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1、废水的厌氧生物处理(污水、污泥)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 1.1 1.1 厌厌氧生物氧生物处处理法理法 在隔在隔在隔在隔绝绝绝绝与空气接触的条件下，借助兼性菌、与空气接触的条件下，借助兼性菌、与空气接触的条件下，借助兼性菌、与空气接触的条件下，借助兼性菌、厌厌厌厌氧菌氧菌氧菌氧菌和和和和专专专专性性性性厌厌厌厌氧菌的生物化学作用，氧菌的生物化学作用，氧菌的生物化学作用，氧菌的生物化学作用，对对对对有机物有机物有机物有机物进进进进行生化降解行生
2、化降解行生化降解行生化降解的的的的过过过过程，称程，称程，称程，称为厌为厌为厌为厌氧生化氧生化氧生化氧生化处处处处理法或理法或理法或理法或厌厌厌厌氧消化法。氧消化法。氧消化法。氧消化法。一、厌氧生物处理的沿革、特征和发展趋势一、厌氧生物处理的沿革、特征和发展趋势1、厌氧生物处理的发展概述、厌氧生物处理的发展概述厌氧生物处理已有厌氧生物处理已有100多年的历史，它的发展和应用大致经历了多年的历史，它的发展和应用大致经历了3个时期：个时期：A、20世纪世纪10年代以前的初级阶段，主要应用于污水和粪便处理；年代以前的初级阶段，主要应用于污水和粪便处理；B、20世纪世纪50年代以前第二个时期，普通消化
3、池是唯一的实用装置；年代以前第二个时期，普通消化池是唯一的实用装置；C、20世纪世纪50年代特别是年代特别是70年代以后的第三个时期，出现一大批更为先年代以后的第三个时期，出现一大批更为先进实用的厌氧生物处理技术。进实用的厌氧生物处理技术。2、厌氧生物处理工艺的应用现状、厌氧生物处理工艺的应用现状A、厌氧生物处理工艺在污水处理中的应用；、厌氧生物处理工艺在污水处理中的应用；B、厌氧生物处理工艺在垃圾处理中的应用；、厌氧生物处理工艺在垃圾处理中的应用；C、秸杆等生物质的资源化和能源化。、秸杆等生物质的资源化和能源化。3、厌氧生物处理的特征、厌氧生物处理的特征4、厌氧生物处理的发展趋势、厌氧生物处
4、理的发展趋势 从目前厌氧生物处理工艺技术和设备发展规律前景来看，进一步提高从目前厌氧生物处理工艺技术和设备发展规律前景来看，进一步提高生物处理能力和稳定性的途径主要有：生物处理能力和稳定性的途径主要有：A、提高反应器中生物持有量；、提高反应器中生物持有量；B、利用厌氧生物处理中微生物种群的特点，实现相分离；、利用厌氧生物处理中微生物种群的特点，实现相分离；C、研制反应器使之形成特殊的水力流态而创造厌氧微生物的最适生态条件。、研制反应器使之形成特殊的水力流态而创造厌氧微生物的最适生态条件。二、厌氧消化原理二、厌氧消化原理1、厌氧消化的生化阶段、厌氧消化的生化阶段第第阶段阶段水解产酸阶段水解产酸阶
5、段污水中不溶性大分子有机物，如多糖、淀粉、纤维素、烃类（烷、烯、污水中不溶性大分子有机物，如多糖、淀粉、纤维素、烃类（烷、烯、炔等）水解，主要产物为甲、乙、丙、丁酸、乳酸；紧接着氨基酸、蛋白质、炔等）水解，主要产物为甲、乙、丙、丁酸、乳酸；紧接着氨基酸、蛋白质、脂肪水解生成氨和胺，多肽等（所以有的书又把水解产酸分为二个阶段）。脂肪水解生成氨和胺，多肽等（所以有的书又把水解产酸分为二个阶段）。第第阶段阶段厌氧发酵产气阶段厌氧发酵产气阶段第（第（1）阶段产物甲酸、乙酸、甲胺、甲醇和等小分子有机物在产甲烷）阶段产物甲酸、乙酸、甲胺、甲醇和等小分子有机物在产甲烷菌的作用下，通过甲烷菌的发酵过程将这些小
6、分子有机物转化为甲烷。所以菌的作用下，通过甲烷菌的发酵过程将这些小分子有机物转化为甲烷。所以在水解酸化阶段在水解酸化阶段COD、BOD值变化不很大，仅在产气阶段由于构成值变化不很大，仅在产气阶段由于构成COD或或BOD的有机物多以的有机物多以CO2和和H4的形式逸出，才使废水中的形式逸出，才使废水中COD、BOD明显下降。明显下降。在酸化阶段，发酵细菌将有机物水解转化为能被甲烷菌直接利用的第在酸化阶段，发酵细菌将有机物水解转化为能被甲烷菌直接利用的第一类小分子有机物，如乙酸、甲酸、甲醇和甲胺等；第二类为不能被甲烷一类小分子有机物，如乙酸、甲酸、甲醇和甲胺等；第二类为不能被甲烷菌直接利用的有机物
