2020年第九章 第三代厌氧生物处理技术 2课时0812参照模板
三、 厌氧生物处理技术
三、高温厌氧处理工艺
优点：细菌生长速率高，通常细菌在55℃时的生 长速率是30℃时的2～3倍，即其产甲烷活性较高； 病原菌的去除率较高，经高温厌氧消化的污泥和 出水可用于灌溉和施肥；剩余污泥产率低，虽然 高温下细菌的生长速率高，但其衰亡速率也高， 所以净污泥产率低；高温时水的黏度低，有利于 处理时的混合及污泥沉降。
(1)具有相当高的有机负荷和水力负荷，因而反 应器的容积比传统装置减少90％以上；
(2)在不利条件(低温、冲击负荷、存在抑制物等) 下仍具有很高的稳定性；
(3)反应器建造简单，结构紧凑，从而投资小， 占地面积少，并适合于各种规模和可作为运行单 元被结合在整体的处理技术中；
(4)处理低浓废水的高效率已具备与好氧处理竞 争的能力；
目前UASB反应器不仅用于处理高、中 等浓度的有机废水，也开始用于处理如城 市废水这样的低浓度有机废水。
1．进水配水系统 进水配水系统的功能主要是将废水均匀地分配到
整个反应器，并具有进行水力搅拌的功能。这是反应 器高效运行的关键之一
2．反应区 其中包括污泥床和污泥悬浮层，有机物主要在这
里被厌氧菌所分解，是反应器的主要部位。
避免了升流式厌氧污泥床因污泥膨胀而发生污 泥流失问题
不需要混合搅拌装置 不需载体
UASB与ABR的异同
UASB属二代，ABR属三代，构造不同 UASB为完全混合型流态，ABR为复合型流态 ABR具有更好的生物截留能力，运行稳定可靠，而
UASB则不同 ABR对颗粒污泥的要求不高，而在UASB中是关键 ABR抗冲击负荷能力较强，在处理相同废水时，表
Upflow anaerobic sludge blanket, UASB
生物量大，承受容积负 荷高，处理能力强
厌氧生物处理工艺讲义
厌氧生物处理工艺第一节厌氧生物处理的基本原理第二节厌氧生物处理工艺的发展及特征第三节早期的厌氧生物反应器第四节厌氧消化池第五节现代高速厌氧生物反应器第六节厌氧生物处理工艺的新进展第七节厌氧生物处理工艺的运行管理第一节废水厌氧生物处理原理废水厌氧生物处理在早期又被称为厌氧消化、厌氧发酵；是指在厌氧条件下由多种（厌氧或兼性）微生物的共同作用下，使有机物分解并产生CH4和CO2的过程。
一、厌氧生物处理的基本生物过程1、两阶段理论：20世纪30~60年代，被普遍接受的是“两阶段理论”第一阶段：发酵阶段，又称产酸阶段或酸性发酵阶段；主要功能是水解和酸化，主要产物是脂肪酸、醇类、CO2和H2等；主要参与反应的微生物统称为发酵细菌或产酸细菌；这些微生物的特点是：1）生长速率快，2）对环境条件的适应性（温度、pH等）强。
第二阶段：产甲烷阶段，又称碱性发酵阶段；是指产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2；主要参与反应的微生物被统称为产甲烷菌（Methane producing bacteria）；产甲烷细菌的主要特点是：1）生长速率慢，世代时间长；2）对环境条件（温度、pH、抑制物等）非常敏感，要求苛刻。
2、三阶段理论对厌氧微生物学的深入研究后，发现将厌氧消化过程简单地划分为上述两个过程，不能真实反映厌氧反应过程的本质；厌氧微生物学的研究表明，产甲烷菌是一类十分特别的古细菌（Archea），除了在分类学和其特殊的学报结构外，其最主要的特点是：产甲烷细菌只能利用一些简单有机物作为基质，其中主要是一些简单的一碳物质如甲酸、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2等，两碳物质中只有乙酸，而不能利用其它含两碳或以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类；上世纪70年代，Bryant发现原来认为是一种被称为“奥氏产甲烷菌”的细菌，实际上是由两种细菌共同组成的，一种细菌首先把乙醇氧化为乙酸和H2（一种产氢产乙酸细菌），另一种细菌则利用H2和CO2产生CH4（一种真正意义上的产甲烷细菌——嗜氢产甲烷细菌）；因而，Bryant提出了厌氧消化过程的“三阶段理论”：水解、发酵阶段：产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H2/CO2；产甲烷阶段：产甲烷菌利用乙酸和H2、CO2产生CH4；一般认为，在厌氧生物处理过程中约有70%的CH4产自乙酸的分解，其余的则产自H2和CO2。
污水处理三代厌氧生物反应器
污水处理三代厌氧生物反应器一、引言随着社会经济的发展和城市化进程的加快，污水处理成为环境保护和可持续发展的重要环节。
