厭氧生物處理

第九章厭氧生物處理概述原理主要構(gòu)筑物及工藝厭氧生物處理——概述

在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學(xué)作用，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行生物降解的過(guò)程，稱為厭氧生物處理法或厭氧消化法。厭氧生物處理法的處理對(duì)象是：高濃度有機(jī)工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動(dòng)植物殘?bào)w及糞便等。厭氧生物處理——概述厭氧生物處理的方法和基本功能有二：（1）酸發(fā)酵的目的是為進(jìn)一步進(jìn)行生物處理提供易生物降解的基質(zhì)；（2）甲烷發(fā)酵的目的是進(jìn)一步降解有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料。厭氧生物處理——概述完全的厭氧生物處理工藝因兼有降解有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料的雙重功能，因而得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。厭氧生物處理——原理一、厭氧消化的生化階段

復(fù)雜有機(jī)物的厭氧消化過(guò)程要經(jīng)歷數(shù)個(gè)階段，由不同的細(xì)菌群接替完成。根據(jù)復(fù)雜有機(jī)物在此過(guò)程中的物態(tài)及物性變化，可分三個(gè)階段（表9-1）。厭氧生物處理——原理表9-1有機(jī)物厭氧消化過(guò)程生化階段ⅠⅡⅢ物態(tài)變化液化（水解）酸化（1）酸化（2）氣化生化過(guò)程大分子不溶態(tài)有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子溶解態(tài)有機(jī)物小分子溶解態(tài)有機(jī)物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及A、B兩類產(chǎn)物B類產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及乙酸等CH4、CO2等菌群發(fā)酵細(xì)菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌甲烷細(xì)菌發(fā)酵工藝甲烷發(fā)酵酸發(fā)酵——厭氧生物處理——原理二、發(fā)酵的控制條件（以下重點(diǎn)討論甲烷發(fā)酵的控制條件。）（一）營(yíng)養(yǎng)與環(huán)境條件廢水、污泥及廢料中的有機(jī)物種類繁多，只要未達(dá)到抑制濃度，都可連續(xù)進(jìn)行厭氧生物處理。對(duì)生物可降解性有機(jī)物的濃度并無(wú)嚴(yán)格限制，但若濃度太低，比耗熱量高，經(jīng)濟(jì)上不合算；水力停留時(shí)間短，生物污泥易流失，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行。一般要求COD大于1000mg/L。COD∶N∶P=200∶5∶1厭氧生物處理——原理（1）氧化還原電位（ORP或Eh）厭氧環(huán)境是厭氧消化過(guò)程賴以正常進(jìn)行的最重要的條件。厭氧環(huán)境，主要以體系中的氧化還原電位來(lái)反映。一般情況下，氧的溶入無(wú)疑是引起發(fā)酵系統(tǒng)的氧化還原電位升高的最主要和最直接的原因。但是，除氧以外，其它一些氧化劑或氧化態(tài)物質(zhì)的存在（如某些工業(yè)廢水中含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性廢水中的H+等），同樣能使體系中的氧化還原電位升高。當(dāng)其濃度達(dá)到一定程度時(shí)，同樣會(huì)危害厭氧消化過(guò)程的進(jìn)行。