第六章 厌氧生物处理法

动植物残体及粪便等。
• 设备和技术类型：普通消化池和高速消化池、厌氧接触工艺、 厌氧生物滤池、厌氧污泥床等
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第六章 厌氧生物处理法
（2）厌氧消化的三阶段理论
• 第一阶段－－水解和发酵阶段：主要依赖发酵细菌等，将复杂的
有机污染物进行水解和发酵。 其中多糖先变成单糖，再通过酵解途径进一步发酵成乙醇和脂肪
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第六章 厌氧生物处理法
（4）影响因素－Others
• pH值：产甲烷菌对pH值适应性很差，最适范围 6.8~7.2 ，若低于6.5或高于8.2
将严重影响厌氧消化； • 营养物：厌氧菌对碳、氮等营养物的要求稍低于好氧生物，但一般不能合成
某些必要的维生素或氨基酸，故需要补充，同时还需要K、Na、Ca，另外Ni、
甲烷。
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第六章 厌氧生物处理法
（2）厌氧消化的三阶段理论
根据原料的物理化学性质变化，三阶段理论：
第一阶段：“液化” 大分子 第二阶段：“酸化” 发酵细菌和产氢产乙酸细菌 第三阶段：“气化” 甲烷细菌 COOH COOH 水解
可溶性小分子
COOH COOH
CH4 + CO2
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第六章 厌氧生物处理法
（4）影响因素活性－氧化还原电势（ORP）
• • • 产甲烷细菌对环境因素最敏感，产甲烷阶段是厌氧消化的控制阶段。 氧浓度（mg/L）：< 0.2 氧化还原电势（ORP）：厌氧环境是厌氧消化和厌氧细菌赖生存的环境，以 体系中的ORP来反映。可引起系统ORP升高的原因：DO、Fe3+、Cr2O72-、 NO3- 、SO42-、H+（pH<6）。 不同厌氧系统对ORP的要求：
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家 用 沼 气 池
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第六章 厌氧生物处理法
附1：消化池俯视图
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（3）消化池的加热和搅拌
原因：
• 加快和稳定污泥消化过程，消化池内必须保持 适宜的温度； • 生、熟污泥之间充分接触与混合均匀，有利于 微生物生长繁殖。
（2）消化池的构造
• 腐化池：最简单的污泥消化构筑物，常用于处理污水和污泥消化。不需要
加热和搅拌，负荷低，HRT＝12 ~ 24h，SRT＝3 ~ 6月。如：沼气池。 • 隐化池：又称双层沉淀池，即污水沉淀区和污泥消化区分隔开，避免了腐
化池的缺点，提高了出水水质；
• 消化池：独立进行污泥厌氧消化的构筑物（污泥消化和废水沉淀分成两个 独立的构筑物进行，可消除污泥消化过程中对池子上部沉淀区的不良影 响）。 单级消化池：加热、搅拌，负荷高，消化期短（15d）； 两级消化池：第一级加热、搅拌、污泥消化和产气；第二级污泥静置沉降、 液固分层、排水。
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第六章 厌氧生物处理法
（4）厌氧消化工艺流程
见：仿真－污泥消化－厌氧接触工艺流程
沼 气 废水 厌氧消化池 真空脱气器 沉淀池 排放
回流污泥
剩余污泥
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（4）厌氧消化工艺流程
• 厌氧接触法与普通厌氧消化（CSTB）比较的特点： 消化池内污泥浓度高，耐冲击：5 ~ 10gVSS/L。 有机容积负荷和去除率高：COD’s Lv=1~5kg/m3.d，去除率达80%； BOD’s Lv=0.5~2.5kg/m3.d，去除率达90% 增设沉淀池、污泥回流系统和真空脱气系统：出水水质好，适于处理高悬浮 物或有机物废水。
机械搅拌法：通用，螺旋浆式或射流式搅拌器。
泵循环污泥搅拌法：通过池内污泥泵使污泥自上而下作循环运动，能耗小； 气体搅拌法：利用气体压缩机将沼气压入消化池，进行污泥搅拌。可分为气
体提升器搅拌式和气体扩散搅拌式。
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Hale Waihona Puke Baidu
第六章 厌氧生物处理法
附：气体搅拌法－－提升式
见：仿真－污泥消化－沼气搅拌消化池
V t ；废水转换时间，； d Q 1 1 R RX / X 回流比 ： R tc t
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3、厌氧污泥床
• 生化原理和特点 • 厌氧污泥床的结构 • 污泥特性
