废水的厌氧生物处理

中期--被好氧工艺取代,在污泥处理方面有应用,污泥的厌氧消化; 普通消化池是这时期的主要反应器。 70年代后--重新发展, 环境问题和能源危机, 开发了新的厌氧生 物处理反应器.

以UASB, 厌氧接触工艺为代表的多种工艺，均实现高的污泥浓 度高的负荷，得到广泛应用。

应用现状: (A).废水处理,高浓度和高温度废水; (B). 污泥处理和 城市垃圾处理; (C).生物质的资源化和能源化应用.
厌氧微生物与好氧微生物参数的比较
世代时间d 0.125 3.5 0.5 Y (VSS/COD) 0.14 0.03 0.07 Kmax(gCOD/g VSS· d) 39.6 6.6 19.6 Ks (mmol/L) 未见报道 0.4 0.004
细菌类型 产酸发酵 产氢产乙酸 产甲烷(用H2)
甲烷丝菌
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产氢产乙酸菌：将有机酸转化为氢和乙酸 . 如丙酸转化
为乙酸过程:
CH3CH2COOH +2H2O ＝ CH3COOH + 3H2 +CO2
同型乙酸菌: 将H2+CO2转化为乙酸, 或将醇等转化为乙
酸 . 如乙醇转化为乙酸:
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1.1 厌氧生物处理的原理
(1). 复杂有机物的厌氧生物处理：
(A). 水解. 在细胞外酶作用下,将大分子有机物水解为小分子溶
解性有机物, 如多糖-单糖，脂肪-脂肪酸甘油,蛋白质-氨基酸,
小分子进入细胞内. 难降解或高分子的有机物水解过程较慢, 或可能成为速率限制 步骤, 颗粒有机物的大小, 温度, pH, 有机物组成成分, 氨浓度, 水力停留时间等影响水解速率.
物处理的主要因素是甲烷菌的影响因素.
(1).pH：最适宜在 6.8～7.2, 由于酸化和产乙酸 , 系统 pH 容易降低, 此外蛋白质降解的氨能够缓冲, 系统中酸、 碱度、CO2、氨降解速率达到平衡.
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(2).温度：常温, 10～30℃；中温, 35℃左右有适宜温度； 高温, 53℃左右. 高温对微生物杀灭作用强, 温度要求 波动小.
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D. 厌 氧 氨 氧 化 ( ANAMMOX, Anaerobic Ammonium Oxidation)：
是指在厌氧条件下 , 微生物直接以 NH4+ 为电子供体，以 NO3- 或 NO2-为受体,将NO3-, NO2-, NH4+转变成N2的生物转化氧化过 程. N的转化过程并未清楚.
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厌氧生物处理的原理和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ程示意:
复 杂 有 机 物
5%
简 单 有 机 物
10% 30% 35%
挥 13% 发 酸 醇 17%
CO2+H2
CH4 乙酸
20%
水解
酸化
产氢产乙酸
产甲烷
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(2).其他厌氧生物处理
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生物不利)。
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B.反硝化:
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硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)在厌氧或缺氧条件下被还
原为氮气(N2)的过程.
C. 光合细菌: 光能异养的光合细菌在无氧条件下利用简单有机物进行光合 作用, 然后在微氧或有氧条件下进行氧化代谢.光合细菌只 能利用低分子量的有机物, 所以需要水解作为前处理过程.
CH3CH2OH +H2O ＝ CH3COOH + 2H2
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(C). 产甲烷菌：严格厌氧菌。 对环境的条件要求比较苛刻, 对pH, 温度, 氧, 有毒物 质浓度等较敏感.
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60
75
90
105
120
消化时间 t（d）
图19-3 温度与消化时间的关系曲线
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(3). 污泥龄：要求大, 20～30d, 厌氧微生物世代时间长.
(4). 营养物质：COD:N:P=800:5:1, BOD: N: P= 100: 2.5: 1左右. 与好氧工艺相比对N,P等营养物质需求少.

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19世纪末－20世纪初：废水和粪便处理,反应时间长,出水水质差; 1860年法国人Mouras把简易沉淀池改进作为污水污泥处理构筑 物 使 用 ， 1881 年 法 国 杂 志 将 Mouras 创 造 的 称 为 自 动 净 化 器 (Automatic Scasenger)。
②剩余污泥量少 : 而且比较容易压缩和脱水 , 性质稳定 ,
如好氧0.3～0.6kgVSS/kgCOD, 厌氧0.05～0.1, 相当于
好氧1/5或更少.
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③对高浓度废水能耗 低： 低浓度时厌氧 生物处理能耗比好 氧高, 很高浓度废水 厌氧处理有剩余能 量. ④营养物质需要少， COD:N:P=500:5:1 左右.

