第三章 厌氧生物处理技术
厌氧生物处理技术
厌氧生物处理技术
厌氧生物处理技术将污水的处理与合理利用有机结合，实现了污水的资源化，污水中的大部分有机物经厌氧发酵达到净化目的。
厌氧生物处理后的污水可用作浇灌用水和观赏用水，处理中产生的沼气可作为家庭炊用和浴室能源。
厌氧沼气池工艺简单，成本低，适用于有一定养殖数量的农村家庭。
将厌氧分解过程产生的甲烷加以资源化利用就是常说的生活污水净化沼气池技术，是目前畜禽养殖排泄物无害化处理、综合利用的最有效方法。
地埋式无动力生活污水处理装置采用生活污水自流的方式，应用厌氧生物膜技术及推流原理，采用内充固定空心球状填料的地下厌氧管道式或折流式反应器装置为惟一处理设备，利用附着于空心球状填料内外表面或悬浮的专门驯化专性厌氧或兼氧微生物去除生活污水中的有机污染物、病原菌和部分氮、磷，从而达到净化生活污水的目的。
一般情况下，在污水处理中用在MBR膜生物反应器前面的预处理，也就是前置过滤。
厌氧生物处理技术基本原理
厌氧生物处理技术基本原理厌氧生物处理技术是一种利用厌氧微生物对有机废水进行处理的技术。
相对于传统的好氧生物处理技术，厌氧生物处理技术具有更高的有机负荷处理能力、能耗更低以及产生较少的副产物等优点。
其基本原理主要包括有机废水降解、厌氧微生物代谢过程以及厌氧反应器设计。
有机废水处理基本原理有机废水中的有机物是厌氧生物处理的主要底物。
当有机废水进入厌氧反应器后，厌氧微生物开始对底物进行降解，通过一系列复杂的代谢过程将有机废水中的有机物转化为沉降性生物质、甲烷气和二氧化碳等产物。
这一过程可以用以下公式表示：CnHnOn + H2O →C5H7O2N + CH4 + CO2其中，CnHnOn是底物，CH4是甲烷气，CO2是二氧化碳，C5H7O2N是沉降性生物质。
厌氧微生物代谢过程厌氧微生物通过一系列代谢过程将有机废水中的有机物降解成可溶性有机酸和气体。
这一过程分为四个步骤：双糖分解、异呼食菌酸产生、乳酸产酸和乙酸产酸。
首先，有机废水中的双糖在厌氧条件下由厌氧微生物降解为有机酸和气体。
例如，乳糖可以被分解为乳酸和沼气。
其次，异型呼吸菌（proteolytic bacteria）通过代谢正丙酸来降解双糖产生异呼食菌酸。
这一步骤产生的异呼食菌酸是厌氧微生物的主要能量源。
随后，厌氧微生物通过乳酸的产酸过程将乳糖降解为乳酸。
乳酸可以进一步转化为异丙醇和乙酸。
最后，乙酸的产酸过程将乳酸降解为乙醇和乙酸。
厌氧反应器设计厌氧反应器是厌氧生物处理技术的核心组成部分。
根据厌氧微生物的特性和要处理的废水特点，厌氧反应器可以分为一段式和多段式。
一段式厌氧反应器是将有机废水从一端进入，厌氧微生物在反应器中降解有机物后，产生的沉积物通过自然沉降或搅拌机械装置进行分离。
这种反应器结构简单，容易控制操作。
但是，由于沉降物在反应器内留存时间较长，有机负荷处理能力较低。
多段式厌氧反应器将有机废水分成多个部分分别进入不同的反应器，使废水在反应器内的停留时间缩短，提高了处理能力。
简述厌氧生物处理机理
简述厌氧生物处理机理
厌氧生物处理技术是利用厌氧生物将污染物去除，是一种环保友好的技术。
厌氧生物是不需要氧气作为能源及代谢物质，而是依靠由其他物质（如甲烷、硫化氢和硫酸根）构成的碳源来开展生物代谢反应的微生物群落。
厌氧生物处理技术能较高效地去掉污水中的污染物，因此深受广泛应用。
厌氧生物处理技术主要包括厌氧基本反应和厌氧生物处理步骤。
厌氧基本反应是指厌氧微生物能将高浓度的有机物质，如饱和醇、蛋白质等，通过氧化降解有机物转变为低强度的有机物或无机物，从而降低废水的污染强度；厌氧生物处理步骤包括厌氧发酵、缓冲、浓缩、脱水、有机物脱除及处理后水的处理。
首先，厌氧发酵罐中加入废水，在高温条件下发酵，缓慢进行微生物代谢，能有效去除废水中的污染物，从而减少废水中有害物质的浓度；其次，在反应液进行缓冲后，通过密度梯度分离技术能提高反应液的温度及湿度，使有机物的水溶性、悬浮性较低，从而有效降解有机物；最后，在过滤处理后的污水排放前，需经过最后净化环节，使废水中有害物质排放达到规定标准，以确保废水能有效进行深度处理。
总结起来，厌氧生物处理技术是近年来新兴的环保友好技术，是用厌氧生物及其代谢产物将污染物去除，有效地降解污水中的污染物，并使用缓冲、浓缩等技术来满足排放标准，有助于实现污水的有效处理，从而保护环境免受污染。
厌氧生物处理
厌氧生物处理厌氧生物处理是一种环保技术，它利用微生物的代谢活动将有机废弃物转化为可再利用的有机物、水及气体等。
厌氧微生物在无氧条件下进行，其代谢能力远高于好氧微生物，处理效率更高。
适用于大量有机物质的处理，而化学工艺只能在少量有机物质的情况下派上用场。
厌氧生物处理包括四个主要过程，即生物分解、溶解、酸化和产气。
