厌氧生物处理工艺
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废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过 厌氧微生物 (包括兼氧微生物）的作用，将废 水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧 化碳等物质的过程，也称为厌氧消化 (anaerobic digestion) 。 与好氧过程的根本区别：不以分子态氧作为受 氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢 体。 厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程， 依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、 产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。
甲烷细菌：最适宜的氧化还原电位为-350mV或更低。
就大多数生活污水的污泥及性质相近的高浓度有机废水 而言，只要严密隔断于空气的接触，即可保证必要的值。
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有机负荷
• 在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，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)。 •在通常的情况下：厌氧消化工艺处理高浓度 • 对悬浮生长工艺，也有用 污泥负荷表达的，即kg 工业废水的有机负荷： COD/(kg 污泥· d)。 中温为2-3 kgCOD/(m3· d)， • 在污泥消化中，有机负荷习惯上以投配率或进料率 在高温下为4-6 kgCOD /(m3· d)。 表达，即每天所投加的湿污泥体积占消化器有效容 •上流式厌氧污泥床反应器、厌氧滤池、厌氧流 积的百分数。
厌氧接触法
• 在混合接触池（消化池）后设沉淀池，将沉淀 污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法 （anaerobic contact process)。
厌 氧 接 触 法 工 艺琦琦购物商城 Nhomakorabea2 特点
厌氧接触法
特点
通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为 10-15g/L，耐冲击能力强； 消化池的容积负荷较普通消化池高，水力停留时间比 普通消化池大大缩短， 如常温下，普通消化池为 15-30 天，
14
超高
三相分离区
反应区
布水区
UASB布置结果示意图
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16
需要全图cad图 纸
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18
上流式厌氧污泥床反应器
特点
反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为30-40g/L， 污泥床中的污泥由活性生物量占70-80％的高度发展的 颗粒污泥。 有机负荷高，水力停留时间短。中温消化，COD容积负荷一
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废水的营养比
• 厌氧法中碳:氮:磷控制为200-300:5:1为 宜。 • 在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消 化的影响更为重要。研究表明，合适的 C/N为10-18:1。 • 有毒物质
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氧化还原电位（ ORP）
厌氧环境主要以体系中的氧化还原电位反映。
高温厌氧消化系统：适宜氧化还原电位为-500～-600mV；
中温厌氧消化系统及浮动温度厌氧消化系统：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；
厌氧挡板反应器示意图
特点： 反应器启动期短。实验表明接种一个月， 就有颗粒污泥形成，两个月可稳定运行。 避免厌氧滤池等堵塞问题 避免UASB因污泥膨胀而发生污泥流失问 题 不需要搅拌 不需要载体
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第三节 厌氧法的影响因素
温度条件 pH值 氧化还原电位 有机负荷 厌氧活性污泥 搅拌和混合 废水的营养比 有毒物质
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厌氧生物滤池
优点
滤池中的微生物量较高，可承受的有机容积负 荷高，COD容积负荷为2-16 kgCOD/(m3·d)，且 耐冲击负荷能力强； 废水与生物膜两相接触面大，强化了传质过程， 因而有机物去除速度快； 微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污 泥回流和搅拌设备； 启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时 间短。 11 琦琦购物商城
第二步反应器则要求严格密封、严格控制温度和 pH值范围。
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产甲烷阶段，使第一步反 接触消化池-上流式污泥床两步消化工艺 应产生的有机酸生成甲烷 和二氧化碳等最终产物 热交换器 被废水加 热到需要 的温度
水解产酸反应， 控制条件之产 生脂肪酸，尽 量不产生沼气
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甲 烷 菌
在工程技术上，研究甲烷细菌的通性是重要的，这将 有助于打破厌氧生物处理过程分阶段的现象，从而最 因此有人提出，考 大限度地缩短处理过程的历时。 虑到这种共生关系， 反应器中的剪切力 影响甲烷细菌生长重要环境因素：pH值和温度。 要注意控制，不能 PH值应在6．8—7．2，最适温度在35℃一38 ℃和52℃ 在系统内进行连续 一55℃各有一个。 的剧烈搅拌 产乙酸细菌和产甲烷细菌之间严格的共生关系： 甲烷细菌是专性厌氧的 与产酸菌相比．甲烷茵对温度、pH值、有毒物质等更 为敏感。
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第二节 污水的厌氧生物处理方法 化粪池
