水污染控制工程 第十五章 污水的厭氧生物處理 教案

1、.第十五章 污水的厭氧生物處理§15-1 概述厭氧生物處理法，是在無氧的條件下由兼性厭氧菌和專性厭氧菌來降解有機(jī)污染物的處理方法。它是環(huán)境工程與能源工程中的一項(xiàng)重要技術(shù)，是有機(jī)廢水強(qiáng)有力的處理方法之一。厭氧生物過程廣泛地存在于自然界中，但人類第一次有意識(shí)地利用厭氧生物過程來處理廢棄物，則是在1881年由法國的Louis Mouras所發(fā)明的“自動(dòng)凈化器”開始的。該法的應(yīng)用已有二百多年歷史，但由于其與好氧法相比，存在著處理時(shí)間長(zhǎng)、出水水質(zhì)差、對(duì)低濃度有機(jī)廢水處理效率低等缺點(diǎn)，從而使其應(yīng)用受到限制，發(fā)展緩慢。從70年代起，出現(xiàn)了世界性能源緊張，促使污水處理向節(jié)能和實(shí)現(xiàn)能源化方向發(fā)展。厭氧

2、處理最大的特點(diǎn)是既節(jié)能又產(chǎn)能，對(duì)緩和污水處理廠“建得起，養(yǎng)不起”的矛盾有較好的客觀效果。因此，厭氧生物處理法引起了人們的注目，其理論研究和實(shí)際應(yīng)用都取得了很大的進(jìn)展。過去，它多用于城市污水處理廠的污泥、有機(jī)廢料以及部分高濃度有機(jī)廢水的處理。經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)已成為污水處理的主要方法之一，不但可用于處理高濃度和中等濃度的有機(jī)污水及好氧處理過程中所產(chǎn)生的剩余有機(jī)污泥，還可以用于低濃度有機(jī)污水的處理。一、厭氧生物處理的對(duì)象1、有機(jī)污泥有機(jī)污泥包括廢水好氧生物處理過程生成的大量活性污泥和生物膜，初沉池可沉淀的有機(jī)固體，以及人畜的糞便等。2、有機(jī)廢水食品工業(yè)，如酒精、味精、制糖、淀粉、屠宰和啤酒等工業(yè)排

3、出的廢水，不僅數(shù)量多，而且濃度也很高。對(duì)這些以農(nóng)牧產(chǎn)品為原料的加工工業(yè)排出的高濃度有機(jī)廢水，是厭氧生物處理的主要對(duì)象。3、生物質(zhì)以專門利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為新能源為主要目的的厭氧發(fā)酵法，是利用某些植物莖桿和葉子等生物質(zhì)通過厭氧發(fā)酵獲得生物能沼氣。二、厭氧生物處理的目的/作用1、殺菌滅卵、防蠅除臭，防止傳染病的發(fā)生和蔓延。2、去除廢水中大量有機(jī)物，防止對(duì)水體的污染。3、利用污水廠污泥和高濃度有機(jī)廢水產(chǎn)生沼氣可獲得可觀的生物能源。三、厭氧法的基本原理四階段發(fā)酵理論Zeikus 1979年左右提出(1) 第一階段：水解和發(fā)酵性細(xì)菌將復(fù)雜有機(jī)物水解為小分子有機(jī)物：如：纖維素、淀粉水解為單糖，再發(fā)酵為丙酮酸；

4、 蛋白質(zhì)水解為氨基酸，再脫氨基成有機(jī)酸和氨； 脂類水解為低級(jí)脂肪酸和醇,如乙酸、丙酸、丁酸、乙醇、CO2、H2、NH3和H2S等。微生物群落：水解、發(fā)酵性細(xì)菌：梭菌屬、擬桿菌屬、雙歧桿菌；鏈球菌和腸道菌等。(2) 第二階段：產(chǎn)氫和產(chǎn)乙酸菌把第一階段的產(chǎn)物進(jìn)一步分解為乙酸和氫氣。微生物群落：產(chǎn)氫和產(chǎn)乙酸菌，如奧氏甲烷桿菌；將三碳以上有機(jī)酸、長(zhǎng)鏈脂肪酸、芳香族酸及醇等分解為乙酸和H2的細(xì)菌和硫酸還原菌。(3) 第三階段：有2組生理不同的專性厭氧的產(chǎn)甲烷菌群。一是將CO2或CO和H2合成CH4；另一組是將乙酸脫羧生成CH4和CO2，或利用甲酸、甲醇及甲基胺裂解為CH4。(4) 第四階段：同型產(chǎn)乙酸階