这个过程始于一种叫做厌氧污泥的生物质。
厌氧污泥由一系列不同类型的厌氧微生物组成，包括菌类、古菌、甲烷菌和硫氧化细菌等。
这些微生物能够在无氧条件下将有机质转化为甲烷气体和二氧化碳等简单化合物，并且排出废物。
在厌氧生物处理中，污水首先通过一个预处理装置，如透平式格栅、排油池和沉淀池等前处理系统进行去除固体和油脂。
这一步骤有助于保证进入反应器中的污水符合有关要求。
污水进入反应器后，污泥中的微生物便益处。
厌氧微生物通过好氧微生物无法利用的各种有机物质，如蛋白质、脂肪、碳水化合物和醇类，产生乙酸、氢气、二氧化碳等物质。
再经过适当的处理，水及二氧化碳水平下降，而甲烷气体和水生成。
厌氧生物处理可以分为两类。
第一种类型是系统构造较为简单，处理效果较好。
第二种类型的系统比较复杂，但可以处理生物中难分解的物质。
这两种类型有各自的特点和优点，通常在对待具体种类的有机物质时需要加以权衡。
与好氧生物处理系统相比，厌氧生物处理系统具有许多优点。
首先是运营成本低。
因为反应器靠微生物进行处理，不需要机械设备，甚至不需要外部加热或通风。
其次厌氧生物处理系统对水流量的变化不敏感，对于处理不同质量的污水都有较好的性能。
以及效果更优，可以处理大量有机质质来源、难处理的特殊生物来源等。
但厌氧生物处理也有其缺点。
首先是处理效率受很多因素影响，例如厌氧池体积、反应温度、进水pH值等。
其次，它美观的外观、运行稳定等比较难以得到保证。
综合来说，厌氧生物处理是一个比较有效的环保处理技术。
它使用自然微生物处理废水，不需要大量的人工干预和供给外力，效率较高，花费较低。
厌氧生物处理的基本原理
厌氧生物处理的基本原理
厌氧生物处理是一种利用厌氧微生物降解有机废水的生物处理技术。
厌氧生物处理的基本原理是在缺氧或无氧条件下，利用厌氧微生物对有机废水中的有机物进行降解，产生甲烷等气体和沼气，从而达到净化水质的目的。
首先，厌氧生物处理的基本原理是利用厌氧微生物。
厌氧微生物是一类能在缺氧或无氧条件下生存和繁殖的微生物，它们能够利用有机废水中的有机物作为碳源进行代谢活动。
这些厌氧微生物主要包括厌氧菌、产甲烷菌等。
其次，厌氧生物处理的基本原理是利用厌氧微生物对有机废水中的有机物进行降解。
在厌氧条件下，有机废水中的有机物经过厌氧微生物的作用，会被降解成简单的有机物、甲烷等气体和沼气。
这些产物对水质没有污染性，从而达到净化水质的目的。
最后，厌氧生物处理的基本原理是产生甲烷等气体和沼气。
在厌氧生物处理过程中，厌氧微生物降解有机废水中的有机物时，会产生大量的甲烷等气体和沼气。
这些气体可以被收集利用，既能减少污染物的排放，又能够转化成可再生能源，具有双重的环保和经
济效益。
总之，厌氧生物处理的基本原理是利用厌氧微生物对有机废水中的有机物进行降解，产生甲烷等气体和沼气，从而达到净化水质的目的。
这种生物处理技术在污水处理和有机废水处理中具有重要的应用价值，对于改善环境质量、减少污染物排放、提高资源利用率具有重要意义。
厌氧生物处理技术基本原理
厌氧生物处理技术基本原理厌氧生物处理技术是一种利用厌氧菌降解有机废物的生物处理技术。
它通过在缺氧条件下，利用厌氧菌将有机物质降解成更简单的无害物质，从而实现废物的处理和资源化利用。
厌氧生物处理技术已经在污水处理、有机废物处理和生物能源生产中得到广泛应用。
该技术的基本原理是通过一系列生物化学反应来降解有机物质，最终将其转化为甲烷、二氧化碳、水和微生物体。
在厌氧条件下，厌氧菌会利用有机物质作为碳源，进行氧化还原反应，产生甲烷和二氧化碳，并释放能量维持自身的生长和代谢。
这个过程主要包括有机物质的水解、酸化、产氢、乙酸化和甲烷发酵等多个步骤。
首先，有机物质进入厌氧生物反应器后，会被一些特定的厌氧菌降解成简单的有机物质和无机物质。
在这个过程中，有机物质将被水解成糖类、脂肪酸、蛋白质等简单的有机物质。
随后，这些有机物质将被厌氧菌进行酸化反应，产生一些低分子量的有机酸，如乙酸、丙酸、丁酸等。
接着，这些有机酸将被更特定的厌氧菌通过产氢和乙酸化反应转化成氢气、二氧化碳和乙醇等物质。
而进一步，这些产生的一系列简单有机物质将继续被其他特定的厌氧菌利用，通过甲烷发酵反应转化为甲烷和二氧化碳。
最终，这些有机物质将被完全转化成甲烷、二氧化碳、水和微生物体。
厌氧生物处理技术有一系列明显的优势。
首先，厌氧生物处理系统处理过程中不需要供氧，因此可以节省大量的能源，比传统的好氧生物处理技术更加节能环保。
另外，厌氧生物处理技术还可以处理高浓度有机废水和高固体废物，对废水处理和有机废物处理过程中的异味和噪声产生较小的影响。
此外，通过厌氧生物处理技术产生的甲烷可以作为一种可再生能源利用，并能够减少温室气体的排放。
