污水的厌氧生物处理

消化系统中，消化液有一定的缓冲作用，缓冲剂是有机物分解 过程中产生的，即消化液中的CO2（碳酸）及NH3（以NH3和NH4+ 的形式存在）。重碳酸盐（HCO3-）与碳酸H2CO3组成缓冲溶液。
H HCO3 H2CO3
H NH3 NH4


1 厌氧生物处理的基本原理
2. 厌氧消化的影响因素
8 6
有机物负荷 (kg/m 3 ∙d）
有机负荷 产气量
4
3 3
3 2 1 0
25 30 35 40 45 50 温度（℃） 55 60
4 2 0
产气量（m /m ∙d）
1 厌氧生物处理的基本原理
2. 厌氧消化的影响因素
（2）pH及碱度
按降解机理分段： 产甲烷菌适宜的pH值为7.0左右，大体在 6.5-7.5 之间。 在消化系统中，如果水解发酵阶段与产酸阶段的反应速率超过 产甲烷阶段，则pH会降低，影响甲烷菌的生活环境。 反应器的pH值过低，常表现为挥发酸浓度过高；pH值过高， 常见于NH4+浓度过高。
升流式厌氧生物滤池
2 污水的厌氧生物处理方法
3. 厌氧生物滤池（anaerobic filter ）
厌氧生物滤池的特点：
按降解机理分段：
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，微生物的停留时间长，可超过 100d，不易流失。冲击负荷对其影响小。 反应器内各种不同类群的微生物自然分层固定，易使各类 微生物得到最佳的环境，保持其高的活性。在水温25℃～35℃ 时，有机负荷在3kg（COD）/m3· d～10kg（COD）/m3· d以上， 一般COD去除率可达80％以上。厌氧固定膜反应器特别适用于 处理低浓度的溶解性有机废水。 缺点： 厌氧微生物总量沿池高度分布很不均匀。 进水部位容易发生堵塞现象。
② 厌氧消化的三阶段理论
复杂有机物 参考教材第353页
按降解机理分段： 碳水化合物，蛋白质，脂类
水解 简单溶解性有机物 发酵
水解发酵阶段
水解发酵菌主要 是专性厌氧菌和 兼性厌氧菌
脂肪酸、醇类
产氢产乙酸菌 H2 ，CO2 产氢产乙酸阶段
在产氢产乙酸菌的 作用下
同型产乙酸菌
CH3COOH
另一组产甲烷菌
甲烷产量的70%
厌氧生物处理可采用比好氧生物处理高得多的有机负荷，一般 厌氧法为7~45 [kgBOD/m3 ∙ d]，好氧法为0.4~1.0 [kgBOD/m3 ∙ d] 。
1 厌氧生物处理的基本原理
2. 厌氧消化的影响因素
（6）搅拌和混合
按降解机理分段： 混合搅拌是提高消化效率的工艺条件之一。没有搅拌的厌氧消 化器内，常有料液分层现象。搅拌可消除分层，促进基质与微生物 间的传质速度和甲烷、二氧化碳等产物的逸出速度。
搅拌的方法一般有：泵加水射器搅拌法；消化气循环搅拌法和 混合搅拌法等。
1 厌氧生物处理的基本原理
2. 厌氧消化的影响因素
（7）有毒物质
按降解机理分段： ① 重金属 重金属离子对甲烷消化的抑制作用有两个方面：与酶结合，产 生变性物质，使酶的作用消失；某些重金属离子及其氢氧化物的絮 凝作用，使酶沉淀。 ② 阴离子的毒害作用 主要是指硫化物。 硫酸盐浓度超过5000mg/L，即有抑制作用。 硫过多，消化液中过多的H2S将释放出进入消化气中，降低消 化气质量并腐蚀管道。 ③ 氨的毒害作用 当NH4+浓度超过150mg/L时，消化受到抑制。 ④ 氧 氧对甲烷菌的毒害可分为两个阶段，即抑菌阶段和杀菌阶段。
ห้องสมุดไป่ตู้分配槽
2 污水的厌氧生物处理方法
2. 厌氧接触法（anaerobic contact process ）
对于悬浮物较高的有机废水，可以采用厌氧接触法，它实际 按降解机理分段： 上是厌氧活性污泥法，消化池后设沉淀池。 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。
一组产甲烷菌
甲烷产量的30%
产甲烷阶段
两组生理上不同 的产甲烷菌
CH4+ CO2
③ 厌氧消化的4阶段理论
碳水化合物 蛋白质 脂
加水分解菌
単糖類
氨基酸
脂肪酸，甘油
甲醇
产酸菌
甲酸
H 2 /CO2
乙酸
乙醇
酪酸
