厌氧生物处理-15
第1516讲厌氧生物处理
⑦ ⑧
2 ( C 3 ) 3 H S 3 H 2 O 3 C 4 H H 3 H C 2 H O 2 S
4 C 3 O H H 2 C 4 H H 2 O
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产甲烷菌有各种不同的形态，常见的有：①产甲烷杆菌； ②产甲烷球菌；③产甲烷八叠球菌；④产甲烷丝菌；等 等。
产甲烷菌都是严格厌氧细菌，要求氧化还原电位在150-400mv，氧和氧化剂对其有很强的毒害作用； 产甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖世代时间长，可达46 天，因此，一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的限速步 骤。
(3)负荷高 通常好氧法的有机容积负荷为2~4kgBOD/m3.d， 而厌氧法为2～10kg COD/m3.d，高的可达50kgCOD／ m3.d。
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(4)剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好 好氧法每去除 1kg COD将产生0.4~0.6 kg生物量，而厌氧法去除1kg COD只产生0.02~0.1kg 生物量，其剩余污泥量只有好氧法 的5％~20％。
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四、 营养
厌氧微生物对N、P等营养物质的要求略低于好氧微生 物，其要求COD：N：P = 200：5：1；多数厌氧 菌不具有合成某些必要的维生素或氨基酸的功能，所 以有时需要投加： ①K、Na、Ca等金属盐类； ②微量元素Ni、Co、Mo、Fe等； ③有机微量物质：酵母浸出膏、生物素、维生素等。
氧生物转盘等。
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（一）、厌氧消化池
厌氧消化池主要应用于处理城市污水厂的污泥，也可 应用于处理固体含量很高的有机废水；它的主要作用 是：① 将污泥中的一部分有机物转化为沼气；② 将 污泥中的一部分有机物转化成为稳定性良好的腐殖质； ③ 提高污泥的脱水性能；④ 使得污泥的体积减少1/2 以上；⑤ 使污泥中的致病微生物得到一定程度的灭活， 有利于污泥的进一步处理和利用。
厌氧生物处理
简述厌氧折流板反应器的原理及发展摘要：着重介绍了厌氧处理技术原理及第一代反应器到第三代反应器的发展过程,分析了新型第三代工艺-ABR反应器的性能特点及发展。
关键字：厌氧 ABR工艺厌氧反应器厌氧折流板反应器随着工业的飞速发展和人口的不断增加，能源，资源和环境等问题日趋严重，近30年来，能源的短缺变的突出。
采用传统的好氧生物处理方法处理废水要消耗大量能源，发达国家用于废水的能耗已占到了全国总电耗的1%左右。
废水好氧生物处理方法的实质是利用电能的消耗型来达到改善废水品质使其符合水域环境质量要求的一种技术措施。
所以，废水好氧生物处理是耗能型的废水处理技术。
在众多的废水生物处理工艺中，人们又重新认识采用厌氧生物处理工艺处理有机废水和有机废物技术。
1废水厌氧生物处理概述1.1 厌氧消化的基本原理有机物厌氧消化产甲烷过程是一个非常复杂的由多种微生物共同作用的生化过程。
M.P.Bryany（1979）根据对产甲烷菌和产氢产乙酸菌的研究结果，提出了三阶段理论。
第一阶段为水解发酵阶段。
在该阶段，复杂的有机物在厌氧菌孢外酶的作用下，首先被分解成简单的有机物，如纤维素经水解转化成较简单的糖类；蛋白质转化成较简单的氨基酸；脂类转化成脂肪酸和甘油等。
参与这个阶段的水解发酵菌主要是厌氧菌和兼性厌氧菌。
第二阶段为产氢产乙酸阶段。
在该阶段，产氢产乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以为的第一阶段产生的中间产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸，和醇类等转化成乙酸和兼性厌氧菌。
第三阶段为产甲烷阶段。
在高阶段中，产甲烷菌把第一阶段和第二阶段产生的乙酸、H2、和CO2等转化为甲烷。
1.2 厌氧处理工艺的发展概况废水厌氧生物处理技术发展至今，已有120多年的了。
早在1860年法国人Louis Mouras把简易沉淀池改进为污水污泥处理构筑物使用。
1890年，Scoot-Moncereff第一个初步的厌氧滤池建造了一个底部空，上边铺一层石子的消化池。
这也是第一个初步的厌氧滤池。
第六章厌氧生物处理
（2）消化池的容积负荷较普通消化池高，中温消化时， 容积负荷较普通消化池高
一般为2～5kgCOD/(m3· d)， 水力停留时间 （3）水力停留时间比普通消化池大大缩短，如常温下， 大大缩短 普通消化池为15～30天，而接触法小于10天； （4）不仅可以处理溶解性有机污水，也可以用于处理 可以处理溶解性
物的分解作用，池底
部容积主要用于贮存 和浓缩污泥。 特点：消化速率低， 消化时间长，适用于
小型装臵。
