第六章厭氧生物

國(guó)家統(tǒng)一環(huán)境污染治理設(shè)施運(yùn)營(yíng)培訓(xùn)班第六章厭氧生物處理(課堂教學(xué)6課時(shí))P255~P284武漢國(guó)隆鑫環(huán)保科技有限公司香港百信集團(tuán)武漢正源水務(wù)工程公司孫建國(guó)主講注冊(cè)證書(shū)編號(hào)2006-JS-WFS-038概述第一節(jié)厭氧生物處理工藝的發(fā)展概況及特征一、厭氧生物處理工藝的發(fā)展簡(jiǎn)史實(shí)際上，厭氧生物過(guò)程廣泛地存在于自然界中，但人類(lèi)第一次有意識(shí)地利用厭氧生物過(guò)程來(lái)處理廢棄物，則是在1881年由法國(guó)所發(fā)明的“自動(dòng)凈化器”開(kāi)始的，隨后人類(lèi)開(kāi)始較大規(guī)模地應(yīng)用厭氧消化過(guò)程來(lái)處理城市污水（如化糞池、雙層沉淀池等）和剩余污泥（如各種厭氧消化池等）。這些厭氧反應(yīng)器現(xiàn)在通稱(chēng)為“第一代厭氧生物反應(yīng)器”，

概述它們的共同特點(diǎn)是：①水力停留時(shí)間（HRT）很長(zhǎng)，有時(shí)在污泥處理時(shí)，污泥消化池的HRT會(huì)長(zhǎng)達(dá)90天，即使是目前在很多現(xiàn)代化城市污水處理廠(chǎng)內(nèi)所采用的污泥消化池的HRT也還長(zhǎng)達(dá)20~30天；②雖然HRT相當(dāng)長(zhǎng)，但處理效率仍十分低，處理效果還很不好；③具有濃臭的氣味，因?yàn)樵趨捬跸^(guò)程中原污泥中含有的有機(jī)氮或硫酸鹽等會(huì)在厭氧條件下分別轉(zhuǎn)化為氨氮或硫化氫，而它們都具有十分特別的臭味。以上這些特點(diǎn)使得人們對(duì)于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用厭氧生物過(guò)程的興趣大大降低，而且此時(shí)利用活性污泥法或生物膜法處理城市污水已經(jīng)十分成功。概述但是，當(dāng)進(jìn)入上世紀(jì)50、60年代，特別是70年代的中后期，隨著世界范圍的能源危機(jī)的加劇，人們對(duì)利用厭氧消化過(guò)程處理有機(jī)廢水的研究得以強(qiáng)化，相繼出現(xiàn)了一批被稱(chēng)為現(xiàn)代高速厭氧消化反應(yīng)器的處理工藝，從此厭氧消化工藝開(kāi)始大規(guī)模地應(yīng)用于廢水處理，真正成為一種可以與好氧生物處理工藝相提并論的廢水生物處理工藝。這些被稱(chēng)為現(xiàn)代高速厭氧消化反應(yīng)器的厭氧生物處理工藝又被統(tǒng)一稱(chēng)為“第二代厭氧生物反應(yīng)器”

概述它們的主要特點(diǎn)有：①HRT大大縮短，有機(jī)負(fù)荷大大提高，處理效率大大提高；②主要包括：厭氧接觸法、厭氧濾池（AF）、上流式厭氧污泥床（UASB）反應(yīng)器、厭氧流化床（AFB）、AAFEB、厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)（ARBC）和擋板式厭氧反應(yīng)器等；③HRT(停留時(shí)間)與SRT（污泥齡）分離，SRT相對(duì)很長(zhǎng)，HRT則可以較短，反應(yīng)器內(nèi)生物量很高。以上這些特點(diǎn)徹底改變了原來(lái)人們對(duì)厭氧生物過(guò)程的認(rèn)識(shí)，因此其實(shí)際應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。概述進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，隨著以顆粒污泥為主要特點(diǎn)的UASB反應(yīng)器的廣泛應(yīng)用，在其基礎(chǔ)上又發(fā)展起來(lái)了同樣以顆粒污泥為根本的顆粒污泥膨脹床（EGSB）反應(yīng)器和厭氧內(nèi)循環(huán)（IC）反應(yīng)器。其中EGSB反應(yīng)器利用外加的出水循環(huán)可以使反應(yīng)器內(nèi)部形成很高的上升流速，提高反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)與微生物之間的接觸和反應(yīng)，可以在較低溫度下處理較低濃度的有機(jī)廢水，如城市廢水等；而IC反應(yīng)器則主要應(yīng)用于處理高濃度有機(jī)廢水，依靠厭氧生物過(guò)程本身所產(chǎn)生的大量沼氣形成內(nèi)部混合液的充分循環(huán)與混合，可以達(dá)到更高的有機(jī)負(fù)荷。這些反應(yīng)器又被統(tǒng)一稱(chēng)為“第三代厭氧生物反應(yīng)器”。

