第第6章章 污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理 The Anaerobic Processes1 1 概述概述 2 2 厌氧法的基本原理厌氧法的基本原理 3 3 厌氧法的工艺和设备厌氧法的工艺和设备 污水厌氧生物处理的发展过程污水厌氧生物处理的发展过程早期发展早期发展 18811950年年 处理法最早用于处理城市污水处理厂的沉淀污泥，处理法最早用于处理城市污水处理厂的沉淀污泥，后来用于处理高浓度有机废水。普通厌氧生物处理法后来用于处理高浓度有机废水。普通厌氧生物处理法的主要缺点是水力停留时间长，一般需要的主要缺点是水力停留时间长，一般需要2030d。 1概述概述第二代厌氧反应器第二代厌氧反应器第二代厌氧反应器第二代厌氧反应器 进入上世纪进入上世纪50、60年代，特别是年代，特别是70年代的中后期，随着世界范围的能源年代的中后期，随着世界范围的能源危机的加剧，人们对利用厌氧消化过程处理有机废水的研究得以强化，危机的加剧，人们对利用厌氧消化过程处理有机废水的研究得以强化，相继出现了一批被称为现代高速厌氧消化反应器的处理工艺，从此厌氧相继出现了一批被称为现代高速厌氧消化反应器的处理工艺，从此厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理，真正成为一种可以与好氧生物消化工艺开始大规模地应用于废水处理，真正成为一种可以与好氧生物处理工艺相提并论的废水生物处理工艺。这些被称为现代高速厌氧消化处理工艺相提并论的废水生物处理工艺。这些被称为现代高速厌氧消化反应器的厌氧生物处理工艺又被统一称为反应器的厌氧生物处理工艺又被统一称为“第二代厌氧生物反应器第二代厌氧生物反应器”，它们的主要特点有：它们的主要特点有：HRT大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率大大大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率大大提高。主要包括：厌氧接触法、厌氧滤池（提高。主要包括：厌氧接触法、厌氧滤池（AF）、上流式厌氧污泥床）、上流式厌氧污泥床（UASB）反应器、厌氧流化床（）反应器、厌氧流化床（AFB）、厌氧生物转盘（）、厌氧生物转盘（ARBC）和）和挡板式厌氧反应器等。挡板式厌氧反应器等。 HRT与与SRT分离，分离，SRT相对很长，相对很长，HRT则可以较则可以较短，反应器内生物量很高。短，反应器内生物量很高。 第三代厌氧反应器第三代厌氧反应器第三代厌氧反应器第三代厌氧反应器 进入进入20世纪世纪90年代以后，随着以颗粒污泥为主要特点的年代以后，随着以颗粒污泥为主要特点的UASB反应器的反应器的广泛应用，在其基础上又发展起来了同样以颗粒污泥为根本的颗粒污泥广泛应用，在其基础上又发展起来了同样以颗粒污泥为根本的颗粒污泥膨胀床（膨胀床（EGSB）反应器和厌氧内循环（）反应器和厌氧内循环（IC）反应器。其中）反应器。其中EGSB反应反应器利用外加的出水循环可以使反应器内部形成很高的上升流速，提高反器利用外加的出水循环可以使反应器内部形成很高的上升流速，提高反应器内的基质与微生物之间的接触和反应，可以在较低温度下处理较低应器内的基质与微生物之间的接触和反应，可以在较低温度下处理较低浓度的有机废水，如城市废水等；而浓度的有机废水，如城市废水等；而IC反应器则主要应用于处理高浓度反应器则主要应用于处理高浓度有机废水，依靠厌氧生物过程本身所产生的大量沼气形成内部混合液的有机废水，依靠厌氧生物过程本身所产生的大量沼气形成内部混合液的充分循环与混合，可以达到更高的有机负荷。这些反应器又被统一称为充分循环与混合，可以达到更高的有机负荷。这些反应器又被统一称为“第三代厌氧生物反应器第三代厌氧生物反应器”。厌氧生化法的优点：厌氧生化法的优点：（1 1）应用范用范围广广 因供氧限制，好氧法一般适用于中、低浓因供氧限制，好氧法一般适用于中、低浓度有机废水的处理，而厌氧法适用于中、高浓度有机废水的处理，而厌氧法适用于中、高浓度有机废水。度有机废水。 有些有机物对好氧生物处理法来说是难降有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的，但对厌氧生物处理是可降解的，如固体解的，但对厌氧生物处理是可降解的，如固体有机物、着色剂和某些偶氮染料等。有机物、着色剂和某些偶氮染料等。 (2)能耗低能耗低 好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，而且产生的沼气可作为能源。而且产生的沼气可作为能源。而且产生的沼气可作为能源。而且产生的沼气可作为能源。 废废水有机物达一定水有机物达一定水有机物达一定水有机物达一定浓浓度后，沼气能量可以抵度后，沼气能量可以抵度后，沼气能量可以抵度后，沼气能量可以抵偿偿消耗能量。研究表明，当原水消耗能量。研究表明，当原水消耗能量。研究表明，当原水消耗能量。研究表明，当原水BODBOD5 5达到达到达到达到15001500mg/Lmg/L时时，采用采用采用采用厌厌氧氧氧氧处处理即有能量剩余。有机物理即有能量剩余。有机物理即有能量剩余。有机物理即有能量剩余。有机物浓浓度愈高，剩度愈高，剩度愈高，剩度愈高，剩余能量愈多。余能量愈多。余能量愈多。余能量愈多。 一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的法的法的法的1/101/10。n沼气中的主要成分是甲烷，含量沼气中的主要成分是甲烷，含量5075%之间，之间，是一种很好的燃料。是一种很好的燃料。以日排以日排COD10t的工厂为例，的工厂为例，若若COD去除率为去除率为80%，甲烷产量为理论的，甲烷产量为理论的80%时，则可日产甲烷时，则可日产甲烷2240m3,其热值相当于其热值相当于3.85t原原煤，可发电煤，可发电5400度电。度电。（3 3）氮、磷）氮、磷）氮、磷）氮、磷营营养需要量养需要量养需要量养需要量较较少少少少 好氧法一般要求好氧法一般要求好氧法一般要求好氧法一般要求BOD:N:PBOD:N:P为为为为l00:5:1l00:5:1，而厌氧法而厌氧法而厌氧法而厌氧法的的的的BOD:N:PBOD:N:P为为为为l00:2.5:0.5l00:2.5:0.5，对氮、磷缺乏的工业废对氮、磷缺乏的工业废对氮、磷缺乏的工业废对氮、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较少。水所需投加的营养盐量较少。水所需投加的营养盐量较少。水所需投加的营养盐量较少。 （4 4）有）有）有）有杀杀菌作用菌作用菌作用菌作用 厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。 （5 5）污污泥易泥易泥易泥易贮贮存存存存 厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以季节性或间歇性运转季节性或间歇性运转季节性或间歇性运转季节性或间歇性运转。