5、段，是同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌將CO2和H2轉(zhuǎn)化為乙酸的過程。其作用目前尚在研究。四、厭氧法的影響因素厭氧法對(duì)環(huán)境條件的要求比好氧法更嚴(yán)格。一般認(rèn)為，控制厭氧處理效率的基本因素有2類：一類是基礎(chǔ)因素，包括微生物量(污泥濃度)、營(yíng)養(yǎng)比、混合接觸狀況、有機(jī)負(fù)荷等；另一類是環(huán)境因素，如溫度、pH值、氧化還原電位、有毒物質(zhì)等。由厭氧法的基本原理可知，厭氧過程要通過多種生理上不同的微生物類群聯(lián)合作用來完成。如果把產(chǎn)甲烷階段以前的所有微生物統(tǒng)稱為不產(chǎn)甲烷菌，則它包括厭氧細(xì)菌和兼性細(xì)菌，尤以兼性細(xì)菌居多。與產(chǎn)甲烷菌相比，不產(chǎn)甲烷菌對(duì)pH值、濕度、厭氧條件等外界環(huán)境因素的變化具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，且其增殖速度快，而產(chǎn)甲烷菌

6、是群非常特殊的、嚴(yán)格厭氧的細(xì)菌，它們對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境條件的要求比不產(chǎn)甲烷菌更嚴(yán)格，而且其繁殖的世代期更長(zhǎng)。因此，產(chǎn)甲烷細(xì)菌是決定厭氧消化效率和成敗的主要微生物。產(chǎn)甲烷階段又常是厭氧過程速率的限制步驟。正因?yàn)榇耍谟懻搮捬踹^程的影響因素時(shí)，多以產(chǎn)甲烷菌的生理、生態(tài)特征來說明。1、溫度各類微生物適宜的溫度范圍是不同的，一般認(rèn)為，產(chǎn)甲烷菌的溫度范圍為5-60。在35和53上下可以分別獲得較高的消化效率，溫度為40-45時(shí)，厭氧消化效率較低。據(jù)產(chǎn)甲烷菌適宜溫度條件的不同，厭氧法可分為常溫消化、中溫消化和高溫消化三種類型。 常溫厭氧消化，指在自然氣溫或水溫下進(jìn)行廢水厭氧處理的工藝，適宜溫度范圍1030。 中溫

7、消化，適宜溫度3538，若低于32或者高于40，厭氧消化的效率即趨向明顯地降低。 高溫厭氧消化，適宜溫度5055。一定范圍內(nèi)，溫度提高，有機(jī)物去除率提高，產(chǎn)氣量提高。溫度的急劇變化和上下波動(dòng)不利于厭氧消化作用。短時(shí)內(nèi)溫度升降5，沼氣產(chǎn)量明顯下降，波動(dòng)的幅度過大時(shí)，甚至停止產(chǎn)氣。溫度的波動(dòng)，不僅影響沼氣產(chǎn)量，還影響沼氣中甲烷的含量，尤其高溫消化對(duì)溫度變化更為敏感。溫度的暫時(shí)性突然降低不會(huì)使厭氧消化系統(tǒng)遭受根本性的破壞，溫度一經(jīng)恢復(fù)到原來水平時(shí)，處理效率和產(chǎn)氣量也隨之恢復(fù)。2、pH值每種微生物可在一定的pH值范圍內(nèi)活動(dòng)，產(chǎn)酸細(xì)菌對(duì)酸堿度不及甲烷細(xì)菌敏感，其適宜的pH值范圍較廣，在4.5-8.0之間

8、。產(chǎn)甲烷菌要求環(huán)境介質(zhì)pH值在中性附近，最適宜pH值為7.0-7.2，pH6.6-7.4較為適宜。在厭氧法處理廢水的應(yīng)用中，由于產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷大多在同一構(gòu)筑物內(nèi)進(jìn)行，故為了維持平衡，避免過多的酸積累，常保持反應(yīng)器內(nèi)的pH值在6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范圍內(nèi)。在厭氧消化過程中，pH值的升降變化除了外界因素的影響之外，還取決于有機(jī)物代謝過程中某些產(chǎn)物的增減。(產(chǎn)酸作用產(chǎn)物使有機(jī)酸的含量增加，會(huì)使pH值下降。含氮有機(jī)物分解產(chǎn)物氨的增加，會(huì)引起pH值升高。)在厭氧處理中，pH值除受進(jìn)水的pH影響外，主要取決于代謝過程中自然建立的緩沖平衡，取決于揮發(fā)酸、堿度、CO2、氨氮、氫之間的平衡。所以

9、，在生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)中常把揮發(fā)酸濃度及堿度作為管理指標(biāo)。3、氧化還原電位無氧環(huán)境是嚴(yán)格厭氧的產(chǎn)甲烷菌繁殖的最基本條件之一。產(chǎn)甲烷菌對(duì)氧和氧化劑非常敏感，這是因?yàn)樗幌蠛醚蹙菢泳哂羞^氧化氫酶。氧是影響厭氧反應(yīng)器中氧化還原電位條件的重要因素，但不是唯一因素。揮發(fā)性有機(jī)酸的增減、pH值的升降以及銨離子濃度的高低等因素均影響系統(tǒng)的還原強(qiáng)度。如pH值低，氧化還原電位高；pH值高，氧化還原電位低。4、有機(jī)負(fù)荷在厭氧法中，有機(jī)負(fù)荷通常指容積有機(jī)負(fù)荷，簡(jiǎn)稱容積負(fù)荷，即消化器單位有效容積每天接受的有機(jī)物量（kgCOD/m3·d)。對(duì)懸浮生長(zhǎng)工藝，也有用污泥負(fù)荷表達(dá)的，即kg COD/(kg污泥·d