单级浮动盖式消化池： 不设搅拌装臵，有分 层，顶部为浮渣层，
中间是清液和起厌氧
分解的活性层，底部 为熟污泥。 功能：挥发性有机物 的消化、熟污泥的浓
缩和贮存。
特点：能提供1/3的 贮存体积。
（2）二级消化工艺
UASB 反应器 EGSB反应器 厌氧塘
完全混合型 厌氧滤池 流化床-复合床
工业上应用的UASB装置
厌氧生物处理的运行管理（UASB）
UASB反应器良好运行的三个重要前提是：
1）反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥； 2）由产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌作 用； 3）设计合理的三相分离器，这使沉淀性能良好的污泥能 保留在反应器内。
升流式厌氧污泥床反应器的特点是：（1）反应器内污 泥浓度高，一般平均污泥浓度为30～40g/L，高的可达60～ 80g/L ；（2）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化， COD容积负荷一般为10～20kgCOD/(m3· d)；（3）反应器内设 三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一
颗粒污泥来源：①原有的UASB反应器；②购买
第15章 水处理厌氧生物处理
均匀地 加以收集，排出反应器。
(5)气室 也称集气罩，其作用是收集沼气。 (6)浮渣清除系统 其功能是清除沉淀区液面和气 室表面的浮渣，根据需要设置。 (7)排泥系统 其功能是均匀地排除反应区的剩余
污泥。
2.4.4 厌氧颗粒污泥
厌氧污泥的主要聚集形式包括颗粒
(granules)、 团体(pellets)、絮体（flocs)、
2．1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。
上流式厌氧污泥床反应器（upflow anaerobic sludge blanket reactor)，简称 UASB反应器，是由荷兰的G. L
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，
因而能达到高生物量和高效高负荷。
3)产乙酸阶段
上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳
酸以及新的细胞物质，这一阶段的主导细菌是乙
酸菌。同时水中有硫酸盐时，还会有硫酸盐还原 菌参与产乙酸过程。
4)产甲烷阶段 乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用
被转化为甲烷和以及甲烷菌细胞物质。
经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、
2.4上流式厌氧污泥床反应器UASB
2.4.1 概述 2.4.2 基本特点（优点、缺点） 2.4.3 UASB的构造和组成 2.4.4 颗粒污泥 2.4.5 UASB的设计
5废水的厌氧生物处理
磷
废水中常见的磷有磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷。生活污水中磷含量 一般在10 mg/L—15mg/L，70%可溶。传统二级处理出水中有90% 左右以磷酸盐形式存在。
磷在生物处理过程中化合价不变。
的工业废水需投加的营养盐少。 有一定杀菌作用（废水、污泥中的寄生虫卵、细菌、病毒等）。 生产灵活、适应性强：可季节性、间歇性运转。 可产生有价值的副产物：如沼气。
缺点
★ 厌氧微生物生长繁殖慢，设备启动、处理时间长。 ★ 出水水质达不到排放标准，需进一步好氧处理。 ★ 操作控制因素比较复杂。 ★ 采用厌氧生物法不能去除水中的氮和磷，含氮和磷的有机物通过厌
沼气 出水
AF
进水
B 厌氧接触反应器（ACP）
基于普通厌氧反应器而发展起来。由消化池排出的混合液首先在沉淀池中进行固、液 分离。污水处理后由沉淀池上部排出，下沉的污泥回流至消化池。在消化池之外增设沉 淀池，从而保证污泥不流失而稳定了工艺流程。回流污泥提高了消化池内的污泥浓度和 在消化他内停留时间，设备的处理能力有所提高，从而提高系统的有机负荷处理能力。
2） 危害
——过量氮、磷导致水体富营养化 ——氨氮消耗溶解氧 ——氨氮会与自来水中用于消毒的余氯发生反应生成氯胺，消耗水体的余氯，使自来水 得不到保证。增加水处理成本 ——氮化合物对人和生物有害。
★亚硝酸盐超过1 mg/L，水生生物血氧结合力下降；3mg/L，可在24－96h内使金 鱼、鳊鱼死亡；
合 并： NH4 2O2 硝化 细菌NO3 2H H2O
好氧过程，每氧化1g的氨氮需要氧4.57 g，放热反应。硝化过程中放出H+，消耗混合液的碱度 （1：7.14）。这使混合液碱度下降，而硝酸细菌和亚硝酸细菌对PH变化很敏感，所以为保持 混合液中较稳定的PH值，需要不断添加碱。
厌氧生物处理
（2）升流式厌氧污泥床(UASB) • 该工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污 泥法的双重特点，作为能够将污水中的 污染物转化成再生清洁能源——沼气的 一项技术。对于不同含固量污水的适应 性也强，且其结构、运行操作维护管理 相对简单，造价也相对较低，技术已经 成熟，正日益受到污水处理业界的重视 ，得到广泛的欢迎和应用。