7、，如丙酸、丁酸、乳酸、乙醇等，不完全厌氧消化或菌直接利用的有机物，如丙酸、丁酸、乳酸、乙醇等，不完全厌氧消化或发酵到此结束。如果继续全厌氧过程，则产氢、产乙酸菌将第二类有机物发酵到此结束。如果继续全厌氧过程，则产氢、产乙酸菌将第二类有机物进一步转化为氢气和乙酸。进一步转化为氢气和乙酸。第（第（2）阶段生化过程是产甲烷细菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇等基）阶段生化过程是产甲烷细菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇等基质通过不同途径转化为甲烷，其中最主要的基质为乙酸。质通过不同途径转化为甲烷，其中最主要的基质为乙酸。2、发酵条件控制、发酵条件控制（1）营养与环境条件）营养与环境条件厌氧要求有机物浓度较高，一般大
8、于厌氧要求有机物浓度较高，一般大于1000mg/L以上。所以厌氧适于以上。所以厌氧适于处理高浓度有机废水和污泥处理。和好氧生物处理一样，厌氧处理也要求处理高浓度有机废水和污泥处理。和好氧生物处理一样，厌氧处理也要求供给全面的营养，但好氧细菌增殖快，有机物有供给全面的营养，但好氧细菌增殖快，有机物有5060%用于细菌增殖，用于细菌增殖，故对故对N、P要求高；而厌氧增殖慢，要求高；而厌氧增殖慢，BOD仅有仅有510%用于合成菌体，对用于合成菌体，对N、P要求低。要求低。COD N P200 5 1或或C N1216（好氧（好氧COD N P100 5 1）厌氧过程对环境条件要求比较严格：厌氧过程对
9、环境条件要求比较严格：、氧化还原电位（、氧化还原电位（E）与温度）与温度氧的溶入和氧化态、氧化剂的存在：氧的溶入和氧化态、氧化剂的存在：Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-、PO43-、H+会使体系中电位升高，对厌氧消化不利。会使体系中电位升高，对厌氧消化不利。高温消化高温消化500600mv，5055中温消化中温消化300380mv，3038产酸菌对氧还产酸菌对氧还还电位要求不甚严格还电位要求不甚严格100100mv产甲烷菌对氧还产甲烷菌对氧还还电位要求严格还电位要求严格350mv、pH及碱度及碱度pH主要取决于三个生化阶段的平衡状态，原液本身的主要取决于三个生化阶段的平衡状态，原
10、液本身的pH和发酵系统和发酵系统中产生的分压（中产生的分压（20.340.5kpa），正常发酵），正常发酵pH7.27.4，有机负荷太，有机负荷太大，水解和酸化过程的生化速率大大超过产气速率。将导致水解产物有机大，水解和酸化过程的生化速率大大超过产气速率。将导致水解产物有机酸的积累使酸的积累使pH下降，抑制甲烷菌的生理机能，使气化速率锐减，所以原下降，抑制甲烷菌的生理机能，使气化速率锐减，所以原液液pH68，发酵过程有机酸浓度不超过，发酵过程有机酸浓度不超过3000mg/L为佳（以乙酸计）。为佳（以乙酸计）。HCO3-及及NH3是形成厌氧处理系统碱度的主要原因，高的碱度具有较是形成厌氧处理系统
11、碱度的主要原因，高的碱度具有较强的缓冲能力，一般要求碱度强的缓冲能力，一般要求碱度2000mg/L以上，以上，NH3浓度浓度50200mg/L为为佳。佳。、毒物、毒物凡对厌氧处理过程起抑制和毒害作用的物质都可称为毒物，凡对厌氧处理过程起抑制和毒害作用的物质都可称为毒物，无机酸浓度不应使消化液无机酸浓度不应使消化液pH6.8；NH3不应高于不应高于1500mg/L，其它阴离，其它阴离子浓度见书。子浓度见书。（2）工艺操作条件）工艺操作条件 、生物量、生物量大小以污泥浓度表示，一般介于大小以污泥浓度表示，一般介于1030gvss/L之之间，为防止反应器中污泥流失，可采用装入填料介质使细菌附着挂膜，
12、调间，为防止反应器中污泥流失，可采用装入填料介质使细菌附着挂膜，调节水流速度或污泥回流量。节水流速度或污泥回流量。、负荷率、负荷率表示消化装置处理能力的一个参数，负荷率有三表示消化装置处理能力的一个参数，负荷率有三种表示方法：种表示方法：容积负荷率容积负荷率反应器单位有效容积在单位时间内接纳的有机物反应器单位有效容积在单位时间内接纳的有机物Kg/m3d 污泥负荷率污泥负荷率反应器内单位重的污泥在单位时间内接纳的有机物量反应器内单位重的污泥在单位时间内接纳的有机物量Kg/Kgd投配率投配率每天向单位有效容积投加的材料的体积每天向单位有效容积投加的材料的体积m3/m3d投配率的倒数为平均停留时间或