然而，厌氧生物处理技术也存在一些挑战。
首先，厌氧生物处理技术的反应速率通常较慢，处理效率较低，需要较长的处理时间。
另外，厌氧生物处理技术的操作和维护成本较高，需要一定的专业知识和技术支持。
此外，在实际应用中，厌氧生物处理技术对于废物的适用范围和废物特性有一定的要求，不同种类的废物要求不同的处理条件和操作方式。
污水生物处理(好氧、厌氧生物处理)
活性污泥法工艺流程
空气
进水 初次沉 淀池
曝气池
出水
二次沉淀池
回流污泥
污 泥
剩余污泥
氧化沟（OD）
1.概念： 氧化沟是一种改良的活性污泥法，其曝气池 呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥混合液在 其中循环流动，因此被称为“氧化沟”，又 称‘‘环形曝气池”。
采用立式表曝机的卡鲁塞尔氧化沟
(英国ASH Vale 污水处理厂)
小结
(厌氧生物处理反应机理图) 不溶性有机物和高分子 溶性有机物
水解阶段 （细菌胞外酶作用）
原酸化阶段和产 乙酸阶段可合并 为一个阶段
小分子溶性有机物
产酸脱氢 （产酸菌作用） 阶段
细菌细胞
挥发酸 (如乙酸)
CO2+H2
其他产物 (如醇类等)
产甲烷阶段 (产甲烷细菌作用)
细菌细胞
CH4+CO2
几种厌氧生物滤池
➢ 要保证污水处理的效果，首先必须有足够数量 的微生物，同时，还必须有足够数量的营养物 质。
好氧生物处理
❖ 传统活性污泥法 ❖ 氧化沟 ❖ 序批式活性污泥法 ❖ 生物滤池、生物转盘 ❖ 流化床
活性污泥法
生物膜法
活性污泥的特征与微生物
①特征 a、形态：在显微镜下呈不规则椭圆状，在水中呈“絮状”。 b、颜色：正常呈黄褐色，但会随进水颜色、曝气程度而变
UASB反应器工作原理
进水 厌氧膨胀床和流化床工艺流程
污水自然生物处理
污水自然生物处理的回顾与前瞻
❖ 污水的自然生物处理已有300多年的历史，但随着经济和社会 的发展，生活污水和工业废水的水质水量发生了很大的变化， “经典式”生态系统的自然净化能力承受不了越来越沉重的 污染负荷。为了解决日益严重的水环境污染问题，出现了以 普通活性污泥法、生物膜法等高效的人工净化技术。但进入 20世纪70年代，严重的世界能源危机，迫使人们又转向研究 节省能源、资源和投资的处理方法。污水的自然生物处理作 为“替代技术”之一受到重视。
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。
厌氧生物处理的基本原理
厌氧生物处理的基本原理厌氧生物处理是一种利用厌氧微生物来降解有机废物的处理技术。
与好氧生物处理相比，厌氧生物处理在缺氧条件下进行，主要通过厌氧微生物的代谢作用来降解有机废物，产生沼气和有机肥料。
厌氧生物处理的基本原理如下：1. 有机物降解：在厌氧条件下，厌氧微生物通过产生酶类来降解有机废物。
这些酶类能够将复杂的有机物分解成较简单的有机酸和气体。
2. 酸化阶段：在有机物的降解过程中，产生的有机酸会进一步被厌氧微生物转化为挥发性脂肪酸（VFA）。
这个阶段被称为酸化阶段，其中主要产生乙酸、丙酸和丁酸等挥发性脂肪酸。
3. 产气阶段：在酸化阶段产生的挥发性脂肪酸会被厌氧微生物进一步代谢产生沼气。
这个阶段被称为产气阶段，其中主要产生甲烷和二氧化碳。
4. 沉淀阶段：随着有机物的降解和挥发性脂肪酸的生成，废水中产生的悬浮物和污泥会逐渐沉淀下来。
这个阶段被称为沉淀阶段，其中沉淀物主要是含有厌氧微生物的混合污泥。
5. 沼渣处理：在沉淀阶段产生的沼渣可以作为有机肥料来利用。
沼渣可以被用于农田的施肥，以提供植物所需的养分。
通过厌氧生物处理，有机废物得以有效降解，同时还能够产生沼气和有机肥料。
沼气是一种可再生能源，可以用于发电、取暖和煮饭等。
有机肥料则可以替代化学肥料，减少对环境的污染。
厌氧生物处理的应用范围广泛，包括农村的农业废弃物处理、城市污水处理、食品加工废弃物处理等。
然而，厌氧生物处理也有一些限制和挑战，如对温度和pH值的要求较高，处理过程中产生的气味等。
总的来说，厌氧生物处理是一种有效的有机废物处理技术，通过利用厌氧微生物的代谢作用来降解有机废物，并产生沼气和有机肥料。
在未来的发展中，厌氧生物处理有望成为一种重要的可持续发展解决方案，为环境保护和资源循环利用做出贡献。
第三章 厌氧生物处理技术
与普通厌氧消化法相比较，厌氧接触法 具有以下特点： (1)消化他污泥浓度高。耐冲击能力强。 (2)消化池有机容积负荷较高。 (3)出水水质较好。出水COD、BOD s和悬 浮物浓度都较低。 (4)增设沉淀他、污泥回流系统和真空脱气 设备，流程较复杂。 (5)适合于处理悬浮物浓度和有机物浓度均 高的废水。
厌氧折流板式反应器工艺 流程
