污水的厌氧生物处理

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
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2. 厌氧消化的影响因素
（6）搅拌和混合
（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。
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：
▪ 好氧生物处理 ▪ 厌氧生物处理
▪ 悬浮生长系统 ▪ 固定膜系统
污水生物处理
中、 浓度
废水浓度
7~45kgBOD/ （m3∙d ）
高质燃料
有机容积负荷 主要副产物
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。
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。
（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。
1 厌氧生物处理的基本原理
2. 厌氧消化的影响因素
（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。
产氢产乙酸阶段
在产氢产乙酸菌的作 用下
产甲烷阶段
两组生理上不同 的产甲烷菌
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
产酸菌
単糖類
氨基酸
脂肪酸，甘油
甲醇
产乙酸产氢菌 军
甲烷生成细菌
甲酸
H2 /CO2
乙酸
乙醇
酪酸 乳酸
戊酸
甲酸
乙酸 H2 /CO2
乙酸
H2
丙酸
CO 2
H2 /CO2
乙酸
CH4 /CO2
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
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
H2 ，CO2
一组产甲烷菌
甲烷产量的30%
脂肪酸、醇类 产氢产乙酸菌
同型产乙酸菌
CH4+ CO2
CH3COOH
另一组产甲烷菌
甲烷产量的70%
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。
1 厌氧生物处理的基本原理
2. 厌氧消化的影响因素
能耗
低
营养物需要
BOD:N:P=200~400:5:1
水力停留时间
低浓度
0.4~1.0kgBOD/ （m3∙d ）
剩余污泥 高出十倍
BOD:N:P=100:5:1
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)
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，对环境的影响最按敏降感解，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。
有机物负荷 (kg/m3∙d） 产 气 量 （ m 3 / m 3 ∙d ）
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。
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
8
有机负荷
4
产气量
6
3
4
2
2
1
0
0
25 30 35 40 45 50 55 60
温度（℃）
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。