《厌氧生物处理》PPT课件.ppt

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1、六六 厌氧生物处理厌氧生物处理 第一节第一节 概述概述第二节第二节 厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理第三节第三节 厌氧微生物生态学厌氧微生物生态学第四节第四节 早期厌氧反应器早期厌氧反应器第五节第五节 厌氧消化池厌氧消化池第六节第六节 现代高速厌氧生物反应器现代高速厌氧生物反应器第第七七节节 厌氧生物处理工艺的运行管理厌氧生物处理工艺的运行管理o厌氧生物处理传统上用于污泥的稳定处理，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、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二氧化碳的过程，也称厌氧消化或污泥消化。化。o由于厌氧生物处

2、理工艺反应较慢，所以废由于厌氧生物处理工艺反应较慢，所以废水处理很少采用。水处理很少采用。o随着能源危机的出现，重点研究能回收能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。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（一）厌氧生物处理的发展(1)厌氧生物处理的发展可分为三个时期：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

3、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。o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 (二二)、厌氧生物处理工艺的发展简史、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；厌氧过程广泛存在于自然界中；1881年年，法法国国，Louis Mouras，“自自动动净净化化器器”；处理城市污水的化粪池、双层沉淀池等处理城市污

4、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；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；很长、处理效率很低、浓臭的气味等；70年年代代后后，能能源源危危机机，现现代代高高速速厌厌氧氧反反应应器器，厌厌氧氧消消化工艺开始大规模地应用于废水处理；化工艺开始大规模地应用于废水处理；o厌氧接触法（厌氧接触法（Anaerobic Contact Process）o厌氧滤池厌氧滤池（Anaerobic Filter、AF）o上上流流式式厌厌氧氧污污泥泥层层（床床）反反应应器器(Upflow Anaerobic Sludge Blanket(Bed)、UASB)o厌

5、氧流化床厌氧流化床(Anaerobic Fluidized Bed、AFB)o厌厌氧氧附附着着膜膜膨膨胀胀床床(Anaerobic Attached Film Expanded Bed、AAFEB)o厌厌氧氧生生物物转转盘盘（Anaerobic Rotated Biological Disc、ARBD）o挡挡板板式式厌厌氧氧反反应应器器（Anaerobic Baffled Reactor、ABR）现代高速厌氧反应器的主要特点：现代高速厌氧反应器的主要特点：HRT与与SRT分分离离，SRT相相对对很很长长，HRT则则较较短，反应器内生物量很高。短，反应器内生物量很高。HRT大大大大缩缩短短，有有

6、机机负负荷荷大大大大提提高高，处处理理效效率也大大提高；率也大大提高；90年年代代以以后后，在在UASB反反应应器器基基础础上上又又发发展展起起来来了了EGSB和和IC反应器；反应器；EGSB反应器，处理低温低浓度的有机废水；反应器，处理低温低浓度的有机废水；IC反反应应器器，处处理理高高浓浓度度有有机机废废水水，可可达达到到更更高高的的有有机负荷。机负荷。o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

7、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（三）厌氧生物处理的主要特征主要优点：主要优点：o能耗低，且还可回收生物能（沼气）；能耗低，且还可回收生物能（沼气）；o污泥产量低；污泥产量低；厌氧微生物的增殖速率低，厌氧微生物的增殖速率低，产酸菌的产率系数产酸菌的产率系数Y为，为，产甲烷菌的产率系数产甲烷菌的产率系数Y为左右，为左右，好氧微生物的产率系数约为。好氧微生物的产率系数约为。o厌厌氧氧微微生生物物有有可可能能对对好好氧氧微微生生物物不不能能降降解解的的某某些

8、有机物进行降解或部分降解；些有机物进行降解或部分降解；主要缺点：主要缺点：o反反应应过过程程较较为为复复杂杂厌厌氧氧消消化化是是由由多多种种不不同同性性质质、不不同同功功能能的的微生物协同工作的一个连续的微生物过程；微生物协同工作的一个连续的微生物过程；o对温度、对温度、pH等环境因素较敏感；等环境因素较敏感；o出水水质较差，需进一步利用好氧法进行处理；出水水质较差，需进一步利用好氧法进行处理；o气味较大；气味较大；含有含有SO4的废水会产生硫化物和气味；的废水会产生硫化物和气味；o为增加反应器内生物量，启动时间长（约数月）；为增加反应器内生物量，启动时间长（约数月）；o出水有机物浓度高，某些