厭氧生物處理——原理高溫厭氧消化系統(tǒng)適宜的氧化還原電位為-500~-600mV；中溫厭氧消化系統(tǒng)及浮動(dòng)溫度厭氧消化系統(tǒng)要求的氧化還原電位應(yīng)低于-300~-380mV。產(chǎn)酸細(xì)菌對(duì)氧化還原電位的要求不甚嚴(yán)格，甚至可在+100~-100mV的兼性條件下生長(zhǎng)繁殖；甲烷細(xì)菌最適宜的氧化還原電位為-350mV或更低。厭氧氧生生物物處處理理————原理理（2））溫溫度度溫溫度度是是影影響響微微生生物物生生命命活活動(dòng)動(dòng)過(guò)過(guò)程程的的重重要要因因素素之之一一。。溫溫度度主主要要影影響響微微生生物物的的生生化化反反應(yīng)應(yīng)速速度度，，因因而而與與有有機(jī)機(jī)物物的的分分解解速速率率有有關(guān)關(guān)。。工程程上上：：中溫溫消消化化溫溫度度為為30~38℃℃（（以以33~35℃℃為為多多））；；高溫溫消消化化溫溫度度為為50~55℃℃。。厭氧氧消消化化對(duì)對(duì)溫溫度度的的突突變變也也十十分分敏敏感感，，要要求求日日變變化化小小于于±±2℃℃。。溫溫度度突突變變幅幅度度太太大大，，會(huì)會(huì)招招致致系系統(tǒng)統(tǒng)的的停停止止產(chǎn)產(chǎn)氣氣。。厭氧氧生生物物處處理理————原理理（3））pH值值及及酸酸堿堿度度由由于于發(fā)發(fā)酵酵系系統(tǒng)統(tǒng)中中的的CO2分壓壓很很高高（（20.3~40.5kPa）），，發(fā)發(fā)酵酵液液的的實(shí)實(shí)際際pH值值比比在在大大氣氣條條件件下下的的實(shí)實(shí)測(cè)測(cè)值值為為低低。。一一般般認(rèn)認(rèn)為為，，實(shí)實(shí)測(cè)測(cè)值值應(yīng)應(yīng)在在7.2~7.4之之間間為為好好。。（4））毒毒物物凡凡對(duì)對(duì)厭厭氧氧處處理理過(guò)過(guò)程程起起抑抑制制或或毒毒害害作作用用的的物物質(zhì)質(zhì)，，都都可可稱稱為為毒毒物物。。厭氧氧生生物物處處理理————原理理（1））生生物物量量各種種反反應(yīng)應(yīng)器器要要求求的的污污泥泥濃濃度度不不盡盡相相同同，，一一般般介介于于10~30gVSS/L之之間間。。為了了保保持持反反應(yīng)應(yīng)器器生生物物量量不不致致因因流流失失而而減減少少，，可可采采用用多多種種措措施施，，如如安安裝裝三三相相分分離離器器、、設(shè)設(shè)置置掛掛膜膜介介質(zhì)質(zhì)、、降降低低水水流流速速度度和和回回流流污污泥泥量量等等。。厭氧氧生生物物處處理理————原理理（2））負(fù)負(fù)荷荷率率負(fù)負(fù)荷荷率率是是表表示示消消化化裝裝置置處處理理能能力力的的一一個(gè)個(gè)參參數(shù)數(shù)。。負(fù)負(fù)荷荷率率有有三三種種表表示示方方法法：：容容積積負(fù)負(fù)荷荷率率、、污污泥泥負(fù)負(fù)荷荷率率、、投投配配率率。。反應(yīng)應(yīng)器器單單位位有有效效容容積積在在單單位位時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)接接納納的的有有機(jī)機(jī)物物量量，，稱稱為為容容積積負(fù)負(fù)荷荷率率，，單單位位為為kg/m3·d或或g/L··d。。有有機(jī)機(jī)物物量量可可用用COD、、BOD、、SS和和VSS表表示示。。反應(yīng)應(yīng)器器內(nèi)內(nèi)單單位位重重量量的的污污泥泥在在單單位位時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)接接納納的的有有機(jī)機(jī)物物量量，，稱稱為為污污泥泥負(fù)負(fù)荷荷率率，，單單位位為為kg/kg··d或或g/g··d。。每天向向單位位有效效容積積投加加的新新料的的體積積，稱稱為投投配率率，單單位為為m3/m3·d。。投配配率的的倒數(shù)數(shù)為平平均停停留時(shí)時(shí)間或或消化化時(shí)間間，單單位為為d。。