厌氧生物氧生物处理法缺点理法缺点: :（1 1）厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备长；动和处理所需时间比好氧设备长；（2 2）出水往往达不到排放标准，需要进一步出水往往达不到排放标准，需要进一步处理，故一般在厌氧处理后串联好氧处理；处理，故一般在厌氧处理后串联好氧处理； （3 3）厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。 （4 4）厌氧过程会产生气味对空气有污染。厌氧过程会产生气味对空气有污染。 2 2 厌氧法的基本原理厌氧法的基本原理 废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过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厌氧微生物厌氧微生物厌氧微生物( (anaerobic microbes)(anaerobic microbes)(包括兼氧微生物）包括兼氧微生物）包括兼氧微生物）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的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷烷烷烷( (methane)methane)和二氧化碳和二氧化碳和二氧化碳和二氧化碳( (carbon dioxide)carbon dioxide)等物质的等物质的等物质的等物质的过程，也称为厌氧消化过程，也称为厌氧消化过程，也称为厌氧消化过程，也称为厌氧消化( (anaerobic digestion) anaerobic digestion) 。 与好氧过程的根本区别在于不以分子态与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。厌氧生物处理是一个复杂的等作为受氢体。厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即即水解产酸细菌水解产酸细菌(fermentative bacteria)、产氢产乙酸细菌产氢产乙酸细菌(acetogenic bacteria)和和产产甲烷细菌甲烷细菌(methanogenic bacteria)的联合作的联合作用完成用完成。1.水解阶段：碳水化合物（脂肪、蛋白质）在水解阶段：碳水化合物（脂肪、蛋白质）在水解发酵菌水解发酵菌作用下转化作用下转化 为糖类、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳；为糖类、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳；2.产酸产乙酸阶段：脂肪酸在产酸产乙酸阶段：脂肪酸在产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌作用下转化成作用下转化成H2、CO2、乙酸、乙酸 CH3CH2COOHCO2+CH3COOH+H23.产甲烷阶段：最后两组生理不同的产甲烷阶段：最后两组生理不同的产甲烷菌产甲烷菌，有共同的产物，有共同的产物 4H2+CO2CH4+2H2O （1/3）CO2还原还原 2CH3COOH2CH4+2CO2 （2/3）乙酸脱羧）乙酸脱羧 复杂有机物复杂有机物较高级有机酸较高级有机酸H2乙酸乙酸CH44%76%24%52%28%72%生成甲烷生成甲烷生成乙酸与脱氢生成乙酸与脱氢水解与发酵水解与发酵20%3 3 厌氧法的工艺和设备厌氧法的工艺和设备 按微生物生长状态分为按微生物生长状态分为按微生物生长状态分为按微生物生长状态分为厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法( (anaerobic activated sludge)anaerobic activated sludge)和和和和厌氧生物膜法厌氧生物膜法厌氧生物膜法厌氧生物膜法( (anaerobic slime)anaerobic slime)； 按投料、出料及运行方式分为按投料、出料及运行方式分为按投料、出料及运行方式分为按投料、出料及运行方式分为分批式分批式分批式分批式( (batch)batch)、连续式连续式连续式连续式( (continuous)continuous)和和和和半连续式半连续式半连续式半连续式( (semi-continuous)semi-continuous)； 根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为一步厌氧消化一步厌氧消化一步厌氧消化一步厌氧消化( (one stage digestion)one stage digestion)与与与与两步厌氧消化两步厌氧消化两步厌氧消化两步厌氧消化( (two stage digestion)two stage digestion)等等等等 厌氧活性污泥法包括厌氧活性污泥法包括厌氧活性污泥法包括厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触工普通消化池、厌氧接触工普通消化池、厌氧接触工普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器艺、上流式厌氧污泥床反应器艺、上流式厌氧污泥床反应器艺、上流式厌氧污泥床反应器等。等。等。等。厌氧活性污泥处理的工艺流程v其中厌氧活性污泥反应器是工艺中的核心其中厌氧活性污泥反应器是工艺中的核心废废水水调节池调节池热热交交换换器器37厌氧活性厌氧活性污泥反应器污泥反应器气柜气柜沉淀池沉淀池出出水水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥3 3 3 31 1 1 1普通厌氧消化池普通厌氧消化池普通厌氧消化池普通厌氧消化池 普通消化池又称传统或常规消化池普通消化池又称传统或常规消化池普通消化池又称传统或常规消化池普通消化池又称传统或常规消化池( ( ( (conventional digester) conventional digester) conventional digester) conventional digester) 消化池常用密闭的圆柱形池或卵形池，废水定期或连续进入池中，消化池常用密闭的圆柱形池或卵形池，废水定期或连续进入池中，消化池常用密闭的圆柱形池或卵形池，废水定期或连续进入池中，消化池常用密闭的圆柱形池或卵形池，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，池底呈圆锥形，以利排泥。出。池径从几米至三、四十米，池底呈圆锥形，以利排泥。出。