13、消化时间，单位为投配率的倒数为平均停留时间或消化时间，单位为d（天），投配率（天），投配率池可用百分率表示。池可用百分率表示。负荷率的影响：负荷率的影响：当有机物负荷率很高时，营养充分，代谢产物有机酸产量很大，超当有机物负荷率很高时，营养充分，代谢产物有机酸产量很大，超过甲烷菌的吸收利用能力，有机酸积累过甲烷菌的吸收利用能力，有机酸积累pH下降，是低效不稳定状态。下降，是低效不稳定状态。负荷率适中，产酸细菌代谢产物中的有机物（有机酸）基本上能被负荷率适中，产酸细菌代谢产物中的有机物（有机酸）基本上能被甲烷菌及时利用，并转化为沼气，残存有机酸量仅为几百毫克甲烷菌及时利用，并转化为沼气，残存有机酸
14、量仅为几百毫克/升。升。pH77.5，呈弱碱性，是高效稳定发酵状态。，呈弱碱性，是高效稳定发酵状态。当有机负荷率小，供给养料不足，产酸量偏少，当有机负荷率小，供给养料不足，产酸量偏少，pH7.5是碱性发是碱性发酵状态，是低效发酵状态。酵状态，是低效发酵状态。、温度控制、温度控制发酵要求较高的温度，每去除发酵要求较高的温度，每去除8000mg/L的的COD所所产沼气，能使水温升高产沼气，能使水温升高10，一般工艺设计中温消化，一般工艺设计中温消化3035。、pH的控制的控制当液料当液料pH6.5或高于或高于8.0，则要调整液料，则要调整液料pH。pH6.87，应减少有机负荷率，应减少有机负荷率，
15、pH6.5，应停止加料，必要时加入石灰中和。，应停止加料，必要时加入石灰中和。三、悬浮生长厌氧生物处理法三、悬浮生长厌氧生物处理法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2、厌氧接触法、厌氧接触法3、厌氧序批式反应器、厌氧序批式反应器四、附着生长厌氧生物处理法（即厌氧生物膜法）四、附着生长厌氧生物处理法（即厌氧生物膜法）1、升流式厌氧填充床反应器即厌氧生物滤池、升流式厌氧填充床反应器即厌氧生物滤池2、厌氧膨胀床、流化床反应器、厌氧膨胀床、流化床反应器3、厌氧生物转盘、厌氧生物转盘五、两相厌氧生物处理五、两相厌氧生物处理1、原理、原理 根据相分离的概念，建造两个独立控制的反应器
16、，分别培养产酸细菌根据相分离的概念，建造两个独立控制的反应器，分别培养产酸细菌和产甲烷细菌，通过分别调控产酸相和产甲烷相的运行参数，供给它们各和产甲烷细菌，通过分别调控产酸相和产甲烷相的运行参数，供给它们各自的最佳生态条件，提高了污水处理能力和反应器的运行稳定性。自的最佳生态条件，提高了污水处理能力和反应器的运行稳定性。2、两相厌氧生物处理技术、两相厌氧生物处理技术A、两相均采用、两相均采用UASB反应器反应器B、采用、采用Anodek工艺工艺 其特点是产酸相为接触式反应器，产甲烷相采用其特点是产酸相为接触式反应器，产甲烷相采用UASB反应器。反应器。3、最适液相末端发酵产物的选择、最适液相末
17、端发酵产物的选择 与好氧生物处理相比，厌氧生物处理具有以下特征：与好氧生物处理相比，厌氧生物处理具有以下特征：A、应用范围广。好氧适用低浓度废水，厌氧可直接处理高浓、应用范围广。好氧适用低浓度废水，厌氧可直接处理高浓度废水处理。度废水处理。B、能量需求低，还可以产生能量。、能量需求低，还可以产生能量。C、污泥产量极低。、污泥产量极低。D、对水温的适应范围较为宽广。、对水温的适应范围较为宽广。E、能够被降解的有机物多。、能够被降解的有机物多。但但F、厌氧处理启动时间较长。、厌氧处理启动时间较长。G、处理出水水质较差。、处理出水水质较差。H、对、对pH值较为敏感。值较为敏感。I、处理过程机理较为复
18、杂。它是多种不同性质的微生物协同、处理过程机理较为复杂。它是多种不同性质的微生物协同工作的过程，远比好氧复杂。工作的过程，远比好氧复杂。1.1.1 1.1.1 厌厌氧生物氧生物处处理原理理原理一、定义：废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。二、厌氧消化过程 厌氧消化过程划分为三个连续的阶段：即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。二、二、厌氧消化的三个阶段和厌氧消化的三个阶段和COD转化率转化率 此过程由两组生理上不同的此过程由两组生理上不同的产甲烷菌产甲烷菌完成，完成，一组
19、把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的l/3后者后者约占约占2/3。1.1.21.1.2 厌厌氧法的影响因素氧法的影响因素控制厌氧处理效率的基本因素有两类:一类是基础因素，包括微生物量(污泥浓度)、营养比、混合接触状况、有机负荷等；另一类是环境因素，如温度、pH值、氧化还原电位、有毒物质等。产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。一、一、温度条件温度条件 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。（1