9、情况下出水水质不能满足排放到地表水出水有机物浓度高，某些情况下出水水质不能满足排放到地表水体的要求；体的要求；o水质浓度低时产生甲烷的热量不足以使水温加热到水质浓度低时产生甲烷的热量不足以使水温加热到35；o对氨氮的去除效果不好；对氨氮的去除效果不好；低温下反应速率低；低温下反应速率低；等等 70年代以来，由于能源危机、微生物学的发展和年代以来，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。技术的产生，厌氧生物处理技术被逐步应用于废水处理。（1)厌氧生物处理的优点：厌氧生物处理的优点：o可适用于从高浓度到低浓度的废水处理，工艺稳定，运行可适用于从

10、高浓度到低浓度的废水处理，工艺稳定，运行简单；简单；o能量消耗低；能量消耗低；o高容积负荷：高容积负荷：510 kgCOD/m3do低污泥产率：低污泥产率：0.2 kg/kg COD o可回收能源：甲烷可回收能源：甲烷(沼气沼气 3/kg COD,2100025000 kJ/m3 o低营养比：低营养比：BOD5:N:P=200:5:1o具有更强的生化能力；具有更强的生化能力；o处理含表面活性剂废水无泡沫问题；处理含表面活性剂废水无泡沫问题；o可以降解好氧过程中不易生物降解物质；可以降解好氧过程中不易生物降解物质；o可以处理季节性排放的废水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

11、比较厌氧生物降解与好氧生物降解的比较 好氧生物降解好氧生物降解 厌氧生物降解厌氧生物降解微生物种类微生物种类:好氧微生物好氧微生物(较简较简)厌氧微生物厌氧微生物(复杂复杂)降解速率降解速率:快快 慢慢降解途径降解途径:碳降解碳降解 氨降解氨降解 碳降解碳降解对氧的要求对氧的要求:适当的溶解氧适当的溶解氧 无溶解氧无溶解氧温度要求温度要求:常温常温 常温常温-中温中温-高温高温环境条件环境条件:适应范围宽适应范围宽 适应范围较窄适应范围较窄 营养物质营养物质:100:5:1 200:5:1最终产物最终产物:H2O CO2 CH4 H2O CO2 基建费用基建费用:较低较低 较高较高运行费用运行

12、费用:较高较高 较低较低 回收能源回收能源几种典型的厌氧反应器示意图p501o（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，厌氧过程也回收甲烷。单位COD甲烷甲烷产率：1gCOD生成生成350mLCH4o（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。

13、在世界范围内得到广泛的应用。o（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。o（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用率，可将生物质厌氧发酵产沼气。o（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

14、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。o（一）经典厌氧消化过程（2 阶段理论）：o（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和H2等。o（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。o（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

15、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。o（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、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。o3 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

16、。o3 阶段理论 3）产甲烷阶段 o（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。o4 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。o4 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

17、产乙酸量较少。o4 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

18、，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。o（四）厌氧生物处理过程分析o

19、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、氨氮浓度等。o（四）厌氧生物处理过程分析o2 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

20、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。o（四）厌氧生物处理过程分析o3 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。o（四）厌氧生物处理过程分析o4

21、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。o（四）厌氧生物处理过程分析o5 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：理论产生甲烷量：1 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、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COCO2 2等等 气体，这样的混合气体统称为沼气；产生沼气的数量和成分取决于气体，这样的混合气体统称为沼气；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

22、般可以用下式进行估算：被消化的有机物的化学组成，一般可以用下式进行估算：2 2、理论上认为，、理论上认为，1 1gCODgCOD在厌氧条件下完全降解可以生成在厌氧条件下完全降解可以生成0.25 0.25 gCH4gCH4，相当于标准状态下的甲烷气体体积为相当于标准状态下的甲烷气体体积为L L；沼气中；沼气中CO2CO2和和CH4CH4的百分含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（主要是其中的一部分沼气（主要是其中的CO2CO2）会溶解在出水中而被带走，同时，）会溶解在出水中而被带走，同时，一小部分