厭氧微生物的凈化機(jī)理在無(wú)分子氧的條件下，通過(guò)厭氧微生物（含缺氧微生物）的作用，將廢水中的各種復(fù)雜有機(jī)物轉(zhuǎn)換成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過(guò)程，叫厭氧消化水解酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷水解酸化：復(fù)雜的大分子、不溶性有機(jī)物先在細(xì)胞外酶的作用下水解為小分子、溶解性有機(jī)物，然后滲入細(xì)胞體內(nèi)，分解產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)酸、醇類(lèi)。此階段主要產(chǎn)較高級(jí)脂肪酸由于簡(jiǎn)單碳水化合物分解產(chǎn)酸作用要比含氫有機(jī)物的分解產(chǎn)氨作用迅速故蛋白質(zhì)的分解在碳水化合物分解后完成含氨的有機(jī)物分解產(chǎn)生的氨，提供合成細(xì)胞物質(zhì)的氨源外在水中部份電離，形成硝酸銨，它具有緩沖消化液PH作用，有時(shí)也把繼碳水化合物分解后的蛋白質(zhì)分解產(chǎn)氨過(guò)程稱(chēng)為酸性減退期

厭氧微生物的凈化機(jī)理產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸：在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸的作用下，水解酸化產(chǎn)生的各種有機(jī)酸被分解轉(zhuǎn)化成乙酸和氫。在降解奇數(shù)碳數(shù)有機(jī)酸時(shí)除了產(chǎn)氫和乙酸外還產(chǎn)生二氧化碳產(chǎn)甲烷:

產(chǎn)甲烷細(xì)菌將乙酸，乙酸鹽，二氧化碳和氫轉(zhuǎn)化為甲烷。一組把氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷，（約占1/3）一組從乙酸或乙酸鹽脫羧產(chǎn)甲烷（約占2/3）厭氧生物處理的主要特征1、主要優(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能耗大大降低，而且還可以回收生物能（沼氣）；因?yàn)閰捬跎锾幚砉に嚐o(wú)需為微生物提供氧氣，所以不需要鼓風(fēng)曝氣，減少了能耗，而且厭氧生物處理工藝在大量降低廢水中的有機(jī)物的同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生大量的沼氣，其中主要的有效成分是甲烷，是一種可以燃燒的氣體，具有很高的利用價(jià)值，可以直接用于鍋爐燃燒或發(fā)電；厭氧微生物的凈化機(jī)理厭氧生物處理的主要特征②污泥產(chǎn)量很低；這是由于在厭氧生物處理過(guò)程中廢水中的大部分有機(jī)污染物都被用來(lái)產(chǎn)生沼氣——甲烷和二氧化碳了，用于細(xì)胞合成的有機(jī)物相對(duì)來(lái)說(shuō)要少得多；同時(shí)，厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，產(chǎn)酸菌的產(chǎn)率Y為0.15~0.34kgVSS/kgCOD，產(chǎn)甲烷菌的產(chǎn)率Y為0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物的產(chǎn)率約為0.25~0.6kgVSS/kgCOD。厭氧生物處理的主要特征③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，可以提高廢水的可生化性，提高后續(xù)好氧處理工藝的處理效果。厭氧生物處理的主要特征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)：①厭氧生物處理過(guò)程中所涉及到的生化反應(yīng)過(guò)程較為復(fù)雜，因?yàn)閰捬跸^(guò)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(guò)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(guò)程中需要很高的技術(shù)要求；厭氧生物處理的主要特征②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；③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?？梢赃_(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；厭氧生物處理的主要特征

④厭氧生物處理的氣味較大；⑤對(duì)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。厭氧生物處理技術(shù)控制手段我國(guó)高濃度有機(jī)工業(yè)廢水排放量巨大，這些廢水濃度高、多含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素等有機(jī)物；我國(guó)當(dāng)前的水體污染物還主要是有機(jī)污染物以及營(yíng)養(yǎng)元素N、P的污染；目前的形勢(shì)是：能源昂貴、土地價(jià)格劇增、剩余污泥的處理費(fèi)用也越來(lái)越高；厭氧工藝的突出優(yōu)點(diǎn)是：①能將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)變成沼氣并加以利用；②運(yùn)行能耗低；③有機(jī)負(fù)荷高，占地面積少；④污泥產(chǎn)量少，剩余污泥處理費(fèi)用低；等等；厭氧工藝的綜合效益表現(xiàn)在環(huán)境、能源、生態(tài)三個(gè)方面。厭氧消化過(guò)程中沼氣產(chǎn)量的估算糖類(lèi)、脂類(lèi)和蛋白質(zhì)等有機(jī)物經(jīng)過(guò)厭氧消化能轉(zhuǎn)化為甲烷和CO2等氣體，這樣的混合氣體統(tǒng)稱(chēng)為沼氣，產(chǎn)生沼氣的數(shù)量和成分取決于被消化的有機(jī)物的化學(xué)組成，一般可以進(jìn)行估算：理論上認(rèn)為，1gCOD在厭氧條件下完全降解可以生成0.25gCH4，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的甲烷氣體體積為0.35L；沼氣中CO2和CH4的百分含量不僅與有機(jī)物的化學(xué)組成有關(guān)，還與其各自的溶解度有關(guān)；由于一部分沼氣（主要是其中的CO2）會(huì)溶解在出水中而被帶走，同時(shí)，一小部分有機(jī)物還會(huì)被用于微生物細(xì)胞的合成，所以實(shí)際的產(chǎn)氣量要比理論產(chǎn)氣量小。早期的厭氧生物反應(yīng)器

