厌氧生化法

好氧法一般要求BOD:N:P为l00:5:1，而厌氧法
的BOD:N:P为l00:2.5:0.5，对氮、磷缺乏的工业废 水所需投加的营养盐量较少。 （4）有杀菌作用 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。
（5）污泥易贮存 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。
2．1 温度条件
各类微生物适宜的温度范围是不同的，
一般认为，产甲烷菌的温度范围为25-60℃。
在35℃和53℃上下可以分别获得较高的消化
效率，温度为40-45℃时，厌氧消化效率较低。
据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可 分为常温消化、中温消化和高温消化三种类 型。
温度对厌氧消化过程的影响
产气量（L / L . d ）
厌氧生物处理法缺点:
（1）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； （2）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；
（3）厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。
（4）厌氧过程会产生气味对空气有污染。
2 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 厌氧微生物(anaerobic microbes)(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
污水的厌氧生物处理 The Anaerobic Processes
1 概述 2 厌氧法的基本原理 3 厌氧法的工艺和设备
1概述
污水厌氧生物处理的发展过程 早期发展 1881~1950年 第二代厌氧反应器 1955年开发了厌氧接触法新工艺，标 志 着现代厌氧反应器的开端。 第三代厌氧反应器 1980年Switzenbaum等推出了厌氧附着 膜膨胀 床反应器（AAFEB）,还有厌氧流化 床（AFB）。

2．4有机负荷




在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称 容积负荷，即消化器单位有效容积每天接受的有机 物量（kgCOD/m3· d)。 对悬浮生长工艺，也有用污泥负荷表达的，即kg COD/(kg污泥· d)。 在污泥消化中，有机负荷习惯上以投配率或进料率 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。 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，又引入反应 器单位有效容积每天接受的挥发性固体重量这一参 数，即kgMLVSS/m3· d。

化粪池
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 的别墅式建筑。 下图是化粪池的一种构造方式。
3．2厌氧滤池
厌氧滤池（anaerobic filter又称厌氧 固定膜反应器，是60年代末开发的新型高效厌 氧处理装置。 滤池呈圆柱形，池内装放填料，
池底和池顶密封。
古菌的特点
形

态：薄、扁平、直角几何形态； 谢：特殊的辅酶，代谢多样性；
细胞结构：组分特异性；含有内含子； 代 呼吸类型：多为厌氧； 繁殖速度：比细菌慢； 生活习性：适应极端环境。
古菌的分类
按照生活习性和生理特性分为三大类： 产甲烷菌，嗜热嗜酸菌，极端嗜盐菌 《伯杰氏系统细菌学手册》分为五大群： 产甲烷古菌，古生硫酸盐还原菌， 极端嗜盐菌，无细胞壁古生菌， 极端嗜热硫代谢菌
第一阶段：酸化阶段，最显著的特征是液态污泥的 pH值迅速下降。污泥中的固态有机物或污水中的大
分子化合物，如淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等，
在无氧环境中降解时，转化为有机酸、醇、醛、水
分子等液态产物和CO2、H2、NH3、H2S等气体分子，
气体大多溶解在泥液中。转化产物中有机酸是主体。 低pH值有抑制细菌生长的作用，NH3的溶解产物 NH4OH有中和作用。

简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质均
能被微生物迅速分解，对含这类有机物为主的
废水，产甲烷易成为限速阶段。
甲烷菌的微生物学特征
简介：甲烷菌属于古菌中的一类。
古 菌 （Archaeobacteria）与原核生物
极其接近。研究利用基因分析手段（DNA的
G+C%，16SrRNA碱基顺序比较）发现，有 一些特点与真核生物相同。
厌氧生化法的优点：
（1）应用范围广 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。 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 有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。
(2)能耗低
好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着
2．5厌氧活性污泥
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。 厌氧活 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 础保证。 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。 故在一定的范围内， 活性污泥浓度愈高，厌氧消化的效率也愈高。 但也不是越高越好。
8 有机负荷 产气量 4 3 2 1 0 25 30 35 40 45 50 55 60 温度（℃）
有机物负荷 (g/L.d）
6 4 2 0
2.2 pH值
每种微生物可在一定的pH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pH 值范围较广，在4.5-8.0之间。 产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，最适 宜pH值为7.0-7.2。 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， 避免过多的酸积累，常保持反应器内的pH值在 6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范围内。
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
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。