ABR反应器示意图
⑥厌氧迁移式污泥床反应器（AMBR）
• AMBR工艺类似ABR工艺,在每个隔室里增加了机 械搅拌,通过周期性改变进出水的方向来保持大 量的污泥,使每个上流式污泥床保持一致。有实 验证明，AMBR处理工艺在15℃和20℃时处理脱 脂牛奶,水力停留时间4~12h,有机负荷为 1·0~3·0kgCOD/m3·d,在更高COD负荷,在15℃时 COD的去除率为59%;在20℃时,COD负荷为1·0~2·0 kg COD/m3·d COD的去除率为80~95%。
注：(a)EGSB; (b)IC; ©UFB 第三代反应器结构示意图
④ASBR反应器
• ASBR法的主要特征是以序批式间歇的方 式运行,通常由一个或几个ASBR反应器组 成.运行时,废水分批进入反应器,与其中的 厌氧颗粒污泥发生生化反应,直到净化后 的上清液排出,完成一个运行期。ASBR法 一个完整的运行操作周期按次序应分为四 个阶段:进水期、反应期、沉降期和排水 期,如下图所示：
五、现代厌氧反应器技术的发展方向
5.1 两相或多级厌氧处理技术
第三代厌氧反应器特点比较
• 厌氧反应器的处理效率主要决定于反应器所能保有的 微生物浓度及其生化反应速率,而传质条件对生化反应 速率起着重要的作用。针对这些因素，新一代的反应 器具有一些共同的特性: • 1)微生物均以颗粒污泥固定化的方式存在于反应器中, 单位容积达微生物持有量更高; • 2)能承受更高的水力负荷,具有较高的有机污染物净化 效能; • 3)具有较大的高径比,占地面积小,动力消耗小; • 4)颗粒污泥与有机物之间具有更好的传质,使反应器的 处理能力大大提高. • 他们也具有各自的特点，也有各自的不足，具体见下 表：
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。
厌氧处理反应式
厌氧微生物处理反应式：→⎪⎭⎫ ⎝⎛•-•--++O H d e d s b c n N O H C c b a n 242092+•+⎪⎭⎫ ⎝⎛•-•--+•N O H C d s CO d e d s C n CH d e 2752420858-+⎪⎭⎫ ⎝⎛•-+⎪⎭⎫ ⎝⎛•-342020HCO d s C NH d s C (15—1)式（15-1）中，括号内的符号和数值为反应的平衡系数，其中：d=4n+a-2b-3c 。
s 值代表转化成细胞的部分有机物，值代表转化成沼气的部分有机物。
设 1=+e s （15—2） s 值随有机物成分、厌氧反应器中污泥泥龄和微生物细胞的自身氧化系数（1/d ）而变化：()()c d c d e k k a s θθ•+•+=12.01 （15—3） 式（15-3）中，0.2代表细胞不可降解的系数，a e 为转化成微生物细胞的有机物的最大系数值。
几种废物厌氧消化的a e 值（以COD 计的比值）如表15-1所示。
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、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。
因而粗略地将厌氧消化过程划分为三个连续的阶段，即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段，如图15-2所示。
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、醇类、醛类等。
这个阶段主要产生较高级脂肪酸。
碳水化合物、脂肪和蛋白质的水熔酸化过程分别为：由于简单碳水化合物的分解产酸作用，要比含氮有机物的分解产氨作用迅速，故蛋白质的分解在碳水化合物分解后产生。
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，在降解奇数碳素有机酸时还形成CO2。
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。
水污染控制工程第15章答案
第十五章污水的厌氧生物处理1．厌氧生物处理的基本原理是什么？答：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 (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烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。
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、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。
2、厌氧发酵分为哪个阶段？为什么厌氧生物处理有中温消化和高温消化之分？污水的厌氧生物处理有什么优势，又有哪些不足之处？答：通常厌氧发酵分为三个阶段：第一阶段为水解发酵阶段：复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下，首先被分解为简单的有机物。