20、）常温消化（1030）（2）中温消化（3538 ）（3）高温厌氧消化（5055 ）二、pH值 产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pH值范围较广，在值范围较广，在4.58.0之间。之间。产甲烷菌要求环境介质产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，最适宜值在中性附近，最适宜pH值为值为7.07.2，pH6.67.4较为适宜。较为适宜。在厌氧法处理废水的应用中，由于在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡故为了维持平衡，避免过多的避免过多的酸积累酸积累，常保持反应器内的，常保持反
21、应器内的pH值在值在6.57.5(最好在最好在6.87.2)的范围内的范围内。pHpH值对产值对产甲甲烷烷菌活性的影响菌活性的影响三、三、氧化还原电位氧化还原电位 无氧环境无氧环境是严格厌氧的产甲烷菌繁殖的是严格厌氧的产甲烷菌繁殖的最基本条件之一。产甲烷菌对氧和氧化剂非最基本条件之一。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常敏感，这是因为它不象好氧菌那样具有过过氧化氢酶。氧化氢酶。氧是影响厌氧反应器中氧化还原电位氧是影响厌氧反应器中氧化还原电位条件的重要因素，但条件的重要因素，但不是唯一因素不是唯一因素。四、四、有毒物质有毒物质 包括有毒包括有毒有机物、重金属离子和一些阴离
22、有机物、重金属离子和一些阴离子等。子等。对有机物来说，带醛基、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运有毒物质的最高容许浓度与处理系统的运行方式、污泥行方式、污泥驯化驯化程度、废水特性、操作控制程度、废水特性、操作控制条件等因素有关。条件等因素有关。1.1.3 1.1.3 厌厌氧反氧反应应器器一、厌氧工艺的有关术语（1）上流速度（表面速度或表面负荷）（2）水力停留时间（HRT）（3）反应器中的污泥量（4）反应器的有机负荷（OLR）：分为容积负荷（VLR）和污泥负荷（SLR）。(5)污泥体积
23、指数（SVI）（6）污泥的比产甲烷活性（7）反应器内的污泥停留时间（SRT）:亦称泥龄。二、二、厌氧反应器厌氧反应器 厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器等。厌氧生物膜法包括厌氧生物滤池、厌氧流化床、厌氧生物转盘等。1、普通厌氧消化池普通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1/2，池底呈圆锥形，以利排泥。为使进水与微生物尽快接触，需要一定的搅拌。常用搅拌方式有三种：池内机械搅拌；沼气搅拌；循环消化液搅拌。螺旋浆搅
24、拌的消化池循环消化液搅拌式消化池普通消化池的特点是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3、厌氧接触法、厌氧接触法 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，在消化池侯设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法。厌氧接触氧化法的工艺流程为：3、上流式厌氧污泥床反应器、上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器（upflow an
25、aerobic sludge blanket reactor)，简称UASB反应器，是由荷兰的G.Lettnga等人在70年代初研制开发的。污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器。由反应区(reaction region)、沉淀区(settling region)和气室(gas collection dome)三部分组成。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。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38m，其中污泥床12m，污泥悬浮层24m，多用钢结构或钢筋混凝土结构，上流式厌氧污泥床反应器的特点：UASB布置布置结