這是厭氧消化應(yīng)用于廢水處理的初級(jí)階段，是從1881年法國(guó)設(shè)計(jì)的自動(dòng)凈化器開(kāi)始到本世紀(jì)的20年代；主要代表有：①1881年法國(guó)的自動(dòng)凈化器：②1891年英國(guó)裝有填料的升流式反應(yīng)器：③1895年，英國(guó)設(shè)計(jì)的化糞池④1905年，德國(guó)（又稱(chēng)隱化池、雙層沉淀池）；等等。早期的厭氧生物反應(yīng)器

這些早期的厭氧生物反應(yīng)器的共同特點(diǎn)是：①處理廢水的同時(shí)，也處理從廢水中沉淀下來(lái)的污泥；②前幾種構(gòu)筑物由于廢水與污泥不分隔而影響出水水質(zhì)；③雙層沉淀池則有了很大改進(jìn)，有上層沉淀池和下層消化池；④停留時(shí)間很長(zhǎng)，出水水質(zhì)也較差；⑤后兩種反應(yīng)器曾在英、美、德、法等國(guó)得到廣泛推廣，在我國(guó)目前仍有應(yīng)用。

厭氧消化池隨著活性污泥法、生物濾池等好氧生物處理工藝的開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用，厭氧生物處理被認(rèn)為是效率低、HRT長(zhǎng)、受溫度等環(huán)境條件的影響大，因此處于一種被遺棄的狀態(tài)；但好氧生物處理工藝的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生的剩余污泥也越來(lái)越多，其穩(wěn)定化處理的主要手段是厭氧消化，這是第二階段的主要特征；1927年，首次在消化池中加上了加熱裝置，使產(chǎn)氣速率顯著提高；隨后，又增加了機(jī)械攪拌器，反應(yīng)速率進(jìn)一步提高；50年代初又開(kāi)發(fā)了利用沼氣循環(huán)的攪拌裝置；帶加熱和攪拌裝置的消化池被稱(chēng)為高速消化池，至今仍是城市污水處理廠(chǎng)中污泥處理的主要技術(shù)。

厭氧消化池消化池的類(lèi)型與構(gòu)造厭氧消化池主要應(yīng)用于處理城市污水廠(chǎng)的污泥，也可應(yīng)用于處理固體含量很高的有機(jī)廢水；它的主要作用是：①將污泥中的一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣；②將污泥中的一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化成為穩(wěn)定性良好的腐殖質(zhì)；③提高污泥的脫水性能；④使得污泥的體積減少1/2以上；⑤使污泥中的致病微生物得到一定程度的滅活，有利于污泥的進(jìn)一步處理和利用。

厭氧消化池消化池的分類(lèi)：消化池可以按其形狀分為：圓柱形、橢圓形（卵形）和龜甲形等幾種形式；也可以按其池頂結(jié)構(gòu)形式的不同將其分為：固定蓋式和浮動(dòng)蓋式的消化池還可以按其運(yùn)行方式的不同分為：傳統(tǒng)消化池和高速消化池。

厭氧消化池

傳統(tǒng)消化池：傳統(tǒng)消化池又稱(chēng)為低速消化池，在池內(nèi)沒(méi)有設(shè)置加熱和攪拌裝置，所以有分層現(xiàn)象，一般分為浮渣層、上清液層、活性層、熟污泥層等，其中只有在活性層中才有有效的厭氧反應(yīng)過(guò)程在進(jìn)行，因此在傳統(tǒng)消化池中只有部分容積有效；傳統(tǒng)消化池的最大特點(diǎn)就是消化反應(yīng)速率很低，HRT很長(zhǎng)，一般為30~90天。

厭氧消化池

高速消化池

與傳統(tǒng)消化池不同的是，在高速消化池中設(shè)有加熱或攪拌裝置，因此縮短了有機(jī)物穩(wěn)定所需的時(shí)間，也提高了沼氣產(chǎn)量，在中溫（30~35C）條件下，其HRT可以為15天左右，運(yùn)行效果穩(wěn)定；但攪拌使高速消化池內(nèi)的污泥得不到濃縮，上清液與熟污泥不易分離。

厭氧消化池

兩級(jí)串聯(lián)消化池兩級(jí)串聯(lián)，第一級(jí)采用高速消化池，第二級(jí)則采用不設(shè)攪拌和加熱的傳統(tǒng)消化池，主要起沉淀濃縮和貯存熟污泥的作用，并分離和排出上清液；二者的HRT的比值可采用1:1~1：4，一般為1:2。