继而简单的有机物在产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化转化成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等。
第二阶段为产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌把第一阶段中产生的中间产物转化为乙酸和氢,并有二氧化碳生成。
第三阶段为产甲烷阶段：产甲烷菌把第一阶段和第二阶阶段产生的乙酸、氢气和二氧化碳等转化为甲烷.厌氧生物处理可以在中温(35℃一38℃)进行（称中温消化)，也可在高温（52℃一55℃)进行(称高温消化）。
因为在厌氧生物处理过程中需考虑到各项因素对产甲烷菌的影响,因为产甲烷菌在两个温度段(即35℃一38℃和52℃一55℃)时，活性最高，处理的效果最好.厌氧生物处理优势在于：应用范围广,能耗低，负荷高，剩余污泥量少，其浓缩性、脱水性良好，处理及处置简单.另外，氮、磷营养需要量较少,污泥可以长期贮存，厌氧反应器可间歇性或季节性运转.其不足之处：厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备长；出水达不到要求，需进一步进行处理;处理系统操作控制因素较复杂；过程中产生的异味与气体对空气有一定影响。
3、影响厌氧生物处理的主要因素有哪些？提高厌氧处理的效能主要从哪些方面考虑？答：影响厌氧生物处理的主要因素有如下：pH、温度、生物固体停留时间、搅拌和混合、营养与C/N比、氧化还原电位、有机负荷、厌氧活性污泥、有毒物质等。
厌氧生物处理
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CH4和CO2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；④50、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、CO2和H2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。
●第二阶段：产甲烷阶段，又称碱性发酵阶段；——产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2；——主要参与微生物统称为产甲烷菌；——其特点有：1）生长慢；2）对环境条件（温度、pH、抑制物等）非常敏感。
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第十五章污水的厌氧生物处理一、填空题1．methanogenesis的中文翻译为：______；堆肥的英文为：______。
[中国科学技术大学2012年研]【答案】产甲烷作用；compost【解析】methanogenesis的中文翻译是产甲烷作用，是厌氧消化的最后阶段。
在该阶段中，产甲烷菌把第一阶段和第二阶段产生的乙酸、H2和CO2等转化为甲烷。
堆肥的英文是compost，堆肥是指利用含有肥料成分的动植物遗体和排泄物，加上泥土和矿物质混合堆积，在高温、多湿的条件下，经过发酵腐熟、微生物分解而制成的一种有机肥料。
2．列举3种厌氧生物处理装置：______、______和______。
[宁波大学2015年研]【答案】化粪池；普通厌氧消化池；厌氧生物滤池【解析】在没有分子氧及化合态氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法称为厌氧生物处理。
处理工艺包括化粪池、普通厌氧消化池、厌氧生物滤池、厌氧接触法、升流式厌氧污泥床反应器、厌氧流化床和颗粒污泥膨胀床、厌氧内循环反应器、厌氧折流板反应器、厌氧生物转盘、厌氧序批式反应器、两相厌氧法和分段厌氧处理法等。
3．厌氧消化过程划分为三个连续的阶段，即______、______和______。
[中国科学技术大学2015年研；宁波大学2017年研]【答案】水解发酵阶段；产氢产乙酸阶段；产甲烷阶段【解析】厌氧消化分为三个阶段，包括：①水解发酵阶段，在该阶段复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下，首先被分解成简单的有机物，参与这个阶段的水解发酵菌主要是专性厌氧菌和兼性厌氧菌；②产氢产乙酸阶段，在该阶段产氢产乙酸菌把除乙酸、甲烷、甲醇以外的第一阶段产生的中间产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等转化成乙酸和氢气，并有CO2产生；③产甲烷阶段，在该阶段产甲烷菌把第一阶段和第二阶段产生的乙酸、H2和CO2等转化为甲烷。
4．厌氧消化通过搅拌使污泥和底物充分混合，搅拌方式有______、______、______。
厌氧生物处理的影响因素
三、厌氧生物处理的影响因素——产甲烷反应是厌氧消化过程的控制阶段，因此，一般来说，在讨论厌氧生物处理的影响因素时主要讨论影响产甲烷菌的各项因素；——主要因素有：温度、pH值、氧化还原电位、营养物质、F/M比、有毒物质等。