投配配率有有時(shí)也也用百百分?jǐn)?shù)數(shù)表示示，例例如，，0.07m3/m3·d的的投配配率也也可表表示為為7%。厭氧生生物處處理———原理厭氧消消化裝裝置的的負(fù)荷荷率是是怎樣樣確定定的呢呢？一個(gè)重重要的的原則則是：：在兩兩個(gè)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化（（酸化化和氣氣化））速率率保持持穩(wěn)定定平衡衡的條條件下下，求求得最最大的的處理理目標(biāo)標(biāo)（最最大處處理量量或最最大產(chǎn)產(chǎn)氣量量）。。一般而而言，，厭氧氧消化化微生生物進(jìn)進(jìn)行酸酸化轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化的的能力力強(qiáng)，，速率率快，，對(duì)環(huán)環(huán)境條條件的的適應(yīng)應(yīng)能力力也強(qiáng)強(qiáng)；而而進(jìn)行行氣化化轉(zhuǎn)化化的能能力相相對(duì)較較弱，，速率率也較較慢，，對(duì)環(huán)環(huán)境的的適應(yīng)應(yīng)能力力也較較脆弱弱。這這種前前強(qiáng)后后弱的的特征征使兩兩個(gè)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化速速率保保持穩(wěn)穩(wěn)定平平衡頗頗為困困難，，因而而形成成了三三種發(fā)發(fā)酵狀狀態(tài)。。當(dāng)有機(jī)機(jī)物負(fù)負(fù)荷率率很高高時(shí)，，由于供供給產(chǎn)產(chǎn)酸菌菌的食食物相相當(dāng)充充分，，致使使作為為其代代謝產(chǎn)產(chǎn)物的的有機(jī)機(jī)物酸酸產(chǎn)量量很大大，超超過(guò)了了甲烷烷細(xì)菌菌的吸吸收利利用能能力，，導(dǎo)致致有機(jī)機(jī)酸在在消化化液中中的積積累和和pH值（（以下下均指指大氣氣壓條條件下下的實(shí)實(shí)測(cè)值值）下下降，，其結(jié)結(jié)果是是使消消化液液顯酸酸性（（pH<7）。。這種種在酸酸性條條件下下進(jìn)行行的厭厭氧消消化過(guò)過(guò)程稱稱為酸酸性發(fā)發(fā)酵狀狀態(tài)，，它是是一種種低效效而又又不穩(wěn)穩(wěn)定的的發(fā)酵酵狀態(tài)態(tài)，應(yīng)應(yīng)盡量量避免免。當(dāng)有機(jī)機(jī)負(fù)荷荷率適適中時(shí)時(shí)，產(chǎn)酸細(xì)細(xì)菌代代謝產(chǎn)產(chǎn)物中中的有有機(jī)酸酸基本本上能能被甲甲烷細(xì)細(xì)菌及及時(shí)地地吸收收利用用，并并轉(zhuǎn)化化為沼沼氣，，溶液液中殘殘存的的有機(jī)機(jī)酸量量一般般為每每升數(shù)數(shù)百毫毫克。。此時(shí)時(shí)消化化液中中pH值維維持在在7~7.5之之間，，溶液液呈弱弱堿性性。這這種在在弱堿堿性條條件下下進(jìn)行行的厭厭氧消消化過(guò)過(guò)程稱稱之為為弱堿堿性發(fā)發(fā)酵狀狀態(tài)，，它是是一種種高效效而又又穩(wěn)定定的發(fā)發(fā)酵狀狀態(tài)，，最佳佳負(fù)荷荷率應(yīng)應(yīng)達(dá)此此狀態(tài)態(tài)。當(dāng)有機(jī)機(jī)物負(fù)負(fù)荷率率偏小小時(shí)，，供給產(chǎn)產(chǎn)酸細(xì)細(xì)菌的的食物物不足足，產(chǎn)產(chǎn)酸量量偏少少，不不能滿滿足甲甲烷細(xì)細(xì)菌的的需要要。此此時(shí)，，消化化液中中的有有機(jī)酸酸殘存存量很很少，，pH值偏偏高，，在pH值值偏高高（大大于7.5）的的條件件下進(jìn)進(jìn)行的的厭氧氧消化化過(guò)程程，稱稱為堿堿性發(fā)發(fā)酵狀狀態(tài)。。如前前所述述，由由于負(fù)負(fù)荷偏偏低，，因而而是一一種雖雖穩(wěn)定定但低低效的的厭氧氧消化化狀態(tài)態(tài)。厭氧生生物處處理———原理（3））加熱熱為為把把料液液控制制到要要求的的發(fā)酵酵溫度度，則則必須須加熱熱。