第7章 污水的厌氧生物处理

普通消化池
污泥停留时间等于水利停留时间，停留 时间较长（20-30天），反应池体积大， 负荷低。 按容积大小分可分为小型池（10002500m3），中型池（2500-5000m3）， 大型池（5000-10000m3）。按运行方式 分类有一级和二级之分。 目前仍有应用，主要应用于：污泥稳定； 高浓度有机工业废水；高悬浮物含量有 机废水；难降解有机物工业废水等。
Flow Equalisation tank (FET) Volatile Fatty Acids (VFA,s )
我国部分USAB反应器运行数据
废水种类 温度℃ 反应器 容积m3 COD负荷 kg/m3 d 进水COD ｍｇ／Ｌ COD去 除率％ 研究应用单位
味精废水
酒精过滤液 柠檬酸废水 酿造废水 啤酒废水
(b)在反应器与沉淀池之间设冷却器，抑制产甲烷菌的活动；
(c)在沉淀池投加混凝剂： (d)用超滤（或膜分离器）代替沉淀池。
厌氧生物滤池 (AF升流式，DSFF降流式)
密封的水池，优点有：处理能力较高；微生物浓度高，出水SS 较低，设备简单、操作方便； 缺点：滤料费用较贵；滤料容易堵塞，尤其是下部，而且堵塞 后没有有效的清洗方法。
厌氧接触法对悬浮物高的有机废水（如肉类加工废水）效果很好，中温
消化经过6－12小时，BOD5去除率可达90％以上。
存在问题及解决方法
该工艺存在的问题有：
(a)厌氧反应器排出的混合液中的污泥由于附着大量的气泡在 沉淀池中易于上浮到水面而被出水带走； (b)进入沉淀他的污泥仍有产甲烷菌在活动．并产生沼气，使 已沉下的污泥上翻，影响出水水质、降低回流污泥的浓度。 对此采取措施有： (a)在反应器和沉淀池之间设脱气器．尽可能脱除沼气；
溶性无机盐有助于颗粒污泥的形成。
颗粒污泥形成条件包括：水质、有机负荷、pH等，但水利条件是 主要的原因，即升流式运行方式。
Echuca Wastewater Treatment Plant
The FET is a 35 metre diameter by 4.15 metre deep 澳大利亚 Coliban水公司
厌氧呼吸
• 厌氧呼吸是在没有氧分子的情况下进行的生物氧化。厌氧微生物只有脱 氢酶系统，没有氧化酶系统。 • 反应最终受体是氧以外的有机物或无机物。 • 根据最终受体不同，分为：发酵和无氧呼吸。
1 发酵：指供氢体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用
，最终受体无需外加，就是供氢体分解的产物。 氧化不彻底，能量少，故该类厌氧微生物消耗底物较多。
主要缺点是盘片成本高，整个 装置造价很高。该反应器的设
(c)由于转盘的转动，不断使老化的生物膜Leabharlann Baidu落，以保持生物膜的活性；
计按负荷法设计。 (d)可采用多级串联，使各级微生物处于最佳的生存条件。
升流式厌氧污泥床（UASB）
升流式厌氧污泥床 （UASB），由荷兰Dr.