10、)。在污泥消化中，有機(jī)負(fù)荷習(xí)慣上以投配率或進(jìn)料率表達(dá)，即每天所投加的濕污泥體積占消化器有效容積的百分?jǐn)?shù)。由于各種濕污泥的含水率、揮發(fā)組分不盡一致，投配率不能反映實(shí)際的有機(jī)負(fù)荷，為此，又引入反應(yīng)器單位有效容積每天接受的揮發(fā)性固體重量這一參數(shù)，即kgMLVSS/m3·d。有機(jī)負(fù)荷值因工藝類型、運(yùn)行條件以及廢水中污染物的種類及其濃度而異。在通常的情況下，常規(guī)厭氧消化工藝中溫處理高濃度工業(yè)廢水的有機(jī)負(fù)荷為2-3 kgCOD/(m3·d)，在高溫下為4-6 kgCOD /(m3·d)。上流式厭氧污泥床反應(yīng)器、厭氧濾池、厭氧流化床等新型厭氧工藝的有機(jī)負(fù)荷在中溫下為5-15 k

11、gCOD/(m3·d)，可高達(dá)30 kgCOD/(m3·d)。在處理具體廢水時(shí)，最好通過試驗(yàn)來確定其最適宜的有機(jī)負(fù)荷。5、厭氧活性污泥厭氧活性污泥主要由厭氧微生物及其代謝的和吸附的有機(jī)物、無機(jī)物組成。厭氧活性污泥的濃度和性狀與消化的效能有密切的關(guān)系。性狀良好的污泥是厭氧消化效率的基礎(chǔ)保證。厭氧活性污泥的性質(zhì)主要表現(xiàn)為它的作用效能與沉降性能。故在一定的范圍內(nèi)，活性污泥濃度愈高，厭氧消化的效率也愈高。但也不是越高越好。6、攪拌和混合通過攪拌可消除池內(nèi)梯度，增加食料與微生物之間的接觸，避免產(chǎn)生分層，促進(jìn)沼氣分離。在連續(xù)投料的消化池中，還使進(jìn)料迅速與池中原有料液相混勻。在傳統(tǒng)厭氧消

12、化工藝中，也將有攪拌的消化器稱為高效消化器。攪拌的方法：(a）機(jī)械攪拌器攪拌法；（b）消化液循環(huán)攪拌法；（c）沼氣循環(huán)攪拌法等。其中沼氣循環(huán)攪拌，還有利于使沼氣中的CO2作為產(chǎn)甲烷的底物被細(xì)菌利用，提高甲烷的產(chǎn)量。厭氧濾池和上流式厭氧污泥床等新型厭氧消化設(shè)備，雖沒有專設(shè)攪拌裝置，但以上流的方式連續(xù)投入料液，通過液流及其擴(kuò)散作用，也起到一定程度的攪拌作用。7、廢水的營(yíng)養(yǎng)比厭氧微生物的生長(zhǎng)繁殖需按一定的比例攝取碳、氮、磷以及其他微量元素。工程上主要控制進(jìn)料的碳、氮、磷比例，因?yàn)槠渌麪I(yíng)養(yǎng)元素不足的情況較少見。厭氧法中碳:氮:磷控制為200-300:5:1為宜。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例對(duì)厭氧消化的

13、影響更為重要。8、有毒物質(zhì)包括有毒有機(jī)物、重金屬離子和一些陰離子等。對(duì)有機(jī)物來說，帶醛基、雙鍵、氯取代基、苯環(huán)等結(jié)構(gòu)，往往具有抑制性。有毒物質(zhì)的最高容許濃度與處理系統(tǒng)的運(yùn)行方式、污泥馴化程度、廢水特性、操作控制條件等因素有關(guān)。五、厭氧生物處理的主要特征1、優(yōu)點(diǎn)與廢水的好氧生物處理工藝相比，廢水的厭氧生物處理工藝具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：(1) 應(yīng)用范圍廣既可用于高濃度有機(jī)廢水處理，又可用于中、低濃度廢水處理；厭氧微生物有可能對(duì)好氧微生物不能降解的一些有機(jī)物進(jìn)行降解或部分降解；因此，對(duì)于某些含有難降解有機(jī)物的廢水，利用厭氧工藝進(jìn)行處理可以獲得更好的處理效果，或者可以利用厭氧工藝作為預(yù)處理工藝，可以提高廢

