第三章-第四节-污水的厌氧生物处理工艺

2、构造
根据不同的处理对象，UASB反应器构造主要可分为 两种。
（1）开敞式UASB反应器。 （2）封闭式UASB反应器。
（1）开敞式UASB反应器。
反应器的顶部不加密封，出 水水面是开放的，或加一层 不密封的盖板，这种UASB反 应器主要适用于处理中低浓 度的有机废水。
中 低 浓 度 废 水 经 UASB 反 应 器处理后，出水中的有机物 浓度已较低，在沉淀区产生 的沼气数量很少，一般不再 收集。构造比较简单，易于 施工安装和维修。
上流式厌氧污泥床反应器
1、特征
升流式厌氧污泥 床（Up-flow
Anoerobic S1udge B1anket，简称 UASB）反应器是 荷兰农业大学环境 系学者G·Lettinga 等人在70年代初开 发的。
UASB反应器的特征是在 反应器
上部设置气、固、液三相 分离器，
下部为污泥悬浮层区和污 泥床区，废水从反应器底 部流入，向上升流至反应 器顶部流出，由于混合液 在沉淀区进行固液分离， 污泥可自行回流到污泥床 区，这使污泥床区可保持 很高的污泥浓度。
V qV t
V qV
N
产气量一般可按0.4~0.5m3/kg(COD)进行估算。
三、 消化池的热量计算 包括将废水提高到池温所需的热量和补偿池壁、
池盖所散失的热量。
提高废水温度所需的热量为Q1：
Q1 qV C(t2 t1)
通过池壁、池盖等散失的热量Q2与池子构造和材 料有关，可用下式估算：
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有可能维持在6.8以上，酸化和甲 烷化两大类细菌就可以共存，从而消除分阶段现象。
厌氧法与好氧法相比，降解较不彻底，放出的热 量少，反应速度低。
主要用于污泥的消化、高浓度有机废水和温度较 高的有机工业废水的处理。
二、影响因素
由于产甲烷菌对环境因素的影响较非产甲 烷菌(包括发酵细菌和产氢产乙酸细菌)敏感 得多，产甲烷反应常是厌氧消化的控制阶段， 因此，以下主要讨论对产甲烷菌有影响的各 种环境因素。
BOD:N:P= 200~400:5:1)
6、食料微生物比（有机负荷表示，kgCOD／(kgVSS·d)）
在有机负荷、处理程度和产气量三者之间，存在着密切的联 系和平衡关系。较高的有机负荷可获得较大的产气量，但处理程 度会降低。 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，必须十分谨慎地选择有机负荷，使挥发酸的生成及消耗 不致失调，形成挥发酸的积累。为保持系统的平衡，有机负荷的 绝对值不宜太高。 总的说来，厌氧生物处理可采用较好氧生物处理高得多的有机 负 荷 。 一 般 可 达 5 ～ 10kgCOD ／ (m3·d) ， 甚 至 可 高 达 50kgCOD／(m3·d)。
Q2 K a(t2 些废水含有很多复杂的有机物，对于好氧 生物处理而言是属于难生物降解或不能降解的， 但这些有机物往往可以通过厌氧菌分解为较小分 子的有机物，而那些较小分子的有机物可以通过 好氧菌进一步分解。
采用缺氧与好氧工艺相结合的流程，可以达 到生物脱氮的目的(A/O法)。厌氧-缺氧-好氧法 (A/A/O法)和缺氧-厌氧-好氧法(倒置A/A/O法)，可 以在去除BOD和COD的同时，达到脱氮、除磷的 效果。
4、搅拌和混合
没有搅拌的厌氧消化池， 池内料液常有分层现象。 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。
8、搅拌和混合
搅 拌 措 施 能 显 著 地 提 高 消 化 的 效 率 ， 将 有 搅 拌 的传统消化器称为高效消化器。 混合搅拌程度与强度，尚有不同的观点：混合 搅拌与产气量的关系，有资料说明，适当搅拌优 于频频搅拌，也有资料说明，频频搅拌为好。
缺氧
厌氧
好氧
厌氧缺氧好氧活性污泥法A2/O法 －脱氮、磷
（2）封闭式UASB反应器。
反应器的顶部加盖密封。 在液面与池顶之间形成一个 气室，可以同时收集反应区 和沉淀区产生的沼气。
适 用 于 处 理 高 浓 度 有 机 废 水或含硫酸盐较高的有机废 水。此种型式反应器的池盖 也可为浮盖式。
五、分段厌氧处理法
第一段：水解和液化有机物为有机酸；缓冲和 稀释负荷冲击与有害物质，并将截留难降解的固态 物质。
第二段：保持严格的厌氧条件和pH，以利于甲 烷菌的生长；降解、稳定有机物，产生含甲烷较多 的消化气，并截留悬浮固体，以改善出水水质。
第三节 厌氧生物处理法的设计
一、流程和设备的选择
处理工艺的选择
内容 消化温度
采用单级或两级(段)消化
二、厌氧反应器的设计
计算确定反应器容积的常用参数是负荷率N和 消化时间t，公式为：
搅拌的方法有： ⑴机械搅拌器搅拌法； ⑵消化液循环搅拌法； ⑶沼气循环搅拌法等。 沼气循环搅拌，还有利于使沼气中的CO2作为产甲 烷的底物被细菌利用，提高甲烷的产量。