Gatze Lettinga在20世纪
第七章 污水的厌氧生物处理
厌氧工艺的发展历史
• 1881年2月，法国《宇宙》，莫拉斯（Mouras）将简易沉
淀池加以改进而得到的“自动净化器”。 • 1895年，英国卡麦隆（Cameron）获得腐化池专利。 • 1899年，美国Clark提出应将污泥和水分离，再将污泥隔绝 空气消化的想法。 • 1904年，首先在英国汉普敦建成了双层沉淀池，将沉淀池 下部改变为消化室。
IC（Internal Circulation） 反应器
克服了UASB污泥流
失的问题。
与UASB相比，可以
处理更高浓度废水，
运行负荷及处理能力 高于UASB反应器。
IC反应器处理啤酒废水
企业名称 参数 反应器类型 反应器容积（m3） 沈阳华润雪花啤 酒 IC 70 上海富士达啤酒 厂 IC 400 北京啤酒厂 UASB 2000
•进水基质营养比：C：N：P=250：5：1。 •进水SS小于4000-5000mg/L，启动阶段应小于2000mg/L。 •氨氮一般小于1000mg/L，50-200mg/L有利于微生物生长。 •硫酸根浓度应小于5000mg/L。
厌氧颗粒污泥
三个阶段： 1. 启动与污泥活性提高阶段， COD有机负荷控制在2.0kg/m3d 以下。 2. 形成阶段，COD有机负荷应控 制在2.0-5.0kg/m3d 3. 污泥床形成阶段，COD有机负 荷大于5kg/m3d 类似于结晶过程，增加CaCO3等不
旧金山Oceanside水污染控制厂之 蛋型厌氧消化槽池
Oceanside水污染控制厂之生物处理系统系采纯氧活性污泥法， 生物反应池共三池，每池分为六槽。
共设有4个蛋型消化槽，每座消
化槽容积为750,000加仑，采单
段中温操作，操作温度约为 95°F，停留时间约为24天。每
槽产气量约为100,000立方英呎，
蛋 白 质 和 碳 水 化 合 物
氨 基 酸 和 单 糖
2 发酵
乙 酸
2/3
复 杂 的 可 降 解 颗 粒 物
水解
6
1
挥发性有机酸 （丙酮酸和丁酸等）
4 5
甲 烷
脂 肪
长 链 脂 肪 酸
氢
3 厌氧氧化
7 1/3
影响因素（针对产气步骤）
工艺中应采取保温及温控措施。 • pH：甲烷菌适宜pH：6.8-7.2，为此需要在线监控，投加石灰或Na2CO3中和 微生物产生的酸。
现象。
3.
蜂窝或波纹板填料：塑料波纹板和蜂窝填料，质量轻、稳定，不易堵
塞。
4. 软性或半软性填料：半软性聚乙烯、弹性聚苯乙烯滤料，软性尼龙纤 维滤料。比表面积和空隙率较大。
厌氧生物转盘
优点有： (a)微生物浓度高，可承受高额的有机物负荷，相应的去除率可达90％左右； (b)废水水平流动．也不需要回流，可以节约能源；
项目 原污水
COD(mg/L) 493.3
BOD(mg/L) 170.2
SS(mg/L) 溶解性COD比例% 50.8
BOD5/COD 0.345
水解出水 278.4
115.2
45.3
77.8
0.414
水解-好氧联合处理工艺流程
厌氧接触法
污泥浓度要求很高，在12000－15000mg/L左右； 污泥回流量很大，一般是废水流量的2－3倍。
好氧法
处理程度高 负荷高 占地面积少 设备简单
能耗低 适用范围广 剩余污泥少 可回收沼气 耐冲击负荷 对营养物要求低 可间歇运行
污水和污泥处理。特
厌氧法
别适用于高浓度有机
废水和污泥处理。
§6.1 厌氧生物处理的基本原理
• 传统上，污泥在脱水作最后处置前进行厌氧处理， 称为污泥消化，“消化”也常作为厌氧处理的简称。 早期的厌氧处理都是针对污泥消化的。 • 厌氧的反应过程大致可以分为几个步骤：水解；酸 化；乙酸化；甲烷化。 • 产生气味的原因是原水中的N、S被还原为H2S、 NH3等。
约6小时，污泥停留时间约为1~1.5天
设有18座圆柱型及18座蛋型消化槽，消 化温度控制在95°F，污泥停留时间约 15天，产气量每天可达740万立方英呎， 其中甲烷含量约64﹪，每日需供给 Scattergood蒸气发电厂作为燃料，以 交换该电厂提供优惠电价，1.3美元 /KWh (市价9美元/KWh)
• 温度：低温消化（15－20℃），中温消化（35-38℃），高温消化（52-55℃），
• 碳氮比C/N：一般要满足COD:N:P=800:5:1即可，实际处理液的C/N 以(10－
20):1为宜。缺氮磷可以通过施加化肥达到目的。 • 硫化物：甲烷菌最佳生长需要11.5mg/L的硫（以H2S计）。目前高负荷反应器
A 3-phase separator device at the top of the chamber
The UASB reactors are an enclosed chamber system approximately 6 metres deep
Treatment Performance
水解反应器
优点： 1. 2. 3. 4. 不需要密封，搅拌，三相分离器 出水可生化性好，减少后续反应时间 出水没有不良气味 池体积小，节省基建费用
5.