沼气 挡板 进水
上向流 下向流
出水
回流 循环泵
图19-14
厌氧挡板反应器工艺流程图
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。 主要影响因素 ：温度和pH值 、有机负荷、挥发 性脂肪酸、微生物载体 实例：某糟液废水高温厌氧处理工艺
构造：
UASB示意图
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 其中包括污泥床区和污泥悬浮层区，有机物 主要在这里被厌氧菌所分解，是反应器的主要部 位。 3．三相分离器 三相分离器由沉淀区、回流缝和气封组成， 其功能是把沼气、污泥和液体分开。污泥经沉淀 区沉淀后由回流缝回流到反应区，沼气分离后进 入气室。三相分离器的分离效果将直接影响反应 器的处理效果。
热交换器长期停止使用时，必须关闭通 往消化池的进泥闸阀，并将热交换器中 的污泥放空；二级消化池的上清液应按 设计要求定时排放；消化池前栅筛上的 杂物，必须及时清捞并外运；消化池溢 流管必须通畅，并保持其水封高度。环 境温度低于0℃时，应防止水封结冰； 消化池启动初期，搅拌时间和次数可适 当减少。运行数年的消化池的搅拌次数 和时间可适当增多和延长。
第三章厌氧生物处理
第 三 章 厌 氧生 物 处 理3.1 基本概念3.1.1 厌氧生物处理的基本原理 一、厌氧生物处理的基本生物过程及其特征——又称厌氧消化、厌氧发酵；——实际上，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 CH 4 和 CO 2 的过程。
1、厌氧生物处理工艺的发展简史： ①上述的厌氧过程广泛地存在于自然界中； ②人类第一次利用厌氧消化处理废弃物，是始于 1881 年—— Louis Mouras 的“自动净化器” ； ③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） ；——长的 HRT 、低的处理效率、浓臭的气味等； ④ 50、60年代，特别是 70 年代中后期，随着能源危机的加剧，人们对利用厌氧消化过程处理有机废 水的研究得以强化，出现了一批被称为现代高速厌氧消化反应器的处理工艺，厌氧消化工艺开 始大规模地应用于废水处理；—— HRT 大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率也大大提高；——厌氧接触法、 厌氧滤池（AF ）、上流式厌氧污泥床 （UASB ）反应器、厌氧流化床 （AFB ）、AAFEB 、 厌氧生物转盘（ ARBC ）和挡板式厌氧反应器等；—— HRT 与SRT 分离， SRT 相对很长， HRT 则可以较短，反应器内生物量很高。
⑤ 最近（ 90 年代以后），随着 UASB 反应器的广泛应用，在其基础上又发展起来了 EGSB 和 IC反应 器；—— EGSB 反应器可以在较低温度下处理低浓度的有机废水；——IC 反应器则主要应用于处理高浓度有机废水，可以达到更高的有机负荷。
2、厌氧消化过程的基本生物过程 ① 两阶段理论：—— 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； ——水解和酸化，产物主要是脂肪酸、醇类、CO 2和 H 2等；——主要参与微生物统称为发酵细菌或产酸细菌； ——其特点有： 1）生长快， 2）适应性（温度、 pH 等）强。
第三章 厌氧生物处理技术
2、产氢产乙酸细菌 研究所发现的产氢产乙酸细菌包括互营 单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属和暗杆菌属 等。 这类细菌能把各种挥发性脂肪酸降解为 乙酸和H2。 只有在乙酸浓度低、液体中氢分压也很 低时才能完成。
3、产甲烷细菌 产甲烷菌大致可分为两类： 一类主要利 用乙酸产生甲烷，另一类数量较少，利用氢 和CO2的合成生成甲烷。也有极少量细菌， 既能利用乙酸，也能利用氢。 以下是两个典型的产甲烷反应：
三、厌氧处理的影响因子
pH6.8～7.2 温度（中温35℃、高温55 ℃ ） 营养盐 毒物—高浓度的离子以及其他有机毒物 氧浓度（厌氧菌的生活环境） 氧化还原电位 食料微生物比
温度因素
温度与有机物负荷、产气量关系见图1
消化温度与消化时间的关系见图2 厌氧消化中的微生物对温度的变化非常敏感，
对厌氧消化具有抑制作用的物质
对厌氧消化具有抑制作用的物质
抑制物质
挥发性脂肪酸
浓度/(mg/L)
>2000
抑制物质
Na
浓度/(mg/L)
3500～5500
氨氮
溶解性硫化物 Ca Mg
1500～3000
>200 2500～4500 1000～1500