乳酸
戊酸
产乙酸产氢菌 军 乙酸 甲酸 H 2 /CO2 乙酸 H2
丙酸
CO2 H 2 /CO2 乙酸
2 污水的厌氧生物
处理方法
一般地，可用BOD5/COD值作为有机物
生物降解性的评价指标：
• BOD5/COD＞0.40时为易生物降解；
• BOD5/COD＞0.30 时为可生物降解；
• BOD5/COD＜0.30 时为较难生物降解；
• BOD5/COD＜0.20时为不宜生物降解。
2 污水的厌氧生物处理方法
1 厌氧生物处理的基本原理
（2）厌氧消化过程
有机物要经过水解，产酸等多种不同的微生物降解过程，最终由产甲 烷细菌作用而生成甲烷和二氧化碳。 ① 厌氧消化的两阶段理论： 酸性发酵阶段：消化液的pH迅速下降，转化产物中有机酸和醇是主体 甲烷发酵阶段：产生消化气，主体是CH4
酸性发酵阶段
甲烷发酵阶段
1 厌氧生物处理的基本原理
见教材第593页
2 污水的厌氧生物处理方法
3. 厌氧生物滤池（anaerobic filter ）
1 厌氧生物处理的基本原理
2. 厌氧消化的影响因素
（4）营养比
按降解机理分段： 一般工程上主要控制进料的碳、氮、磷的比例，其它元素不加 以控制。一般认为，厌氧法中的碳、氮、磷的比例应控制在200-400： 5：1为宜（好氧法中BOD5：N：P=100：5：1）。其中以碳氮比的 控制较为重要。 碳氮比过高，不仅厌氧菌增值缓慢，而且消化液的缓冲能力较 低，在有机负荷较高等情况下，pH容易下降。相反，若氮源过多， 即碳氮比太低，氨化和反硝化过程将产生大量的氨，使pH值升高。 当pH值升高到7.9以上时，会抑制产甲烷菌的活性，使消化效率降 低。
2 污水的厌氧生物处理方法
2. 厌氧接触法主要设计参数
按降解机理分段：
容积负荷：2~6kgCODcr/(m3d)
混合液污泥浓度：10kgVSS/m3 污泥回流比：0.8~1.0
2 污水的厌氧生物处理方法
3. 厌氧生物滤池（anaerobic filter ,AF）
按降解机理分段： 厌氧生物滤池又称厌氧固定膜反应器（SFF），是60年代末 开发的新型高效厌氧处理装臵。 滤池多呈圆柱形，池内装放填 料，池底和池顶密封。 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 生物膜的吸附、微生物的代谢作用和滤料 的截留作用下，废水中的有机物被降解， 并产生沼气，沼气从池顶部排出。 根据进水的方向将厌氧固定膜反应器 分为升流式（USFF）、降流式（DSFF） 和平流式（LSFF）三种；根据填料填充 的程度分为全充填型和部分充填型。 填料可采用拳状石质滤料，如碎石、 卵石等，也可使用陶粒、塑料等填料。
1. 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 按降解机理分段： 系统。例如，郊区的别墅式建筑。居民区和办公楼也常设化粪池。 下图是化粪池的一种构造方式。污水首先进入第一室，池水一般分为三层， 上层为浮渣层，下层为污泥层，中间为水流，然后，进入第二室，底泥和浮渣被 第一室截留。
厌氧接触法工艺流程
2 污水的厌氧生物处理方法
2. 厌氧接触法（anaerobic contact process ）
厌氧接触法的主要特征是在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥 按降解机理分段： 回流至消化池，使污泥停留时间与水力停留时间分开，厌氧反应 器内能维持较高的污泥浓度，同时可大大降低水力停留时间。
VX VX HRT X （Qω 0） θc θc QX e Qω X ω QX e Xe
式中 θc——生物固体平均停留时间，d； X——反应器内微生物浓度，g/m3；
V——反应器容积，m3；
Xe——出水微生物浓度，g/m3； Q——处理废水流量，m3/d Xω——剩余污泥微生物浓度，g/m3 Q ω——剩余污泥排放量，m3/d
甲烷生成细菌
CH 4 /CO2
1 厌氧生物处理的基本原理
2. 厌氧消化的影响因素
参考教材第357页