14、水的可生化性，提高后續(xù)好氧處理工藝的處理效果。(2) 能耗大大降低，而且還可以回收生物能（沼氣）；(3) 處理負(fù)荷高、占地少，反應(yīng)器體積小；通常好氧法的有機(jī)容積負(fù)荷為24kgBOD/(m3·d)，而厭氧法為210 kgBOD/(m3·d)，高的可達(dá)50 kgBOD/(m3·d)；(4) 污泥產(chǎn)量很低，且其濃縮性、脫水性能良好；(5) 對(duì)營(yíng)養(yǎng)物需求量小，其BOD5NP80051；(6) 厭氧處理過程有一定的殺菌作用，可以殺死廢水和污泥中的寄生蟲卵、病毒等；(7) 厭氧方法的菌種沉降性能好，生物活性保存期長(zhǎng)，中止?fàn)I養(yǎng)條件下可保留至少1年以上。(8) 密閉系統(tǒng)，臭味對(duì)環(huán)

15、境影響小。2、主要缺點(diǎn)與廢水的好氧生物處理工藝相比，廢水厭氧生物處理工藝也存在著以下的明顯缺點(diǎn)： 厭氧生物處理過程中所涉及到的生化反應(yīng)過程較為復(fù)雜，因?yàn)閰捬跸^程是由多種不同性質(zhì)、不同功能的厭氧微生物協(xié)同工作的一個(gè)連續(xù)的生化過程，不同種屬間細(xì)菌的相互配合或平衡較難控制，因此在運(yùn)行厭氧反應(yīng)器的過程中需要很高的技術(shù)要求； 厭氧微生物特別是其中的產(chǎn)甲烷細(xì)菌對(duì)溫度、pH等環(huán)境因素非常敏感，也使得厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行和應(yīng)用受到很多限制和困難； 雖然厭氧生物處理工藝在處理高濃度的工業(yè)廢水時(shí)常常可以達(dá)到很高的處理效率，但其出水水質(zhì)仍通常較差，一般需要利用好氧工藝進(jìn)行進(jìn)一步的處理； 厭氧生物處理的氣味較大； 對(duì)

16、氨氮的去除效果不好，一般認(rèn)為在厭氧條件下氨氮不會(huì)降低，而且還可能由于原廢水中含有的有機(jī)氮在厭氧條件下的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致氨氮濃度的上升。 厭氧反應(yīng)器初次啟動(dòng)過程緩慢，一般需要812周時(shí)間。§15-2 厭氧生物處理裝置按微生物生長(zhǎng)狀態(tài)分為厭氧活性污泥法(anaerobic activated sludge)和厭氧生物膜法(anaerobic slime)；按投料、出料及運(yùn)行方式分為分批式(batch)、連續(xù)式(continuous)和半連續(xù)式(semi-continuous)；根據(jù)厭氧消化中物質(zhì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的總過程是否在同一反應(yīng)器中并在同一工藝條件下完成，又可分為一步厭氧消化(one stage d

17、igestion)與兩步厭氧消化(two stage digestion)等厭氧活性污泥法包括：普通消化池、厭氧接觸工藝、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器等。厭氧生物膜法包括：厭氧生物濾池、厭氧流化床、厭氧生物轉(zhuǎn)盤等。一、普通厭氧消化池普通消化池又稱傳統(tǒng)或常規(guī)消化池(conventional digester)，已有百余年的歷史。消化池常用密閉的圓柱形池，廢水定期或連續(xù)進(jìn)入池中，經(jīng)消化的污泥和廢水分別由消化池底和上部排出，所產(chǎn)沼氣從頂部排出。池徑從幾米至三、四十米，柱體部分的高度約為直徑的1/2，池底呈圓錐形，以利排泥。為使進(jìn)料與厭氧污泥盡快接觸、使所產(chǎn)沼氣氣泡及時(shí)逸出而設(shè)置攪拌裝置。常用攪拌方式有三種

18、：(a)池內(nèi)機(jī)械攪拌；(b)沼氣攪拌；(c)循環(huán)消化液攪拌。圖15-1螺旋槳攪拌的消化池圖15-2 循環(huán)消化液攪拌式消化池進(jìn)行中溫和高溫厭氧消化需要加溫，常用加熱方式有三種：(a)廢水在消化池外先經(jīng)熱交換器預(yù)熱到規(guī)定溫度再進(jìn)入消化池；(b)熱蒸汽直接在消化器內(nèi)加熱；(c)在消化池內(nèi)部安裝熱交換管。普通消化池的特點(diǎn)是:(1) 可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液。(2) 厭氧消化反應(yīng)與固液分離在同一個(gè)池內(nèi)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。(3) 缺乏持留或補(bǔ)充厭氧活性污泥的特殊裝置，消化器中難以保持大量的微生物細(xì)胞。(4) 對(duì)無攪拌的消化器，還存在料液分層現(xiàn)象嚴(yán)重，微生物不能與料液均勻接觸的問題。(5)