池径从几米至三、四十米，池底呈圆锥形，以利排泥。出。池径从几米至三、四十米，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：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：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：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：( ( ( (a)a)a)a)池内机械搅拌；池内机械搅拌；池内机械搅拌；池内机械搅拌；( ( ( (b)b)b)b)沼气搅拌；沼气搅拌；沼气搅拌；沼气搅拌；( ( ( (c)c)c)c)循环消化液搅拌。循环消化液搅拌。循环消化液搅拌。循环消化液搅拌。v高温高温厌氧消化需要加温，常用加氧消化需要加温，常用加热方式有三种方式有三种: v(a)废水在消化池外先水在消化池外先经热交交换器器预热到到规定温定温度再度再进入消化池；入消化池； v(b)热蒸汽直接在消化器内加蒸汽直接在消化器内加热； v(c)在消化池内部安装在消化池内部安装热交交换管。管。普通消化池的特点是普通消化池的特点是:v可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。的料液。 v厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较简单。结构较简单。 v缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，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。消化器中难以保持大量的微生物细胞。 v对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象对无搅拌的消化器，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。严重，微生物不能与料液均匀接触的问题。 v温度不均匀，消化效率低。温度不均匀，消化效率低。化粪池化粪池 化粪池用于处理来自厕所的粪便污水。广泛化粪池用于处理来自厕所的粪便污水。广泛化粪池用于处理来自厕所的粪便污水。广泛化粪池用于处理来自厕所的粪便污水。广泛用于不设污水厂的合流制排水系统。例如，郊区的用于不设污水厂的合流制排水系统。例如，郊区的用于不设污水厂的合流制排水系统。例如，郊区的用于不设污水厂的合流制排水系统。例如，郊区的别墅式建筑。别墅式建筑。别墅式建筑。别墅式建筑。 下图是化粪池的一种构造方式。下图是化粪池的一种构造方式。下图是化粪池的一种构造方式。下图是化粪池的一种构造方式。32厌氧滤池厌氧滤池 厌氧滤池（厌氧滤池（anaerobic filteranaerobic filter又称又称厌氧固厌氧固定膜定膜反应器，是反应器，是6060年代末开发的新型高效厌氧年代末开发的新型高效厌氧处理装置。处理装置。 滤池呈圆柱形，池内装放填料，滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。池底和池顶密封。 厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废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，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。沼气从池顶部排出。vv废水从池底进入，从池上部排出，称废水从池底进入，从池上部排出，称废水从池底进入，从池上部排出，称废水从池底进入，从池上部排出，称升流式厌升流式厌升流式厌升流式厌氧滤池氧滤池氧滤池氧滤池； vv废水从池上部进入，以降流的形式流过填料层，废水从池上部进入，以降流的形式流过填料层，废水从池上部进入，以降流的形式流过填料层，废水从池上部进入，以降流的形式流过填料层，从池底部排出，称从池底部排出，称从池底部排出，称从池底部排出，称降流式厌氧滤池降流式厌氧滤池降流式厌氧滤池降流式厌氧滤池。 填料可采用填料可采用填料可采用填料可采用拳状石质滤料，拳状石质滤料，拳状石质滤料，拳状石质滤料，如碎石、卵石如碎石、卵石如碎石、卵石如碎石、卵石等，也可使用等，也可使用等，也可使用等，也可使用塑料填料。塑料填料。塑料填料。塑料填料。厌氧生物氧生物滤池的特点及改池的特点及改进：v在厌氧生物滤池中，厌氧微生物大部分在厌氧生物滤池中，厌氧微生物大部分存在于生物膜中，少部分以厌氧活性污存在于生物膜中，少部分以厌氧活性污泥的形式存在于滤料的孔隙中。泥的形式存在于滤料的孔隙中。 v厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均匀的，在池进水部位高，相应的有机物匀的，在池进水部位高，相应的有机物去除速度快。去除速度快。 v当废水中有机物浓度高时，特别是进水当废水中有机物浓度高时，特别是进水悬浮固体浓度和颗粒较大时，进水部位悬浮固体浓度和颗粒较大时，进水部位容易发生堵塞现象容易发生堵塞现象。v对厌氧生物滤池采取如下改进：对厌氧生物滤池采取如下改进： （a a）出水回流；出水回流； （b b）部分充填载体；部分充填载体； （c c）采用软性填料。采用软性填料。 v厌氧生物滤池的特点是：厌氧生物滤池的特点是： （a a）由由于于填填料料为为微微生生物物附附着着生生长长提提供供了了较较大大的的表表面面积积，滤滤池池中中的的微微生生物物量量较较高高，又又因因生生物物膜膜停停留留时时间间长长，平平均均停停留留时时间间长长达达100100天天左左右右，因因而而可可承承受受的的有有机机容容积积负负 荷荷 高高 ， CODCOD容容 积积 负负 荷荷 为为 2-16 2-16 kgCOD/(mkgCOD/(m3 3d)d)，且耐冲击负荷能力强；且耐冲击负荷能力强；（b b）废水与生物膜两相接触面大，强化了传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质过程，因而有机物去除速度快（c c）微生物固着生长为主，不易流失，因此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；不需污泥回流和搅拌设备； （d d）启动或停止运行后再启动比前述厌氧工启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短。艺法时间短。 （e e）处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发处理含悬浮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。也还没有简单有效的方法。