23、有机物还会被用于微生物细胞的合成，所以实际的产气量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。要比理论产气量小。（五）其他厌氧生物处理过程（五）其他厌氧生物处理过程 硫酸盐还原过程：硫酸盐还原过程：又叫硫酸盐呼吸或反硫化作用又叫硫酸盐呼吸或反硫化作用 1.1.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，将氧化态硫化物还原为硫化物的过程物作为电子供体，将氧化态硫化物还原为硫化物的过程 2.2.硫酸盐在处理中的危害：硫酸盐在处理中的危害：（1 1）与产甲烷菌竞争底物，抑制产甲

24、烷菌的生成。）与产甲烷菌竞争底物，抑制产甲烷菌的生成。（2 2）H H2 2S S对产甲烷菌和其他厌氧细菌抑制。影响沼气产量和利用。对产甲烷菌和其他厌氧细菌抑制。影响沼气产量和利用。3.3.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。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：反硝化与厌氧氨氧化：1.1.无氧条件下存在：无氧条件下存在：NHNH4 4+和和NONO2 2-化能异养型硫酸菌化能异养型硫酸菌2.2.定义：在厌氧条件下，过程为厌氧氨氧化定义：在厌氧条件下，过程为厌氧氨氧化3.3.有氧条件：有氧条件：NHNH4 4+NHNH2 2OH N

25、OOH NO2 2-NONO3 34.4.厌氧条件：厌氧条件：NONO3 3-NO NO2 2-NO N NO N2 2O O N2（一（一)影响产酸细菌的主要生态因子影响产酸细菌的主要生态因子1.pH值：影响代谢速度及生长速度，并且影响发酵类型。值：影响代谢速度及生长速度，并且影响发酵类型。最适范围最适范围67，2.氧化还原电位氧化还原电位(ORP):影响生物种群中专性厌氧和兼性厌氧细菌的影响生物种群中专性厌氧和兼性厌氧细菌的比例，最适范围比例，最适范围200mV至至300mV3.碱度碱度:保证系统具有良好的缓冲能力，避免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过低而导致某些厌

26、氧细菌受到抑制细菌受到抑制4.温度：厌氧微生物的生长及代谢速率，最佳温度：厌氧微生物的生长及代谢速率，最佳35摄氏度。摄氏度。5.水力停留时间和有机负荷水力停留时间和有机负荷，影响末端产物及酸化效率，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）二）影响甲烷细菌的主要生态因子影响甲烷细菌的主要生态因子温度因素温度因素1、中温（、中温（30-36）2、高温（、高温（50-53）接触与搅拌接触与搅拌1.搅拌作用：搅拌作用：加速热传加速热传均匀底物供给均匀底物供给将底物传质到细菌表面将

27、底物传质到细菌表面提高负荷提高负荷2.搅拌与不搅拌：产气量增加搅拌与不搅拌：产气量增加30%3.方法：泵方法：泵+水射器水射器消化气循环消化气循环混合搅拌法混合搅拌法4.接触的作用：提高传质速率，厌氧污泥与介质间的液膜厚度，布接触的作用：提高传质速率，厌氧污泥与介质间的液膜厚度，布水系统。水系统。生物固体停留时间（污泥龄）与负荷生物固体停留时间（污泥龄）与负荷 1.停留时间停留时间 c=Mr/e 其中：其中：Mr 消化池内总生物量消化池内总生物量 e=Me/t 消化池每日排出的生物量；消化池每日排出的生物量；Me排出的生物总量，排出的生物总量，t排泥时间排泥时间 2.投配率投配率每日投加新鲜污

28、泥体积占消化池有效容积的百分数每日投加新鲜污泥体积占消化池有效容积的百分数 营养物与营养物与C/NC/N比比 C5H7NO3即细胞合成即细胞合成C/N=5：1，要求，要求C/N=（10-20）：）：1 C/N高，细胞的氮不足，水中缓冲能力下降，高，细胞的氮不足，水中缓冲能力下降，PH下降下降 C/N低，氮量上升，铵盐积累，抑制消化低，氮量上升，铵盐积累，抑制消化 有毒物质有毒物质 例如：重金属例如：重金属Cu2+、Hg2+1.重金属对甲烷消化的抑制重金属对甲烷消化的抑制 与酶结合，使酶的作用消失与酶结合，使酶的作用消失 RSH+Me+RSMe+H+Me及氢氧化物的絮凝作用，使酶沉淀及氢氧化物的

