSAB ）上流式厌氧污泥床反应器（上流式厌氧污泥床反应器（upflow anaerobi
42、c upflow anaerobic sludge bed reactorsludge bed reactor），简称），简称UASBUASB反应器，是由反应器，是由荷兰的荷兰的G.LettngaG.Lettnga等人在等人在2020世纪世纪7070年代初研制开年代初研制开发的。污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生发的。污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器。长型的消化器。由由反应区反应区(reaction region)(reaction region)、沉淀区沉淀区(settling region)(settling region)和和气室气室(gas collection(ga
43、s collection dome)dome)三部分组成。三部分组成。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)反应区 水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形。小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形。大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，则一般为矩形，高度一般为大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，则一般为矩形，高度一般为3 38m8m，其中污泥床，其中污泥床1 12m2m，污泥悬浮层，污泥悬浮层2 24m4m，多
44、用钢结构或钢筋混凝土结构。，多用钢结构或钢筋混凝土结构。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)UASB 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。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下
45、下)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、启动阶动阶段的目的：段的目的：污污泥适泥适应应将要将要处处理理废废水中的有机物水中的有机物 污污泥具有很好的沉降性泥具有很好的沉降性2、启、启动时动时要遵守的原要遵守的原则则：最初最初污污泥泥负负荷不要太高荷不要太高 在在挥发挥发酸未能有效分解之前，不酸未能有效分解之前，不应应增加反增加反应应器器负负荷荷 控制控制厌厌氧氧细细菌的生存菌的生存环环境境 种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
46、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 水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)1.接种接种污污泥泥2.废废水的性水的性质质3.反反应应器的工器的工艺艺条件条件4.不同的出水乙酸不同的出水乙酸浓浓度可以决定度可以决定优势优势菌种菌种 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.底物在底物在传质过传质过程中所能程中所能进进入入颗颗粒内部的深度粒内部的深度3.有机有机负负荷的高低荷的高低4.如果低如果低负负荷忽然增加荷忽然增加负负荷将使荷将使颗颗粒粒污污泥破碎泥破碎5.用用较较大的上升气
47、流与大的上升气流与产产气量可气量可选择选择性的洗出性的洗出较较小的小的颗颗粒粒污污泥。泥。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)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.形状不形状不规则规则2.颜颜色呈灰黑色或褐黑色，包裹灰白色生物膜色呈灰黑色或褐黑色，包裹灰白色生物膜3.相相对对密度在密度在1.01-1.05左右左右4.污污泥指数与泥指数与颗颗粒大小有关粒大小有关5.颗颗粒粒污污泥在反泥在反应应器中的沉降速率器中的沉降速率为为0.3-0.8m/h 颗粒污泥的成分颗粒污泥的成分 1.微生物及其分泌物微生物及其分泌物 微生物：各微生物：
48、各类产类产酸酸细细菌和菌和产产甲甲烷细烷细菌，菌，产产酸酸细细菌在菌在颗颗粒外部，粒外部，产产甲甲烷烷 细细菌在菌在颗颗粒粒污污泥内部泥内部2.惰性物惰性物质质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，不同底物培养的采用最大比底物利用速率表示，不同底物培养的颗颗粒粒污污泥的活性不同泥的活性不同 水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)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，将进入反应器的废水均匀地分配
49、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。在颗粒污泥层上部，
50、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。水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程水污染控制工程(下下下下)UASB UASB反应器的设计计算反应器的设计计算1.UASB 反应器设