1905年德国人Imhoff对Travis池作了改进，设计了Imhoff池，又
称隐化池，我国也称双层沉淀池。这种池型构造把污水的沉淀 与污泥的消化完全分开，彼此不发生干扰。这种装臵在本世纪 20年代被广泛应用与欧美各国。

化粪池和双层沉淀池至今在排水工程中仍占有重要地位。
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能量 厌氧法 废水 浓度 好氧法
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⑤应用范围广: 可以处理低浓度或高浓度废水 ,由于厌
水污染控制工程
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废水厌氧生物处理
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废水厌氧处理内容概要:

1. 厌氧生物处理概述


2. 厌氧工艺流程
3． 厌氧生物处理反应器
4．厌氧生物处理的设计与计算
第一节
废水厌氧生物处理概述
厌氧生物处理
1．厌氧生物处理概述
A. 硫酸盐还原 : 化能异氧型的硫酸盐还原细菌 (SRB, Sulfate Reducing Bacteria) 利用废水的有机物作为电子供体,将氧化
态 硫 化 合 物 ( SO42-,SO32- 等 ) 还 原 为 低 价 态 硫 化 合 物 ( HS,H2S,S2-等)的过程。 低浓度硫化合物由于存在对H2的利用, 对厌氧处理有机物一定 程度是促进的; 但较高浓度的硫酸盐会严重抑制有机物的厌 氧生物降解过程(竞争底物对产甲烷菌不利; 产生的H2S对微
值, 只有反应产物H+和H2的浓度低反应可以进行.
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(D)．产甲烷. 主要在两类不同的甲烷细菌下产生CH4, 是严格厌
氧过程. 乙酸脱羧: 2CH3COOH ＝2CH4 + 2CO2 氢还原CO2: 4H2 + CO2 ＝ CH4 + 2H2O 3H2 + CO ＝ CH4 + H2O 2H2O + 4CO ＝ CH4 + 3CO2 此外还有利用醇还原CO2 得到甲烷和有机酸等途径.

1895年英国Donald设计了厌氧化粪池。厌氧化粪池的创建，是 厌氧处理工艺发展史上的里程碑。从此，厕所等家庭用生活污
水可通过化粪池得到较好的处理。
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1903年英国出现了Travis池。废水从一端流入，从另一端流出， 两侧沉淀区分离出的污泥，在池中间的中下部分消化，产生的 沼气从中间上部分排出，不会影响两侧的沉淀区 。
(5). 氧化还原电位：绝对厌氧条件, -0.2V以下. (6). 有机负荷：过高, 产酸速率大于产甲烷, 酸积累, pH 下降; 水力负荷大, 微生物流失; 过低, 反应器体积大, 运行投资费用大.
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(7).搅拌与混合：需要搅拌措施，不能过度搅拌影响
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(C)．产氢产乙酸. 水解酸化产物(主要是2个C以上的有机酸, 不
包括乙酸)在产氢产乙酸细菌作用下生成氢 ,乙酸和 CO2；主
要反应:(醇和高级脂肪酸反应生成乙酸) CH3CH2OH + H2O = CH3COO- + H+ + 2H2 CH3CH2COO- + H2O = CH3COO- + H+ + HCO3- + 3H2 丁酸, 丙酸等转化为乙酸的过程由于标准吉布斯自由能为正
8 7 6 3 4
有机物负荷（kg/m·d）
4 3 2 1 0 25 30 35 40 温度（C） 45 50 55
2
1
0
产气量（m/m·d）
5
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消化温度与消化时间的关系:
60
50
40
T（C）
30
20
10
0
15
30
45
微生物的生活环境。因为产乙酸和产甲烷菌的严格共
生关系。

(8).有毒物质：H2S和NH3等，对微生物有毒害作用，
NH3 的毒害作用以NH4+形式，与pH有关。
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1. 4 厌氧生物处理工艺特点
①负荷高: 容积负荷高, 运行费用低, 可回收CH4, 好氧法 －如普通活性污泥0.5, 普通生物滤池0.3, 生物转盘1.0, 生物接触氧化2-5, 生物流化床<10.0, 厌氧法中温, 以 COD计算－UASB, 10-20, 高温最高达40-50.
温度,停留时间对水解速率常数Kh的影响
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(B)．酸化. 产酸细菌酸化, 将溶解性有机物转化为挥发性脂肪 酸和醇为主要产物的过程, 主要生成有机酸(甲酸,乙酸,丙酸, 丁酸等)、醇(乙醇), H2, CO2 , NH3, N2, H2S等； 酸化过程速率较快, 产物对产甲烷过程影响较大, 酸化过程 产物与厌氧的条件, 底物种类和微生物组成有关系, 主要有 三类:丙酸型,丁酸型和乙醇型. 人们常常将不完全厌氧处理过程称为水解酸化.
甲烷八叠球菌 活性污泥
7
1.5 0.03
0.02
0.04 0.40
5.0
11.6 57.8
0.3
5.0 0.25
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1.3 厌氧生物处理影响因素
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甲烷菌增殖速率慢, 世代周期长, 受环境影响大, 对pH敏
感, 产甲烷菌是废水处理系统控制因素, 对废水厌氧生
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水解可以部分实现对难生物降解有机物的分解, 促进后续处 理过程的生物有效性, 故对难降解废水可以预臵厌氧反应器. 温度 (℃ ) 15 15 25 35

停留时间d 脂肪 60 0 0.03 0.04 0 0.09 0.11 纤维素 15 0.03 0.27 0.62 60 0.018 0.16 0.21 蛋白质 15 0.02 0.03 0.03 60 0.01 0.01 0.01
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1.2 厌氧生物处理的微生物
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(A).水解酸化菌：细菌、真菌和原生动物, 多为专性厌氧菌或 兼性, 根据分解有机物的不同, 分为纤维素、碳水化合物、 蛋白质、脂肪分解菌等. (B).产乙酸菌：分2类-产氢产乙酸菌和同型乙酸菌, 厌氧或兼 性菌. 产氢产乙酸菌将有机酸转化为氢和乙酸, 同型乙酸菌 将H2+CO2转化为乙酸, 或将醇等转化为乙酸.