29、絮凝作用，使酶沉淀2.阴离子的毒害作用阴离子的毒害作用 如如S2-的毒害作用的毒害作用 pH、碱度和、碱度和ORP ORP 1.产甲烷菌产甲烷菌 2.缓冲剂缓冲剂:CO2和和 NH3（NH3、NH4+）H+HCO3-H2CO3组成缓冲液组成缓冲液 电离常数：电离常数：K+=H+HCO3-/H2CO3 pH=-lgK+lg(HCO3-/CH2CO3)应保持应保持500mg/l的碱度，防止的碱度，防止pH下降，缓冲能力弱，下降，缓冲能力弱，ORP需要需要300 500mV之间为合适之间为合适（三）（三）影响硫酸盐还原菌的主要生态子影响硫酸盐还原菌的主要生态子 温度温度 和产甲烷相同，中温段和高温段

30、最活跃。和产甲烷相同，中温段和高温段最活跃。pH值值 适应范围较广，在适应范围较广，在6.5-8.0。条件条件 严格的厌氧菌，好氧生物器内不可能生存。严格的厌氧菌，好氧生物器内不可能生存。碳硫比：碳硫比：不应该小于不应该小于1.5 盐度：盐度：分为嗜盐性的硫酸盐还原菌和非嗜盐性的硫酸盐还原菌。分为嗜盐性的硫酸盐还原菌和非嗜盐性的硫酸盐还原菌。（四）（四）厌氧生化反应动力学厌氧生化反应动力学 反应方程式反应方程式其中：其中：-dS/dt底物去除速率，质量底物去除速率，质量/体积体积.时间；时间；k单位质量底物的最大利用速率，质量单位质量底物的最大利用速率，质量/细菌质量；细菌质量；S可降解的底物

31、，质量可降解的底物，质量/体积；体积；Ks半速度常数，质量半速度常数，质量/底物体积，即在生长速率等于最底物体积，即在生长速率等于最大生长速率大生长速率1/2时的底物浓度；时的底物浓度；X细菌浓度，质量细菌浓度，质量/体积；体积；dx/dt细菌增长速率，质量细菌增长速率，质量/体积体积时间；时间；Y细菌产率，细菌质量细菌产率，细菌质量/底物质量；底物质量；b细菌衰亡速率系数，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阶段作为基础建立的（五）（五）厌氧生物处理过程中微生物优势

32、种群的演替厌氧生物处理过程中微生物优势种群的演替及相互关系及相互关系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产酸细菌和产甲烷细菌共同维持环境中的适宜pH值值 微生物的相互关系：微生物的相互关系：第四节第四节 早期的厌氧生物反应器早期的厌氧生物反应器o从从188

33、1年到上世纪年到上世纪20年代；年代；o1881年，法国年，法国Mouras的的自动净化器自动净化器；o1891年，英国年，英国Moncriff的装有填料的的装有填料的升流式反应器升流式反应器；o1895年，英国设计的年，英国设计的化粪池化粪池（Septic Tank）；）；o1905年，德国的年，德国的Imhoff Tank池池 （又称（又称隐化池隐化池、双层沉淀池双层沉淀池）Travis池的横截面结构示意图污泥层污泥层消化区消化区沉淀区沉淀区沉淀区沉淀区气体气体双层沉淀池的结构示意图气体气体污泥层污泥层消化区消化区沉淀区沉淀区沉淀区沉淀区气体气体气体气体出水出水进水进水沉淀区沉淀区沉淀区沉