據(jù)據(jù)估算算，去去除8000mg/L的的COD所所產(chǎn)生生的沼沼氣，，能使使一升升水升升溫10℃℃。（4））pH值的的控制制如如果果料液液會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致反反應(yīng)器器內(nèi)液液體的的pH值低低于6.5或高高于8.0時(shí)，，則應(yīng)應(yīng)對(duì)料料液預(yù)預(yù)先中中和。。當(dāng)有有機(jī)酸酸的積積累而而使反反應(yīng)液液的pH值值低于于6.8~7時(shí)時(shí)，應(yīng)應(yīng)適當(dāng)當(dāng)減小小有機(jī)機(jī)物負(fù)負(fù)荷或或毒物物負(fù)荷荷，使使pH值恢恢復(fù)到到7.0以以上（（最好好為7.2~7.4）。。若pH低低于6.5，應(yīng)應(yīng)停止止加料料，并并及時(shí)時(shí)投加加石灰灰中和和。厭氧生生物處處理———主要構(gòu)構(gòu)筑物物及工工藝一、早早期用用于處處理廢廢水的的厭氧氧消化化構(gòu)筑筑物是是化糞糞池和和雙層層沉淀淀池。?；S池池是一個(gè)個(gè)矩形形密閉閉的池池子，，用隔隔墻分分為兩兩室或或三室室，各各室之之間用用水下下連接接管接接通。。廢水水由一一端進(jìn)進(jìn)入，，通過(guò)過(guò)各室室后由由另一一端排排出。。懸浮浮物沉沉于池池底后后進(jìn)行行緩慢慢的厭厭氧發(fā)發(fā)酵。。各室室的頂頂蓋上上設(shè)有有人孔孔，可可定期期（數(shù)數(shù)月））將消消化后后的污污泥挖挖出，，供作作農(nóng)肥肥。這這種處處理構(gòu)構(gòu)筑物物通常常設(shè)于于獨(dú)立立的居居住或或公共共建筑筑物的的下水水管道道上，，用于于初步步處理理糞便便廢水水。厭氧生生物處處理———主要構(gòu)構(gòu)筑物物及工工藝雙層沉沉淀池池上部有有一個(gè)個(gè)流槽槽，槽槽底呈呈V形形。廢廢水沿沿槽緩緩慢流流過(guò)時(shí)時(shí)，懸懸浮物物便沉沉降下下來(lái)，，并從從V形形槽底底縫滑滑落于于大圓圓形池池底，，在那那里進(jìn)進(jìn)行厭厭氧消消化。。這兩兩種處處理構(gòu)構(gòu)筑物物僅起起截留留和降降解有有機(jī)懸懸浮物物的功功用，，產(chǎn)生生的沼沼氣難難以收收集利利用。。厭氧生生物處處理———主要構(gòu)構(gòu)筑物物及工工藝二、普普通消消化池池，主主要用用于處處理城城市污污水的的沉淀淀污泥泥。普普通消消化池池多建建成加加頂蓋蓋的筒筒狀。。生污泥泥從池池頂進(jìn)進(jìn)入，，通過(guò)過(guò)攪拌拌與池池內(nèi)污污泥混混合，，進(jìn)行行厭氧氧消化化。分分解后后的污污泥從從池底底排出出。產(chǎn)產(chǎn)生的的生物物氣從從池頂頂收集集。普普通消消化池池需要要加熱熱，以以維持持高的的生化化速率率。這種處理理構(gòu)筑物物通常是是每天加排排料各1~2次次，與此同時(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)數(shù)小時(shí)的的攪拌混混合。圓筒形厭厭氧消化化池蛋形厭氧氧消化池池厭氧生物物處理———主要構(gòu)筑筑物及工工藝三、厭氧氧接觸系系統(tǒng)普通消化化池用于于處理高高濃度有有機(jī)廢水水時(shí)，為為了強(qiáng)化化有機(jī)物物與池內(nèi)內(nèi)厭氧污污泥的充充分接觸觸，必須須連續(xù)攪攪拌；同時(shí)為了了提高處處理效率率，必須須改間斷斷進(jìn)水排排水為連連續(xù)進(jìn)水水排水。。但這樣樣一來(lái)，，會(huì)造成成厭氧污污泥的大大量流失失。為了克服服這一缺缺點(diǎn)，可可在消化化池后串串聯(lián)一個(gè)個(gè)沉淀池池，將沉沉淀下的的污泥又又送回消消化池，，因此組組成了厭厭氧接觸觸系統(tǒng)（（圖9-4）。。污泥回流流量約為為進(jìn)水流流量的2~3倍倍。消化化池內(nèi)的的MLVSS為為6~10g/L。厭氧生物物處理———主要構(gòu)筑筑物及工工藝四、厭氧氧生物濾濾池和厭