《水污染控制工程》第十五章 污水的厌氧生物处理
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COD∶N∶P=200∶5∶1
（2）氧化还原电位（ORP） 厌氧环境是厌氧消化过程赖以正常进行的最重要的条
件。厌氧环境，主要以体系中的氧化还原电位来反映。 一般情况下，氧的溶入无疑是引起发酵系统的氧化还
原电位升高的最主要和最直接的原因。但是，除氧以外， 其它一些氧化剂或氧化态物质的存在（如某些工业废水中 含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性废水中 的H+等），同样能使体系中的氧化还原电位升高。当其浓 度达到一定程度时，同样会危害厌氧消化过程的进行。
水污染控制工程
第十五章 污水的厌氧生物处理
化学与环境工程系
目录
第一节 污水厌氧生物处理的基本原理 第二节 污水的厌氧生物处理工艺 第三节 厌氧生物处理法的设计计算
第一节 污水厌氧生物处理的基本原理
厌氧生物处理法或厌氧消化法：在无分子氧条件下，通过兼性菌和 厌氧菌的代谢作用，降解污泥和废水中有机物的过程。分解的最终 产物主要是沼气，可作为能源。
温度主要影响微生物的生化反应速度，因而与有机物的 分解速率有关。
工程上： 低温消化温度为15~25℃ 中温消化温度为30~38℃（以33~35℃为多）； 高温消化温度为50~55℃。
厌氧消化对温度的突变也十分敏感，要求日变化小 于±2℃。温度突变幅度太大，会招致系统的停止产气。
（4）pH值及酸碱度 产甲烷的pH值范围在6.8-7.2，最佳的pH值范围在
生化过程
菌群
Ⅰ
水解
大分子不溶 态有机物转 化为小分子 溶解态有机
物
Ⅱ
Ⅲ
酸化（1）
酸化（2）Hale Waihona Puke Baidu
气化
小分子溶解态 有机物转化为 （H2+CO2）及 A、B两类产物
B类产物转化 为（H2+CO2）
及乙酸等
CH4、CO2等
发酵细菌
产氢产乙酸细 菌
甲烷细菌
第一阶段为水解阶段。废水及污泥中不溶性复杂大分子的有机
高温厌氧消化系统适宜的氧化还原电位为-500~600mV；
中温厌氧消化系统及浮动温度厌氧消化系统要求的 氧化还原电位应低于-300~-380mV。
产酸细菌对氧化还原电位的要求不甚严格，甚至可 在+100~-100mV的兼性条件下生长繁殖；
甲烷细菌最适宜的氧化还原电位为-350mV或更低。
（3）温度 温度是影响微生物生命活动过程的重要因素之一。
6.5-7.5之间，若超出此界限范围，产甲烷速率将急剧下 降；而产酸菌的pH值范围在4.5-8.0之间。因此，当厌 氧反应器运行的pH值超出甲烷菌的最佳pH值范围时，系 统中的酸性发酵可能超过甲烷发酵，会导致反应器内呈现 “酸化”现象。 （5）毒物
厌氧污水污泥处理技术的发展 1860年法国的Muras将简易沉淀池改为污泥处理构筑物； 1895年英国Cameron进一步改进为腐化池； 1903年英国的Travis首先建成了双层沉淀池； 1906年德国的Imhoff发明Imhoff双层沉淀池； 1912年英国的伯明翰市建了第一个消化池； 1920年英国Watson建成最早二级消化池，同时利用了沼气； 1925－1926年在德国、美国相继建成较标准的消化池。
厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的 污泥、动植物残体及粪便等。
厌氧生物处理的目的
1.从环境卫生上讲，通过厌氧生物处理，可杀菌灭卵、防蝇 除臭，以防传染病的蔓延；
2.从保护环境上来讲，通过厌氧生物处理，可去除废水中的 大量有机物，防止对水体的污染；
3.从获得生物能源上讲，利用污水厂污泥和高浓度有机物废 水产生沼气可获得可观的生物能；
厌氧生物处理法缺点:
（1）厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理所需时 间比好氧设备长；
（2）出水往往达不到排放标准，需要进一步处理，故一般在 厌氧处理后串联好氧处理；
（3）厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。 （4）厌氧过程会产生气味对空气有污染。
一、厌氧消化的机理
有机物厌氧消化过程
生化阶段 物态变化