26、果示意果示意图布水区布水区反反应区区三相分离区三相分离区超高超高4、厌氧滤池、厌氧滤池 厌氧滤池，又称厌氧固定膜反应器，是60年代末开发的新型高效厌氧处理装置。滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废水通过填料层时，在填料表面的厌氧生物膜作用下，废水中的有机物被降解，并产生沼气，沼气从池顶部排出。厌氧生物滤池的组成厌氧生物滤池的组成 厌氧生物滤池主要由以下几个重要部分组成的，即：滤料、布水系统、沼气收集系统。根据废水在厌氧生物滤池中的流向的不同，可分为升流式厌氧生物滤池、降流式厌氧生物滤池和升流式混合型厌氧生物滤池等三种形式，即分别如下图所示：厌氧生物氧
27、生物滤池的特点及改池的特点及改进：厌氧生物氧生物滤池采取如下池采取如下改改进：（a）出水回流；（b）部分充填载体；（c）采用软性填料。厌氧生物滤池的特点是：厌氧生物滤池的特点是：（a）由于填料为微生物附着生长提供了较大的表面积，滤池中的微生物量较高，又因生物膜停留时间长，平均停留时间长达100天左右，因而可承受的有机容积负荷高，COD容积负荷为216 kgCOD/(m3d)，且耐冲击负荷能力强；（b）废水与生物膜两相接触面大，强化了传质过程，因而有机物去除速度快；（c）微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污泥回流和搅拌设备；（d）启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短。（e）处理含悬浮
28、物浓度高的有机废水，易发生堵塞，尤以进水部位更严重。滤池的清洗也还没有简单有效的方法。5、厌氧流化床 厌氧流化床的基本原理：厌氧流化床的基本原理：厌氧流化床的特点：厌氧流化床的特点：（a）载体颗粒细，比表面积大，可高达20003000m2/m3左右，使床内具有很高的微生物浓度，因此有机物容积负荷大，一般为1040kgCOD/m3d，水力停留时间短，具有较强的耐冲击负荷能力，运行稳定；（b）载体处于流化状态，无床层堵塞现象，对高、中、低浓度废水均表现出较好的效能；（c）载体流化时，废水与微生物之间接触面大，同时两者相对运动速度快，强化了传质过程，从而具有较高的有机物净化速度；（d）床内生物膜停留
29、时间较长，剩余污泥量少；（e）结构紧凑、占地少以及基建投资省等。（f）但载体流化耗能较大，且对系统的管理技术要求较高。为了降低动力消耗和防止床层堵塞，可采取如下为了降低动力消耗和防止床层堵塞，可采取如下措施：措施：（a）间歇性流化床工艺（b）尽可能取质轻、粒细的载体，如粒径2030m、相对密度1.051.2g/cm3的载体。保持低的回流量，甚至免除回流就可实现床层流态化。6、两步厌氧法和复合厌氧法、两步厌氧法和复合厌氧法厌氧消化反应分别在两个独立的反应器中进行，每一反应器完成一个阶段的反应，比如一为产酸阶段，另一为产甲烷阶段，故又称两段式厌氧消化法。第一步反应器可采用简易非密闭装置、在常温、较
30、宽pH值范围条件下运行；第二步反应器则要求严格密封、严格控制温度和pH值范围。接触消化池上流式接触消化池上流式污泥床两步消化工泥床两步消化工艺流程流程 两步厌氧法具有如下特点两步厌氧法具有如下特点:（a）耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免了一步法不耐高有机酸浓度的缺陷；（b）两阶段反应不在同一反应器中进行，互相影响小，可更好地控制工艺条件（c）消化效率高，尤其适于处理含悬浮固体多、难消化降解的高浓度有机废水（d）但两步法设备较多，流程和操作复杂。2.22.2 污污泥消化泥消化污泥消化目的：是改善污泥的卫生条件和使污泥易于脱水（因污泥 气的上升可使污泥具有较大的空隙，因而易于脱水）。一、一、消化设
31、备 消化污泥的主要构筑物称为消化池或沼气池。一、一、消化设备 消化污泥的主要构筑物称为消化池或沼气池。（1）温度）温度 细菌的活动与温度有关，一般可根据不听的温细菌的活动与温度有关，一般可根据不听的温度将发酵过程分为三个类型：度将发酵过程分为三个类型：温度为温度为5 15，称为，称为低温发酵；低温发酵；温度为温度为30 38，称为，称为中温发酵；中温发酵；温度为温度为5058，称为，称为高温发酵。高温发酵。（1）温度）温度 细菌的活动与温度有关，一般可根据不听的温细菌的活动与温度有关，一般可根据不听的温度将发酵过程分为三个类型：度将发酵过程分为三个类型：温度为温度为5 15，称为，称为低温发酵