厌氧生物反应器作为污水处理的重要技术之一，经历了第一代、第二代和第三代的发展，其中第三代厌氧生物反应器在处理复杂有机废水方面表现出卓越的性能。
本文将详细介绍第三代厌氧生物反应器的技术原理、特点及实际应用案例，为相关领域的研究和应用提供参考。
二、三代厌氧生物反应器的技术发展第一代厌氧生物反应器第一代厌氧生物反应器主要采用传统升流式厌氧消化池，具有结构简单、易维护等优点。
但存在处理效率低、占地面积大等缺点，已逐渐被淘汰。
第二代厌氧生物反应器第二代厌氧生物反应器是在第一代基础上发展而来的高效厌氧反应器，通过改变反应器的结构或运行方式，提高反应器的容积负荷和产气率。
代表技术包括：升流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）和内循环厌氧反应器（IC）等。
第三代厌氧生物反应器第三代厌氧生物反应器是在第二代基础上进一步优化升级的新型反应器，具有更高的处理效率、更低的能耗和更好的抗负荷冲击能力。
代表技术包括：膜分离厌氧反应器（MABR）、升流式固体厌氧反应器（USR）和超级厌氧反应器（SUFR）等。
三、第三代厌氧生物反应器的技术特点1.高处理效率：第三代厌氧生物反应器采用新型的微生物种群结构和运行模式，具有更高的有机物去除率和产气率。
2.适应性强：第三代厌氧生物反应器能够适应不同种类和浓度的有机废水，具有较强的抗负荷冲击能力。
3.能耗低：第三代厌氧生物反应器采用新型的能量回收和利用技术，降低了能耗。
4.自动化程度高：第三代厌氧生物反应器采用先进的自动化控制技术，减少了人工操作和维护工作量。
5.占地面积小：第三代厌氧生物反应器采用紧凑型设计，占地面积小，适合城市污水处理等空间有限的场所。
四、第三代厌氧生物反应器的实际应用案例1.城市污水处理厂：某城市污水处理厂采用第三代厌氧生物反应器技术进行改造，实现了高效去除有机物、降低能耗和减少占地面积的目标。
厌氧生物处理
8
厌氧生物处理 3）负荷高 通常好氧法的有机容积负荷最高为 2 kgBOD/(m3·d)， kgBOD/(m3·d)， 而 厌 氧 法 为 2-l0 kgCOD/(m3·d) ， 高 的 可 达 50 kgCOD/(m3 kgCOD/(m3·d)。 kgCOD/(m3·d)。 4）剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好 剩余污泥量少，且其浓缩性、 好氧法每去除l kgCOD将产生0 好氧法每去除l kgCOD将产生0.4-O.6 kg生物量，而 kg生物量， 厌氧法去除l kgCOD只产生0 02- kg生物量， 厌氧法去除l kgCOD只产生0.02-0.l kg生物量，其剩 余污泥量只有好氧法的5 20％ 余污泥量只有好氧法的5％-20％。 消化污泥在卫生学上和化学上都是稳定的。因此， 消化污泥在卫生学上和化学上都是稳定的。因此， 剩余污泥处理和处置简单、运行费用低， 剩余污泥处理和处置简单、运行费用低，甚至可作 为肥料、饲料或饵料利用。 为肥料、饲料或饵料利用。
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厌 氧 生 物 处 理Fra bibliotek厌氧生物处理 (二)工艺操作条件
确定厌氧消化装置的负荷率
厌 氧 生 物 处 理 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， 求得最大的处理目标（最大处理量或最大产气量） 三种状态的发酵: 三种状态的发酵: 酸性发酵状态 不稳定 弱碱性发酵状态 稳定高效 碱性发酵状态 稳定低效 （3）温度和pH ）温度和pH
厌 氧 生 物 处 理
二、甲烷发酵的控制条件 （一）营养与环境条件 COD大于1000mg/L。 COD大于1000mg/L。 COD∶ COD∶N∶P=200∶5∶1 P=200∶ (1)氧化还原电位（ORP或Eh） (1)氧化还原电位（ORP或Eh）(-350mV)
厌氧生物处理过程教学课件(共7张PPT)
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成 CO 。 厌氧生物处理过程
分项目3：生物处理生活污水
2
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《水 污 染 控 制》
厌氧生物处理过程
第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、