19、 溫度不均勻，消化效率低。二、厭氧接觸法1、為了克服普通消化池不能持留或補(bǔ)充厭氧活性污泥的缺點(diǎn)，在消化池后設(shè)沉淀池，將沉淀污泥回流至消化池，形成了厭氧接觸法（anaerobic contact process）。圖15-3 厭氧接觸法工藝2、從消化池排出的混合液在沉淀池中進(jìn)行固液分離有一定困難。原因：(1) 混合液中污泥上附著大量的微小沼氣泡，易于引起污泥上浮；(2) 混合液中的污泥仍具有產(chǎn)甲烷活性，在沉淀過程中仍能繼續(xù)產(chǎn)氣，從而妨礙污泥顆粒的沉降和壓縮。3、為了提高沉淀池中固液分離效果，目前采用以下幾種方法脫氣：(1) 真空脫氣，由消化池排出的混合液經(jīng)真空脫氣器(真空度為0.005 MPa)

20、，將污泥絮體上的氣泡除去，改善污泥的沉降性能；(2) 熱交換器急冷法，將從消化池排出的混合液進(jìn)行急速冷卻。(3) 絮凝沉淀，向混合液中投加絮凝劑，使厭氧污泥易凝聚成大顆粒，加速沉降；(4) 用超濾器代替沉淀池，以改善固液分離效果。4、厭氧接觸法的特點(diǎn): (1) (1) 通過污泥回流，保持消化池內(nèi)污泥濃度較高，一般為1015g/L，耐沖擊能力強(qiáng)；(2) (2) 消化池的容積負(fù)荷較普通消化池高，中溫消化時(shí)，一般為2l0 kgCOD/m3·d，水力停留時(shí)間比普通消化池大大縮短，如常溫下，普通消化池為1530天，而接觸法小于10天；(3) 可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液，不存在

21、堵塞問題；(4) 混合液經(jīng)沉降后，出水水質(zhì)好，但需增加沉淀池、污泥回流和脫氣等設(shè)備；(5) 厭氧接觸法存在混合液難于在沉淀池中進(jìn)行固液分離的缺點(diǎn)。三、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（upflow anaerobic sludge bed reactor），簡(jiǎn)稱UASB反應(yīng)器，是由荷蘭的G. Lettnga等人在20世紀(jì)70年代初研制開發(fā)的。污泥床反應(yīng)器內(nèi)沒有載體，是一種懸浮生長(zhǎng)型的消化器。由反應(yīng)區(qū)(reaction region)、沉淀區(qū)(settling region)和氣室(gas collection dome)三部分組成。反應(yīng)器底部是濃度較高的污泥層，稱污泥床；污泥床上部

22、是濃度較低的懸浮污泥層，通常把污泥層和懸浮層統(tǒng)稱為反應(yīng)區(qū)。反應(yīng)區(qū)上部設(shè)有氣、液、固三相分離器。廢水從污泥床底部進(jìn)入，與污泥床中的污泥進(jìn)行混合接觸，微生物分解廢水中的有機(jī)物產(chǎn)生沼氣，微小沼氣泡在上升過程中，不斷合并逐漸形成較大的氣泡。由于氣泡上升產(chǎn)生較強(qiáng)烈的攪動(dòng)，在污泥床上部形成懸浮污泥層。氣、水、泥的混合液上升至三相分離器內(nèi)，沼氣氣泡碰到分離器下部的反射板時(shí)，折向氣室而被有效地分離排出；污泥和水則經(jīng)孔道進(jìn)入三相分離器的沉淀區(qū)，在重力作用下，水和泥分離，上清液從沉淀區(qū)上部排出，沉淀區(qū)下部的污泥沿著斜壁返回到反應(yīng)區(qū)內(nèi)。在一定的水力負(fù)荷下，絕大部分污泥顆粒能保留在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，使反應(yīng)區(qū)具有足夠的污泥量。

23、圖15-4 UASB反應(yīng)器示意圖圖15-5 UASB反應(yīng)器現(xiàn)場(chǎng)圖片上流式厭氧污泥床的池形有圓形、方形、矩形。小型裝置常為圓柱形，底部呈錐形或圓弧形。大型裝置為便于設(shè)置氣、液、固三相分離器，則一般為矩形，高度一般為38m，其中污泥床12m，污泥懸浮層24m，多用鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的特點(diǎn)：(1) (1) 反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高，一般平均污泥濃度為3040g/L，其中底部污泥床(sludge bed)污泥濃度6080g/L，污泥懸浮層(sludge blanket)污泥濃度57g/L；(2) 污泥床中的污泥由活性生物量占70-80的高度發(fā)展的顆粒污泥(sludge granu

24、les)組成，顆粒的直徑一般在0.55.0mm之間，顆粒污泥是UASB反應(yīng)器的一個(gè)重要特征。(3) (2) 有機(jī)負(fù)荷高，水力停留時(shí)間短，中溫消化，COD容積負(fù)荷一般為1020kg COD/（m3·d）；(4) (3) 反應(yīng)器內(nèi)設(shè)三相分離器，被沉淀區(qū)分離的污泥能自動(dòng)回流到反應(yīng)區(qū)，一般無污泥回流設(shè)備； (5) (4) 無混合攪拌設(shè)備。投產(chǎn)運(yùn)行正常后，利用本身產(chǎn)生的沼氣和進(jìn)水來攪動(dòng)；(6) (5) 污泥床內(nèi)不填載體，節(jié)省造價(jià)及避免堵塞問題。缺點(diǎn)：(7) (6) 反應(yīng)器內(nèi)有短流現(xiàn)象，影響處理能力。進(jìn)水中的懸浮物應(yīng)比普通消化池低得多，特別是難消化的有機(jī)物固體不宜太高，以免對(duì)污泥顆?；焕驕p少