32、；低温发酵；温度为温度为30 38，称为，称为中温发酵；中温发酵；温度为温度为5058，称为，称为高温发酵。高温发酵。（3）生熟污泥配比生熟污泥配比 正常运行的消化池是处于碱性发酵阶段，如加入的生污泥多，产酸率则大于用酸率，挥发酸将累积起来而破坏酸性发酵；加入的生污泥少，分解速度虽可加入，但池子容积将增大，所以消化池的投配率须恰当。为了降低动力消耗和防止床层堵塞，可采取如下为了降低动力消耗和防止床层堵塞，可采取如下措施：措施：（a）间歇性流化床工艺（b）尽可能取质轻、粒细的载体，如粒径2030m、相对密度1.051.2g/cm3的载体。保持低的回流量，甚至免除回流就可实现床层流态化。6、两步厌
33、氧法和复合厌氧法、两步厌氧法和复合厌氧法厌氧消化反应分别在两个独立的反应器中进行，每一反应器完成一个阶段的反应，比如一为产酸阶段，另一为产甲烷阶段，故又称两段式厌氧消化法。第一步反应器可采用简易非密闭装置、在常温、较宽pH值范围条件下运行；第二步反应器则要求严格密封、严格控制温度和pH值范围。接触消化池上流式接触消化池上流式污泥床两步消化工泥床两步消化工艺流程流程 两步厌氧法具有如下特点两步厌氧法具有如下特点:（a）耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免了一步法不耐高有机酸浓度的缺陷；（b）两阶段反应不在同一反应器中进行，互相影响小，可更好地控制工艺条件（c）消化效率高，尤其适于处理含悬浮固体多、难
34、消化降解的高浓度有机废水（d）但两步法设备较多，流程和操作复杂。污污泥消化泥消化污泥消化目的：是改善污泥的卫生条件和使污泥易于脱水（因污泥 气的上升可使污泥具有较大的空隙，因而易于脱水）。一、一、消化设备 消化污泥的主要构筑物称为消化池或沼气池。二、二、影响消化的因素影响消化的因素 影响消化的主要因素有：温度温度碳氮比碳氮比生、熟污泥配比生、熟污泥配比有毒物质有毒物质酸碱度酸碱度搅拌搅拌（1）温度）温度 细菌的活动与温度有关，一般可根据不听的温细菌的活动与温度有关，一般可根据不听的温度将发酵过程分为三个类型：度将发酵过程分为三个类型：温度为温度为5 15，称为，称为低温发酵；低温发酵；温度为温
35、度为30 38，称为，称为中温发酵；中温发酵；温度为温度为5058，称为，称为高温发酵。高温发酵。（2）碳氮比碳氮比 碳氮比太高，细菌的氮量不足，消化液缓冲能力低，pH值容易降低。碳氮比太低，含氮量过多，pH值可能上升到8.0以上，脂肪酸的铵盐要积累，使有机物分解受到抑制。对于污泥处理来说，碳氮比以（1020）:1较合适。（3）生熟污泥配比生熟污泥配比 正常运行的消化池是处于碱性发酵阶段，如加入的生污泥多，产酸率则大于用酸率，挥发酸将累积起来而破坏酸性发酵；加入的生污泥少，分解速度虽可加入，但池子容积将增大，所以消化池的投配率须恰当。（4）有毒物质含量有毒物质含量 主要的有毒物质是重金属和某些
36、阴离子。因此必须严格控制排入城市排水系统的工业废水中的重金属离子含量。（5）酸碱度酸碱度 甲烷细菌生长最适宜的pH值范围约为 6.87.2之间，如果pH值低于6或者高于8，生长繁殖将大受影响。（6）搅拌搅拌 搅拌可使新鲜有机物与腐熟有机物均匀接触，加速热传导；均匀地供给细菌以养料；打碎发酵池液面上的浮渣层，使整个池子处于消化发酵活跃状态，以提高发酵池的负荷。2.3 2.3 生物硝化与反硝化生物硝化与反硝化 目前应用最广泛的常规生物处理系统（一级加二级生物处理）主要是去除城市污水及某些工业废水中的悬浮固体及可生物降解的有机物。为保护水环境不受营养物质氮、磷的污染及满足多种用途回用水水质的要求，从
37、二级出水及其他工业废水中去除氮、磷显得十分重要。由于氮、磷的去除技术一般是在常规的二级处理之后实施的，故称作三级处理或深度处理。废水中的氮常以含氮有机物、氨、硝酸盐等形式存在。生物处理把大多数有机物氮转化为氨，然后可进一步转化为硝酸盐。目前采用的除氮工艺有生物硝化与反硝化、沸石选择性交换吸附、空气吹脱及折点氯化等四种。生物硝化与反硝化（生物除氮法）（一）生物硝化在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程，称为生物硝化作用。生物硝化的反应过程为：由上式可知：（由上式可知：（1）在硝化过程中，）在硝化过程中，1g氨氮转化为硝酸盐氮时需氧氨氮转化为硝酸盐氮时