CO2 和 H2 等转化为甲烷。
此过程由两组生理上不同的产甲烷完成，一组把氢和二氧化 碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷。
分产项甲目 烷3细：菌生将物乙处酸理、生乙活渗酸污盐水入、C细O2胞和 H体2 等内转化，为甲分烷解。 产生挥发性有机酸、醇、醛类等。这个阶
第三阶段为产甲烷阶段。
产甲烷细菌将乙酸、乙段酸盐主、C要O2产和 H生2 等较转化高为甲级烷脂。 肪酸。
受氢体为化合态的氧、碳、硫、氢等
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❉ 中、低浓度有机废水
❉
受氢体为化合态ห้องสมุดไป่ตู้ 氧、碳、硫、氢等
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《水 污 染 控 制》
厌氧生物处理过程
厌氧微生物降解有机物的过程示意图
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《水 污 染 控 制》
厌氧生物处理过程
第三阶段为产甲烷阶段。 厌氧生物处理过程 厌氧微生物降解有机物的过程示意图 厌氧生物处理过程 第一阶段为水解酸化阶段。
酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸 第二阶段为产氢产乙酸阶段。
产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2 和 H2 等转化为甲烷。
第一阶段为水解酸化阶段。
被分解转化成乙酸和 H ，在降解有机酸时还形 产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2 和 H2 等转化为甲烷。
受氢体为化合态的氧、碳、硫、氢等 厌氧微生物降解有机物的过程示意图
厌氧生物处理ppt
微生物种群的影响
厌氧生物处理中的微生物种群是影响 处理效果的重要因素之一。厌氧生物 处理中的微生物种群包括产酸菌、产 甲烷菌等，这些微生物在适宜的环境 条件下协同作用，完成有机物的分解 和沼气的生成。
VS
微生物种群的影响因素包括温度、 pH值、有机负荷率、营养物质等。 在实际操作中，需要控制这些因素， 以保证微生物种群的适宜生长和代谢， 从而提高厌氧生物处理的效果。同时， 还需要注意防止有毒物质的进入，以 避免对微生物种群产生不利影响。
厌氧消化阶段
酸化反应
在厌氧条件下，废水中的复杂有机物被厌氧微生物转化为挥发性 脂肪酸等易降解物质。
产氢产乙酸反应
部分有机物被转化为氢气和乙酸，为甲烷菌提供营养物质。
甲烷化反应
甲烷菌将氢气和乙酸转化为甲烷气体，释放能量并合成细胞物质。
后处理阶段
沉淀
去除经过厌氧处理后废水中的悬浮物和生物污泥。
过滤
通过砂滤池、活性炭过滤等手段进一步去除废水 中的微量有机物、重金属等有害物质。
它通过厌氧微生物的代谢作用，将有 机物转化为甲烷、二氧化碳等无机物。
厌氧生物处理和醇类物质。
产氢产乙酸阶段
02
小分子有机物进一步转化为乙酸和氢气。
甲烷化阶段
03
乙酸和氢气被转化为甲烷。
厌氧生物处理的应用领域
01
废水处理
厌氧生物处理广泛应用于城市污 水、工业废水、高浓度有机废水 等处理领域。
厌氧活性污泥法
厌氧活性污泥法是一种利用活性污泥去除废水中的有机物 和氮、磷等营养物质的技术。
厌氧活性污泥法的原理是利用活性污泥中的微生物将废水 中的有机物转化为沼气和二氧化碳，同时将氮、磷等营养 物质转化为细胞物质或沉淀物。
《厌氧生物处理》PPT课件 (2)讲解学习
铁呼吸
氧化还原电位
O2 H 2O NO3－ NO2－ N2 SO2-4 S2－ (HS－ 、H2S) S0 S2－
CO2、HCO3－ CH3COOCO2 、 HCO3－、 CH4
Fe3+ Fe2+
4、 厌氧生物处理原理 4.2 厌氧处理过程及微生物：
美国微生物学会采用Eh来厌氧和好氧过程: （1980年）：
CH3-COO-、 HCOO-、 CH3OH、 CH3-NH2-、 (CH3)2NH、(CH3)3-N、CO、 CO2、
(4)产甲烷菌的特殊酶系统：
CH3COOH
CO2
CH3OH
甲基辅酶 M 甲基还原酶（F420)
CH4
（5）氧化还原电位Eh： < -330 mv
（6）营养物质 氮源：利用氨态氮 生长因子：10种水溶性微生物 微量元素：Ni、Co、Fe
微生物氧化：
C5H7O2N + 5O2 → 5CO2- + 2H2O + NH3
113