34、淀区截面图截面图平面图平面图早期厌氧生物反应器的特点：早期厌氧生物反应器的特点：对对废废水水的的处处理理主主要要是是沉沉淀淀，有有些些还还能能对对沉沉淀下来的污泥进行部分处理；淀下来的污泥进行部分处理；停停留留时时间间较较长长，水水力力停停留留时时间间没没有有和和污污泥泥停停留留时时间间分分离离，污污泥泥浓浓度度低低，混混合合效效果果差差，出水水质不好；出水水质不好；目目前前化化粪粪池池由由于于简简易易方方便便，仍仍有有应应用用，主主要起到沉淀分离作用。要起到沉淀分离作用。第五节第五节 厌氧消化池厌氧消化池o厌厌氧氧消消化化发发展展的的第第二二阶阶段段，厌厌氧氧消消化化作作为为剩剩余余污污泥泥

35、处处理理的主要手段，的主要手段，SRT仍约等于仍约等于HRT，污泥浓度受限，污泥浓度受限o1927年，加热装置；年，加热装置；o随后，机械搅拌器；随后，机械搅拌器；o50年代初，沼气循环搅拌装置；年代初，沼气循环搅拌装置；o高速消化池，至今仍是污泥处理的主要技术。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一、消化池的类型与构造 主要应用范围：主要应用范围：处理剩余污泥，处理剩余污泥，处理固体含量很高的有机废水；处理固体含量很高的有机废水；主要作用：主要作用：将部分有机物转变为将部分有机物转变为沼气沼气；将部分有机物转化成将部分有机物转化成稳定稳定性较好的腐殖质；性较好的腐殖

36、质；提高污泥的提高污泥的脱水性能脱水性能；可减少污泥体积可减少污泥体积1/2以上；以上；灭活致病微生物。灭活致病微生物。1、消化池的分类：、消化池的分类：按形状：按形状：圆柱形圆柱形、椭圆形椭圆形（卵形）和龟甲形；（卵形）和龟甲形；按池顶结构：固定盖式和浮动盖式；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。按运行方式：传统消化池和高速消化池。A、传统消化池：、传统消化池：o又称低速消化池，无加热和搅拌装置；又称低速消化池，无加热和搅拌装置；o有分层现象：只有部分容积有效；有分层现象：只有部分容积有效；o消化速率很低，消化速率很低，HRT很长（很长（3090天）。天）。熟

37、污泥熟污泥上清液上清液沼气沼气生生污污泥泥浮渣层浮渣层上清液层上清液层反应层反应层熟污泥层熟污泥层沼气气室沼气气室B、高速消化池、高速消化池o 设有加热和搅拌装置；设有加热和搅拌装置；o 缩缩短短了了HRT，提提高高了了沼沼气气产产量量，在在中中温温（3035 C）条条件件下下，一般消化时间为一般消化时间为15天左右，运行稳定；天左右，运行稳定；o 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。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、两级消化池o两两级级串串联联，第第一一级级是是高高速速消消化化池池，第第二二级级则则不不设设搅搅拌拌和和加加热热，主主要起沉

38、淀浓缩和贮存的作用，并能分离上清液；要起沉淀浓缩和贮存的作用，并能分离上清液；o二者的二者的HRT的比值可采用的比值可采用1:1 4:1，一般为，一般为2:1。（二）厌氧消化池中的加热（二）厌氧消化池中的加热 池内蒸汽直接加热：池内蒸汽直接加热：设设备备简简单单，局局部部污污泥泥易易过过热热，会会影影响响厌厌氧氧微微生生物物的的正正常活动，并会增加污泥含水率；常活动，并会增加污泥含水率；池外加热：池外加热：把把污污泥泥预预热热后后投投配配到到消消化化池池中中，所所需需预预热热的的污污泥泥量量较较少少，易易于于控控制制；预预热热温温度度较较高高，有有利利于于杀杀灭灭虫虫卵卵；不不会会对对厌氧微生

39、物不利；但设备较复杂。厌氧微生物不利；但设备较复杂。污泥热交换器污泥热交换器杭州四堡污水厂杭州四堡污水厂杭州四堡污水厂污泥消化池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三三、沼气的收集与利用、沼气的收集与利用o污污泥泥和和高高浓浓度度有有机机废废水水进进行行厌厌氧氧消消化化时时均均会会产产生大量沼气；生大量沼气；o沼沼气气的的热热值值很很高高（一一般般为为2100025000 kJ/m3，即即50006000 kCal/m3），是是一一种种可可利利用用的的生生物物能源。能源。1、污泥消化过程中沼气产量的估算：、污泥消化过程中沼气产量的估算：o沼气组成成分：沼气组成成分：CH4：50