4.从运行管理上讲，厌氧发酵后，固体量一般可减少约1/2， 并提高了污泥的脱水性能，有利于污泥的运输、利用和处置。
厌氧生化法的优点：
（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。
（3）氮、磷营养需要量较少 好氧法一般要求BOD:N:P为l00:5:1，而厌氧法的BOD:N:P
为200:5:1，对氮、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较 少。 （4）有杀菌作用
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、病毒等。 （5）污泥易贮存
厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以季节性或间 歇性运转。
物，如蛋白质、多糖类、脂肪等被细菌的胞外酶水解为小分子的 溶解性有机物。有水解作用的发酵细菌将蛋白质分解为氨基酸， 将纤维素、淀粉等碳水化合物水解成单糖。
第二阶段为酸化阶段（1）。溶解性的有机物由发酵细菌将小 分子的有机物转化成两类简单的有机物：一类为能被甲烷细菌直 接利用的有机物，如甲酸、甲醇、甲胺、乙酸等；另一类则是不 能被甲烷细菌直接利用的有机物，如丙酸、丁酸、乳酸、乙醇等; 酸化阶段（2）。产氢产乙酸细菌将前一阶段产生的不能被甲烷细 菌利用的各种有机型中间产物进一步降解成H2和乙酸，有时还有 CO2生成。
(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，剩余能量愈多。
一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。
第三阶段为产甲烷阶段或气化阶段。甲烷细菌把甲酸、乙酸、 甲醇以及CO2和H2等基质通过不同路径转化为甲烷。
二、厌氧消化的影响因素
（1）营养物 废水、污泥及废料中的有机物种类繁多，只要未达到
抑制浓度，都可连续进行厌氧生物处理。对生物可降解性 有机物的浓度并无严格限制，但若浓度太低，比耗热量 高，经济上不合算；水力停留时间短，生物污泥易流失， 难以实现稳定的运行。一般要求COD大于1000mg/L。
（2）氧化还原电位（ORP） 厌氧环境是厌氧消化过程赖以正常进行的最重要的条
件。厌氧环境，主要以体系中的氧化还原电位来反映。 一般情况下，氧的溶入无疑是引起发酵系统的氧化还
原电位升高的最主要和最直接的原因。但是，除氧以外， 其它一些氧化剂或氧化态物质的存在（如某些工业废水中 含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性废水中 的H+等），同样能使体系中的氧化还原电位升高。当其浓 度达到一定程度时，同样会危害厌氧消化过程的进行。
水污染控制工程
第十五章 污水的厌氧生物处理
化学与环境工程系
目录
第一节 污水厌氧生物处理的基本原理 第二节 污水的厌氧生物处理工艺 第三节 厌氧生物处理法的设计计算
第一节 污水厌氧生物处理的基本原理
厌氧生物处理法或厌氧消化法：在无分子氧条件下，通过兼性菌和 厌氧菌的代谢作用，降解污泥和废水中有机物的过程。分解的最终 产物主要是沼气，可作为能源。
温度主要影响微生物的生化反应速度，因而与有机物的 分解速率有关。
工程上： 低温消化温度为15~25℃ 中温消化温度为30~38℃（以33~35℃为多）； 高温消化温度为50~55℃。
厌氧消化对温度的突变也十分敏感，要求日变化小 于±2℃。温度突变幅度太大，会招致系统的停止产气。
（4）pH值及酸碱度 产甲烷的pH值范围在6.8-7.2，最佳的pH值范围在
生化过程
菌群
Ⅰ
水解
大分子不溶 态有机物转 化为小分子 溶解态有机
物
Ⅱ
Ⅲ
酸化（1）
酸化（2）Hale Waihona Puke Baidu
气化
小分子溶解态 有机物转化为 （H2+CO2）及 A、B两类产物
B类产物转化 为（H2+CO2）
及乙酸等
CH4、CO2等
发酵细菌
产氢产乙酸细 菌
甲烷细菌
第一阶段为水解阶段。废水及污泥中不溶性复杂大分子的有机
高温厌氧消化系统适宜的氧化还原电位为-500~600mV；
中温厌氧消化系统及浮动温度厌氧消化系统要求的 氧化还原电位应低于-300~-380mV。