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（1）生化原理和特点－UASB
上流式厌氧污泥床（UASB）生化原理：废水由床底进入， 向上流经污泥床，有机物与微生物接触，厌氧发酵降解 产生沼气 UASB 特点： 床内生物量和有机负荷高：污泥浓度 20~30gVSS/L， 10kgCOD/m3.d； 污泥床内设有气、固、液三相分离器：污泥自然回流， 不需外回流，运行能耗小，出水水质好。 不足：缺乏充分搅拌，床内易短流；为防止流出污泥， 产气强度不能过高（<5m3/m2.d）；对入流水质敏感，缓 冲能力小，要求进水稳定，悬浮固体SS＜1000mg/L。
在水和污泥混合物进入沉淀区之前，必须使其中的气泡予以脱除， 所以在沉淀区外设集气区；
沉淀区的设计负荷不能太大，一般取Q < 0.7m3/m2.h 。水流进入沉
淀区前 ，通过孔道的流速应 < 2m/h； 为防止污泥在沉淀池内继续产气，应让污泥尽快落入污泥床内，故 池壁倾角不宜太大，一般取 < 50°。 因为流出污泥中可能夹带部分悬浮物，故在污泥床后部还应设置沉 淀池，可加速污泥积累，改善出水水质。
60
200 100 500 <100
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HCHO-
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2、普通消化池和厌氧接触法
• 消化池的原理 • 消化池的结构 • 消化池的加热和搅拌 • 厌氧接触法反应动力 学（自学）
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第六章 厌氧生物处理法
（1）消化池的原理
• 用途：用主要用于处理污水中分离
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第六章 厌氧生物处理法
第六章
厌氧生物处理法
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第六章 厌氧生物处理法
第六章
• 基本原理
厌氧生物处理法
• 消化池和厌氧接触法 • 厌氧污泥法 • 厌氧生物膜法 • 两相厌氧生物处理法
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第六章 厌氧生物处理法
1、基本原理
• 厌氧生物处理法特点 • 三阶段理论 • 厌氧消化微生物 • 影响因素
消化池必须加热与搅拌
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第六章 厌氧生物处理法
（3）消化池的加热和搅拌
• 加热目的： 为了提供生污泥从原有温度升高到池温所 需的热量，补偿消化池自身的散热，以达到保 持恒定温度的目的。 • 搅拌目的： 使池内物料（微生物和底物）分布均匀， 生、熟污泥充分接触，提高有机物的分解速率 和分解程度，有利于提高产气量和消化池利用 率。
厌氧过滤床：淹没式的固
定滤床，废水由床底流入， 上升通过滤床过程中，有 机物被厌氧分解，产生的 沼气由反应器顶部排出， 处理后的出水从床上部排 出。
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第六章 厌氧生物处理法
（2）厌氧污泥床的结构
三相分离器：为避免污泥过量流失，在厌氧污泥床上部设有气、液、 固三相分离装置。 27
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第六章 厌氧生物处理法
（2）厌氧污泥床的结构
气、液、固三相分离器
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第六章 厌氧生物处理法
附1：厌氧污泥床的结构要求
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第六章 厌氧生物处理法
附2：厌氧污泥床废水处理工艺
见－仿真－厌氧生物处理－UASB构造、三相分离器设计
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4、厌氧生物膜法
• 厌氧过滤床 • 厌氧膨胀床 • 厌氧流化床 • 厌氧生物转盘（略）
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（1）厌氧过滤床 （AFB）
Al、Co、Mo等微量元素可提高产气量； • 食料微生物比（有机负荷）：有机负荷、处理程度和产气量之间存在平衡关 系。由于厌氧消化过程中产酸阶段的反应速率比产甲烷阶段的反应速率高得 多，故要十分慎重地选择有机负荷，使挥发酸的生成及其消耗协调。一般远 高于好氧法，可高达 50kg/m3.d； • 有毒物质：硫化物、氨氮、重金属、氰化物和异型化合物；