1、温度：●温度对厌氧微生物的影响尤为显著：●厌氧细菌可分为嗜热菌（或高温菌）、嗜温菌（中温菌）；相应地，厌氧消化分为：高温消化（55︒C左右）和中温消化（35︒C左右）；●高温消化的反应速率约为中温消化的1.5~1.9倍，产气率也较高，但气体中甲烷含量较低；●当处理含有病原菌和寄生虫卵的废水或污泥时，高温消化可取得较好的卫生效果，消化后污泥的脱水性能也较好；●随着新型厌氧反应器的开发研究和应用，温度对厌氧消化的影响不再非常重要（新型反应器内的生物量很大），因此可以在常温条件下（20~25︒C）进行，以节省能量和运行费用。
2、pH值和碱度：●pH值是厌氧消化过程中的最重要的影响因素；●重要原因：产甲烷菌对pH值的变化非常敏感，一般认为，其最适pH值范围为6.8~7.2，在<6.5或>8.2时，产甲烷菌会受到严重抑制，而进一步导致整个厌氧消化过程的恶化；●厌氧体系中的pH值受多种因素的影响：进水pH值、进水水质（有机物浓度、有机物种类等）、生化反应、酸碱平衡、气固液相间的溶解平衡等；●厌氧体系是一个pH值的缓冲体系，主要由碳酸盐体系所控制；●一般来说：系统中脂肪酸含量的增加（累积），将消耗`HCO_3^-`,使pH下降；但产甲烷菌的作用不但可以消耗脂肪酸，而且还会产生`HCO_3^-`，使系统的pH值回升。
●碱度曾一度在厌氧消化中被认为是一个至关重要的影响因素，但实际上其作用主要是保证厌氧体系具有一定的缓冲能力，维持合适的pH值；●厌氧体系一旦发生酸化，则需要很长的时间才能恢复。
3、氧化还原电位：●严格的厌氧环境是产甲烷菌进行正常生理活动的基本条件；●非产甲烷菌可以在氧化还原电位为+100~ -100mv的环境正常生长和活动；●产甲烷菌的最适氧化还原电位为-150~ -400mv，在培养产甲烷菌的初期，氧化还原电位不能高于-330mv；4、营养要求：●厌氧微生物对N、P等营养物质的要求略低于好氧微生物，其要求COD：N：P = 200：5：1；多数厌氧菌不具有合成某些必要的维生素或氨基酸的功能，所以有时需要投加：①K、Na、Ca等金属盐类；②微量元素Ni、Co、Mo、Fe等；③有机微量物质：酵母浸出膏、生物素、维生素等。
厌氧生物处理法
厌氧生物处理法废水厌氧生物处理是环境工程与能源工程中的一项重要技术改革，过去，它在构筑物型式上主要采用普通消化池，由于存在水力停留时间长、有机负荷低等缺点，较长时期限制了它在废水处理中的应用。
70年代以来，世界能源短缺日益突出，从节约和利用能源上考虑，废水厌氧处理技术受到重视，开发了各种新型处理工艺和设备，大大提高了厌氧反应器内活性污泥的持留量，使处理时间大大缩短，处理效率有了很多提高。
目前，厌氧生化法不仅可用于处理有机污泥和高浓度有机废水，也可用于处理中、低浓度有机废水，包括城市污水。
厌氧生物处理与好氧生物处理相比具有下列优点：（1）应用范围广。
好氧法因供氧限制一般只适用于中、低浓度有机废水的处理，而厌氧法既用于高浓度有机废水，又适用于中、低浓度有机废水的处理。
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。
（2）能耗低。
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，而且产生的沼气能量可以抵偿消耗能量。
（3）负荷高。
通常好氧法的有机容积负荷（BOD）为2～4Kg（m3·d），而厌氧法为2～10Kg（m3·d）。
（4）剩余污泥量少，且污泥浓缩、脱水性良好。
好氧法每去除1KgCOD将产生0.4～0.6Kg生物量，而厌氧法去除1KgCOD只产生0.02～0.1Kg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5％～20％.此外，消化污泥在卫生学上和化学上都是较稳定的，因此剩余污泥的处理和处置简单，运行费用低，甚至可作为肥料利用。
（5）氮、磷营养需要量较少。
好氧一般要求BOD：N：P 为100：5：1，而厌氧法要求的BOD：N：P为100：2.5：0.5，因此厌氧法对氮磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐较少。
（6）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。
（7）厌氧活性污泥可以长期储存，厌氧反应器可以季节性或间歇性运行，在停止运行一段时间后，能较迅速启动。
厌氧生物处理的21个技术问答
厌氧生物处理的21个技术问答1、厌氧反应器内出现泡沫、化学沉淀等现象的原因是什么？厌氧反应器中有时会产生大量泡沫，泡沫呈半液半固状，严重时可充满气相空间并带入沼气管道，导致沼气系统的运行困难。
产生泡沫的主要原因是厌氧系统运行不稳定，因为泡沫主要是由于CO2产量太大形成的，当反应器内温度波动或负荷发生突变等情况发生时，均可导致系统运行的不稳定和CO2的产量增加，进而导致泡沫的产生。
如果将运行不稳定因素及时排除，泡沫现象一般也会随之消失。
在厌氧污泥培养初期，由于CO2产量大而甲烷产量少，也会出现泡沫，随着甲烷菌的培养成熟，CO2产量减少，泡沫一般也会逐渐消失。
进水中含有蛋白质是产生泡沫的一个原因，而微生物本身新陈代谢过程中产生的一些中间产物也会降低水的表面张力而生成气泡。