废水从池底进入，从池上部排出，称升流式厌 氧滤池； 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，称降流式厌氧滤池。
填料可采用 拳状石质滤料， 如碎石、卵石 等，也可使用 塑料填料。
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。
废水有机物达一定浓度后，沼气能量可以抵偿
消耗能量。研究表明，当原水BOD5达到1500mg/L时，
采用厌氧处理即有能量剩余。有机物浓度愈高，剩
余能量愈多。 一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥
法的1/10。
（3）氮、磷营养需要量较少
(acetogenic bacteria)和产甲烷细菌(methanogenic
bacteria)的联合作用完成。参与消化的细菌，酸化
阶段的统称产酸或酸化细菌，几乎包括所有的兼
性细菌；甲烷化阶段的统称甲烷细菌。
新的研究成果阐明厌氧消化经历四个阶段
（碳水化合物、蛋白质、脂肪等）
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，在降解奇数碳素有 机酸时还形成CO2。

2．3氧化还原电位
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 感，这是因为它不象好氧菌那样具有过氧化 氢酶。 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。 挥发性有机酸的增减、pH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pH值低，氧化还原电位高；pH值高，氧化 还原电位低。
厌氧法的影响因素
控制厌氧处理效率的基本因素有两类: 一 类是基础因素，包括微生物量 (污泥浓度)、营 养比、混合接触状况、有机负荷等； 另一类是 环境因素，如温度、pH值、氧化还原电位、有
毒物质等。 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
烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。
3
厌氧法的工艺和设备
按微生物生长状态分为厌氧活性污泥法 (anaerobic activated sludge)和厌氧生物膜法 (anaerobic slime)； 按投料、出料及运行方式分为分批式(batch)、 连续式(continuous)和半连续式(semi-continuous)； 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 一步厌氧消化(one stage digestion)与两步厌氧消化 (two stage digestion)等 厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触工 艺、上流式厌氧污泥床反应器等。
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， 大分子有机物然后渗入细胞体内，分解产 生挥发性有机酸、醇类、醛 类等。这个阶段主要产生较
水解
细菌的胞外酶
高级脂肪酸。
水解和溶解的有机物
酸化 产酸细菌
产甲烷细菌将乙酸、乙 酸盐、CO2和H2等转化 为甲烷。 H2，CO2
有机酸、醇类、醛类等 /
2．6搅拌和混合

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
进沼气分离。

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。

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。

搅拌程度与强度要适当。
2．7废水的营养比

厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取
第二阶段：气化阶段，由低分子的 有机酸经微生物作用转化为气体， 气体类似沼泽散发的气体，可称沼 气，主体是CH4，CO2也相当多， 还有微量H2、H2S等，因此气化阶 段常称甲烷化阶段。
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，即水解产酸细菌 (fermentative bacteria)、产氢产乙酸细菌
乙酸化 乙酸细菌
乙酸
甲烷化 甲烷细菌
甲烷细菌
CH4
CH4

此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，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，前者约占总量的l/3 后者约占2/3。

上述三个阶段的反应速度依废水性质而异，在 含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为 主的废水中，水解易成为速度限制步骤；
3．1普通厌氧消化池
普通消化池又称传统或常规消化池 (conventional digester) 消化池常用密闭的圆柱形池，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 出。 池径从几米至三、四十米，柱体部分的 高度约为直径的1/2，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：(a)池内机械 搅拌；(b)沼气搅拌；(c)循环消化液搅拌。
厌氧生物滤池的特点及改进：
在厌氧生物滤池中，厌氧微生物Fra bibliotek部分 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。 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 去除速度快。 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 容易发生堵塞现象。
烷(methane)和二氧化碳(carbon dioxide)等物质的
过程，也称为厌氧消化(anaerobic digestion) 。 对批量污泥静置考察，可以见到污泥的消化过 程明显分为两个阶段。固态有机物先是液化，称液 化阶段；接着降解产物气化，称气化阶段；在常温 下，整个过程历时半年以上。
传统的厌氧消化理论为两阶段理论
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
元素不足的情况较少见。

厌氧法中碳:氮:磷控制为200-300:5:1为宜。
2．8有毒物质
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 基、双键、氯取代基、苯环等结构， 往往具有抑制性。 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 水特性、操作控制条件等因素有关。
螺旋桨(机械)搅拌的消化池
循环消化液搅拌式消化池




高温厌氧消化需要加温， 常用加热方式有三种: (a)废水在消化池外先经 热交换器预热到规定温 度再进入消化池； (b)热蒸汽直接在消化器 内加热； (c)在消化池内部安装热 交换管。
普通消化池的特点是:
可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大 的料液。 厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现， 结构较简单。 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。 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。 温度不均匀，消化效率低。