厭氧消化池消化池的構(gòu)造消化池一般由池頂、池底和池體三部分組成消化池的池頂有兩種形式，即固定蓋和浮動(dòng)蓋，池頂一般還兼做集氣罩，可以收集消化過(guò)程中所產(chǎn)生的沼氣；消化池的池底一般為倒圓錐形，有利于排放熟污泥。

厭氧消化池消化池內(nèi)的攪拌：在高速消化池內(nèi)均設(shè)有攪拌裝置，可以分為機(jī)械攪拌和沼氣攪拌兩種形式。其中的機(jī)械攪拌又分為：①泵攪拌：從池底抽出消化污泥，用泵加壓后送至浮渣層表面或其它部位，進(jìn)行循環(huán)攪拌，一般與進(jìn)料和池外加熱合并一起進(jìn)行；②螺旋漿攪拌：在一個(gè)豎向?qū)Я鞴苤邪惭b螺旋槳；③水射器攪拌：利用污泥泵從消化池中抽取污泥后通過(guò)水射器噴射進(jìn)入消化池，可以起到循環(huán)攪拌的作用。4.沼氣攪拌又可以分為：①氣提式攪拌；②豎管式攪拌；③氣體擴(kuò)散式攪拌。

厭氧消化池消化池內(nèi)的加熱：在高速消化池內(nèi)一般需要將反應(yīng)溫度控制在中溫范圍內(nèi)，即約為35C左右，因此必須考慮對(duì)進(jìn)入消化池的污泥或直接在消化池內(nèi)部進(jìn)行加熱。消化池內(nèi)的加熱方式主要有：①池內(nèi)蒸汽直接加熱，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，但容易造成局部污泥過(guò)熱，會(huì)影響厭氧微生物的正?；顒?dòng)，而且蒸氣直接通入池內(nèi)會(huì)增加污泥的含水率；②池外加熱：將進(jìn)入消化池的污泥預(yù)熱后再投配到消化池中，所需預(yù)熱的污泥量較少，易于控制；預(yù)熱溫度較高，有利于殺滅蟲(chóng)卵；不會(huì)對(duì)厭氧微生物不利；但設(shè)備較復(fù)雜。

厭氧消化池消化池的結(jié)構(gòu)尺寸在確定了所需的消化池的有效容積后，就可計(jì)算消化池各部的結(jié)構(gòu)尺寸，其一般要求如下：①圓柱形池體的直徑一般為6~35m；②柱體高徑之比為1：2；③池總高與直徑之比為0.8~1.0；④池底坡度一般為0.08；⑤池頂部的集氣罩，高度和直徑相同，一般為2.0m；⑥池頂至少設(shè)兩個(gè)直徑為0.7m的人孔。

厭氧消化池消化池的工藝管道在消化池中還需要設(shè)置多種工藝管道，其中主要包括：①污泥管：進(jìn)泥管、出泥管、循環(huán)攪拌管；②上清液排放管；③溢流管；④沼氣管；⑤取樣管；等。

厭氧消化池沼氣的收集與利用污泥和高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行厭氧消化時(shí)均會(huì)產(chǎn)生大量沼氣；沼氣的熱值很高（一般為21000~25000kJ/m3，即5000~6000kCal/m3），是一種可利用的生物能源。

厭氧消化池污泥消化過(guò)程中沼氣產(chǎn)量的估算：沼氣成分：一般認(rèn)為CH4（甲烷）50~70%CO2(二氧化碳)20~30%，

H2（氫）2~5%，

N（氮）2~10%，微量H2S(硫化氫)等；

沼氣產(chǎn)率是指每處理單位體積的生污泥所產(chǎn)生的沼氣量，即m3沼氣/m3生污泥；產(chǎn)氣率與污泥的性質(zhì)、污泥投配率、污泥含水率、發(fā)酵溫度等有關(guān)；當(dāng)污泥來(lái)自城市污水處理廠(chǎng)，生污泥含水率為96%時(shí)：中溫消化，投配率為6~8%，產(chǎn)氣率可達(dá)10~12m3沼氣/m3生污泥；高溫消化，投配率為6~8%，產(chǎn)氣率可達(dá)22~26m3沼氣/m3生污泥；投配率為13~15%，產(chǎn)氣率可達(dá)13~15m3沼氣/m3生污泥

厭氧消化池沼氣的收集：在沼氣管道沿程上應(yīng)設(shè)置凝結(jié)水罐；注意安全；設(shè)置阻火器；為防止在冬季結(jié)冰引起堵塞，有時(shí)在沼氣管上還應(yīng)采取保溫措施。沼氣的貯存與利用：一般需要采用沼氣柜來(lái)調(diào)節(jié)產(chǎn)氣量與用氣量之間的平衡；調(diào)節(jié)容積一般為日平均產(chǎn)氣量的25~40%，即6~10h的產(chǎn)氣量；注意防腐、防火。