厌氧生物处理过程中大量产气会产生类似好氧处理的曝气作用而形成气泡问题，负荷突然升高所带来的产气量突然增加也可能出现泡沫问题。
碳酸钙（CaCO3）沉淀：处理废水钙含量高或利用石灰补充碱度，都会增加产生碳酸钙沉淀的可能性。
高浓度的碳酸氢盐和磷酸盐都有利于钙的沉淀。
鸟粪石（MgNH4PO4）沉淀：进水中含有较高浓度的溶解性正磷酸盐、氨氮和镁离子时，就会生成鸟粪石沉淀。
厌氧处理系统鸟粪石沉淀主要在管道弯头、水泵入口和二沉池进出口等处出现。
2、厌氧生物处理的三个阶段是怎样的？理论研究认为三个阶段，即厌氧消化过程分为水解发酵阶段、产乙酸产氢阶段、产甲烷阶段三部分。
水解发酵阶段和产乙酸产氢阶段又可合称为酸性发酵阶段。
在这个阶段，污水中的复杂有机物，在酸性腐化菌或产酸菌的作用下，分解成简单的有机物，如有机酸，醇类等，以及CO2、NH3和H2S等无机物。
由于有机酸的积累，污水的pH值下降到6以下。
此后，由于有机酸和含氮化合物的分解，产生碳酸盐和氨等使酸性减退，pH值回升到6.6～6.8左右。
⑴水解酸化阶段。
污水中复杂的大分子、不溶性的有机物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，水解产生挥发性有机酸、醇类及醛类等。
第十九章厌氧处理
第19章厌氧生物处理19.1 厌氧生物处理基本原理Bryant认为消化经历四个阶段：1.水解阶段，固态有机物被细菌的胞外酶水解；2.酸化；3.乙酸化阶段,指进入甲烷化阶段之前，代谢中间液态产物都要乙酸化4.第四阶段是甲烷化阶段。
根据厌氧消化的两大类菌群，厌氧消化过程又可分为两个阶段，即：酸性发酵阶段和碱性发酵阶段，如(图 19-1)所示。
1.酸性发酵阶段两阶段理论将液化阶段和产酸阶段合称为酸性发酵阶段。
在酸性发酵阶段，高分子有机物首先在兼性厌氧菌胞外酶的作用下水解和液化，然后渗入细胞体内，在胞内酶的作用下转化为醋酸等挥发性有机酸和硫化物。
pH 值下降。
氢的产生，是消化第一阶段的特征，所以第一阶段也称作“氢发酵”。
兼性厌氧菌在分解有机物的过程中产生的能量几乎全部消耗作为有机物发酵所需的能源，只有少部分合成新细胞。
因此酸性消化时，细胞的增殖很少。
产酸菌在低 pH 值时也能生存，具有适应温度、 pH 值迅速变化的能力。
2.碱性消化阶段专性厌氧菌将消化过程第一阶段产生的中间产物和代谢产物均被甲烷菌利用分解成二氧化碳、甲烷和氨，pH 值上升。
由于消化过程第二阶段的特征是产生大量的甲烷气体，所以第二阶段称为“甲烷发酵”。
由于甲烷菌的生长条件特别严格，即使在合适的条件下其增殖速度也非常小，因此甲烷化过程控制污水或者污泥的厌氧消化进程。
图 19-1 厌氧消化两阶段示意图19.1.1废水处理工艺中的厌氧微生物在厌氧消化系统中微生物主要分为两大类：非产甲烷菌（ non-menthanogens ）和产甲烷细菌（ menthanogens ）。
厌氧消化过程的非产甲烷菌和产甲烷菌的生理特性有较大的差异，对环境条件的要求迥异，见(表19-1)。
表 19-1 产酸菌和产甲烷菌的特性参数参数产甲烷菌产酸菌对 pH 的敏感性敏感，最佳 pH 为 6.8～7.2 不太敏感，最佳 pH 为5.5～7.0氧化还原电位 Eh < -350mv( 中温 ) ， < -560mv( 高温 ) < -150～200mv 对温度的敏感性最佳温度： 30～38 ℃， 50～55 ℃最佳温度： 20～35 ℃非产甲烷菌又称为产酸菌（ acidogens ），它们能将有机底物通过发酵作用产生挥发性有机酸（ VFA ）和醇类物质，使处理系统中液体的 pH 值降低。
污水厌氧生物处理及污泥处置
硝化反应对溶解氧有较高的要求，处理系统中的溶解氧量最好保持在2mg/L以上。适 宜的pH为7～8。 反硝化反应是指在无氧条件下，反硝化菌将硝酸盐氮（NO3-）和亚硝酸盐氮（NO2-） 还原为氮气的过程。反应如下： 硝酸还原菌 6 NO3-+2CH3OH ————→6 NO2-+2CO2+4H2O 亚硝酸还原菌 6 NO2-+3CH3OH ————→3N2+3H2O+6OH-+3CO2 总反应式为： 反硝化菌 6 NO3-+5CH3OH ————→5CO2+3N2+7H2O+6OH反硝化菌属于异氧型兼性厌养菌，在有氧存在时，进行好氧呼吸；在无氧而有NO3-或 NO2-存在时，进行反硝化反应。 在反硝化菌代谢活动的同时，伴随着反硝化菌的生长繁殖，即菌体合成过程，其反应 如下： 3 NO3-+14CH3OH+CO2+3H+→3C5H7O2N+19H2O 式中C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。反硝化还原和微生物合成的总反应式为： NO3-+1.08CH3OH+H+→0.065C5H7O2N +0.47N2+0.76CO2+2.44H2O 在反硝化反应中，最大的问题就是污水中可用于反硝化的有机碳的多少及其可生化程 度。 反硝化反应的适宜pH值为6.5～7.5。pH值高于8或低于6时，反硝化速率将迅速下降。 反硝化反应的温度范围较宽，在5～40℃范围内都可以进行。但温度低于15℃时，反 硝化速率明显下降。