主要缺点：主要缺点： 滤料费用较贵滤料费用较贵 滤料容易堵塞滤料容易堵塞主要优点：主要优点： 处理能力较高处理能力较高 滤池内可以保持很高的微生物浓度滤池内可以保持很高的微生物浓度 不需另设泥水分离设备、出水不需另设泥水分离设备、出水SS较较 低低 设备简单、操作方便设备简单、操作方便3 33 3 厌氧接触法厌氧接触法 在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了化池，形成了厌氧接触法（厌氧接触法（anaerobic contact process)。厌厌厌厌氧氧氧氧接接接接触触触触法法法法工工工工艺艺艺艺 厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法，厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法，不需要曝气而需要脱气。不需要曝气而需要脱气。 厌氧接触法对悬浮物高的有机废水厌氧接触法对悬浮物高的有机废水(如如肉类加工废水等肉类加工废水等)效果很好，悬浮颗粒成为效果很好，悬浮颗粒成为微生物的载体，并且很容易在沉淀池中沉微生物的载体，并且很容易在沉淀池中沉淀。淀。 在混合接触池中，要进行适当搅拌以在混合接触池中，要进行适当搅拌以使污泥保持悬浮状态。搅拌可以用机械方使污泥保持悬浮状态。搅拌可以用机械方法，也可以用泵循环池水。法，也可以用泵循环池水。厌氧接触法的特点氧接触法的特点: :（a a）通过污泥回流，保持消化池内污泥通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为浓度较高，一般为10-1510-15g/Lg/L，耐冲击能耐冲击能力强；力强； （b b）消消化化池池的的容容积积负负荷荷较较普普通通消消化化池池高高，中中温温消消化化时时，一一般般为为2 2- -l0kgCOD/ml0kgCOD/m3 3dd，水水力力停停留留时时间间比比普普通通消消化化池池大大大大缩缩短短，如如常常温温下下，普普通通消消化化池池为为15-3015-30天天，而而接触法小于接触法小于1010天；天；（c c）可以直接处理悬浮固体含量较高或可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，不存在堵塞问题；颗粒较大的料液，不存在堵塞问题； （d d）混合液经沉降后，出水水质好，混合液经沉降后，出水水质好， （e e）但需增加沉淀池、污泥回流和脱气但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备等设备 （f f）厌氧接触法存在厌氧接触法存在混合液难于在沉淀混合液难于在沉淀池中进行固液分离池中进行固液分离的缺点的缺点。几种脱气方法几种脱气方法:(a)真空脱气，由消化池排出的混合液经真空真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气器脱气器(真空度为真空度为0.005 MPa)，将污泥絮体将污泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉降性能；上的气泡除去，改善污泥的沉降性能； (b)热交换器急冷法，将从消化池排出的混合热交换器急冷法，将从消化池排出的混合液进行急速冷却。液进行急速冷却。 (c)絮凝沉降，向混合液中投加絮凝剂，使厌絮凝沉降，向混合液中投加絮凝剂，使厌氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降；氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降； (d)用超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效用超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效果果。3 34 4上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器UASBUASB3.4.1 概述概述3.4.2 基本特点（优点、缺点）基本特点（优点、缺点）3.4.3 UASB的构造和组成的构造和组成3.4.4 颗粒污泥颗粒污泥3.4.5 UASB的设计的设计 （1 1）容积）容积）容积）容积 （2 2）配水）配水）配水）配水 （3 3）排泥的设计）排泥的设计）排泥的设计）排泥的设计 （4 4）结构设计的要求）结构设计的要求）结构设计的要求）结构设计的要求 （5 5）三相分离器设计）三相分离器设计）三相分离器设计）三相分离器设计3.4.6 UASB的启动的启动vv上流式厌氧污泥床反应器（上流式厌氧污泥床反应器（upflow anaerobic sludge blanket reactor)，简称简称UASB反应器，是由荷兰的反应器，是由荷兰的G. Lettnga等人等人在在70年代初研制开发的。年代初研制开发的。vv污泥床反应器内没有人工载体，反应器内微污泥床反应器内没有人工载体，反应器内微生物以自身聚集生长，为颗粒污泥状态存在，生物以自身聚集生长，为颗粒污泥状态存在，因而能达到高生物量和高效高负荷。因而能达到高生物量和高效高负荷。3.4.1概述概述vv上流式上流式厌氧氧污泥床的池形有泥床的池形有圆形、方形、矩形、方形、矩形。小型装置常形。小型装置常为圆柱形，底部呈柱形，底部呈锥形或形或圆弧形。弧形。 vv大型装置大型装置为便于便于设置气、液、固三相分离器，置气、液、固三相分离器，则一般一般为矩形，高度一般矩形，高度一般为3-8m，其中其中污泥床泥床1-2m，污泥泥悬浮浮层2-4m，多用多用钢结构构或或钢筋混凝土筋混凝土结构。构。 UASBUASB反应器示意图反应器示意图3.4.2上流式厌氧污泥床反应器的上流式厌氧污泥床反应器的基本基本特点特点 优点：优点：优点：优点： 有机负荷居第二代反应器之首有机负荷居第二代反应器之首有机负荷居第二代反应器之首有机负荷居第二代反应器之首, , , ,水力负荷满足水力负荷满足水力负荷满足水力负荷满足要求要求要求要求; ; ; ;污泥颗粒化后使反应器对不利条件的抗性增污泥颗粒化后使反应器对不利条件的抗性增污泥颗粒化后使反应器对不利条件的抗性增污泥颗粒化后使反应器对不利条件的抗性增强强强强; ; ; ;在一定的水力负荷下，可以靠反应器内产生的在一定的水力负荷下，可以靠反应器内产生的在一定的水力负荷下，可以靠反应器内产生的在一定的水力负荷下，可以靠反应器内产生的气体来实现污泥与基质的充分接触。气体来实现污泥与基质的充分接触。气体来实现污泥与基质的充分接触。气体来实现污泥与基质的充分接触。 （a a a a）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为为为为30-4030-4030-4030-40g/Lg/Lg/Lg/L，其中底部污泥床其中底部污泥床其中底部污泥床其中底部污泥床( ( ( (sludge bed)sludge bed)sludge bed)sludge bed)污泥浓污泥浓污泥浓污泥浓度度度度60-8060-8060-8060-80g/Lg/Lg/Lg/L，污泥悬浮层污泥悬浮层污泥悬浮层污泥悬浮层( ( ( (sludge blanket)sludge blanket)sludge blanket)sludge blanket)污泥浓污泥浓污泥浓污泥浓度度度度5-75-75-75-7g/Lg/Lg/Lg/L； 污泥床中的污泥由活性生物量占污泥床中的污泥由活性生物量占污泥床中的污泥由活性生物量占污泥床中的污泥由活性生物量占70-8070-80的的的的颗粒污颗粒污颗粒污颗粒污泥泥泥泥( (sludge granules)sludge granules)组成，颗粒的直径一般在组成，颗粒的直径一般在组成，颗粒的直径一般在组成，颗粒的直径一般在0.5-0.5-5.05.0mmmm之间，颗粒污泥是之间，颗粒污泥是之间，颗粒污泥是之间，颗粒污泥是UASBUASB反应器的一个重要特征。反应器的一个重要特征。反应器的一个重要特征。反应器的一个重要特征。（b b）有机负荷高，有机负荷高，有机负荷高，有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，水力停留时间短，中温消化，水力停留时间短，中温消化，水力停留时间短，中温消化，CODCOD容积负荷在小试验和中型试验中可高达容积负荷在小试验和中型试验中可高达容积负荷在小试验和中型试验中可高达容积负荷在小试验和中型试验中可高达20-40kg COD/20-40kg COD/（mm3 3dd）在大型生产装置中可达到在大型生产装置中可达到在大型生产装置中可达到在大型生产装置中可达到 6-8kg 6-8kg COD/COD/（mm3 3dd）。（c c）反应器内设三相分离器反应器内设三相分离器反应器内设三相分离器反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自，被沉淀区分离的污泥能自，被沉淀区分离的污泥能自，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；动回流到反应区，一般无污泥回流设备；动回流到反应区，一般无污泥回流设备；动回流到反应区，一般无污泥回流设备；简化了工艺，简化了工艺，简化了工艺，简化了工艺，节约了投资和运行费用。节约了投资和运行费用。节约了投资和运行费用。节约了投资和运行费用。 （d d）无混合搅拌设备。无混合搅拌设备。无混合搅拌设备。无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产投产运行正常后，利用本身产投产运行正常后，利用本身产投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动；生的沼气和进水来搅动；生的沼气和进水来搅动；生的沼气和进水来搅动；（e e e e）污泥床内不填载体，污泥床内不填载体，污泥床内不填载体，污泥床内不填载体，提高了容积利用率，提高了容积利用率，提高了容积利用率，提高了容积利用率，节省造价及避节省造价及避节省造价及避节省造价及避免堵塞问题。免堵塞问题。免堵塞问题。免堵塞问题。缺点：缺点：（a a a a）大型装置内会有短流现象（要求配水装置性能要好）大型装置内会有短流现象（要求配水装置性能要好）大型装置内会有短流现象（要求配水装置性能要好）大型装置内会有短流现象（要求配水装置性能要好）（b b b b）进水进水进水进水SSSSSSSS要求要求要求要求200mg/L200mg/L200mg/L200mg/L，以免对污泥颗粒化不利或，以免对污泥颗粒化不利或，以免对污泥颗粒化不利或，以免对污泥颗粒化不利或减少减少减少减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞反应区的有效容积，甚至引起堵塞反应区的有效容积，甚至引起堵塞反应区的有效容积，甚至引起堵塞（c c c c）在没有颗粒污泥接种的情况下，启动时间长）在没有颗粒污泥接种的情况下，启动时间长）在没有颗粒污泥接种的情况下，启动时间长）在没有颗粒污泥接种的情况下，启动时间长（d d d d）对水质和负荷突然变化比较对水质和负荷突然变化比较对水质和负荷突然变化比较对水质和负荷突然变化比较敏感敏感敏感敏感（e e e e）要求水温高些，最好）要求水温高些，最好）要求水温高些，最好）要求水温高些，最好35353535左右。左右。左右。左右。 由图可见，由图可见，由图可见，由图可见，UASBUASB工作工作工作工作时，废水从反应器底部进入，时，废水从反应器底部进入，时，废水从反应器底部进入，时，废水从反应器底部进入，与污泥床层的高浓度颗粒污与污泥床层的高浓度颗粒污与污泥床层的高浓度颗粒污与污泥床层的高浓度颗粒污泥接触，污染物被分解产生泥接触，污染物被分解产生泥接触，污染物被分解产生泥接触，污染物被分解产生沼气。污水、污泥和沼气一沼气。污水、污泥和沼气一沼气。污水、污泥和沼气一沼气。污水、污泥和沼气一起向上流动，进入反应器的起向上流动，进入反应器的起向上流动，进入反应器的起向上流动，进入反应器的上部的三相分离器，完成气、上部的三相分离器，完成气、上部的三相分离器，完成气、上部的三相分离器，完成气、液、固三相的分离。被分离液、固三相的分离。被分离液、固三相的分离。被分离液、固三相的分离。被分离的消化气从上部导出，被分的消化气从上部导出，被分的消化气从上部导出，被分的消化气从上部导出，被分离的污泥则自动滑落到悬浮离的污泥则自动滑落到悬浮离的污泥则自动滑落到悬浮离的污泥则自动滑落到悬浮污泥层。出水则从澄清区流污泥层。出水则从澄清区流污泥层。出水则从澄清区流污泥层。出水则从澄清区流出。出。出。出。3.4.3 UASB的构造和组成的构造和组成UASB反应器的组成反应器的组成(1)进水配水系统进水配水系统 将废水尽可能均匀地分配将废水尽可能均匀地分配到整个反应器，并有水力搅拌功能。到整个反应器，并有水力搅拌功能。 (2)反应区反应区 其中包括污泥床区和污泥悬浮层其中包括污泥床区和污泥悬浮层区，有机物主要在这里被厌氧菌所分解。区，有机物主要在这里被厌氧菌所分解。(3)三相分离器三相分离器 由沉淀区、回流缝和气封组由沉淀区、回流缝和气封组成，其功能是把沼气、污泥和液体分开。成，其功能是把沼气、污泥和液体分开。 (4)出水系统出水系统 其作用是把沉淀区表层处理过的水其作用是把沉淀区表层处理过的水均匀地均匀地 加以收集，排出反应器。加以收集，排出反应器。(5)气室气室 也称集气罩，其作用是收集沼气。也称集气罩，其作用是收集沼气。(6)浮渣清除系统浮渣清除系统 其功能是清除沉淀区液面和气其功能是清除沉淀区液面和气室表面的浮渣，室表面的浮渣，根据需要设置根据需要设置。(7)排泥系统排泥系统 其功能是均匀地排除反应区的剩余其功能是均匀地排除反应区的剩余污泥。