25、反應(yīng)區(qū)的有效容積，甚至引起堵塞；(8) (7) 運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)水質(zhì)和負(fù)荷突然變化比較敏感。四、厭氧濾池厭氧濾池（anaerobic filter）又稱厭氧固定膜反應(yīng)器，是60年代末開發(fā)的新型高效厭氧處理裝置，其工藝如圖15-6所示。1、池型圖15-6 升流式厭氧生物濾池濾池呈圓柱形，池內(nèi)裝放填料，池底和池頂密封。厭氧微生物附著于填料的表面生長(zhǎng)，當(dāng)廢水通過填料層時(shí)，在填料表面的厭氧生物膜作用下，廢水中的有機(jī)物被降解，并產(chǎn)生沼氣，沼氣從池頂部排出。濾池中的生物膜不斷地進(jìn)行新陳代謝，脫落的生物膜隨出水流出池外。2、分類廢水從池底進(jìn)入，從池上部排出，稱升流式厭氧濾池； 廢水從池上部進(jìn)入，以降流的形

26、式流過填料層，從池底部排出，稱降流式厭氧濾池。3、運(yùn)行情況在厭氧生物濾池中，厭氧微生物大部分存在生物膜中，少部分以厭氧活性污泥的形式存在于濾料的孔隙中。厭氧微生物總量沿池高度分布是很不均勻的，在池進(jìn)水部位高，相應(yīng)的有機(jī)物去除速度快。當(dāng)廢水中有機(jī)物濃度高，特別是進(jìn)水懸浮固體濃度和顆粒較大時(shí)，進(jìn)水部位容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。為此，對(duì)厭氧生物濾池采取如下改進(jìn)：（1）出水回流，使進(jìn)水有機(jī)物濃度得以稀釋，同時(shí)提高池內(nèi)水流的流速，沖刷濾料空隙中的懸浮物，有利于消除濾池的堵塞； （2）部分充填載體：為了避免堵塞，僅在濾池底部和中部各設(shè)置一填料薄層，空隙率大大提高，處理能力增大；（3）采用平流式厭氧生物濾池：濾池前

27、段下部進(jìn)水，后段上部溢流出水，頂部設(shè)氣室，底部設(shè)污泥排放口，使沉淀懸浮物得到連續(xù)排除；（4）采用軟性填料：軟性填料空隙率大，可克服堵塞現(xiàn)象。4、厭氧生物濾池的特點(diǎn)（1）由于填料為微生物附著生長(zhǎng)提供了較大的表面積，濾池中的微生物量較高，又因生物膜停留時(shí)間長(zhǎng)，平均停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)100天左右，因而可承受的有機(jī)容積負(fù)荷高，COD容積負(fù)荷為216 kgCOD/(m3·d)，且耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；（2）廢水與生物膜兩相接觸面大，強(qiáng)化了傳質(zhì)過程，因而有機(jī)物去除速度快；（3）微生物固著生長(zhǎng)為主，不易流失，因此不需污泥回流和攪拌設(shè)備；（4）啟動(dòng)或停止運(yùn)行后再啟動(dòng)比前述厭氧工藝法時(shí)間短；缺點(diǎn)：（5）處理含懸

28、浮物濃度高的有機(jī)廢水，易發(fā)生堵塞，尤以進(jìn)水部位更嚴(yán)重。濾池的清洗也還沒有簡(jiǎn)單有效的方法。五、厭氧流化床1、簡(jiǎn)況厭氧流化床是借鑒流態(tài)化技術(shù)的一種生物反應(yīng)裝置。它以小粒徑載體為流化粒料，廢水作為流化介質(zhì)，當(dāng)廢水以升流式通過床體時(shí)，與床中附著于載體上的厭氧微生物膜不斷接觸反應(yīng)，達(dá)到厭氧生物降解目的，產(chǎn)生沼氣，于床頂部排出。如圖15-7所示。圖15-7厭氧流化床工藝流程2、厭氧流化床特點(diǎn)（1）載體顆粒細(xì)，比表面積大，可高達(dá)20003000m2/m3左右，使床內(nèi)具有很高的微生物濃度，因此有機(jī)物容積負(fù)荷大，一般為1040kgCOD/m3·d，水力停留時(shí)間短，具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力，運(yùn)行穩(wěn)定；（