在工程技术上，研究甲烷细菌的通性是最重要的，这将打破厌氧生物处理过程分阶段的现象， 从而最大限度地缩短处理过程的时间。经验和研究表明，pH值和温度是影响甲烷细菌生长的两个重要 的环境因素。pH值应在6.8～7.2之间。在35-38℃和52-55℃各有一个最适温度。 污水和泥液中的碱度有缓冲作用，如果有足够的碱度中和有机酸，其pH值有可能维持在6.8之上， 酸化和甲烷化两大类细菌就有可能共存，从而消除分阶段现象。此外，消化池池液的充分混合对调整 pH值也是必要的。 从液温看，消化可在中温（35-38℃）进行，也可在高温（52-55℃）进行。但后者需要的热量比 前者要高得多。 研究表明，产乙酸细菌和产甲烷细菌存在严格的共生关系，考虑到这种关系，反应器中的剪切力 要注意控制，不能在系统内进行连续的剧烈搅拌。
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4.1.1厌氧微生物学发展概况（自学） 2、国内概况
由于厌氧消化细菌的生长繁殖要求极其严格的厌氧条件，研究厌氧消 化细菌工作较为困难。直至1978年我国才开始这方面的研究工作。 1980年美国著名微生物学家，厌氧操作技术的发明者Hungate教授 被应邀来华讲学，对我国厌氧消化微生物的研究工作起到了指导和推 动作用。随后我国学者结合我国蓬勃开展的大办沼气事业和废水厌氧 处理，对厌氧发酵微生物学进行了大量的研究工作，取得很大进展。
消化
污泥
（2）第二阶段,1920s-1950s,普通消化池 (Conventional digestor)
沼 气 浮渣
1912,英国伯明翰市,用土堤围起来的露 天敞开式的厌氧消化池。不加热，消化 时间长约l00d；池子不加盖，消化效果 不好，散发恶臭。
进料 德国Kremer，提出加盖的密闭式消化池， 如图所示。称为传统消化池 (Conventional digester)，又称普通消化 池，是最早采用的二级消化池。 活性污泥 、生物滤池污泥稳定。
3）对专性互营的产氢产乙酸菌和产甲烷菌共培养物的研究 也取得了进展。
刘聿太(1987)分离到了氧化丁酸盐的沃氏互营单胞菌和产甲烷菌的互 营培养物；
钱泽澍、马晓航(1989)详细研究了丁酸盐降解菌沃氏互营单胞菌和氢 营养菌共培养物的组成和互营联合条件。 赵宇华、钱泽澍(1990)研究了能降解20个碳的硬脂酸的产氢产乙酸菌 和产甲烷的互营培养物。
沼气 进 水
出水
沉淀
消化 回流
动画 剩余厌氧污 泥
2）厌氧滤池,1967, J.C. Young, L.McCarty (AF:Anaerobic Filter)
填料为厌氧微生物的附着提供支 撑，可保留足够的厌氧微生物， 使厌氧滤池具有较高的处理效能， 开始时填料为块石，用在处理可 溶性工业废水，悬浮固体多时会 堵塞；空间大部分被块石所占据， 有效容积较小，从而需要较大的 池子体积。 后来改进填料，替代块石后，厌 氧滤池获得广泛应用。 进水
沼气、 CO2
出料
加热
装置
（3）第三阶段，1950s－今 ，两个方向
• 方向1 增加反应器生物量，开发新型反应 器工艺，提高负荷与处理能力；10种反应 器工艺
• 方向2 相分离技术途径；两相厌氧工艺系 统。
厌氧澄清器(Anaerobic Claridigestor)
1950，南人Stander发现在厌氧 反应器中保持大量细菌的重要 出水 性，开发厌氧澄清器 (Anaerobic Claridigestor)， 如图所示，处理酒厂和药厂废 液。 装置把厌氧消化和沉淀合建。 废水从池底流进以后通过污泥 区与里面的细菌接触。污泥中 产生甲烷和CO2气体上升时起搅 拌作用，气体从一侧管道被分 离出，液体则向上流经中间小 洞进入沉淀区，沉淀下来的污 泥通过小洞返回消化部分，使 消化区保持较多微生物。由于 进水 液体要通过小洞上流，沉淀的 污泥要通过小洞下掉，这就可 能会产生堵塞问题。
• • • • •
4.1 概述 4.1.1厌氧微生物学发展概况（自学）--国外；国内 4.1.2厌氧生物处理工艺发展—国外；国内 4.1.3 厌氧生物处理工艺分类 4.1.4 厌氧生物处理技术在污（废）水处理领域的地位
4.1 概述
• 厌氧生物处理：无氧条件，厌氧微生物，转化有机物或无 机物为甲烷（CH4）、二氧化碳、硫化氢等物质的过程。 • 用途：1）剩余污泥稳定处理，称厌氧消化、污泥消化；2） 有机废水处理；
2）厌氧消化中非产甲烷菌研究
刘克鑫，徐洁泉等(1980)分离出肠杆菌科和芽孢杆菌科中6株产氢细 菌； 廖连华(1986)从污水处理厂污泥中分离出1株中温性纤维素分解菌， 纤维二糖棱菌。
谭蓓英(1987)从猪粪玉米秸作原料的甲烷发酵液中分离出了1株C菌 株的纤维分解细菌。
凌代文等(1987)从豆制品废水发酵液中分离出水解发酵性细菌。
闵航(1990)获得了1株嗜热性苯甲酸厌氧降解菌和产甲烷菌共培养物， 并分离到1株能从H2／CO2形成乙酸又能利用乙酸的硫酸盐还原菌新 种嗜热氧化乙酸脱硫肠状菌。
4.1.2厌氧生物处理工艺发展
1、国外发展概述
120多年历史，3个时期 （1）、初级阶段：20世纪20年代以前，处理废水、粪便， 代表构筑物：四类。 1）1881，法，自动净化器； 2）1895，英，化粪池； 3）1904，英，Travis池； 4）1905，德，Imhoff池； HRT长，处理效率低，出水水质差，浓臭的气味，结构简 单。