由于产甲烷菌在厌氧处理的各个阶段中，对环境的影响最敏感， 按降解机理分段： 世代时间相对较长，甲烷化反应速度较慢，常作为厌氧消化过程的 控制阶段，反应条件应重点满足甲烷菌的环境要求。
（1）温度
根据甲烷菌对于温度的适应性， 可分为中温甲烷菌和高温甲烷菌两 类。中温处理一般为33-36℃，高温 处理为50-55℃。两区之间的温度， 反应速度反而减退。 工程上的厌氧反应器有常温、 中温、高温三种方式，分别称为常 温消化、中温消化和高温消化。 厌氧发酵对温度突变比较敏感， 一般允许范围为±1.5-2.0℃。突然 的温度变化会抑制消化速率，可使 甲烷化严重受阻。
（3）氧化还原电位（ORP）
按降解机理分段：
氧化还原电位是指一个体系中氧化剂和还原剂的相对强度，表示 溶液的氧化或还原反应的能力，以伏特或毫伏来计量。 甲烷菌对氧化还原电位的要求一般为-330mV以下，但这个氧化还 原电位通常是指常温条件的数值。可用于常温或中温反应器的设计与 运行管理指标。但是在高温反应器中适宜的氧化还原电位要低得多， 一般应低于-500mV。 一般情况下，氧的溶入是引起发酵系统的氧化还原电位升高的主 要和直接原因。但应注意，氧化剂或氧化物质的存在，同样可使氧化 还原电位升高。如NO3-、SO42-、CrO72-、Fe3+等。
2 污水的厌氧生物处理方法
2. 厌氧接触法（anaerobic contact process ）
厌氧接触法存在的问题是，从厌氧反应器排出的混合液中的 按降解机理分段： 污泥由于附着大量气泡，在沉淀池中易于上浮到水面而被出水带 走；进入沉淀池的污泥仍有产甲烷菌在活动，产生沼气，使已沉 下的污泥上翻，固液分离效果不佳。 可采取的解决办法： （1）在反应器与沉淀池之间设真空脱气器，真空度为5000Pa， 尽可能将混合液中的沼气脱除，但不能抑制产甲烷菌在沉淀池内 继续产气； （2）在反应器与沉淀池之间设冷却器，使混合液的温度由 35℃降至15℃，抑制甲烷菌的活动 ； （3）向沉淀池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； （4）用膜过滤代替沉淀池，以改善固液分离效果。
7~45kgBOD/ （m3∙d ）
高质燃料 低
BOD:N:P=200~400:5:1
剩余污泥 高出十倍
BOD:N:P=100:5:1
水力停留时间
1 厌氧生物处理的
基本原理
1 厌氧生物处理的基本原理
1. 厌氧消化的机理
按降解机理分段：
（1）定义：废水的厌氧生物处理是指在无氧条件下通过厌 氧微生物(anaerobic microbes)(专性厌氧菌和兼性菌）的作用， 分解废水中的各种复杂有机物，最终产物是甲烷(methane)和 二氧化碳(carbon dioxide)等物质的过程，也称为厌氧消化 (anaerobic digestion)
生活污水处理系统示意图
房屋下水管道废水排入化粪池， 一些固体物质沉淀析出，并发生厌氧 分解。 污水在池内的停留时间一般为 12~24h，澄清后的水流到分配槽， 出水不能直接排入水体，常在绿地下 设渗水系统或由排水管网输出、汇总 进入下一步处理。化粪池污泥要定时 清理。
渗水系统 房屋下水管道 化粪池
1 厌氧生物处理的基本原理
2. 厌氧消化的影响因素
（5）有机负荷
按降解机理分段： 在厌氧法中，有机负荷通常是指容积有机负荷，简称容积负荷， 即消化器单位有效容积每天接受的有机物量[kgCOD/m3∙d]。此外也 有用污泥负荷表达的，即[kgCOD/kgVSS ∙ d]。
厌氧消化过程中，产酸阶段反应速率比产甲烷阶段反应速率快 得多，必须十分谨慎的选择有机负荷，使挥发性脂肪酸的生成和消 耗不致失调，形成挥发酸的积累。为保持系统的平衡，有机负荷不 能过高。
污水的厌氧生物处理
1 厌氧生物处理的基本原理 2 污水的厌氧生物处理方法
污水的生化处理法
按氧的利用方式不同：
按微生物在水中的集聚状态 不同： 悬浮生长系统 固定膜系统
好氧生物处理 厌氧生物处理
污水生物处理
中、
浓度
废水浓度 有机容积负荷 主要副产物 能耗 营养物需要
低浓度
0.4~1.0kgBOD/ （m3∙d ）