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第六章 厌氧生物处理法
附：一些化学物质对厌氧消化物抑制浓度
有毒物 S2抑制浓度 mg/L 100 有毒物 Al 抑制浓度 mg/L 50
Cl Cr6+ Cu 2+ Cr 3+ CN -
200
3 100 ~ 250 25 2 ~ 10
TNT
Na2S2O3
去垢剂（阳离子型） 去垢剂（阴离子型）
沼 气
废水 厌氧消化池 真空脱气器 沉淀池 排放
回流污泥
剩余污泥
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第六章 厌氧生物处理法
（5）厌氧接触法反应动力学（自学）
1 Yq max S e K d ; t C－表泥龄， ; Rc 表水力停留时间， ; d d tC K S Se (1 K d Rc ) K s Se ; S e－表流出底物浓度， mgCOD / L; t (Yq max K d ) 1 X t ( So Se ) ; X－表厌氧池中微生物浓 mgVSS / L; 度， t (1 K d c )
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（3）厌氧消化微生物
• 发酵细菌（产酸细菌）：梭菌属（Clostridium）、拟杆菌属
（Bacteroides）、丁酸弧菌属（Butyrivibrio）、真细菌（Eubacterium）、 双歧杆菌（Bifidobacterium）等严格厌氧或兼气细菌，可分泌胞外酶首先
将不溶性的污染物转化为有机酸、醇类等溶解物。
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第六章 厌氧生物处理法
（3）消化池的加热和搅拌
• 加热装置：
方便。 池内热水循环加热法：通过池内的热交换器，采用热水循环与器外的污泥进 行热交换并加热污泥，温度不能高于65℃； 池外热水循环加热法：污泥在管内（1m/s）。 • 搅拌装置： 蒸汽加热法：高压或低压蒸汽直接用喷射器喷入池内，方式简单，运行管理
酸；
蛋白质先水解成氨基酸，再经脱氨作用产生脂肪酸和氨。 • 第二阶段－－产氢、产乙酸的酸化阶段：主要依赖产氢和产乙酸
菌等，将乙醇和脂肪酸等水溶性小分子转化为乙酸、H2和CO2。
• 第三阶段－－产甲烷阶段：主要依赖甲烷细菌，将甲酸、甲胺、 甲醇、乙酸+（H2+CO2）等小分子基质通过不同代谢途径转化为
出来的有机污泥、含有固体较多的
污水和高浓度污水； • CSTB原理：传统的完全混合反应器 （普通消化池），污泥和同废水混 合进入池内，间歇搅拌，通过厌氧 微生物的吸附、吸收和生物降解， 使之转化为以CH4和CO2为主的沼气； 同时在池内实现污泥与液体分离。
沼气 废水
污泥
出水
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第六章 厌氧生物处理法
• 产乙酸产氢细菌：互营单细胞菌属（Syntrophomonas）、互营杆菌属
（Syntrophobacter）、梭菌属（Clostridium）、暗杆菌属（Pelobacter），
在低乙酸浓度和低氢分压时，可将各种挥发性的脂肪酸降解为乙酸和H2。
• 产甲烷细菌：甲烷细菌，一类主要利用乙酸产生甲烷；另一类数量较少， 可利用H2和CO2合成甲烷。
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第六章 厌氧生物处理法
（1）厌氧生物处理法的特点
• 厌氧生物处理法：在厌氧条件下，依赖兼性和严格厌氧菌等多
种微生物共同（或共生）作用，降解废水中的有机污染物生物
CH4和CO2的过程，“anaerobic fermentation”。 • 技术特点：适于处理高浓度有机工业废水，城镇污水的污泥、
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第六章 厌氧生物处理法
附: 生化反应方程式
（1）产氢产乙酸细菌
CH3CH2OH + H2O = CH3COOH + H2
CH3CH2OH + 2H2O = CH3COOH + 3H2 + CO2
2CH3CH2CH2OH + 4H2O = 3CH3COOH + 6H2
（2）产甲烷细菌 CH3COOH = CH4 + CO2 4H2O + CO2 = CH4 + H2O
产甲烷细菌最适：-350mV
高温厌氧系统：-600 ~ -500mV 中温厌氧系统：-380 ~ -300mV
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第六章 厌氧生物处理法
（4）影响因素－Temperature
• 温度：主要影响微生物的生 化反应速率，进而影响有机 污染物的分解速率。同时温 度突变对厌氧菌影响大。 好氧生物法只有一个适宜温 度值； 厌氧生物法有两个最适温度： 中温33~35℃；高温50~55℃。