厭氧消化池厭氧消化技術(shù)發(fā)展上的第三個(gè)時(shí)期；1955年，提出了厭氧接觸法，主要是在參考好氧活性污泥法的基礎(chǔ)上，在高速消化池之后增設(shè)二沉池和污泥回流系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于有機(jī)廢水的處理；處理能力提高，應(yīng)用于食品包裝廢水的處理；標(biāo)志著厭氧技術(shù)應(yīng)用于有機(jī)廢水處理的開(kāi)端。

厭氧生物濾池隨后又相繼出現(xiàn)了厭氧生物濾池、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器UASB、厭氧附著膜膨脹床反應(yīng)器AAFEB、厭氧流化床AFB等高效厭氧反應(yīng)器，在這些厭氧反應(yīng)器中，主要具有如下特點(diǎn)：微生物不呈懸浮生長(zhǎng)狀態(tài)，而是呈附著生長(zhǎng)；有機(jī)容積負(fù)荷大大提高，水力停留時(shí)間顯著縮短；首先應(yīng)用于高濃度有機(jī)工業(yè)廢水的處理，如食品工業(yè)廢水、酒精工業(yè)廢水、發(fā)酵工業(yè)廢水、造紙廢水、制藥工業(yè)廢水、屠宰廢水等；也有應(yīng)用于城市廢水的處理；如果與好氧生物處理工藝進(jìn)行串聯(lián)或組合，還可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫氮和除磷；并對(duì)含有難降解有機(jī)物的工業(yè)廢水具有較好的處理效果。厭氧接觸法與普通厭氧消化池相比，厭氧接觸法的特點(diǎn)有：①污泥濃度高，一般為5~10gVSS/l，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；②有機(jī)容積負(fù)荷高，中溫時(shí)，COD負(fù)荷1~6kgCOD/m3.d，去除率為70~80%；

BOD負(fù)荷0.5~2.5kgBOD/m3.d，去除率80~90%；③出水水質(zhì)較好；④增加了沉淀池、污泥回流系統(tǒng)、真空脫氣設(shè)備，流程較復(fù)雜；⑤適合于處理懸浮物和有機(jī)物濃度均很高的廢水。厭氧接觸法在厭氧接觸法工藝中，最大的問(wèn)題是污泥的沉淀，因?yàn)閰捬跷勰嗌弦话憧偸歉街行〉臍馀?，且由于污泥在二沉池中還具有活性，還會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生沼氣，有可能導(dǎo)致已下沉的污泥上浮。因此，必須采用有效的改進(jìn)措施，主要有以下兩種，①真空脫氣設(shè)備（真空度為500mmH2O）；②增加熱交換器，使污泥驟冷，暫時(shí)抑制厭氧污泥的活性。

厭氧生物濾池工藝特征與主要型式

60年代末，美國(guó)首先開(kāi)發(fā)出厭氧生物濾池；1972年以后，一批生產(chǎn)規(guī)模的厭氧生物濾池投入運(yùn)行，它們所處理的廢水的COD濃度范圍較寬，約在300~85000mg/L之間，處理效果良好，運(yùn)行管理方便；與好氧生物濾池相似，厭氧生物濾池是裝填有濾料的厭氧生物反應(yīng)器，在濾料的表面形成了以生物膜形態(tài)生長(zhǎng)的微生物群體，在濾料的空隙中則截留了大量懸浮生長(zhǎng)的厭氧微生物，廢水通過(guò)濾料層向上流動(dòng)或向下流動(dòng)時(shí)，廢水中的有機(jī)物被截留、吸附及分解轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳等。厭氧生物濾池根據(jù)廢水在厭氧生物濾池中的流向的不同，可分為:升流式厭氧生物濾池、降流式厭氧生物濾池升流式混合型厭氧生物濾池等三種形式