5、营养
厌氧微生物对碳、氮等营养物质的要求略低于好氧微生物， 但大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， 为了保证细菌的增殖和活动，还需要补充某些专门的营养，如 钾、钠、钙等金属盐类是形成细胞或非细胞的金属络合物所必 需的，而镍、铝、钴、钼等微量金属，则可提高若干酶系统的 活性，使产气量增加。
一个很大特点是能在反应器 内实现污泥颗粒化，颗粒污 泥的粒径一般为0.1-0.2cm， 比重为1.04-1.08，具有良好 的沉降性能和很高的产甲烷 活性。污泥龄一般在30天以 上，所以UASB反应器具有 很高的容积负荷。
UASB反应器不仅适用于处 理高、中等浓度的有机废水， 也适用于处理如城市废水这 样的低浓度有机废水。
缺点：滤料费用较 高；滤料易堵塞，尤其 是下部，生物膜很厚； 堵塞后，没有简单有效 的清洗方法。因此，悬 浮物高的废水不适用。
三、厌氧接触法
对于悬浮物较高的有机废水，可以采用厌氧接 触法，它实际上是厌氧活性污泥法，不需要曝气而 需要脱气。
四、上流式厌氧污泥床反应器(UASB) 试验结果证明，良好的污泥床，有机负荷率和 去除率高，不需要搅拌设备，能适应负荷冲击和温 度与pH的变化。
第四节 污水的厌氧生 物处理
第一节 厌氧生物处理的基本原则 第二节 污水的厌氧生物处理方法 第三节 厌氧生物处理法的设计 第四节 厌氧和好氧技术的联合运用
第一节 厌氧生物处理的基本原则
污泥的厌氧处理面对的是固态有机物，所以称 为消化。
两阶段:
消化 过程
三阶段:
液化(酸化) 气化(甲烷化)
液态污泥的pH迅速下降， 转化产物中有机酸是主体
构造 UASB反应器主要由下列几部分组成：
(1)进水配水系统 其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
由沉淀区、回流缝和气封组成。其功能是把气体 (沼气)、固体(污泥)和液体分开。固体经沉淀区沉淀 后由回流缝回流到反应区，气体分离后进入气室。三 相分离器的分离效果将直接影响反应器的处理效果。
颗粒污泥
升（上）流式厌氧污泥床反应器（UASB）
UASB反应器的结构特点：
➢集生物反应与沉淀于一体，结构紧凑。废水由配 水系统从反应器底部进入，通过反应区经气、固、 液三相分离器后进入沉淀区。气、固、液分离后， 沼气由气室收集，再由沼气管流向沼气柜。固体 (污泥)由沉淀区沉淀后自行返回反应区，沉淀后的 处理水从出水槽排出。 ➢能在反应器内形成颗粒污泥，是反应器内平均污 泥 浓 度 达 到 30~40g/L, 底 部 污 泥 浓 度 高 达 60~80g/L。
3、氧化还原电位
绝对的厌氧环境是产甲烷菌进行正常活动的基本条件，可以 用氧化还原电位表示厌氧反应器中含氧浓度。 研究表明，非产甲烷菌可以在氧化还原电位为+100～100mV的环境下进行生理活动，而产甲烷菌的最适氧化还原 电位为-150～-400mV，培养产甲烷菌的初期，氧化还原电 位不能高于-330mV。
各种产甲烷菌的适宜温度区 域不一致，而且最适温度范 围较小。
根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。
①常温厌氧消化，指在自然气温或水温下进行 废水厌氧处理的工艺，适宜温度范围10-30℃。
②中温消化，适宜温度35-38℃，若低于32℃或 者高于40℃，厌氧消化的效率即趋向明显地降低。
2、构造 UASB反应器主要由下列几部分组成：
(4)出水系统 其作用是把沉淀区水面处理过的水均匀地加以收集，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液面的浮渣。如浮渣不多可
省略。 (7)排泥系统
其功能是均匀地排除反应区的剩余污泥。
产生消化气，主体是CH4
大分子有机物
水解
(碳水化合物，
蛋白质，脂肪等) 细菌的胞外
水解的和溶 酸化 解的有机物 产酸细菌
酶
有机酸
乙酸化
甲烷化
CH4
醇类
乙酸
醛类等
乙酸细菌
甲烷细菌
H2，CO2
甲烷细菌
CH4
影响甲烷菌 生长的因素
pH：6.8~7.2 温度：35~38ºC和52~55ºC
甲烷菌专性厌氧，且处理系统中不能含有浓度过 高的SO42-，SO32-。
1、pH值
产甲烷菌对pH值变化的适应性很差，其最适pH值范 围为6.8～7.2，在pH6.5以下或8.2以上的环境中，厌 氧消化会受到严重的抑制，这主要是对产甲烷菌的抑 制。 受破坏的厌氧消化体系需要很长的时间才能恢复。
2、温度条件
产 甲 烷 菌 的 温 度 范 围 为 560℃ ， 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。