38、需氧4.57g；（；（2）硝化过程中释放出，将消耗废水中的碱度，每氧化）硝化过程中释放出，将消耗废水中的碱度，每氧化1g氨氮，将消氨氮，将消耗碱度（以耗碱度（以CaCO3计）计）7.1g。影响硝化过程的主要因素有：影响硝化过程的主要因素有：(1)pH值。当值。当pH为为8.08.4 时时(20)，硝化作用速度最快。由于硝化过程中硝化作用速度最快。由于硝化过程中pH将下降将下降,当废水碱度不足时，即需当废水碱度不足时，即需投加石灰，维持投加石灰，维持pH在在7.5以上；以上；(2)温度。温度高时硝化速度快，亚硝化细温度。温度高时硝化速度快，亚硝化细菌的最适宜水温为菌的最适宜水温为35，在，在15
39、以下其活性急剧降低，故水温以不低于以下其活性急剧降低，故水温以不低于15为宜；为宜；(3)污泥停留时间。硝化菌的增殖速度很小，其最大比生长速污泥停留时间。硝化菌的增殖速度很小，其最大比生长速率为率为umax=0.30.5/d(温度温度20，pH8.08.4)。为了维持池内一定量的硝。为了维持池内一定量的硝化菌群，污泥停留时间化菌群，污泥停留时间c c必须大于硝化菌的最小时代时间必须大于硝化菌的最小时代时间c c min。在实。在实际运行中，一般应取际运行中，一般应取c c 2 c c min，或，或c c 2/umax；(4)溶解氧。氧是溶解氧。氧是生物硝化作用中的电子受体，其浓度太低将不利于
40、硝化反应的进行。一般生物硝化作用中的电子受体，其浓度太低将不利于硝化反应的进行。一般在活性污泥法曝气池中进行硝化，溶解氧应保持在在活性污泥法曝气池中进行硝化，溶解氧应保持在23mg/L以上；以上；（5）BOD负荷负荷 硝化菌是一类自养型菌，而硝化菌是一类自养型菌，而BOD氧化菌是异养型菌。若氧化菌是异养型菌。若BOD5负荷过高，会使生长速率较高的异养型菌迅速繁殖，从而使自养型负荷过高，会使生长速率较高的异养型菌迅速繁殖，从而使自养型的硝化菌得不到优势，结果降低了硝化速率。所以为要充分进行硝化，的硝化菌得不到优势，结果降低了硝化速率。所以为要充分进行硝化，BOD5负荷应维持在负荷应维持在0.3k
41、g(BOD5)/kg(SS)od以下。以下。（二）生物反硝化（二）生物反硝化在缺氧条件下，由于兼性脱氮菌（反硝化菌）的作用，将在缺氧条件下，由于兼性脱氮菌（反硝化菌）的作用，将NO2-N和和NO3-N还原成还原成N2的过程，称为反硝化。反硝化过程中的电子供体（氢受的过程，称为反硝化。反硝化过程中的电子供体（氢受体）是各种各样的有机底物（碳源）。以甲醛作碳源为例，其反应式为：体）是各种各样的有机底物（碳源）。以甲醛作碳源为例，其反应式为：6 NO3-+2CH3OH6 NO2-+2CO2+4H2O 6 NO3-+3CH3OH6 N2+3CO2+3H2O+6OH-由上可见，在生物反硝化过程中，不仅可
42、使由上可见，在生物反硝化过程中，不仅可使NO2-N和和NO3-N被还原，被还原，而且还可使有机物氧化分解。影响反硝化的主要因素：而且还可使有机物氧化分解。影响反硝化的主要因素：（1）温度。温度对反硝化的影响比其它废水生物处理过程要大些。一般，以）温度。温度对反硝化的影响比其它废水生物处理过程要大些。一般，以维持维持2040为宜。若在气温过低的冬季，可采取增加污泥停留时间、为宜。若在气温过低的冬季，可采取增加污泥停留时间、降低负荷等措施，以保持良好的反硝化效果；降低负荷等措施，以保持良好的反硝化效果；（2）pH值。反硝化过程的值。反硝化过程的pH值控制在值控制在7.08.0；（3）溶解氧。氧对反
43、硝化脱氮有抑制作用。一般在反硝化反应器内溶解氧应）溶解氧。氧对反硝化脱氮有抑制作用。一般在反硝化反应器内溶解氧应控制在控制在0.5mg/L以下（活性污泥法）或以下（活性污泥法）或1mg/L以下（生物膜法）；以下（生物膜法）；（4）有机碳源。当废水中含足够的有机碳源，）有机碳源。当废水中含足够的有机碳源，BOD5/TN35时，可无需外时，可无需外加碳源。当废水所含的碳、氮比低于这个比值，就需另外投加有机碳。外加碳源。当废水所含的碳、氮比低于这个比值，就需另外投加有机碳。外加有机碳多采用甲醇。考虑到甲醇对溶解氧的额外消耗，甲醇投量一般为加有机碳多采用甲醇。考虑到甲醇对溶解氧的额外消耗，甲醇投量一般
44、为的的3倍。倍。1.4 1.4 污泥的处理处置污泥的处理处置1.4.1 1.4.1 污污泥的分泥的分类类及其指及其指标标一、一、污泥的分类污泥的分类 污泥根据其来源可分为：污泥根据其来源可分为：（1）初次沉淀污泥初次沉淀污泥 污水一级处理过程中产生的污泥污水一级处理过程中产生的污泥（2）剩余活性污泥和腐殖污泥剩余活性污泥和腐殖污泥 污水二级处理过程中产生的污泥污水二级处理过程中产生的污泥（3）熟污泥熟污泥（或称消化污泥）（或称消化污泥）初次沉淀、二次沉淀和剩余污泥经消化初次沉淀、二次沉淀和剩余污泥经消化处理处理（4）化学污泥化学污泥 化学法处理污水所产生的污泥化学法处理污水所产生的污泥二、测定