Fe
Cr6+ Cr3+ Cd
1710
3 500 150
有毒物质
挥发性脂肪酸（VFA）是消化原料酸性消化的产物，同 时也是甲烷菌的生长代谢的基质。一定的挥发性脂肪酸浓度 是保证系统正常运行的必要条件，但过高的VFA会抑制甲烷 菌的生长，从而破坏消化过程。 有许多化学物质能抑制厌氧消化过程中微生物的生命活 动，这类物质被称为抑制剂。抑制剂的种类也很多，包括部 分气态物质、重金属离子、酸类、醇类、苯、氰化物及去垢 剂等。
厌氧生物处理技术、
共享知识分享快乐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卑微如蝼蚁、坚强似大象共享知识分享快乐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。
厌氧生物处理技术
厌氧处理是利用厌氧菌的作用，去除废水中的有机物，通常需要时间较长。
厌氧过程可分为水解阶段、酸化阶段和甲烷化阶段。
水解酸化的产物主要是小分子有机物，使废水中溶解性有机物显著提高，而微生物对有机物的摄取只有溶解性的小分子物质才可直接进入细胞内，而不溶性大分子物质首先要通过胞外酶的分解才得以进入微生物体内代谢。
例如天然胶联剂（主要为淀粉类），首先被转化为多糖，再水解为单糖。
纤维素被纤维素酶水解成纤维二糖与葡萄糖，半纤维素被聚木糖酶等水解成低聚糖和单糖。
水解过程较缓慢，同时受多种因素的影响，是厌氧降解的限速阶段。
在酸化这一阶段，上述第一阶段形成的小分子化合物在发酵细菌即酸化菌的细胞内转化为更简单的化合物并分泌到细菌体外，主要包括挥发性有机酸（VFA）、乳醇、醇类等，接着进一步转化为乙酸、氢气、碳酸等。
酸化过程是由大量发酵细菌和产乙酸菌完成的，他们绝大多数是严格厌氧菌，可分解糖、氨基酸和有机酸。
工作原理厌氧反应四个阶段：一般来说，废水中复杂有机物物料比较多，通过厌氧分解分四个阶段加以降解：（1）水解阶段：高分子有机物由于其大分子体积，不能直接通过厌氧菌的细胞壁，需要在微生物体外通过胞外酶加以分解成小分子。
废水中典型的有机物质比如纤维素被纤维素酶分解成纤维二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被分解成短肽和氨基酸。
分解后的这些小分子能够通过细胞壁进入到细胞的体内进行下一步的分解。
（2）酸化阶段：上述的小分子有机物进入到细胞体内转化成更为简单的化合物并被分配到细胞外，这一阶段的主要产物为挥发性脂肪酸（VFA），同时还有部分的醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等产物产生。
（3）产乙酸阶段：在此阶段，上一步的产物进一步被转化成乙酸、碳酸、氢气以及新的细胞物质。
（4）产甲烷阶段：在此阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇都被转化成甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。
这一阶段也是整个厌氧过程最为重要的阶段和整个厌氧反应过程的限速阶段。
厌氧生物处理的原理和应用
厌氧生物处理的原理和应用1. 厌氧生物处理的原理厌氧生物处理是一种利用厌氧微生物进行有机废水、污泥和有机固废的降解的处理技术。
其原理基于厌氧微生物的特性和代谢方式。
1.1 厌氧微生物特性厌氧微生物与需氧微生物相比具有以下特性：•对氧气不敏感：厌氧微生物生活在缺氧或微氧的环境中，对氧气不耐受。
这使得厌氧生物处理在无氧条件下进行，减少了能源消耗和反应器维护成本。
•较低生长速率：与需氧微生物相比，厌氧微生物的生长速率较慢。
这在一定程度上降低了处理过程中的污泥生成量。
•产生少量污泥：厌氧微生物的产生少量污泥是由于其在代谢过程中产生的有机物主要以气体形式产生，如甲烷气体。
•容忍性强：厌氧微生物对于某些抗生素、重金属离子和其他抑制因子较为容忍，使得厌氧生物处理对废水中的毒性物质具有很好的处理效果。
1.2 厌氧生物代谢方式厌氧微生物的代谢方式主要有以下几种：•酸化发酵：厌氧微生物通过酸化发酵作用将有机物转化为低分子有机酸和其他溶解物质，如乙酸、丙酸等。
这是厌氧生物处理中的第一步，为后续产甲烷菌提供底物。
•产甲烷：在酸化发酵的基础上，产甲烷菌将低分子有机物进一步转化为甲烷气体和二氧化碳。
甲烷气体作为一种可燃气体，可以用于能源回收或发电。
•同化作用：厌氧微生物通过同化作用将废水中的无机氮、磷等元素转化为细胞质和细胞内物质。
2. 厌氧生物处理的应用厌氧生物处理由于其特有的处理方式和优势，被广泛应用于以下领域：2.1 工业废水处理厌氧生物处理在工业废水处理中具有广泛的应用前景。