40、70%，CO2：2030%，H2：25%，N2：10%，H2S：微量；：微量；o沼气产率：沼气产率：每处理单位体积生污泥所产生的沼气量，每处理单位体积生污泥所产生的沼气量，即即m3沼气沼气/m3生污泥；生污泥；高碑店沼气柜高碑店沼气柜高碑店沼气发电机第六节第六节 现代高速厌氧反应器现代高速厌氧反应器一、厌氧接触法工艺一、厌氧接触法工艺二、厌氧滤池工艺二、厌氧滤池工艺三、上流式厌氧污泥床（三、上流式厌氧污泥床（UASB）工艺）工艺四、其它厌氧工艺四、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。发了多种新型的厌氧生物处理工艺

41、。o 高效厌氧处理系统必须满足三个条件：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能够保持大量的厌氧污泥和足够长的污泥龄；龄；b.保证进水与污泥之间有充分的接触；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。有良好的气水分离装置。现代高速厌氧反应器的产生与发展现代高速厌氧反应器的产生与发展 厌氧消化技术发展上的第三个时期；厌氧消化技术发展上的第三个时期；1955年，年，Schroepter首先提出了厌氧接触法首先提出了厌氧接触法o参考活性污泥法，增设二沉池和污泥回流系统；参考活性污泥法，增设二沉池和污泥回流系统；o处理能力提高，应用于食品包装废水的处

42、理；处理能力提高，应用于食品包装废水的处理；o标志着厌氧技术应用于有机废水处理的开端。标志着厌氧技术应用于有机废水处理的开端。随随 后后:AF(Anaerobic Filter)、UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)、AAFEB(Anaerobic Attached Film Expanded Bed)、AFB(Anaerobic Fluidized Bed)等等现代高速厌氧反应器的主要特点现代高速厌氧反应器的主要特点:o 微生物不呈悬浮生长状态，而是呈微生物不呈悬浮生长状态，而是呈附着生长附着生长；o 容积负荷大大提高，水力停留时间显著缩短；容积负荷大大

43、提高，水力停留时间显著缩短；o 应应用用于于高高浓浓度度有有机机工工业业废废水水的的处处理理，如如食食品品工工业业废废水水、酒酒精精工工业业废废水水、发发酵酵工工业业废废水水、造造纸纸废废水水、制制药药工工业业废水、屠宰废水等；废水、屠宰废水等；o 也能应用于城市废水等也能应用于城市废水等低浓度废水低浓度废水的处理；的处理；o 与好氧工艺的串联和组合，可以脱氮和除磷；与好氧工艺的串联和组合，可以脱氮和除磷；o 含难降解有机物的工业废水的处理。含难降解有机物的工业废水的处理。一、厌氧接触法一、厌氧接触法（Anaerobic Contact Process）1、厌氧接触法的工艺流程、厌氧接触法的工

44、艺流程2、厌氧接触法的特点、厌氧接触法的特点o污泥回流是其最大的特点；污泥回流是其最大的特点；o污泥回流使得污泥回流使得HRT与与SRT分离：分离：厌氧反应器产泥量很少，几乎不排剩余污泥，则厌氧反应器产泥量很少，几乎不排剩余污泥，则Qw=0，则有：则有：2、厌氧接触法的特点、厌氧接触法的特点在普通高速厌氧消化池中在普通高速厌氧消化池中，Xe=X，所以：所以：c=SRTHRT，因此在中温条件下，为了满足产甲烷菌的生长，因此在中温条件下，为了满足产甲烷菌的生长，SRT要求要求2030d，因此，因此高速厌氧消化池的高速厌氧消化池的HRT为为2030d。对于厌氧接触法，由于对于厌氧接触法，由于X Xe