产酸细菌对氧化还原电位的要求不甚严格，甚至可 在+100~-100mV的兼性条件下生长繁殖；
甲烷细菌最适宜的氧化还原电位为-350mV或更低。
（3）温度 温度是影响微生物生命活动过程的重要因素之一。
6.5-7.5之间，若超出此界限范围，产甲烷速率将急剧下 降；而产酸菌的pH值范围在4.5-8.0之间。因此，当厌 氧反应器运行的pH值超出甲烷菌的最佳pH值范围时，系 统中的酸性发酵可能超过甲烷发酵，会导致反应器内呈现 “酸化”现象。 （5）毒物
厌氧污水污泥处理技术的发展 1860年法国的Muras将简易沉淀池改为污泥处理构筑物； 1895年英国Cameron进一步改进为腐化池； 1903年英国的Travis首先建成了双层沉淀池； 1906年德国的Imhoff发明Imhoff双层沉淀池； 1912年英国的伯明翰市建了第一个消化池； 1920年英国Watson建成最早二级消化池，同时利用了沼气； 1925－1926年在德国、美国相继建成较标准的消化池。
厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的 污泥、动植物残体及粪便等。
厌氧生物处理的目的
1.从环境卫生上讲，通过厌氧生物处理，可杀菌灭卵、防蝇 除臭，以防传染病的蔓延；
2.从保护环境上来讲，通过厌氧生物处理，可去除废水中的 大量有机物，防止对水体的污染；
3.从获得生物能源上讲，利用污水厂污泥和高浓度有机物废 水产生沼气可获得可观的生物能；
厌氧生物处理法缺点:
（1）厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理所需时 间比好氧设备长；
（2）出水往往达不到排放标准，需要进一步处理，故一般在 厌氧处理后串联好氧处理；
（3）厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。 （4）厌氧过程会产生气味对空气有污染。
一、厌氧消化的机理
有机物厌氧消化过程
生化阶段 物态变化
4.从运行管理上讲，厌氧发酵后，固体量一般可减少约1/2， 并提高了污泥的脱水性能，有利于污泥的运输、利用和处置。
厌氧生化法的优点：
（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。
（3）氮、磷营养需要量较少 好氧法一般要求BOD:N:P为l00:5:1，而厌氧法的BOD:N:P
为200:5:1，对氮、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较 少。 （4）有杀菌作用
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、病毒等。 （5）污泥易贮存
厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以季节性或间 歇性运转。
物，如蛋白质、多糖类、脂肪等被细菌的胞外酶水解为小分子的 溶解性有机物。有水解作用的发酵细菌将蛋白质分解为氨基酸， 将纤维素、淀粉等碳水化合物水解成单糖。
第二阶段为酸化阶段（1）。溶解性的有机物由发酵细菌将小 分子的有机物转化成两类简单的有机物：一类为能被甲烷细菌直 接利用的有机物，如甲酸、甲醇、甲胺、乙酸等；另一类则是不 能被甲烷细菌直接利用的有机物，如丙酸、丁酸、乳酸、乙醇等; 酸化阶段（2）。产氢产乙酸细菌将前一阶段产生的不能被甲烷细 菌利用的各种有机型中间产物进一步降解成H2和乙酸，有时还有 CO2生成。
(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，剩余能量愈多。
一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。
第三阶段为产甲烷阶段或气化阶段。甲烷细菌把甲酸、乙酸、 甲醇以及CO2和H2等基质通过不同路径转化为甲烷。
二、厌氧消化的影响因素
（1）营养物 废水、污泥及废料中的有机物种类繁多，只要未达到
抑制浓度，都可连续进行厌氧生物处理。对生物可降解性 有机物的浓度并无严格限制，但若浓度太低，比耗热量 高，经济上不合算；水力停留时间短，生物污泥易流失， 难以实现稳定的运行。一般要求COD大于1000mg/L。