相比传统的好氧生物处理方法，厌氧生物处理更适用于含有高浓度有机物和毒性物质的废水。
厌氧处理可以降低废水处理过程中的能耗和化学品使用，并且可以产生可用的甲烷气体作为能源。
2.2 有机固废处理厌氧生物处理也可以用于有机固废的处理，如农业废弃物、城市垃圾等。
通过利用厌氧微生物降解有机物，可以将有机固废转化为有机肥料或甲烷气体，实现有机固废的资源化利用。
厌氧生物处理技术及反应器
第三代反应器
高效厌氧处理反应器中不仅要分离污泥停留时间和 平均水力停留时间，还应使进水和污泥之间保持充 分的接触。
第二代厌氧反应器的发展主要基于固体停留时间与 水力停留时间的分离而发展产生的一类新型反应器。 但是对于进水无法采用高的水力和有机负荷的情况 下，例如，在低温条件下采用低负荷工艺时，由于 在污泥床内混合强度太低，以致无法抵消短流效应。 对于这种情况，第二代反应器的应用负荷和产气率 受到限制。为获得高的搅拌强度，而采用高的反应 器的设计以获得高的上升流速或采用出水回流。
第一代反应器
厌氧生物处理技术已经有了100多年的历史。 1896年英国出现了第一座用于处理生活污水的厌 氧消化池，所产生的沼气用于照明。1904年德国 的Imhoff将其发展成为Imhoff双层沉淀池（即腐 化池），这一工艺至今仍然在有效地利用。在 1910至1950年代，高效的、可加温和搅拌的消化 池得到了发展，其比腐化池有明显的优势。 Schroepfer在50年代开发了厌氧接触反应器。上 述反应器被称为第一代厌氧反应器。
厌氧序批式反应器是20世纪90年代由美国Iowa州 立大学Dague等人研究开发的新型高速厌氧反应器。
ASBR就是采用单个反应器完成进水、反应、沉降 和出水的序列操作。ASBR所需体积比连续流工艺 所需体积大，但不需单设沉淀池及布水和回流系统， 也不会出现任何短流现象。
ASBR在运行过程中可根据废水水质、水量的变化 调整一个运行周期中各工序的时间而满足出水水质 要求，具有很强的运行操作灵活性和处理效果稳定 性。同时， ASBR中易培养出世代时间长、比甲烷 活性高、沉降性好的颗粒污泥。
厌氧处理能以较小的运行费用有效地控制环境污染， 而且能回obic Sequencing Batch Reactor , ASBR）
厌氧生物处理
3、厌氧反应概述：利用微生物生命过程中的代谢活动，将有机物分解为简单无机物，从而去除水中有机物污染的过程，称为废水的生物处理。
根据代谢过程对氧的需求，微生物又分为好氧、厌氧和介于两者间的兼性微生物。
厌氧生物处理就是利用厌氧微生物的代谢过程，在无需提供氧的情况下，把有机物转化为无机物和少量的细胞物质，这些无机物包括大量的生物气（即沼气）和水。
厌氧是一种低成本废水处理技术，把废水治理和能源相结合，特别适合发展中国家使用。
4、厌气处理技术的优势和不足：优势：4.1可作为环境保护、能源回收和生态良性循环结合系统的技术，具有良好的社会、经济、环境效益。
4.2耗能少,运行费低,对中等以上(1500mg/L)浓度废水费用仅为好氧工艺1/3.4.3回收能源,理论上讲1kgCOD可产生纯甲烷0.35m3,燃值(3.93×10-1J/m3)，高于天然气(3.93×10-1J/m3)。
以日排10t COD工厂为例,按COD去除80%,甲烷为理论值80%计算，日产沼气2240m3,相当于2500m3天然气或3.85t煤,可发电5400Kwh.4.4设备负荷高、占地少。
4.5剩余污泥少,仅相当于好氧工艺1/6～1/10.4.6对N、P等营养物需求低，好氧工艺要求C：N=100:5:1,厌氧工艺为C:N=(350-500):5:1。
4.7可直接处理高浓有机废水,不需稀释。
4.8厌氧菌可在中止供水和营养条件下，保留生物活性和沉泥性一年,适合间断和季节性运行。
4.9系统灵活,设备简单,易于制作管理，规模可大可小。
厌氧不足:1、出水污染浓度高于好氧，一般不能达标；2、对有毒性物质敏感；3、初次启动缓慢，最少需8-12周以上方能转入正常水平。
5、反应机理：厌氧反应过程是对复杂物质（指高分子有机物以悬浮物和胶体形式存在于水中）生物降解的复杂的生态系统。
其反应过程可分为四个阶段：5.1水解阶段——被细菌胞外酶分解成小分子。
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(3)对温度、pH等环境因素更为敏感。 厌氧细菌可分为高温菌和中温菌两大类。 其适宜的温度范围分别为55℃左右和 35℃左右。如温度降至10℃以下，厌氧 微生物的活动能力将非常低。产甲烷菌 的最适pH范围也较好氧菌为小。 (4)处理后废水有机物浓度高于好氧 处理。