160
O2/微生物 ＝ 160 / 113 = 1.42 （kg BODu /kg 微生物）
VCH4 ＝0.35（Q·Sr — 1.42ΔX）×10-3 (m3/d SPT)
甲烷氧化：
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
好氧： － 50～＋300mv 兼性厌氧：－420～＋300mv 专性厌氧：－420～－150mv
4.2 厌氧处理过程及微生物： 厌氧生物处理过程：
上世纪三十年代人们的认识：两阶段
4.2 厌氧处理过程及微生物： 厌氧生物处理过程：
上世纪七十年代人们的认识：三阶段
4.2 厌氧处理过程及微生物： 厌氧微生物：
厌氧生物处理过程教学课件优秀文档
这个阶段主要产生较高级脂肪酸。 受氢体为化合态的氧、碳、硫、氢等
的氧、碳、硫、
氢等
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《水 污 染 控 制》
厌氧生物处理过程
厌氧微生物降解有机物的过程示意图
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《水 污 染 控 制》
厌氧生物处理过程
第一阶段为水解酸化阶段。复杂的大分子、不 溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、 溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发 性有机酸、醇、醛类等。这个阶段主要产生较高级 脂肪酸。
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《水 污 染 控 制》
水污染控制
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《水 污 Hale Waihona Puke 控 制》项目一：生活污水处理
分项目3：生物处理生活污水 厌氧生物处理过程
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厌氧生物处理 产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2 和 H2 等转化为甲烷。
《水 污 染 控 制》
厌氧生物处理过程
第二阶段为产氢产乙酸阶段。在产氢产 乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有 机酸被分解转化成乙酸和 H2 ，在降解有机 酸时还形成 CO2 。
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《水 污 染 控 制》
厌氧生物处理过程
第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、 乙酸盐、CO2 和 H2 等转化为甲烷。 此过程由两组生理上不同的产甲烷完成，一组把氢和 二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产 生甲烷。
废水厌氧处理技术
逐渐形成颗粒污泥层阶段
颗粒污泥形成的原理
1.三种类型的颗粒污泥： 杆菌颗粒 丝菌颗粒 球菌颗粒
2.颗粒污泥的形成原理：
细菌很容易在惰性材料表面上附着并结团。 污泥中存在大量的丝状菌，具有较强的附着能力。
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影响污泥颗粒化的因素
1.接种污泥 2.废水的性质 3.反应器的工艺条件 4.不同的出水乙酸浓度可以决定优势菌种
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厌氧接触法的特点：（1）通过污泥回流，保持消化池内 污泥浓度较高，一般为10～15g/L,耐冲击能力强；（2）消 化池的容积负荷较普通消化池高，中温消化时，一般为2～ 10kgCOD/m3·d，水力停留时间比普通消化池大大缩短，如 常温下，普通消化池为15～30天，而接触法小于10天；（3） 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；（4）混合液经沉淀后，出水水质好，但需增加 沉淀池、污泥回流和脱气等设备。厌氧接触法还存在混合液 难于在沉淀池中进行固液分离的缺点。
3. 三相分离器，其功能是将气体、固体和 液体三相进行分离。
4. 集气室，其功能是收集产生的沼气，并 将其导出气室送往沼气柜。