45、指标二、测定指标（1）污泥含水率与含固率当含水率变化时，可近似地用下式计算污泥体积：式中V1，V2分别是含水率pw1（含固率为ps1）、pw2（含固率为ps2）时的湿污泥的体积。（2）挥发性固体和灰分）挥发性固体和灰分 挥发性固体（或称灼烧减重，用挥发性固体（或称灼烧减重，用VSS表示）是指污泥中在表示）是指污泥中在600的燃烧炉中能的燃烧炉中能被燃烧，并以气体逸出的那部分固体。被燃烧，并以气体逸出的那部分固体。它通常它通常表示污泥中有机物的量，单位表示污泥中有机物的量，单位mg/L。灰分（或称灼烧残渣）表示污泥中无灰分（或称灼烧残渣）表示污泥中无机物的含量。机物的含量。（3）可消化程度）可消
46、化程度 可消化程度表示污泥中可消化程度表示污泥中可被消化降解可被消化降解的有机物数量。的有机物数量。（4）湿污泥相对密度 湿污泥相对密度等于湿污泥质量与同体积水的质量之比，其中湿污泥质量等于污泥所含水分质量与干固体质量之和。（5）污泥中有毒有害物质 如：病菌、病毒、寄生虫卵、重金属等1.4.2 1.4.2 1.4.2 1.4.2 污污污污泥的泥的泥的泥的浓缩浓缩浓缩浓缩方法方法方法方法 污泥的含水率很高，一般为96%99.8%，体积很大，增加了对污泥处理、利用及输送的难度，所以必须先进行浓缩。污泥中所含水分可分为以下几种：颗粒间空隙水（约70%）颗粒间毛细管内的水（约20%）污泥颗粒吸附水和颗
47、粒内部水（约10%）降低污泥含水率的方法：浓缩法 自然干化法 机械脱水法 干燥与焚烧法一、一、重力重力浓缩浓缩 重力浓缩是污泥浓缩处理中使用最广泛和最简便的一种浓缩方法。优点优点：运行费用低缺点缺点：浓缩池体积大，浓缩时间长可能引起污泥腐 化；上清液BOD浓度较高，若回流到污水 处理系统中，将增加其BOD负荷重力浓缩法的分类 重力浓缩法按照运行方式可分为连续式和间歇式两种。前者常采用沉淀池的形式，一般为竖流式（或辐流式），多用于大、中型污水处理厂；后者可建成矩形或圆形，常用于小型污水处理厂。（1）连续式污泥浓缩（2）间歇式污泥浓缩池（图）二、二、气浮气浮浓缩浓缩 气浮浓缩与重力浓缩相反，是依靠
48、大量微小气泡附着在污泥颗粒的周围，减小颗粒的比重而强制上浮并得到浓缩。优点：-气浮法对于浓缩密度接近于水的、疏水的污泥效果尤为显著 -气浮池停留时间较短，容积较小 -由于通入压缩空气，可进一步满足生化需氧量的要求，从而避免污泥腐化发臭和脱氮上浮缺点：-运行费用较高 -运行管理较复杂 （1）气浮浓缩的基本原理气浮浓缩是依靠水在罐内溶入过量的空气后，突然减压释放出大量微小气泡并迅速上升，捕捉污泥颗粒浮到上面。气浮的关键在于造成微气泡并使其稳定地附着在污泥颗粒上气泡附着在污泥颗粒上的条件，取决于微气泡与污泥颗粒之间的接触角的大小，也取决于污泥的疏、亲水性能。三、三、其它其它浓缩浓缩法法 污泥的浓缩方
49、法，除重力浓缩法和气浮浓缩法外，还有 离心浓缩法 微孔浓缩法 隔膜浓缩法 生物浓缩法 1.4.3 1.4.3 污污泥的脱水方法泥的脱水方法 污泥经过浓缩处理后，含水率约为95%97%，为满足卫生标准、综合利用或进一步处置的要求，可对污泥进行干化与脱水。一、一、污污泥脱水的基本理泥脱水的基本理论论污泥脱水的作用是去除污泥中的毛细水和表面附着水。经过脱水处理后，污泥含水率可从96%左右降到60%80%，其体积为原来的1/101/5，有利于运输和后续处理。污泥脱水是依靠过滤介质（多孔性物质）两面的压力差作为推动力，使水分强制通过过滤介质，固体颗粒被截留在介质上，以达到脱水的目的。过滤过程中，开始时滤
50、液只需克服过滤介质的阻力，当滤饼逐渐形成后，滤液还需克服滤饼本身的阻力，因此真正的过滤层包括滤饼与过滤介质。二、二、污污泥的自然干化泥的自然干化污泥干化的主要构筑物是干化场（1）干化场分类人工滤层干化场需人工铺设滤层，又分为 敞开式干化场和有盖式干化场两种。自然滤层干化场适用于自然土质渗透性能好、地下水位低的地区污泥干化场（2）干化场的脱水特点及其影响因素 污泥在干化场上是借助渗透、蒸发和人工滗除等过程而脱水的。渗透过程在污泥排入后23h完成，可使污泥含水率降至约85%。此后水分只能依靠蒸发脱水，经数周后，含水率可降低至75%左右。污泥在干化场上脱水的影响因素有：气候条件 污泥性质三、三、污污