厭氧生物濾池從工藝運(yùn)行的角度，厭氧生物濾池具有以下特點(diǎn)：①厭氧生物濾池中的厭氧生物膜的厚度約為1~4mm；②與好氧生物濾池一樣，其生物固體濃度沿濾料層高度而有變化；③降流式較升流式厭氧生物濾池中的生物固體濃度的分布更均勻；④厭氧生物濾池適合于處理多種類(lèi)型、濃度的有機(jī)廢水，其有機(jī)負(fù)荷為0.2~16kgCOD/m3.d；⑤當(dāng)進(jìn)水COD濃度過(guò)高(>8000或12000mg/l)時(shí)，應(yīng)采用出水回流的措施：減少堿度的要求；降低進(jìn)水COD濃度；增大進(jìn)水流量，改善進(jìn)水分布條件。厭氧生物濾池與傳統(tǒng)的厭氧生物處理工藝相比，厭氧濾池的突出優(yōu)點(diǎn)是：①生物固體濃度高，有機(jī)負(fù)荷高；②SRT長(zhǎng)，可縮短HRT，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；③啟動(dòng)時(shí)間較短，停止運(yùn)行后的再啟動(dòng)也較容易；④無(wú)需回流污泥，運(yùn)行管理方便；⑤運(yùn)行穩(wěn)定性較好。而主要缺點(diǎn)是易堵塞，會(huì)給運(yùn)行造成困難。厭氧生物濾池厭氧生物濾池的組成厭氧生物濾池主要由以下幾個(gè)重要部分組成的，即：濾料、布水系統(tǒng)、沼氣收集系統(tǒng)。分述如下：1)濾料：濾料是厭氧生物濾池的主體，其主要作用是提供微生物附著生長(zhǎng)的表面及懸浮生長(zhǎng)的空間，因此，應(yīng)具備下列條件：①比表面積大，以利于增加厭氧生物濾池中的生物量；②孔隙率高，以截留并保持大量懸浮微生物，同時(shí)也可防止堵塞；③表面粗糙度較大，以利于厭氧細(xì)菌附著生長(zhǎng)；④其它方面，如：機(jī)械強(qiáng)度高；化學(xué)和生物學(xué)穩(wěn)定性好；質(zhì)量輕；價(jià)格低廉；等。厭氧生物濾池很多研究者對(duì)多種不同的濾料進(jìn)行過(guò)研究，但所得出的結(jié)論也不盡相同，如有人認(rèn)為濾料的孔隙率更重要，即他們認(rèn)為厭氧生物濾池中是懸浮細(xì)菌所起的作用更大；也有人認(rèn)為濾料最重要的特性是：粗糙度、孔隙率以及孔隙大小。厭氧生物濾池在厭氧濾池中經(jīng)常使用的濾料由多種，可以簡(jiǎn)單分為如下幾種：①實(shí)心塊狀濾料：30~45mm的碎塊；比表面積和孔隙率都較小，分別為40~50m2/m3和50~60%；這樣的厭氧生物濾池中的生物濃度較低，有機(jī)負(fù)荷也低，僅為3~6kgCOD/m3.d易發(fā)生局部堵塞，產(chǎn)生短流。②空心塊狀濾料：多用塑料制成，呈圓柱形或球形，內(nèi)部有不同形狀和大小的孔隙；比表面積和孔隙率都較大。③管流型濾料：包括塑料波紋板和蜂窩填料等；比表面積為100~200m2/m3，孔隙率可達(dá)80~90%；有機(jī)負(fù)荷可達(dá)5~15kgCOD/m3.d。④交叉流型濾料：⑤纖維濾料：包括軟性尼龍纖維濾料、半軟性聚乙烯、聚丙烯濾料、彈性聚苯乙烯填料；比表面積和孔隙率都較大；偶有纖維結(jié)團(tuán)現(xiàn)象；價(jià)格較低，應(yīng)用普遍。厭氧生物濾布水系統(tǒng)：在厭氧生物濾池中布水系統(tǒng)的作用是將進(jìn)水均勻分配于全池，因此在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)特別注意孔口的大小和流速。與好氧生物濾池不同的是，因?yàn)樾枰占a(chǎn)生的沼氣，厭氧生物濾池多是封閉式的，即其內(nèi)部的水位應(yīng)高于濾料層，將濾料層完全淹沒(méi)。其中升流式厭氧生物濾池的布水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在濾池底部，這種形式在實(shí)際應(yīng)用中較為廣泛，一般濾池的直徑為6~26m，高為3~13m；而降流式厭氧生物濾池的水流方向正好與之相反；升流式混合型厭氧生物濾池的特點(diǎn)是減小了濾料層的厚度，留出了一定空間，以便懸浮狀態(tài)的顆粒污泥在其中生長(zhǎng)和累積。厭氧生物濾池3)沼氣收集系統(tǒng)：厭氧生物濾池的沼氣收集系統(tǒng)基本與厭氧消化池的類(lèi)似。升流式厭氧污泥層(床)(UASB)UASB反應(yīng)器中文為上（升）流式厭氧污泥床（層）反應(yīng)器，是由荷蘭農(nóng)業(yè)大學(xué)的教授于上世紀(jì)70年代初開(kāi)發(fā)出來(lái)的。