5. 处理水排出系统，均匀收集处理水并将
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其排出反应器。
UASB的设计计算
1.UASB 反应器设计计算的主要内容有： ① 池型选择、有效容积以及各主要部位尺寸的确定； ② 进水配水系统、出水系统、三相分离器等主要设备的设计计算； ③ 其它设备和管道如排泥和排渣系统等的设计计算
2.有效容积及主区和反应区的总容积作为
反应器的有效容积进行考虑，多采用进水容积负荷法确定，即：
V = Q× Si / Lv
式中： Q——废水流量，m3/d； Si——进水有机物浓度，mgCOD/l；
厌氧生物处理第二章PPT
膨胀颗粒污泥床反应器
膨胀颗粒污泥床反应器是一种先进的厌氧生物处理工艺，适用于处理高浓度的有机 废水。
其原理是利用膨胀颗粒污泥作为生物载体，通过厌氧代谢将有机物转化为甲烷和二 氧化碳。
膨胀颗粒污泥床反应器具有处理效率高、耐冲击负荷能力强、剩余污泥量少等优点， 但需要控制合适的膨胀率和颗粒污泥稳定性。
厌氧生物处理工艺在城市污水处理中具有节能、减量、资 源回收等优点，同时能够降低有机物含量，减轻后续好氧 处理的负担。
工业废水处理中的厌氧生物处理工艺
01
工业废水处理
工业废水成分复杂，含有大量的有机物、重金属离子等有害物质，厌氧
生物处理工艺在工业废水处理中具有重要作用。
02 03
工艺流程
工业废水处理中的厌氧生物处理工艺通常包括调节池、酸化池、厌氧消 化池等环节，通过微生物的作用，将有机物转化为沼气和二氧化碳，同 时去除部分重金属离子。
其原理是利用厌氧微生物在滤 料表面形成生物膜，通过厌氧 代谢将有机物转化为甲烷和二 氧化碳。
厌氧滤池具有结构简单、操作 方便、能耗低等优点，但易出 现堵塞和生物膜脱落问题。
厌氧接触法
厌氧接触法是一种高效的厌氧生 物处理工艺，适用于处理低浓度
的有机废水。
其原理是利用厌氧微生物在反应 器内与废水充分接触，通过厌氧 代谢将有机物转化为甲烷和二氧
城市污水处理
城市污水处理厂是厌氧生物处理工艺的重要应用场景，通 过厌氧消化和产甲烷过程，将有机物转化为沼气和二氧化 碳，实现能源回收和减量化处理。
工艺流程
城市污水处理厂的厌氧生物处理工艺通常包括预处理、厌 氧消化、后处理等环节，通过调节pH值、温度、有机负 荷等参数，提高处理效果和能源回收率。
技术特点
厌氧生物处理技术、
废水的厌氧生物处理技术厌氧生物处理技术是利用厌氧微生物的代谢特性分解有机污染物，在不需要提供外界能源的条件下，以被还原有机物作为受氢体，同时产生有能源价值的甲烷气体的水处理技术。
1厌氧生物处理的基本原理1.1两阶段理论在20世纪30-60年代，人们普遍认为厌氧消化过程可以简单地分为两个阶段，即两阶段理论。
第一阶段称为发酵阶段或产酸阶段或酸性发酵阶段，废水中的有机物在发酵细菌的作用下，发生水解和酸化反应，而被降解为以脂肪酸、醇类、CO2和H2等为主的产物。
第二阶段则被称为产甲烷阶段或碱性发酵阶段，所发生的反应时是产甲烷菌利用前一阶段的产物脂肪酸、醇类、CO2和H2等为基质，并最终将其转为CH4和CO2。
1.2三阶段理论三阶段理论认为，整个厌氧消化过程可以分为三个阶段，即水解、发酵阶段，产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。
有机物首先通过发酵细菌的作用生成乙醇、丙酸、丁酸和乳酸等，接着通过产氢产乙酸菌的降解作用而被转化为CH4和CO2。
产氢产乙酸菌和产甲烷菌之间存在着互营共生的关系。
该理论将厌氧发酵微生物分为发酵细菌群、产氢产乙酸菌群和产甲烷菌群。
1.3四阶段理论几乎与三阶段理论的提出同时，Zeikus提出了四菌群学说即四类群理论。
与三阶段理论相比，该理论增加了同型（耗氢）产乙酸菌群(Homoacetogenic Bacteria),该菌群的代谢特点是能将H2/CO2合成为乙酸。
但是研究结果表明，这一部分乙酸的量较少，一般可以忽略不计。
目前为止，三阶段理论和四类群理论是对厌氧生物处理过程较全面和较准确的描述。
2 厌氧生物处理的优缺点厌氧生物处理技术与好氧生物处理技术比较，有如下优缺点。
（1）厌氧法的主要优点：①应用范围较广：适用于处理污泥及有机废水；可处理好氧法难降解的有机物，也可处理含有毒有害物质较高的有机废水。
②运行成本与能耗较低：厌氧处理的污泥产率低；厌氧法所需营养成分较少，一般可不必投加营养分；厌氧法不需要供氧设备，因而能耗较少。
第九章第三代厌氧生物处理技术2课时0812