45、，所以，所以HRTSRT；X越大，越大，Xe越小，则越小，则HRT就可越短。就可越短。与普通厌氧消化池相比，厌氧接触法的特点有：与普通厌氧消化池相比，厌氧接触法的特点有：污泥浓度高，一般为污泥浓度高，一般为510 gVSS/l；有机容积负荷高，有机容积负荷高，中中温温，COD负负荷荷16 kgCOD/m3.d，去去除除率率为为7080%；BOD5负荷负荷0.52.5 kgBOD/m3.d，去除率，去除率8090%；出水水质较好；出水水质较好；流程较复杂；流程较复杂；适合于处理悬浮物和有机物浓度很高的废水。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厌氧接触法存在的问题最大的问题

46、是污泥的沉淀：最大的问题是污泥的沉淀：o 污泥上附着有小气泡；污泥上附着有小气泡；o 二沉池中污泥易上浮。二沉池中污泥易上浮。改进措施：改进措施：o 真空脱气设备（真空度为真空脱气设备（真空度为500mmH2O）；）；o 增加热交换器，使污泥骤冷，暂时抑制厌氧污增加热交换器，使污泥骤冷，暂时抑制厌氧污泥的活性。泥的活性。二、厌氧生物滤池二、厌氧生物滤池1、厌氧生物滤池的工艺特征、厌氧生物滤池的工艺特征o60年代末，美国，年代末，美国，Young和和McCartyo1972年，第一座生产性年，第一座生产性AF投入运行投入运行o与与好好氧氧生生物物滤滤池池相相似似，厌厌氧氧生生物物滤滤池池是是装装

47、填填有有滤滤料料的的厌厌氧氧生生物物反反应应器器，在在滤滤料料的的表表面面形形成成了了以以生生物物膜膜形形态态生生长长的的微微生生物物群群体体，在在滤滤料料的的空空隙隙中中则则截截留留了了大大量量的的悬悬浮浮生生长长的的微微生生物物，废废水水通通过过滤滤料料层层(上上向向流流或或下下向向流流)时时，有有机机物物被被截截留、吸附及分解。留、吸附及分解。2、厌氧生物滤池的构造特征、厌氧生物滤池的构造特征升流式厌氧生物滤池升流式厌氧生物滤池进水进水沼气沼气出水出水填料填料布水系统布水系统其它形式的厌氧生物滤池其它形式的厌氧生物滤池降流式厌氧生物滤池降流式厌氧生物滤池进水进水沼气沼气出水出水填料填料布

48、水系统布水系统其它形式的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升流式混合型厌氧生物滤池进水进水沼气沼气出水出水填料填料布水系统布水系统(4)、厌氧生物滤池的运行特征：、厌氧生物滤池的运行特征：o生生物物膜膜厚厚度度约约为为14mm；生生物物固固体体浓浓度度沿沿滤滤料料层高度而有变化；层高度而有变化；o适合于处理多种类型、浓度的有机废水，适合于处理多种类型、浓度的有机废水，o有机负荷为有机负荷为0.216 kgCOD/m3.d；o当进水浓度过高时，应采用出水回流的措施：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；减少碱度的要求；降低进水降低进水COD浓度；浓度；增

49、大进水流量，改善进水分布条件。增大进水流量，改善进水分布条件。厌氧生物滤池的优缺点：厌氧生物滤池的优缺点：优点：优点：o 生物固体浓度高，有机负荷高；生物固体浓度高，有机负荷高；o SRT长，可缩短长，可缩短HRT，耐冲击负荷能力强；，耐冲击负荷能力强；o 启动时间较短，停止运行后的再启动较容易；启动时间较短，停止运行后的再启动较容易；o 无需回流污泥，运行管理方便；无需回流污泥，运行管理方便；o 运行稳定性较好。运行稳定性较好。缺点：缺点：l 体积利用率较低，滤料易堵塞体积利用率较低，滤料易堵塞三、上流式厌氧污泥床三、上流式厌氧污泥床(UASB)反应器反应器oUpflow Anaerobic

50、 Sludge Bed Reactor,简简称称UASB 反应器；反应器；o70年年 代代，荷荷 兰兰 Wageningen农农 业业 大大 学学，Lettinga教授教授世界范围内厌氧工艺的应用情况世界范围内厌氧工艺的应用情况（截止（截止1999年年3月共月共1303个项目）个项目）国内厌氧反应器的应用（共219个项目）1USAB工艺的工作原理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