污泥。vv 厌氧污泥的主要聚集形式包括颗粒厌氧污泥的主要聚集形式包括颗粒(granules)、 团体团体(pellets)、絮体（、絮体（flocs)、絮状污泥絮状污泥(nocculent sludge)等。等。vv定义：团体和颗粒是结构紧密的聚集体。定义：团体和颗粒是结构紧密的聚集体。vv这些聚集体沉降后呈现固定的形态。这些聚集体沉降后呈现固定的形态。vv絮体和絮状污泥则是具有蓬松结构的聚集体，絮体和絮状污泥则是具有蓬松结构的聚集体，这些聚集体沉降后无固定形态。这些聚集体沉降后无固定形态。3.4.4 厌氧颗粒污泥厌氧颗粒污泥3.4.5 UASB 的设计的设计（1）UASB反应器容积的确定反应器容积的确定 进水容积负荷法进水容积负荷法进水容积负荷法进水容积负荷法 VV反应器有效容积，反应器有效容积，反应器有效容积，反应器有效容积， mm3 3 ； QQ废水流量，废水流量，废水流量，废水流量， mm3 3 d d； SoSo进水进水进水进水CODCOD或或或或BODBOD5 5浓度，浓度，浓度，浓度，g gmLmL； N NV VCODCOD或或或或BODBOD5 5容积负荷，容积负荷，容积负荷，容积负荷，kgkg(m(m3 3d)d) N NV V 与水温、水质、污染物可生化性有关，一般取与水温、水质、污染物可生化性有关，一般取与水温、水质、污染物可生化性有关，一般取与水温、水质、污染物可生化性有关，一般取 68kgCOD/ m68kgCOD/ m3 3d d（2）进水配水系统的设计）进水配水系统的设计（3）排泥系统设计）排泥系统设计（4）UASB反应器的结构设计要求反应器的结构设计要求（5）三相分离器设计）三相分离器设计 三相分离器的基本构造三相分离器的基本构造 ： 三相分离器的型式是多种多样三相分离器的型式是多种多样的，但其三项的，但其三项主要功能均为气液分主要功能均为气液分离、固液分离和污泥回流；离、固液分离和污泥回流；主要组主要组成部分为气封、沉淀区和回流缝。成部分为气封、沉淀区和回流缝。4 厌氧法的影响因素厌氧法的影响因素 控制厌氧处理效率的基本因素有两类控制厌氧处理效率的基本因素有两类: : 一一类是基础因素，包括类是基础因素，包括微生物量微生物量 ( (污泥浓度污泥浓度) )、营、营养比、混合接触状况、有机负荷等；养比、混合接触状况、有机负荷等； 另一类是另一类是环境因素，如环境因素，如温度、温度、pHpH值、氧化还原电位、有值、氧化还原电位、有毒物质毒物质等。等。 产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，对于一般工业废水，产甲成败的主要微生物，对于一般工业废水，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。4 41 1 温度条件温度条件 温度是影响微生物生命活动过程的重要因素之一。温度温度是影响微生物生命活动过程的重要因素之一。温度主要影响微生物的生化反应速度，因而与有机物的分解主要影响微生物的生化反应速度，因而与有机物的分解速率有关。速率有关。 工程上：工程上：中温消化温度为中温消化温度为3038（以（以3335为多）；为多）；高温消化温度为高温消化温度为5055。厌氧消化对温度的突变也十分敏感，要求日变化小于厌氧消化对温度的突变也十分敏感，要求日变化小于2。温度突变幅度太大，会招致系统的停止产气。温度突变幅度太大，会招致系统的停止产气。 4.2 pH值值v每种微生物可在一定的每种微生物可在一定的pHpH值范围内活动，产酸值范围内活动，产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pHpH值范围较广，在值范围较广，在4.5-8.04.5-8.0之间。之间。 v产甲烷菌要求环境介质产甲烷菌要求环境介质pHpH值在中性附近，最适值在中性附近，最适宜宜pHpH值为值为7.0-7.27.0-7.2。 v在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，避免过多的酸积累，常保持反应器内的避免过多的酸积累，常保持反应器内的pHpH值在值在6.5-7.5(6.5-7.5(最好在最好在6.8-7.2)6.8-7.2)的范围内的范围内。4 43 3氧化还原电位氧化还原电位vv无氧环境是严格厌氧的产甲烷菌繁殖的最基无氧环境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常敏本条件之一。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过氧化感，这是因为它不象好氧菌那样具有过氧化氢酶。氢酶。 vv氧是影响厌氧反应器中氧化还原电位条件的氧是影响厌氧反应器中氧化还原电位条件的重要因素，但不是唯一因素。重要因素，但不是唯一因素。 一般情况下，氧的溶入无疑是引起发酵系统的氧化还原电一般情况下，氧的溶入无疑是引起发酵系统的氧化还原电位升高的最主要和最直接的原因。但是，除氧以外，其位升高的最主要和最直接的原因。但是，除氧以外，其它一些氧化剂或氧化态物质的存在（如某些工业废水中它一些氧化剂或氧化态物质的存在（如某些工业废水中含有的含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性废水中的以及酸性废水中的H+等），同样能使体系中的氧化还原电位升高。当其浓等），同样能使体系中的氧化还原电位升高。当其浓度达到一定程度时，同样会危害厌氧消化过程的进行。度达到一定程度时，同样会危害厌氧消化过程的进行。vv挥发性有机酸的增减、挥发性有机酸的增减、挥发性有机酸的增减、挥发性有机酸的增减、pHpH值的升降以及铵离子浓度值的升降以及铵离子浓度值的升降以及铵离子浓度值的升降以及铵离子浓度的高低等因素均影响系统的还原强度。如的高低等因素均影响系统的还原强度。如的高低等因素均影响系统的还原强度。如的高低等因素均影响系统的还原强度。如pHpH值低，值低，值低，值低，氧化还原电位高；氧化还原电位高；氧化还原电位高；氧化还原电位高；pHpH值高，氧化还原电位低。值高，氧化还原电位低。值高，氧化还原电位低。值高，氧化还原电位低。4 44 4有机负荷有机负荷v在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称容积负荷容积负荷容积负荷容积负荷，即消化器单位有效容积每天接受的有机，即消化器单位有效容积每天接受的有机物量（物量（kgCOD/mkgCOD/m3 3d)d)。 v对悬浮生长工艺，也有用对悬浮生长工艺，也有用污泥负荷污泥负荷表达的，即表达的，即kg kg COD/(kgCOD/(kg污泥污泥d)d)。 v在污泥消化中，有机负荷习惯上以在污泥消化中，有机负荷习惯上以投配率投配率或或进料率进料率表达，即每天所投加的湿污泥体积占消化器有效容表达，即每天所投加的湿污泥体积占消化器有效容积的百分数。积的百分数。 