29、2）載體處于流化狀態(tài)，無床層堵塞現(xiàn)象，對(duì)高、中、低濃度廢水均表現(xiàn)出較好的效能；（3）載體流化時(shí)，廢水與微生物之間接觸面大，同時(shí)兩者相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度快，強(qiáng)化了傳質(zhì)過程，從而具有較高的有機(jī)物凈化速度；（4）床內(nèi)生物膜停留時(shí)間較長(zhǎng)，剩余污泥量少；（5）結(jié)構(gòu)緊湊、占地少以及基建投資省等。缺點(diǎn)：（6）但載體流化耗能較大，且對(duì)系統(tǒng)的管理技術(shù)要求較高。3、為了降低動(dòng)力消耗和防止床層堵塞，可采取如下措施（1）間歇性流化床工藝，即以固定床與流化床間歇性交替操作。固定床操作時(shí)，不需回流，在一定時(shí)間間歇后，又啟動(dòng)回流泵，呈流化床運(yùn)行；（2）盡可能取質(zhì)輕、粒細(xì)的載體，如粒徑20-30m、相對(duì)密度1.051.2g/cm3的

30、載體。保持低的回流量，甚至免除回流就可實(shí)現(xiàn)床層流態(tài)化。六、厭氧生物轉(zhuǎn)盤和擋板反應(yīng)器1、厭氧生物轉(zhuǎn)盤厭氧生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造與好氧生物轉(zhuǎn)盤相似，不同之處在于盤片大部分 (70以上)或全 部浸沒在廢水中，為保證厭氧條件和收集沼氣，整個(gè)生物轉(zhuǎn)盤設(shè)在一個(gè)密閉的容器內(nèi)。(1) 構(gòu)造由盤片、密封的反應(yīng)槽、轉(zhuǎn)軸及驅(qū)動(dòng)裝置等組成，其構(gòu)造如圖15-8所示。圖15-8厭氧生物轉(zhuǎn)盤構(gòu)造圖(2) 運(yùn)行對(duì)廢水的凈化靠盤片表面的生物膜和懸浮在反應(yīng)槽中的厭氧菌完成，產(chǎn)生的沼氣從反應(yīng)槽頂排出。由于盤片的轉(zhuǎn)動(dòng)，作用在生物膜上的剪力可將老化的生物膜剝落，在水中呈懸浮狀態(tài)，隨水流出槽外。(3) 特點(diǎn)（a）厭氧生物轉(zhuǎn)盤內(nèi)微生物濃度高，因此

31、有機(jī)物容積負(fù)荷高，水力停留時(shí)間短；（b）無堵塞問題，可處理較高濃度的有機(jī)廢水；（c）一般不需回流，所以動(dòng)力消耗低； （d）耐沖擊能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)轉(zhuǎn)管理方便。但盤片造價(jià)高。2、厭氧擋板反應(yīng)器厭氧擋板反應(yīng)器是從研究厭氧生物轉(zhuǎn)盤發(fā)展而來的，生物轉(zhuǎn)盤不轉(zhuǎn)動(dòng)即變成厭氧擋板反應(yīng)器，如圖15-9所示。擋板反應(yīng)器與生物轉(zhuǎn)盤相比，可減少盤的片數(shù)和省去轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。圖15-9 厭氧擋板反應(yīng)器示意圖在反應(yīng)器內(nèi)垂直于水流方向設(shè)多塊擋板來維持較高的污泥濃度。擋板把反應(yīng)器分為若干上向流和下向流室，上向流室比下向流室寬，便于污泥的聚集。通往上向流的擋板下部邊緣處加50°的導(dǎo)流板，便于將水送至上向流室的中心，使泥水

32、充分混合。因而無需混合攪拌裝置，避免了厭氧濾池和厭氧流化床的堵塞問題和能耗大的缺點(diǎn)，啟動(dòng)期比上流式厭氧污泥床短。七、兩步厭氧法和復(fù)合厭氧法1、兩步厭氧消化法兩步厭氧消化法是一種由上述厭氧反應(yīng)器組合的工藝系統(tǒng)。厭氧消化反應(yīng)分別在兩個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)器中進(jìn)行，每一反應(yīng)器完成一個(gè)階段的反應(yīng)，比如一為產(chǎn)酸階段，另一為產(chǎn)甲烷階段，故又稱兩段式厭氧消化法。按照所處理的廢水水質(zhì)情況，兩步可以采用同類型或不同類型的消化反應(yīng)器。如對(duì)懸浮固體含量多的高濃度有機(jī)廢水，第一步反應(yīng)器可選不易堵塞、效率稍低的反應(yīng)裝置，經(jīng)水解產(chǎn)酸階段后的上清液中懸浮固體濃度降低，第二步反應(yīng)器可采用新型高效消化器，流程見圖15-10。熱交換器:

33、被廢水加熱到需要的溫度水解產(chǎn)酸反應(yīng)，控制條件之產(chǎn)生脂肪酸，盡量不產(chǎn)生沼氣沉淀分離，去除不溶性有機(jī)物產(chǎn)甲烷階段，使第一步反應(yīng)產(chǎn)生的有機(jī)酸生成甲烷和二氧化碳等最終產(chǎn)物圖15-10 接觸消化池-UASB兩步消化工藝流程根據(jù)不產(chǎn)甲烷菌與產(chǎn)甲烷菌代謝特性及適應(yīng)環(huán)境條件不同，第一步反應(yīng)器可采用簡(jiǎn)易非密閉裝置、在常溫、較寬pH值范圍條件下運(yùn)行；第二步反應(yīng)器則要求嚴(yán)格密封、嚴(yán)格控制溫度和pH值范圍。因此，兩步厭氧法具有如下特點(diǎn)：（a）耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，避免了一步法不耐高有機(jī)酸濃度的缺陷；（b）兩階段反應(yīng)不在同一反應(yīng)器中進(jìn)行，互相影響小，可更好地控制工藝條件；（c）消化效率高，尤其適于處理含懸浮固體多

34、、難消化降解的高濃度有機(jī)廢水。圖15-11 纖維填料厭氧濾池和UASB復(fù)合法工藝缺點(diǎn)：（d）但兩步法設(shè)備較多，流程和操作復(fù)雜。2、復(fù)合厭氧法兩步厭氧法是由2個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)器串聯(lián)組合而成，而復(fù)合厭氧法是在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)由2種厭氧法組合而成。如UASB與厭氧濾池組成的復(fù)合厭氧法，如圖15-11所示。設(shè)備的上部為厭氧濾池，下部為UASB，可以集兩者優(yōu)點(diǎn)于一體，反應(yīng)器下部即進(jìn)水部位，由于不裝填料，可以減少堵塞，上部裝設(shè)固定填料，充分發(fā)揮濾層填料的有效截留污泥的能力，提高反應(yīng)器內(nèi)的生物量，對(duì)水質(zhì)和負(fù)荷的突然變化和短流現(xiàn)象起緩沖和調(diào)節(jié)作用，使反應(yīng)器具有良好的工作特性。§15-3 厭氧生物處理法的設(shè)計(jì)

35、厭氧生物處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括：流程和設(shè)備的選擇；反應(yīng)器和構(gòu)筑物的構(gòu)造和容積的確定；需熱量的計(jì)算和攪拌設(shè)備的設(shè)計(jì)等。一、流程和設(shè)備選擇二、厭氧反應(yīng)器的設(shè)計(jì)三、消化池的熱量計(jì)算§15-4 厭氧設(shè)備的運(yùn)行管理一、厭氧設(shè)備的啟動(dòng)厭氧設(shè)備在進(jìn)入正常運(yùn)行之前應(yīng)進(jìn)行污泥的培養(yǎng)和馴化。厭氧處理工藝的缺點(diǎn)之一是微生物增殖緩慢，設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，若能取得大量的厭氧活性污泥就可縮短投產(chǎn)期。厭氧污泥可以取自正在工作的厭氧處理構(gòu)筑物或江河湖泊沼澤底、下水道及污水集積腐臭處等厭氧生境中的污泥，最好選擇同類物料厭氧消化污泥。如果采用一般的未經(jīng)消化的有機(jī)污泥自行培養(yǎng)，所需時(shí)間更長(zhǎng)。一般來說，接種污泥量為反應(yīng)器有效容積的

36、10-90，依消化污泥的來源方便情況酌定，原則上接種量比例增大，啟動(dòng)時(shí)間縮短。其次是要盡量使其中含有豐富的產(chǎn)甲烷細(xì)菌。二、厭氧反應(yīng)器運(yùn)行中的欠平衡現(xiàn)象及其原因厭氧消化過程易于出現(xiàn)酸化，即產(chǎn)酸量與用酸量不協(xié)調(diào)，這種現(xiàn)象稱為欠平衡。欠平衡時(shí)可以顯示出如下的癥狀：（a）消化液揮發(fā)性有機(jī)酸濃度增高；（b）沼氣中甲烷含量降低；（c）消化液pH值下降；（d）沼氣產(chǎn)量下降；（e）有機(jī)物去除率下降。諸癥狀中最先顯示的是揮發(fā)性有機(jī)酸濃度的增高，故它是一項(xiàng)最有用的監(jiān)視參數(shù)，有助于盡早地察覺欠平衡狀態(tài)的出現(xiàn)。 厭氧消化作用欠平衡的原因： (1) 有機(jī)負(fù)荷過高；(2) 進(jìn)水pH值過低或過高；(3) 堿度過低，緩沖能力差；(4) 有毒物質(zhì)抑制；(5) 反應(yīng)溫度急劇波動(dòng)；(6) 池內(nèi)有溶解氧及氧化劑存在。三、運(yùn)行管理中的安全要求厭氧設(shè)備的運(yùn)行管理很重要的問題是安全問題。沼氣中的甲烷比空氣輕、非常易燃，空氣中甲烷含量為515時(shí)，遇明火即發(fā)生爆炸。沼氣中含有微量有毒的H2S，但低濃度的硫化氫就能被人們所察覺。(H2S比空氣重，必須預(yù)防它在地凹處積聚)。沼氣中的二氧化碳也比空氣重，同樣應(yīng)防止在地凹處積聚，因?yàn)樗m然無毒，卻能使人窒息。凡需因出料或檢修進(jìn)入消化池之前，