1、UASB反應(yīng)器的基本原理與特征

UASB反應(yīng)器的工作原理可用下圖表示：升流式厭氧污泥層(床)(UASB)UASB反應(yīng)器具有如下的主要工藝特征：①在反應(yīng)器的上部設(shè)置了氣、固、液三相分離器；②在反應(yīng)器底部設(shè)置了均勻布水系統(tǒng)；③反應(yīng)器內(nèi)的污泥能形成顆粒污泥，所謂的顆粒污泥的特點(diǎn)是：直徑為0.1~0.5cm，濕比重為1.04~1.08；具有良好的沉降性能和很高的產(chǎn)甲烷活性。升流式厭氧污泥層(床)(UASB)上述工藝特征使得UASB反應(yīng)器與前面已經(jīng)述及的兩種厭氧工藝——厭氧接觸法以及厭氧生物濾池相比，具有如下的主要特點(diǎn)：①污泥的顆?；狗磻?yīng)器內(nèi)的平均濃度50gVSS/l以上，污泥齡一般為30天以上；②反應(yīng)器的水力停留時(shí)間相應(yīng)較短；③反應(yīng)器具有很高的容積負(fù)荷；④不僅適合于處理高、中濃度的有機(jī)工業(yè)廢水，也適合于處理低濃度的城市污水；⑤UASB反應(yīng)器集生物反應(yīng)和沉淀分離于一體，結(jié)構(gòu)緊湊；⑥無(wú)需設(shè)置填料，節(jié)省了費(fèi)用，提高了容積利用率；⑦一般也無(wú)需設(shè)置攪拌設(shè)備，上升水流和沼氣產(chǎn)生的上升氣流起到攪拌的作用；⑧構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作運(yùn)行方便。升流式厭氧污泥層(床)(UASB)