v由于各种湿污泥的含水率、挥发组分不尽一致，投由于各种湿污泥的含水率、挥发组分不尽一致，投配率不能反映实际的有机负荷，为此，又引入配率不能反映实际的有机负荷，为此，又引入反应反应器单位有效容积每天接受的挥发性固体重量器单位有效容积每天接受的挥发性固体重量这一参这一参数，即数，即kgMLVSS/mkgMLVSS/m3 3dd。v厌氧消化装置的负荷率是怎样确定的呢？厌氧消化装置的负荷率是怎样确定的呢？ 一个重要的原则是：在两个转化（酸化和气一个重要的原则是：在两个转化（酸化和气化）速率保持稳定平衡的条件下，求得最大化）速率保持稳定平衡的条件下，求得最大的处理目标（最大处理量或最大产气量）。的处理目标（最大处理量或最大产气量）。 一般而言，厌氧消化微生物进行酸化转化的一般而言，厌氧消化微生物进行酸化转化的能力强，速率快，对环境条件的适应能力也能力强，速率快，对环境条件的适应能力也强；而进行气化转化的能力相对较弱，速率强；而进行气化转化的能力相对较弱，速率也较慢，对环境的适应能力也较脆弱。这种也较慢，对环境的适应能力也较脆弱。这种前强后弱的特征使两个转化速率保持稳定平前强后弱的特征使两个转化速率保持稳定平衡颇为困难，因而形成了三种发酵状态。衡颇为困难，因而形成了三种发酵状态。当有机物负荷率很高时，当有机物负荷率很高时，由于供给产酸菌的食物相当充分，致使作为其代谢产物的有机物酸产量很大，超过了甲烷细菌的吸收利用能力，导致有机酸在消化液中的积累和pH值（以下均指大气压条件下的实测值）下降，其结果是使消化液显酸性（pH7）。这种在酸性条件下进行的厌氧消化过程称为酸性发酵状态，它是一种低效而又不稳定的发酵状态，应尽量避免。 当有机负荷率适中时，当有机负荷率适中时，产酸细菌代谢产物中的有机酸基本上能被甲烷细菌及时地吸收利用，并转化为沼气，溶液中残存的有机酸量一般为每升数百毫克。此时消化液中pH值维持在77.5之间，溶液呈弱碱性。这种在弱碱性条件下进行的厌氧消化过程称之为弱碱性发酵状态，它是一种高效而又稳定的发酵状态，最佳负荷率应达此状态。 当有机物负荷率偏小时，当有机物负荷率偏小时，供给产酸细菌的食物不足，产酸量偏少，不能满足甲烷细菌的需要。此时，消化液中的有机酸残存量很少，pH值偏高，在pH值偏高（大于7.5）的条件下进行的厌氧消化过程，称为碱性发酵状态。如前所述，由于负荷偏低，因而是一种虽稳定但低效的厌氧消化状态。 4 45 5厌氧活性污泥厌氧活性污泥 厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成。谢的和吸附的有机物、无机物组成。 厌氧活厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关系。性状良好的污泥是厌氧消化效率的基关系。性状良好的污泥是厌氧消化效率的基础保证。础保证。 厌氧活性污泥的性质主要表现为它厌氧活性污泥的性质主要表现为它的作用效能与沉降性能。的作用效能与沉降性能。 故故在一定的范围内，在一定的范围内，活性污泥浓度愈高，厌氧消化的效率也愈高。活性污泥浓度愈高，厌氧消化的效率也愈高。但也不是越高越好但也不是越高越好。4 46 6搅拌和混合搅拌和混合v通过搅拌可消除池内梯度，增加食料与通过搅拌可消除池内梯度，增加食料与微生物之间的接触，避免产生分层，促微生物之间的接触，避免产生分层，促进沼气分离。进沼气分离。 v在连续投料的消化池中，还使进料迅速在连续投料的消化池中，还使进料迅速与池中原有料液相混匀。与池中原有料液相混匀。 v在传统厌氧消化工艺中，也将有搅拌的在传统厌氧消化工艺中，也将有搅拌的消化器称为高效消化器。消化器称为高效消化器。 v搅拌程度与强度要适当。搅拌程度与强度要适当。 4 47 7废水的营养比废水的营养比v厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取碳、氮、磷以及其他微量元素。工程上主要碳、氮、磷以及其他微量元素。工程上主要控制进料的碳、氮、磷比例，因为其他营养控制进料的碳、氮、磷比例，因为其他营养元素不足的情况较少见。元素不足的情况较少见。 v厌氧法中碳厌氧法中碳: :氮氮: :磷控制为磷控制为200-300:5:1200-300:5:1为宜。为宜。 4 48 8有毒物质有毒物质v包括有毒有机物、重金属离子和一包括有毒有机物、重金属离子和一些阴离子等。对有机物来说，带醛些阴离子等。对有机物来说，带醛基、双键、氯取代基、苯环等结构，基、双键、氯取代基、苯环等结构，往往具有抑制性。往往具有抑制性。 v有毒物质的最高容许浓度与处理系有毒物质的最高容许浓度与处理系统的运行方式、污泥驯化程度、废统的运行方式、污泥驯化程度、废水特性、操作控制条件等因素有关。水特性、操作控制条件等因素有关。5 分段厌氧处理法分段厌氧处理法 消化可将消化可将消化可将消化可将水解酸化水解酸化水解酸化水解酸化过程和过程和过程和过程和甲烷化过程甲烷化过程甲烷化过程甲烷化过程分开在两个分开在两个分开在两个分开在两个反应器内分阶段进行，以使两类微生物都能在各自的反应器内分阶段进行，以使两类微生物都能在各自的反应器内分阶段进行，以使两类微生物都能在各自的反应器内分阶段进行，以使两类微生物都能在各自的最适条件下生长繁殖。最适条件下生长繁殖。最适条件下生长繁殖。最适条件下生长繁殖。 第一段的功能是：第一段的功能是：第一段的功能是：第一段的功能是：vv水解和液化固态有机物为有机酸水解和液化固态有机物为有机酸水解和液化固态有机物为有机酸水解和液化固态有机物为有机酸vv缓冲和稀释负荷冲击与有害物质缓冲和稀释负荷冲击与有害物质缓冲和稀释负荷冲击与有害物质缓冲和稀释负荷冲击与有害物质 vv截留难降解的固态物质截留难降解的固态物质截留难降解的固态物质截留难降解的固态物质 第二段的功能是：第二段的功能是：第二段的功能是：第二段的功能是：vv保持严格的厌氧条件和保持严格的厌氧条件和保持严格的厌氧条件和保持严格的厌氧条件和pHpH值，以利于甲烷菌的生长值，以利于甲烷菌的生长值，以利于甲烷菌的生长值，以利于甲烷菌的生长vv降解、稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气降解、稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气降解、稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气降解、稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气vv截留悬浮固体，以改善出水水质截留悬浮固体，以改善出水水质截留悬浮固体，以改善出水水质截留悬浮固体，以改善出水水质vv二段式厌氧处理法可以采用不同构筑物予以组二段式厌氧处理法可以采用不同构筑物予以组二段式厌氧处理法可以采用不同构筑物予以组二段式厌氧处理法可以采用不同构筑物予以组合。例如对悬浮物高的工业废水，采用厌氧接合。例如对悬浮物高的工业废水，采用厌氧接合。