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
（1）容积 （2）配水 （3）排泥的设计 （4）结构设计的要求 （5）三相分离器设计
2.4.6 UASB的启动
2.4.1概述
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
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
优点： 有机负荷居第二代反应器之首,水力负荷满足 要求;污泥颗粒化后使反应器对不利条件的抗性增 强;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。
（a）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度 为30-40g/L，其中底部污泥床(sludge bed)污泥浓 度60-80g/L，污泥悬浮层(sludge blanket)污泥浓 度5-7g/L；
主要优点：
处理能力较高 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SS较 低 设备简单、操作方便
主要缺点：
滤料费用较贵 滤料容易堵塞
2.3
厌氧接触法
在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消 化池，形成了厌氧接触法（anaerobic contact process)。
厌 氧 接 触 法 工 艺
UASB反应器的组成
(1)进水配水系统 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。 (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。
(3)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。
(4)出水系统 其作用是把沉淀区表层处理过的水
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。
第15章 污水的厌氧生物处理 The Anaerobic Processes
内容 一、 厌氧法的基本原理 二、 厌氧法的工艺和设备
三、厌氧法的影响因素
四、 厌氧生物反应器发展
厌氧生化法的优点：
废水的厌氧处理主要用于高浓度有机废水的前处理; （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
2.4.3 UASB的构造和组成
由图可见，UASB工作 时，废水从反应器底部进入， 与污泥床层的高浓度颗粒污 泥接触，污染物被分解产生 沼气。污水、污泥和沼气一 起向上流动，进入反应器的 上部的三相分离器，完成气、 液、固三相的分离。被分离 的消化气从上部导出，被分 离的污泥则自动滑落到悬浮 污泥层。出水则从澄清区流 出。
二氧化碳、氢气、硫化氢等小分子物质和少量的
厌氧污泥。
复杂有机物
1水解 2发酵
脂肪酸
3产乙酸 硫酸盐还原
H2 + CO2
4产甲烷
乙酸
4产甲烷
硫酸盐还原
CH4 + CO2
硫酸盐还原
H2S+ CO2
二、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。

上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩
形。小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆 弧形。

大型装置为便于设置气、液、固三相分离器， 则一般为矩形，高度一般为3-8m，其中污
泥床1-2m，污泥悬浮层2-4m，多用钢结构
或钢筋混凝土结构。
UASB反应器示意图
2.4.2上流式厌氧污泥床反应器的基本特点

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。
2.2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。
厌氧生物滤池的特点及改进：
在厌氧生物滤池中，厌氧微生物大部分 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。
（c）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；
（d）混合液经沉降后，出水水质好， （e）但需增加沉淀池、污泥回流和脱气
等设备
（f）厌氧接触法存在混合液难于在沉淀
池中进行固液分离的缺点。
几种脱气方法:
(a)真空脱气，由消化池排出的混合液经真空 脱气器(真空度为0.005 MPa)，将污泥絮体 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 液进行急速冷却。 (c)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； (d)用超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效 果。
一、厌氧活性污泥净化废水的作用机理

复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段 水解阶段、发
酵阶段（又称酸化阶段）、 产乙酸阶段、产甲烷阶 段


1)水解阶段
在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物


2)发酵阶段
梭状芽孢杆菌、拟杆菌等酸化细菌吸收并转化为更为简单的化 合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧 化碳、氢气、氨等
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。 厌氧接触法对悬浮物高的有机废水(如 肉类加工废水等)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 淀。 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 法，也可以用泵循环池水。
厌氧接触法的特点:
（a）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； （ b）消化池的容积负荷较普通消化池高， 中温消化时，一般为 2-l0kgCOD/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；
污泥床中的污泥由活性生物量占70-80％的高度发 展的颗粒污泥(sludge granules)组成，颗粒的直径一般 在0.5-5.0mm之间，颗粒污泥是UASB反应器的一个重 要特征。 （b）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD 容积负荷在小试验和中型试验中可高达20-40kg COD/ （ m 3· d）在大型生产装置中可达到 6-8kg COD/ （ m 3· d）。 （c）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，一般无污泥回流设备；简化了工艺， 节约了投资和运行费用。 （d）无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产 生的沼气和进水来搅动；
余能量愈多。 一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