于20世纪90年代初由荷兰 Wageingen农业大学的 Lettinga等人率先开发的。 其构造与UASB反应器有 相似之处，可以分为进水 配水系统、反应区、三相 分离区和出水渠系统。与 UASB反应器不同之处是， EGSB反应器设有专门的 出水回流系统。
2、工作原理
EGSB反应器中装有一定量的颗粒污泥，当有机废 水及其所产生的沼气自下而上地流过颗粒污泥床 层时，污泥床层与液体间会出现相对运动，导致 床层不同高度呈现出不同的工作状态。
（5）沉淀区：第2厌氧区的泥水混合物在沉淀区进 行固液分离，上清液由出水管排走，沉淀的颗粒 污泥返回第2厌氧区污泥床。
3、IC工艺的技术特点
IC反应器的构造及其工作原理决定了其在控制厌氧 处理影响因素方面比其它反应器更具有优势。
（1）容积负荷高：IC反应器内污泥浓度高，微生物 量大，且存在内循环，传质效果好，进水有机负 荷可超过普通厌氧反应器的3倍以上。
5、EGSB反应器的工程应用
20世纪90年代荷兰Biothane System公司推出了一 系列工业规模的EGSB反应器，应用领域已经涉及 啤酒、食品、化工等行业。实际运行表明，EGSB 反应器的处理能力可达到UASB的2-5倍。下表是 几个典型的EGSB处理不同类型废水运行情况的例 子。
处理啤酒生产废水的EGSB反应器
1、IC厌氧工艺的工作原理
如图进水由反应底部进入第一厌 氧反应室，与颗粒污泥均匀混 合，产生的沼气被集气罩收集， 大量沼气携带第一厌氧室的泥 水混合液沿着提升管上升到反 应器顶的气液分离器，沼气由 导管排出，泥水混合液沿着回 流管反回到第一厌氧反应室的 底部，实现混合液的内部循环。 废水处理后自动进入第二厌氧 反应室，反应后的泥水经固液 分离后，上清液由出水管排走， 污泥自动返回第二厌氧反应室。
第九讲 第三章 厌氧生物技术
第九讲第三章厌氧生物处理技术厌氧生物处理工艺的特征一、厌氧生物处理工艺的发展简史实际上，厌氧生物过程广泛地存在于自然界中，但人类第一次有意识地利用厌氧生物过程来处理废弃物，则是在1881年由法国的Louis Mouras所发明的“自动净化器”开始的，随后人类开始较大规模地应用厌氧消化过程来处理城市污水（如化粪池、双层沉淀池等）和剩余污泥（如各种厌氧消化池等）。
这些厌氧反应器现在通称为“第一代厌氧生物反应器”。
当进入上世纪50、60年代，特别是70年代的中后期，随着世界范围的能源危机的加剧，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。
被统一称为“第二代厌氧生物反应器”，彻底改变了原来人们对厌氧生物过程的认识，因此其实际应用也越来越广泛。
进入20世纪90年代以后，随着以颗粒污泥为主要特点的UASB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膨胀床（EGSB）反应器和厌氧内循环（IC）反应器。
这些反应器又被统一称为“第三代厌氧生物反应器”。
二、厌氧生物处理的主要特征1、主要优点与废水的好氧生物处理工艺相比，废水的厌氧生物处理工艺具有以下主要优点：①能耗大大降低，而且还可以回收生物能（沼气）；因为厌氧生物处理工艺无需为微生物提供氧气，所以不需要鼓风曝气，减少了能耗，而且厌氧生物处理工艺在大量降低废水中的有机物的同时，还会产生大量的沼气，其中主要的有效成分是甲烷，是一种可以燃烧的气体，具有很高的利用价值，可以直接用于锅炉燃烧或发电；②污泥产量很低；这是由于在厌氧生物处理过程中废水中的大部分有机污染物都被用来产生沼气——甲烷和二氧化碳了，用于细胞合成的有机物相对来说要少得多；同时，厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，产酸菌的产率Y为0.15~0.34kgVSS/kgCOD，产甲烷菌的产率Y为0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物的产率约为0.25~0.6kgVSS/kgCOD。
CHAPTER9厌氧生物处理
厌氧生物处理——原理 原理 厌氧生物处理
(3)pH值及酸碱度 由于发酵系统中的 ) 值及酸碱度 由于发酵系统中的CO2分压很高 ),发酵液的实际 (20.3~40.5kPa),发酵液的实际 ),发酵液的实际pH值比在大气 值比在大气 条件下的实测值为低.一般认为, 条件下的实测值为低.一般认为,实测值应在 7.2~7.4之间为好. 之间为好. 之间为好 凡对厌氧处理过程起抑制或毒害作用的物质, (4)毒物 凡对厌氧处理过程起抑制或毒害作用的物质, ) 都可称为毒物. 都可称为毒物.