UASB反應(yīng)器的主要組成部分包括：進(jìn)水配水系統(tǒng)、反應(yīng)區(qū)、三相分離器、出水系統(tǒng)、氣室、浮渣收集系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)等，下面將分別敘述：1)進(jìn)水配水系統(tǒng)：其功能主要有兩個(gè)方面：①將廢水均勻地分配到整個(gè)反應(yīng)器的底部；②水力攪拌；一個(gè)有效的進(jìn)水配水系統(tǒng)是保證UASB反應(yīng)器高效運(yùn)行的關(guān)鍵之一。2)反應(yīng)區(qū)：反應(yīng)區(qū)是UASB反應(yīng)器中生化反應(yīng)發(fā)生的主要場(chǎng)所，又分為污泥床區(qū)和污泥懸浮區(qū)，其中的污泥床區(qū)主要集中了大部分高活性的顆粒污泥，是有機(jī)物的主要降解場(chǎng)所；而污泥懸浮區(qū)則是絮狀污泥集中的區(qū)域。升流式厭氧污泥層(床)(UASB)3)三相分離器：三相分離器由沉淀區(qū)、回流縫和氣封等組成；其主要功能有：①將氣體(沼氣)、固體(污泥)、和液體(出水)分開(kāi)；②保證出水水質(zhì)；③保證反應(yīng)器內(nèi)污泥量；④有利于污泥顆?；?。4)出水系統(tǒng)：出水系統(tǒng)的主要作用是將經(jīng)過(guò)沉淀區(qū)后的出水均勻收集，并排出反應(yīng)器。5)氣室：氣室也稱(chēng)集氣罩，其主要作用是收集沼氣。6)浮渣收集系統(tǒng)：浮渣收集系統(tǒng)的主要功能是清除沉淀區(qū)液面和氣室液面的浮渣。7)排泥系統(tǒng)：排泥系統(tǒng)的主要功能是均勻地排除反應(yīng)器內(nèi)的剩余污泥。升流式厭氧污泥層(床)(UASB)UASB反應(yīng)器的型式一般來(lái)說(shuō)，UASB反應(yīng)器主要有兩種型式，即開(kāi)敞式UASB反應(yīng)器和封閉式UASB反應(yīng)器，分述如下。1)開(kāi)敞式UASB反應(yīng)器開(kāi)敞式UASB反應(yīng)器的頂部不加密封，或僅加一層不太密封的蓋板；多用于處理中低濃度的有機(jī)廢水；其構(gòu)造較簡(jiǎn)單，易于施工安裝和維修。升流式厭氧污泥層(床)(UASB)2)封閉式UASB反應(yīng)器封閉式UASB反應(yīng)器的頂部加蓋密封，這樣在UASB反應(yīng)器內(nèi)的液面與池頂之間形成氣室；主要適用于高濃度有機(jī)廢水的處理；這種形式實(shí)際上與傳統(tǒng)的厭氧消化池有一定的類(lèi)似，其池頂也可以做成浮動(dòng)蓋式。在實(shí)際工程中，UASB的斷面形狀一般可以做成圓形或矩形，一般來(lái)說(shuō)矩形斷面便于三相分離器的設(shè)計(jì)和施工；UASB反應(yīng)器的主體常為鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；UASB反應(yīng)器一般不在反應(yīng)器內(nèi)部直接加熱，而是將進(jìn)入反應(yīng)器的廢水預(yù)先加熱，而UASB反應(yīng)器本身多采用保溫措施。反應(yīng)器內(nèi)壁必須采取防腐措施，因?yàn)樵趨捬醴磻?yīng)過(guò)程中肯定會(huì)有較多的硫化氫或其它具有強(qiáng)腐蝕性的物質(zhì)產(chǎn)生。升流式厭氧污泥層(床)(UASB)UASB反應(yīng)器中的顆粒污泥1)顆粒污泥的性質(zhì)與形成能在反應(yīng)器內(nèi)形成沉降性能良好、活性高的顆粒污泥是UASB反應(yīng)器的重要特征，顆粒污泥的形成與成熟，也是保證UASB反應(yīng)器高效穩(wěn)定運(yùn)行的前提，因此有許多研究者都對(duì)UASB反應(yīng)器中的顆粒污泥進(jìn)行多方面的研究，下面將分別進(jìn)行簡(jiǎn)單敘述。升流式厭氧污泥層(床)(UASB)①顆粒污泥的外觀：顆粒污泥的外觀實(shí)際上是多種多樣，有呈卵形、球形、絲形等；其平均直徑為1mm,一般為0.1~2mm,最大可達(dá)3~5mm；反應(yīng)區(qū)底部的顆粒污泥多以無(wú)機(jī)粒子作為核心，外包生物膜；顆粒的核心多為黑色，生物膜的表層則呈灰白色、淡黃色或暗綠色等；反應(yīng)區(qū)上部的顆粒污泥的揮發(fā)性相對(duì)較高；顆粒污泥質(zhì)軟，有一定的韌性和粘性。升流式厭氧污泥層(床)(UASB)②顆粒污泥的組成在顆粒污泥中主要包括：各類(lèi)微生物、無(wú)機(jī)礦物以及有機(jī)的胞外多聚物等，其VSS/SS一般為70~90%顆粒污泥的主體是各類(lèi)為微生物，包括水解發(fā)酵菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、和產(chǎn)甲烷菌，有時(shí)還會(huì)有硫酸鹽還原菌等，細(xì)菌總數(shù)為1~4×1012個(gè)/gVSS；常見(jiàn)的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)甲烷菌有：索氏甲烷絲菌、馬氏和巴氏甲烷八疊球菌等；一般顆粒污泥中C、H、N的比例為C約為40~50%、H約為7%、N約為10%；灰分含量因接種污泥的來(lái)源、處理水質(zhì)等的不同而有較大差距，一般灰分含量可達(dá)8.8~55%；灰分含量與顆粒的密度有很好的相關(guān)性，但與顆粒的強(qiáng)度的相關(guān)性不是很好；灰分中的FeS、Ca2+等對(duì)于顆粒污泥的穩(wěn)定性有著重要的作用，一般認(rèn)為在顆粒污泥中鐵的含量比例特別高。升流式厭氧污泥層(床)(UASB)胞外多聚物是另一重要組成，在顆粒污泥的表面和內(nèi)部，一般可見(jiàn)透明發(fā)亮的粘液狀物質(zhì)，主要是聚多糖、蛋白質(zhì)和糖醛酸等；含量差異很大，以胞外聚多糖為例，少的占顆粒干重的1~2%，多的占20~30%；有人認(rèn)為胞外多聚物對(duì)于顆粒污泥的形成有重要作用，但現(xiàn)在仍有較大爭(zhēng)議；但至少可以認(rèn)為其存在有利于保持顆粒污泥的穩(wěn)定性。升流式厭氧污泥層(床)(UASB)2)顆粒污泥的類(lèi)型有人將顆粒污泥分為以下三種類(lèi)型，即：A型、B型、C型，分述如下：①A型顆粒污泥：這種顆粒污泥中的產(chǎn)甲烷細(xì)菌以巴氏甲烷八疊球菌為主體，外層常有絲狀產(chǎn)甲烷桿菌纏繞；比較密實(shí)，粒徑很小，約為0.1~0.1mm。②B型顆粒污泥：B型顆粒污泥則以絲狀產(chǎn)甲烷桿菌為主體，也稱(chēng)桿菌顆粒；表面規(guī)則，外層繞著各種形態(tài)的產(chǎn)甲烷桿菌的絲狀體；在各種UASB反應(yīng)器中的出現(xiàn)頻率極高；密度為1.033~1.054g/cm3，粒徑約為1~3mm。升流式厭氧污泥層(床)(UASB)③C型顆粒污泥：C型顆粒污泥由疏松的纖絲狀細(xì)菌繞粘連在惰性微粒上所形成的球狀團(tuán)粒，也稱(chēng)絲菌顆粒；C型顆粒污泥大而重，粒徑一般為1~5mm，比重為1.01~1.05，沉降速度一般為5~10mm/s。研究表明，不同類(lèi)型顆粒污泥的形成與廢水中化學(xué)物質(zhì)（營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)和無(wú)機(jī)物）以及反應(yīng)器的工藝條件（水力表面負(fù)荷和產(chǎn)氣強(qiáng)度）等的不同有關(guān)；當(dāng)反應(yīng)器中乙酸濃度高時(shí)，易形成A型顆粒污泥；當(dāng)反應(yīng)器中的乙酸濃度降低后，A型顆粒污泥將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)锽型顆粒污泥；當(dāng)存在適量的懸浮固體時(shí)，易形成C型顆粒污泥。升流式厭氧污泥層(床)(UASB)3)顆粒污泥的生物活性通過(guò)多種研究手段對(duì)多種顆粒污泥的研究都表明，顆粒污泥中的細(xì)菌是成層分布的，即外層中占優(yōu)勢(shì)的細(xì)菌是水解發(fā)酵菌，而