污泥量少，污水、污泥一次性处理，不需要中温消化。
工艺特点：污染物数量质量变化；有机物数量显著减少；污水可生化性提高。 原污水与水解出水水质比 较
277.4
2 无氧呼吸：指以无机化合物（如：NO3-,NO2-,SO42-,S2O32,CO2等）替代分子氧，作为最终受体的生物氧化作用。无氧 呼吸可以使有机底物被彻底氧化，能量得以分级释放，产生 的能量要远大于发酵过程。
废水的厌氧生物处理
厌氧处理中的微生物群落主要是原核性质的，包括细菌和古细 菌。厌氧生物处理的过程是一个多步骤的过程。
水不能直接排放水体，常在 绿地下设渗水系统排出。
普通消化池
• 常采用圆柱形或蛋形。 • 中温或高温消化时，需要对料液进行加热。 • 为保持池内温度均匀，利于沼气释放，需要搅拌， 一般每隔2－4小时搅拌一次。 • 为节省能源，可采用二级消化工艺， • 二级消化池与普通消化池相同，但是不设搅拌， 相当于沉淀池。
硫化物可以达到150－200mg/L。
• 有毒物质：尤其是重金属的毒害作用很大，如果运行不顺利，可以考虑是否 为重金属原因。
• 搅拌和混合：要求适合的搅拌速度。
• 污泥泥龄：较长的泥龄有利于厌氧微生物繁殖生存。
§6.2 污水的厌氧
生物处理方法
化粪池
停留时间一般为12－24小时，
污泥大约半年清除一次，出
30－32
高温 35 常温 常温
4.6
24 6 64.8 8*240
5.5
22.3 20.3 4.2 9－13
12150
900－2800 20000－36000 2000－6000 1500－3000
88.5
91 90 82.4 85
中科院广州能源研究所
北京环境保护科学研究院 常州环境工程设计研究院 北京环境保护研究所 北京啤酒厂
消化池的搅拌主要有以下几种方式：水泵循环搅拌（设备简单， 维修方便）；机械搅拌；沼气搅拌（可以提高沼气产量）。
洛杉矶Hyperion污水处理厂蛋型厌 氧消化池
采纯氧曝气,每日约需纯氧220吨，生物反应 池内MLSS维持在1,000~1,500mg/L，出水 端溶氧值控制于5~10 mg/L，水力停留时间
主要优点有：
(a)能量需求大大降低，还可产生能量； (b)污泥产量极低，沉降性好； (c)被降解的有机物种类多，应用范围广，主要用于处理高浓度 有机废水，也可用于处理低浓度有机废水，也能处理某些好 氧微生物难降解的物质； (d)对水温的适应范围广；
厌氧法的缺点是； (a)厌氧设备启动时间长；
(e)有机容积负荷率高；
70年代研发的，是集生物 反应与沉淀于一体 ，主要 构造包括：污泥床、污泥 悬浮层、沉淀区、三相分 离器及进水系统。
SS<4000-5000mg/L
UASB工艺控制
有毒物种类 苯酚 对苯酚 临苯酚 吡啶 1-萘酚 苯胺 临界浓度（mg/L） 1500-3000 750-1250 2000-4000 5000-8000 100-700 5000-6000
反应器高度（m） 进水COD（mg/L） 进水SS（mg/L）
填料的选择
• • 填料是厌氧生物滤池的主体，要满足以下条件： 比表面极大；表面粗糙；保证机械强度；价格低廉；选择合适的形状、 空隙度和颗粒尺寸； • 1. 常用填料基本上与好氧接触氧化工艺基本相同，主要有: 实心块状填料：如碎石、砾石等，容易发生堵塞和短流。
2.
空心填料：多用塑料制成，呈圆柱形或球形，可以减少滤料层的堵塞
产出瓦斯气体主要作为锅炉及发 电机之燃料，目前每日可提供厂 内约1/2之用电。
北京市高碑店污水处理厂 污泥消化池
规模为日 处理污水100万立方米，占
北京市污水总量40%。一级处理包括
格栅、泵房、曝气沉砂池和矩形平流 式沉淀池；二级处理采用空气曝气活
性污泥法。
污泥处理采用中温两级消化技术，消化后经脱水的泥饼外运作为农业和绿化的 肥源。消化过程中产生的沼气,用于发电可解决厂内部分用电。
(f)营养盐类需要量少。
(b)处理后的出水水质差，往往需 进一步处理才能达标排放。
厌氧法与好氧法的比较
类型
优点
缺点 能耗高 运行管力要求高 可能发生污泥膨胀 生物脱氮功能有限 对营养物质有要求 处理程度低，出水达不到排 放要求 水力停留时间长，占地面积 大 设备复杂 启动时间长
适用条件 城市污水处理，有机 工业废水处理。适用 于大、中、小型污水 处理厂。