厌氧生物处理——原理 原理 厌氧生物处理
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(酸化和气化) 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, 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). (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能力强, 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,速率也较慢, 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. 能力也较脆弱.这种前强后弱的特征使两个转化速 率保持稳定平衡颇为困难, 率保持稳定平衡颇为困难,因而形成了三种发酵状 态.
厌氧生物处理——原理 原理 厌氧生物处理
(2)负荷率 负荷率是表示消化装置处理能力的一个参数. ) 负荷率是表示消化装置处理能力的一个参数. 负荷率有三种表示方法:容积负荷率,污泥负荷率, 负荷率有三种表示方法:容积负荷率,污泥负荷率, 投配率. 投配率. 反应器单位有效容积在单位时间内接纳的有机物量, 反应器单位有效容积在单位时间内接纳的有机物量, 称为容积负荷率,单位为kg/m3d或g/Ld.有机物 称为容积负荷率,单位为 或 . 量可用COD,BOD,SS和VSS表示. 表示. 量可用 , , 和 表示 反应器内单位重量的污泥在单位时间内接纳的有机物 称为污泥负荷率,单位为kg/kgd或g/gd. 量,称为污泥负荷率,单位为 或 . 每天向单位有效容积投加的新料的体积,称为投配率, 每天向单位有效容积投加的新料的体积,称为投配率, 单位为m 单位为 3/m3d.投配率的倒数为平均停留时间或消 . 化时间,单位为d.投配率有时也用百分数表示,例如, 化时间,单位为 .投配率有时也用百分数表示,例如, 0.07m3/m3d的投配率也可表示为 的投配率也可表示为7%. 的投配率也可表示为 .
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1、IC厌氧工艺的工作原理
如图进水由反应底部进入第一厌 氧反应室，与颗粒污泥均匀混 合，产生的沼气被集气罩收集， 大量沼气携带第一厌氧室的泥 水混合液沿着提升管上升到反 应器顶的气液分离器，沼气由 导管排出，泥水混合液沿着回 流管反回到第一厌氧反应室的 底部，实现混合液的内部循环。 废水处理后自动进入第二厌氧 反应室，反应后的泥水经固液 分离后，上清液由出水管排走， 污泥自动返回第二厌氧反应室。
胞吸附于基底上。 ④ 细胞的倍增和颗粒污泥的形成。
Hale Waihona Puke 4、EGSB工艺的主要特点
EGSB工艺作为一种改进型的UASB，虽然在结构形 式、污泥形态等方面与UAS非常相似，但其工作 运行方式与UASB显然不同，液体表面上升速度高 使颗粒污泥床层处于膨胀状态不仅使进水能与污 泥充分接触，而且有利于基质和代谢产物在颗粒 污泥内外的扩散、传送，保证了反应器在较高的 容积负荷条件下正常运行。EGSB反应器的主要特 点如下表所列。
当废水上升流速较低时，颗粒污泥相对静止，床层 空隙率操持稳定；当流速达到一定数值时，床层 空隙便开始增加，床层也相应膨胀。当上升流速 超过临界流速后，污泥颗粒呈悬浮状态，颗粒床 被流态化，再进一步提高进水流速到最大流化速 度时，载体颗粒将产生大量的流失。
从颗粒污泥流态化的工作 状况可以看出EGSB反应 器的工作区为流态化的 初期，即膨胀阶段，进 水流速较低，一方面可 保证进水基质与泥泥颗 粒的充分接触和混合， 另一方面有利于减轻或 消除静态床（ UASB） 中常见的底部负荷过重 的状况，从而增加了反 应器对有机负荷、毒性 物质的承受能力。
（5）沉淀区：第2厌氧区的泥水混合物在沉淀区进 行固液分离，上清液由出水管排走，沉淀的颗粒 污泥返回第2厌氧区污泥床。
3、IC工艺的技术特点