厌氧处理工艺和好氧处理工艺对比
4.1.1厌氧微生物学发展概况 1、国外概况
1630年，Vam Helmeut第一次发现由生 物质厌氧消化产生可燃的甲烷气体。
1776年，意大利物理学家Volta认为甲 烷气体产生与湖泊沉积物中植物体的腐 烂有关。 1868年，Becbamp首次指出甲烷形成过 程是一种微生物学过程。 1875年，俄国学者Popoff也发现沼气发 酵是由微生物所引起的。 1901年，荷兰的N.L.Soehngen (DELFT) 对产甲烷菌的形态特性及其转化作用提 出了一个比较清楚的概念，观察到低级 脂肪酸可转化为甲烷和二氧化碳，氢和 二氧化碳发酵可形成甲烷。
1）1881，法，自动净化器；
1860年法国人Louis Mouras把简易沉淀池改进作为污水污 泥处理构筑物使用。 1881年法国Cosmos杂志上登载了介绍Mouras创造的处理 污水污泥的自动净化器(Automatic Scasenger)。 美国学者McCarty建议把1881年作为人工厌氧处理废水的 开始，称Mouras是第一个应用厌氧消化处理的创始人。
沼气 沉淀 消化
污泥
1）厌氧接触法(Anaerobic Contact Process), 1956, Schroefer研发
标志着现代废水厌氧生物工艺的诞生。 厌氧接触法的工艺流程如下图所示。 采用回流，在消化池中保持足够数量的厌氧菌，SRT提高 与HRT分离，使反应器容积负荷率提高，从而提高反应器 处理效能。
马氏甲烷八叠球 赵一章, 菌C-44 尤爱达,
LYC 刘聿太
1984
1985 1985 1985 1986
甲烷杆菌 G-86.1
嗜热自养甲烷杆菌TH6 球状产甲烷菌SN 拉布雷微粒甲烷菌Z
马光廷
陈美慈、钱泽澍 倪水松、钱泽澍 赵一章等
1987
1988 1987 1989
史氏甲烷短杆菌 赵一章, H13、HX 张辉, 许宝孝 嗜热甲酸甲烷杆 赵一章, 菌HB12 张辉
专利人：Louis Mouras ；名称：Mouras’ Automatic Scavenger；
1890年，Scott-Moncrieff建造了第一个初步 的厌氧滤池（Anaerobic Filter）：池的底部 空、上边铺一层石子。石子拦截废液中的固体。 这种装置长期未受重视，没有发展，直至现在 处理工业废水时，才又被人们所认识。 1894年，A.N.Talbot设计了一个与Mouras自 动净化器相似的罐，主要是中间多了一些垂直 挡板，阻挡流过的废水。
Imhoff池，又称隐化池，我国也称双层 沉淀池， 1906年，德国人Imhoff对 Travis池作改进，其构造如图所示。这 种池型构造把污水的沉淀与污泥的消化 完全分开，彼此不发生干扰。这种装置 在本世纪20年代被广泛应用与欧美各国。 化粪池和双层沉淀池至今在排水工程中 仍占有重要地位。，英，化粪池；(Septic Tank)，
世界上第一个厌氧化粪池, 1895年，Donald设计，见下
图。厌氧化粪池的创建，厌氧处理工艺发展史上一 个重要里程碑。从此，用化粪池使家庭生活污水得到 较好处理，减轻了粪便对河流的污染。
Cameron并重视对沼气的利用，两年后沼气被利用于加 热和照明。 进水
浮渣
出水
污泥
3）1904,英,Travis池； (隐化池、双层沉淀池) Travis池， 1904年，Travi。如图所示。废 水从一端流入，从另一端流出，两侧沉淀 区分离出的污泥，在池中间的中下部分消 化，产生的沼气从中间上部分排出，不会 影响两侧的沉淀区。
沉淀 消化 污泥 沉淀
4）1905,德,Imhoff池； (隐化池、双层沉淀池)
高的处理效能，获得广泛应
1）产甲烷菌研究 1980年以来我国学者对厌氧消化产甲烷菌进行了深入的 研究，产甲烷菌纯培养的获得和研究，开发了我国产甲烷 菌的资源宝库，也使我们对产甲烷菌的生活习性有了深入 的了解。
产甲烷菌菌名 巴氏八叠球菌 BTC菌株
分离者 周孟津, 杨秀山
时间 1980 1984 1984 1987
1977年，Thaner等全面阐述了关于厌氧化能营养型细菌中的能量转化 的生物力能学。
70～80年代中Widdel等分离得到了多种性能各异的硫酸盐还原菌，命 名了多个新属，开阔了人们对硫酸盐还原菌的认识。 至1989年，已分离获得的产甲烷菌有3目16科13属43种。至1991年已收 集了产甲烷菌65种。并阐明了产甲烷菌的基质、辅酶、培养条件、能 量代谢以及与不产甲烷厌氧菌之间的关系。 //
1902年，Maze获得了一种产甲烷的微球菌，后命名为马氏甲烷球菌。 1916年，V.L.Omeliansky分离到1株不产芽孢、发酵乙醇产甲烷菌，
后被命名为奥氏甲烷杆菌，现证实其并非一个纯菌种。1//
1934年，Van Niel提出二氧化碳还原为甲烷的理论。 1936年，Barker采用化学合成培养基培养阴沟污泥，获得了能很好的
出料
上清液
污泥
高速消化池(High Rate Digestor)
为提高传统消化池的产气率和缩小装 置体积，对传统消化池作两种改进： 1 加热，使消化池内温度适应细菌快 速繁殖，有中温35℃左右和高温5055 ℃两种； 进料 2增设搅拌设备，使有机物与微生物 良好接触。 高速消化池(High Rate Digestor)诞 生。