(5)厌氧微生物可对好氧微生物所不能降 解的一些有机物进行降解(或部分降解)。 (6)处理过程的反应较复杂。如前所述， 厌氧消化是由多种不同性质、不同功能的微 生物协同工作的一个连续的微生物学过程， 远比好氧生物处理中的微生物过程复杂。
时间30～60d；
• 温度不到30℃的低浓度有机
废水、水量变化很大或间歇 排除或毒物负荷波动等情况 下的废水，需要较大的反应 体积；
普通厌氧反应器
2）厌氧接触反应器
• 排出的混合液在沉
淀池中分离后回流 到反应器中
• 有效处理的关键在
于污泥沉淀性能和 污泥分离效率
图2-8 厌氧接触反应器
3）厌氧污泥床反应器
三、厌氧处理的影响因子
pH6.8～7.2 温度（中温35℃、高温55 ℃ ） 营养盐 毒物—高浓度的离子以及其他有机毒物 氧浓度（厌氧菌的生活环境） 氧化还原电位 食料微生物比
温度因素
温度与有机物负荷、产气量关系见图1
消化温度与消化时间的关系见图2 厌氧消化中的微生物对温度的变化非常敏感，
营养与C/N比
厌氧消化原料在厌氧消化过程中既是产生沼气 的基质，又是厌氧消化微生物赖以生长、繁殖的营 养物质。这些营养物质中最重要的是碳素和氮素两 种营养物质，在厌氧菌生命活动过程中需要一定比 例的碳素和氮素。表1给出了常用沼气发酵原料的 碳氮比。原料C/N比过高，碳素多，氮素养料相对 缺乏，细菌和其他微生物的生长繁殖受到限制，有 机物的分解速度就慢、发酵过程就长。若C/N比过 低，可供消耗的碳素少，氮素养料相对过剩，则容 易造成系统中氨氮浓度过高，出现氨中毒。
特 征
有毒物质
挥发性脂肪酸（VFA）是消化原料酸性消化的产物，同 时也是甲烷菌的生长代谢的基质。一定的挥发性脂肪酸浓度 是保证系统正常运行的必要条件，但过高的VFA会抑制甲烷 菌的生长，从而破坏消化过程。 有许多化学物质能抑制厌氧消化过程中微生物的生命活 动，这类物质被称为抑制剂。抑制剂的种类也很多，包括部 分气态物质、重金属离子、酸类、醇类、苯、氰化物及去垢 剂等。
K
2500～4500
酸碱度、pH值和消化液的缓冲作用
厌氧微生物的生命活动、物质代谢与pH有密切的关系， pH值的变化直接影响着消化过程和消化产物，不同的微生物 要求不同的pH值，过高或过低的pH对微生物是不利的，表 现在： 1．由于pH的变化引起微生物体表面的电荷变化，进而影响微 生物对营养物的吸收； 2．pH除了对微生物细胞有直接影响外，还可以促使有机化合 物的离子化作用，从而对微生物产生间接影响，因为多数非 离子状态化合物比离子状态化合物更容易渗入细胞； 3．pH强烈地影响酶的活性，酶只有在最适宜的pH值时才能发 挥最大活性，不适宜的pH值使酶的活性降低，进而影响微生 物细胞内的生物化学过程。
一、厌氧处理的原理
厌氧生物处理过程又称厌氧消化，是在 厌氧条件下由多种微生物的共同作用，使有 机物分解外生成CH4和CO2的过程。
厌氧消化三阶段理论如下图：
复杂有机物
1 水解
简单溶解性有机物
发酵性细菌
1 1 2
发酵 产氢产乙 酸细菌
2
1
脂肪酸、醇类、丙 酸、丁酸、乳酸等
3
氢气、二 氧化碳
同型产乙酸菌
城市污水处理厂污泥的稳定化处理， 高浓度有机废水处理，与好氧过程 配合使用处理城市废水，含难降解 有机物的工业废水处理等 能量需求低，可以产生能量；污泥 产生量极低； 对温度、pH等环境因素更敏感； 处理后废水有机物浓度高； 可对好氧微生物所不能降解的部分 有机物进行降解（或部分降解）； 处理过程的反应较复杂
厌氧微生物群体起主要作 用：发酵细菌水解不溶性 有机物，将可溶性大分子 有机物转化为脂肪酸或醇 类；产氢产乙酸细菌将挥 发性脂肪酸降解为乙酸和 氢；产甲烷菌利用乙酸产 生甲烷，少部分利用氢和 二氧化碳合成甲烷
好氧处理与厌氧处理的比较
项目 好氧处理 厌氧处理
应 用 范 围
城市污水、石油 化工、印染、食 品加工和酿造等 废水处理 能量需求高；污 泥产生量大；对 温度、pH等环境 因素敏感；处理 后废水有机物浓 度低；
2、产氢产乙酸细菌 研究所发现的产氢产乙酸细菌包括互营 单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属和暗杆菌属 等。 这类细菌能把各种挥发性脂肪酸降解为 乙酸和H2。 只有在乙酸浓度低、液体中氢分压也很 低时才能完成。
3、产甲烷细菌 产甲烷菌大致可分为两类： 一类主要利 用乙酸产生甲烷，另一类数量较少，利用氢 和CO2的合成生成甲烷。也有极少量细菌， 既能利用乙酸，也能利用氢。 以下是两个典型的产甲烷反应：
厌氧条件下，简单有机物或无机物成为 最终电子受体，而好氧条件下氧是最终电 子受体。
两者比较，厌氧分解过程产生的能量 少，细胞产量和污染物分解速率低，有机 物只能进行不完全的分解，最后由产甲烷 细菌作用而生成甲烷。