例如对悬浮物高的工业废水，采用厌氧接合。例如对悬浮物高的工业废水，采用厌氧接触法与上流式厌氧污泥床反应器串联的组合，触法与上流式厌氧污泥床反应器串联的组合，触法与上流式厌氧污泥床反应器串联的组合，触法与上流式厌氧污泥床反应器串联的组合，其流程如下图。其流程如下图。其流程如下图。其流程如下图。二段式厌氧处理法的特点二段式厌氧处理法的特点优点：优点： 运行稳定可靠运行稳定可靠运行稳定可靠运行稳定可靠 能承受能承受能承受能承受pHpH值、毒物的冲击值、毒物的冲击值、毒物的冲击值、毒物的冲击 有机负荷率高有机负荷率高有机负荷率高有机负荷率高 消化气中甲烷含量高消化气中甲烷含量高消化气中甲烷含量高消化气中甲烷含量高缺点：缺点： 使用设备较多使用设备较多使用设备较多使用设备较多 流程和操作复杂流程和操作复杂流程和操作复杂流程和操作复杂 不能对各种废水都提高负荷不能对各种废水都提高负荷不能对各种废水都提高负荷不能对各种废水都提高负荷第四节第四节 厌氧消化过程动力学厌氧消化过程动力学 一、稳态的完全混合反应器一、稳态的完全混合反应器 稳态的完全混合反应器的工作条件如图15-27所示，传统的厌氧消化系统的运行方式与此相似。同中Q为废水流量，V为反应器容积，S0、S和Se分别为进水中、反应器内和出水中的废物浓度，x0、x和xe分别为进水中、反应器内和出水中的微生物（污泥）浓度。对稳态的完全混合反应器，xe=x，Se=S。如果假设进水中不含活性微生物，即x00。 反应器的水力停留时间为：微生物固体的停留时间c泥龄为：即泥龄与水力停留时间相等。由系统污泥的物料平衡，可导出污泥浓度的计算式： 为了在反应器中保持高的微生物浓度，应使c尽量大。由于反应器的容积有机负荷，则，故在一定的容积有机负荷下，为了增大，就必须提高进水中的有机物浓度。 为了提高污泥浓度, 在普通消化池的实际运行中, 一般采用间歇操作，当从反应器中排出消化液之前，停止搅拌，使污泥沉淀；或在消化池上部加设分离器，即使连续进出水，也可以达到分离生物污泥的目的，此时出水中xex。 全混合反应器的底物去除速率R为：由此可见，若c减小，则R增大，但如果c接近最小值cmin，则系统失去降解有机物的能力， , 在ccmin后，R迅速上升至最大值Rmax，继后则随c增大而缓慢下降。 为了取得一定的处理效率，c必须大于与比生长率u0对应的cmin值，即 对xxe的系统，有机负荷LV可从下式求得：当S0一定时，LV除了与动力学参数umax、Ks有关之外，还直接与r有关.随着r值增大，所允许的LV增大。 二、有回流的完全混合反应器二、有回流的完全混合反应器 如果该系统只从沉淀池上清液中带走污泥，即xW=QW=SW=0,则可将消化池与沉淀池视为整体（如图中虚框所示），上述无回流条件下推导的动力学方程均可适用。如用式(15-10)分析厌氧接触系统，由于加设沉淀池后，xe减小，x增大，则r也增大，放在相同的S0和条件下，能使系统承担的有机负荷提高，工作稳定性增大。 如果定期从沉淀池底排出部分剩余污泥则仿照式（13-22）和（13-25）作厌氧系统的物料衡算，可推出： 三、厌氧生物膜反应器三、厌氧生物膜反应器 现假设厌氧生物膜反应器是一个全混均质系统，如图15-31所示。对系统内的废物作物料衡算，有变化率=进入-出流-降解速率 悬浮的生物降解的底物量与生物膜去除的底物量相比，可以忽略，则式（15-16）简化为 如果忽略内源代谢的污泥量，则生物膜增长与底物利用的关系为：对生物膜的Monod方程可写为：由上述两式可得： 将式（15-20）代入式（15-17），已在稳态条件下，即dS/dt=0，得到： 如果用代表生物膜平均活性深度，即生物膜厚度；Am代表填料比表面积，即单位体积填料表面积；Vm代表填料体积， 则 上式左端表示填料生物膜单位表面积的底物降解速率，以 代表；右端的 表示填料生物膜单位表面积的最大底物降解速率，以 代表。 四、厌氧消化动力学常数的测定四、厌氧消化动力学常数的测定 为了应用动力学方程于工程设计，必须确定方程中的有关常数。这些常数值可以在实验室测定，也可以通过整理废水处理厂实际运行数据得到。 表15-2给出了几种废物厌氧消化的动力学常数，可供设计时参考。 第五节第五节 厌氧产气量计算厌氧产气量计算一、理论产气量的计算一、理论产气量的计算1.根据废水有机物化学组成计算产气量 当废水中有机组分一定时，可以利用第一节中所介绍的化学经验方程式（15-1）计算产气量，对不含氮的有机物也可用以下巴斯维尔（Buswell和Mueller）通式计算: 2根据COD与产气量关系计算 在标准状态下，1mol甲烷，相当于2mol（或64g）COD，则还原1gCOD相当于生成22.4/64=0.35L甲烷。 二、实际产气率分析二、实际产气率分析 在厌氧消化工艺中，实际产气率受物料的性质、工艺条件以及管理技术水平等多种因素的影响，在不同的场合，实际产气率与理论值会有不同程度的差异。1.物料的性质 就厌氧分解等当量COD的不同有机物而言，脂类（类脂物）的产气量最多，而且其中的甲烷含量也高；蛋白质所产生的沼气数量虽少，但甲烷含量高；碳水化合物所产生的沼气量少，且甲烷含量也较低；从脂肪酸厌氧消化产气情况表明，随着碳键的增加，去除单位重量有机物的产气量增加，而去除单位重量COD的产气量则下降。 2废水COD浓度 废水的COD浓度越低，单位有机物的甲烷产率越低，主要原因是甲烷溶解于水中的量不同所致。因此，在实际工程中，高浓度有机废水的产气率接近理论值，而低浓度有机废水的产气率则低于理论值。 3沼气中的甲烷含量 沼气中的甲烷含量越高，其在水中的溶解度越大。故甲烷的实际产气率越低。4生物相的影响 产气率还与系统中硫酸盐还原菌及反硝化细菌等的活动有关。若系统中上述菌较多，则由于这些菌会与产甲烷菌争夺碳源，从而使产气率下降。5工艺条件影响 对同种废水，在不同的工艺条件下，其去除单位重量COD的产气量不同。详细讨论参阅本章第二节。6去除的COD中用于合成细菌细胞所占的比例 对于等当量COD的不同有机物，厌氧消化时用于细菌细胞合成的系数有一定的差异，故产气率不是常量。去除的COD中用于合成细菌细胞所占的比例越大，则分解用以产生甲烷的比例将越小，从而去除1kgCOD的甲烷产量越低。一般情况下，变幅小于10。第六节第六节 厌氧反应器的设计厌氧反应器的设计 厌氧反应器的设计包括工艺设备的选型、反应器容积的计算和设备构造的确定等。本节主要介绍容积的计算，关于设备的构造参见本章第三节。 厌氧处理装置的选择，在很大程度上取决于废水中的悬浮物含量、粒度和厌氧可降解性。如上流式厌氧污泥床反应器和厌氧生物滤池等新型厌氧反应器虽消化效能高，但在处理含悬浮固体物较多的污水财，却不宜采用。随着污水中悬浮物的增加，厌氧滤池的处理能力下降，逐渐接近其他工艺的处理能力，不仅如此，它还易于引起填料的堵塞； 厌氧反应器的容积是一个很重要的设计参数，计算厌氧反应器容积的方法很多，普遍采用的方法有有机物容积负荷法、水力停留时间法和动力学计算方法。 1按有机物容积负荷和水力停留时间计算 2根据动力学模式计算