IC反应器的构造及其工作原理决定了其在控制厌氧 处理影响因素方面比其它反应器更具有优势。
（1）容积负荷高：IC反应器内污泥浓度高，微生物 量大，且存在内循环，传质效果好，进水有机负 荷可超过普通厌氧反应器的3倍以上。
1、反应器结构
于20世纪90年代初由荷兰 Wageingen农业大学的 Lettinga等人率先开发的。 其构造与UASB反应器有 相似之处，可以分为进水 配水系统、反应区、三相 分离区和出水渠系统。与 UASB反应器不同之处是， EGSB反应器设有专门的 出水回流系统。
2、工作原理
EGSB反应器中装有一定量的颗粒污泥，当有机废 水及其所产生的沼气自下而上地流过颗粒污泥床 层时，污泥床层与液体间会出现相对运动，导致 床层不同高度呈现出不同的工作状态。
3、EGSB中颗粒污泥的特性
EGSB工艺中颗粒污泥的沉降性能好，有效地 减少了悬浮于消化液中的微生物个体数量， 避免了微生物随消化液大量流失的可能性， 保证了厌氧反应器中高浓度活性污泥的滞 留量，进而为反应器的高效、稳定运行奠 定了基础。
EGSB中颗粒污泥的形成过程可分为4个阶段： ① 将细胞运到惰性物质或其他细胞（基底）的表面。 ② 通过物理化学作用力可逆吸附于基底上。 ③ 通过微生物表面的鞭毛、纤毛或胞外多聚物将细
2、IC反应器结构
IC反应器基本构造如图 所示，它相似由2层 UASB反应器串联而成。 按功能划分，反应器 由下而上共分为5个区： 混合区、第1厌氧区、 第2厌氧区、沉淀区和 气液分离区。
（1）混合区：反应器底部进水、颗粒污泥和气液分 离区回流的泥水混合物有效地在此区混合。
（2）第1厌氧区：混合区形成的泥水混合物进入该 区，在高浓度污泥作用下，大部分有机物转化为 沼气。混合液上升流和沼气的剧烈扰动使该反应 区内污泥呈膨胀和流化状态，加强了泥水表面接 触，污泥由此而保持着高的活性。随着沼气产量 的增多，一部分泥水混合物被沼气提升至顶部的 气液分离区。
处理淀粉生产废水的EGSB反应器
三、内循环（IC）厌氧反应器
IC厌氧反应器是20世纪80年代中期由荷兰 PAQUES公司推出的。目前，该工艺已经 成功地应用于啤酒、造纸及食品加工等行 业的生产污水处理中，由于其处理容量高、 投资少、占地省和运行稳定等优点引起了 各国水处理人员的瞩目，被称为第三代厌 氧生化反应器的代表工艺之一。
第三代厌氧生物处理技术
一、概述 在厌氧反应器中污泥和废水的混合是影响到去除效
果的重要因素。合理的布水系统和反应器中液体 表面上升流速、产生沼气的搅动等因素对污泥和 废水的混合起着极其重要的作用。在UASB等第二 代厌氧生物反应器中，在处理低浓度有机废水时， 由于不可能产生大量沼气的搅动，反应器中的混 合效果较差，如果提高反应器的水力负荷来改善 混合状况，则会出现污泥流失。所以，为了解决 这一问题，20世纪90年代在国际上提出了以 EGSB、IC、UBF、ABR为代表的第三代厌氧生物 反应器。
5、EGSB反应器的工程应用
20世纪90年代荷兰Biothane System公司推出了一 系列工业规模的EGSB反应器，应用领域已经涉及 啤酒、食品、化工等行业。实际运行表明，EGSB 反应器的处理能力可达到UASB的2-5倍。下表是 几个典型的EGSB处理不同类型废水运行情况的例 子。
处理啤酒生产废水的EGSB反应器
第三代厌氧生物反应器的共 同特点如下：
1、微生物以颗粒污泥固定 化方式存在于反应器中， 反应器单位容积的生物量 更高；
2、能承受更高的水力负荷， 并具有较高的有机污染物 净化效能；
3、具有较大的较大径比， 一般在5-10以上；
4、占地面积小；
5、能力消耗小。
二、EGSB（厌氧膨胀颗粒 污泥床）反应器
（3）气液分离区：被提升的混合物中的沼气在此与 泥水分离并导出处理系统，泥水混合物则沿着回 流管返回到最下端的混合区，与反应器底部的污 泥和进水充分混合，实现了混合液的内部循环。
（4）第2厌氧区：经第1厌氧区处理后的废水，除 一部分被沼气提升外，其余的都通过三相分离器 进入第2厌氧区。该区污泥浓度较低，且废水中大 部分有机物已在第1厌氧区被降解，因此沼气产生 量较少。沼气通过沼气管导入气液分离区，对第2 厌氧区的扰动很小，这为污泥的停留提供了有利 条件。