优缺点
优点：有机负荷高，产生的剩余污泥少，运 行费用低，对氮磷等需求低，产生甲烷可 作为能源。
温度的突然变化，对沼气产量有明显影响， 温度突变超过一定范围时，则会停止产气。 根据采用消化温度的高低，可以分为常温消 化（10~30℃ ）、中温消化（35℃左右）和 高温消化（55℃左右）。
搅拌和混合
搅拌可使消化物料分布均匀，增加微生物与物料的接 触，并使消化产物及时分离，从而提高消化效率、增加产 气量。同时，对消化池进行搅拌，可使池内温度均匀，加 快消化速度，提高产气量。 消化池在不搅拌的情况下，消化料液明显地分成结壳 层、清液层、沉渣层，严重影响消化效果。 污水处理厂污泥厌氧消化池的厌氧消化搅拌方法包括 机械搅拌、泵循环、气体搅拌等。机械搅拌时机械搅拌器 安装在消化池液面以下，定位于上、中、下层皆可，如果 料液浓度高，安装要偏下一些；泵循环指用泵使沼气池内 的料液循环流动，以达到搅拌的目的；气体搅拌，将消化 池产生的沼气，加压后从池底部冲入，利用产生的气流， 达到搅拌的目的。机械搅拌适合于小的消化池，液搅拌和 气搅拌适合于大、中型的沼气工程。
好氧处理与厌氧处理的比较
项目 好氧处理 厌氧处理 厌氧消化法、厌氧生物膜 法、厌氧塘法
基本原理
主要方法 活性污泥法、生物膜法、好氧塘法 1.活性污泥法 好氧呼吸细菌是降解的主力，原生 动物、后生动物影响出水水质，丝 状细菌、真菌异常生长会导致污泥 起主要作 膨胀 用微生物 2. 生物膜法 类群 好氧菌、兼性厌氧菌和厌氧菌均能 代谢降解有机物，真菌对废水净化 有作用，藻类能增加溶解氧浓度， 原生动物和后生动物对出水水质有 影响
四、厌氧处理的主要方法
核心：厌氧反应器
工艺流程包括：
• 调节池
• 厌氧反应器
• 甲烷收集利用系统
• 污泥处理系统
厌氧处理的基本流程
厌 氧 反 应 器
37℃
废水
调节池
热交换器
气柜
出水
沉淀池
回流污泥
剩余污泥
厌氧反应器的类型
1）普通厌氧反应器 （AP）
也称普通消化池
• 无辅助搅拌设施，固体停留
各种废物的碳氮比（C/N）
原料
大便 小便 牛厩肥 鲜马粪 鲜羊粪
碳氮比
(6~10):1 0.8:1 18:1 24:1 29:1
原料
厨房垃圾 混合垃圾 初沉池污泥 二沉池污泥 鲜猪粪
碳氮比
25:1 34:1 5:1 10:1 13:1
氨氮
厌氧消化过程中，氮的平衡是非常重要 的因素。消化系统中的由于细胞的增殖很少， 故只有很少的氮转化为细胞，大部分可生物 降解的氮都转化为消化液中的氨氮，因此消 化液中氨氮的浓度都高于进料中氨氮的浓度。 实验研究表明，氨氮对厌氧消化过程有较强 的毒性或抑制性，氨氮以NH4+及NH3等形式 存在于消化液中，NH3对产甲烷菌的活性有 比NH4+更强的抑制能力。
4 5
乙酸
分解乙酸产甲烷菌
利用氢气和二 如果有机污染物生物处理系统不 充氧，由于好氧微生物活动造成厌氧 环境，使厌氧微生物生长繁殖，最终 成为优势菌群，并对有机污染物进行 厌氧分解。
与好氧生物处理相比较，厌氧生物处理 的主要特征是： (1)能量需求大大降低．还可产生能量。 这是因为厌氧生物处理不要求供给氧气，相 反却能生产出含有50％一70％甲烷的沼气， 含有较高的热值(21000一25000KJ／m3)， 可以用作能源。 (2)污泥产量极低。这是因为厌氧微生物 的增殖速率比好氧微生物低得多。
主要包括梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、真 细菌属和双歧杆菌属等。 这类细菌的主要功能是先通过胞外酶的作用将 不溶性有机物水解成可溶性有机物，再将可溶性的 大分子有机物转化成脂肪酸、醇类等。 发酵细菌大多数为专性厌氧菌，但也有大量兼 性厌氧菌。按照其代谢功能，发酵细菌可分为纤维 素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质 分解菌和脂肪分解菌等。 除发酵细菌外，在厌氧消化的发酵阶段，也可 发现真菌和为数不多的原生动物。
• 特点：
没有载体，絮状污泥在上升水流和气 泡的作用下处于悬浮状态。
• 上流式厌氧污泥床反应器（UASB）是其中
的一种，已经得到广泛应用。
4）厌氧固定膜反应器 类似于好氧生物膜反应器，填料固定。 5）厌氧流化床反应器
类似于好氧流化床生物膜反应器，载体 通常为沙粒、活性炭，悬浮，处理有毒物 质效果较好
缺点：厌氧微生物生长慢，产生臭味，对进 水水质和操作控制要求高，对低浓度有机 废水处理效果低，出水水质一般达不到规 定的排放标准，需要进一步处理。
应用
可以处理高浓度的有机废水，也能处 理中低浓度的废水； 广泛应用于食品、酿造、有机化工和 制药等工业废水处理。