厌氧生物滤池 厌氧接触法 上流式厌氧污泥床反应器 分段厌氧处理法
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7
化粪池
• 是最早的厌氧生物处理构筑物
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8
厌氧生物滤池
• 厌氧滤池（anaerobic filter又称厌氧固定膜 反应器，是60年代末开发的新型高效厌氧处理 装置。 • 滤池呈圆柱形，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。
沉降分离，去除 琦琦购物商城 不溶性有机物
21
纤维填料厌氧滤池和上流式厌氧污泥床复 合法工艺
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22
两步厌氧法具有如下特点:
（a）耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免 了一步法不耐高有机酸浓度的缺陷； （b）两阶段反应不在同一反应器中进行， 互相影响小，可更好地控制工艺条件； （c）消化效率高，尤其适于处理含悬浮固 体多、难消化降解的高浓度有机废水。 （d）但两步法设备较多，流程和操作复杂。
化床等新型厌氧工艺的有机负荷 在中温下为5-15 kgCOD/(m3· d)， 可高达30 kgCOD/(m3· d)。
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污泥浓度
各种反应器要求的污泥浓度不尽相同，一般介 于10～30gVSS/L之间。 为了保持反应器的生物量不致因流失而减少， 可采用多种措施： 如安装三相分离器、设置挂膜介质、降低水流 速度和回流污泥量等。
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其它厌氧处理法
• 厌氧生物转盘：
构造与好氧生物转盘相似，不同之处在于盘片 大部分 (70％以上)或全 部浸没在废水中，整 个生物转盘设在一个密闭的容器内。
• 厌氧挡板反应器：
从研究厌氧生物转盘发展而来的，生物转盘不 转动即变成厌氧挡板反应器。 同时，厌氧挡板反应器实质上是一系列升流式 厌氧污泥床，但不设三相分离器。
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厌氧生物转盘示意图
• 特点： 微生物浓度高 勿需处理水回流 生物膜经常保持较高的活性 耐冲击负荷，处理过程稳定性强 可采用多级串连，各级微生物处于最佳生存条件 运行管理方便 盘片成本较高
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而接触法小于10天；
可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液， 不存在堵塞问题； 混合液经沉降后，出水水质好， o 需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备 o 厌氧接触法存在混合液难于在沉淀池中进行固液分离 的缺点。
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上流式厌氧污泥床反应器
（UASB upflow anaerobic sludge blanket reactor)
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温度对厌氧消化过程的影响
8
有机物负荷 (g/L.d）
6 4 2 0 25 30 35 40 45 50 55 60 温度（℃）
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3 2 1 0
产气量（L / L . d ）
28
有机负荷 产气量
4
pH值
• 产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适 宜的pH值范围较广，在4.5-8.0之间。 • 产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，最 适宜pH值为7.0-7.2，pH6.6-7.4较为适宜。 • 在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产 甲烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持 平衡，避免过多的酸积累，常保持反应器内 的pH值在6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范围内。
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搅拌和混合
• 通过搅拌： 消除池内梯度，增加食料与微生物之间的接触 避免产生分层，促进沼气分离。 进料迅速与池中原有料液相混匀。 搅拌程度与强度要适当。 • 搅拌的方法： 机械搅拌器搅拌法 消化液循环搅拌法 沼气循环搅拌法等
沼气循环搅拌，还有利于使沼气中的CO2作为产甲烷的底物被细菌 利用，提高甲烷的产量
废水的厌氧处理
The Anaerobic Processes
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1
主要内容
• 第一节：厌氧生物处理的基本原理 • 第二节 污水的厌氧生物处理方法 • 第三节 厌氧法的影响因素 • 第四节 厌氧生物处理法的设计
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2
第一节：厌氧生物处理的基本原理
般为10-20kg COD/（m3· d）；
反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动 回流到反应区，一般无污泥回流设备； 无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的 沼气和进水来搅动 污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。 反应器内有短流现象，影响处理能力。 运行启动时间长，对水质和负荷突然变化比较敏感。
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19
分段厌氧处理法
将水解酸化过程和甲烷化过程分开在两个反应器内 进行。
第一段：完成水解和液化固态有机物为有机酸；缓冲和 稀释负荷冲击与有害物质，并截留难降解的固态物质。
反应器可采用简易非密闭装置、在常温、较宽pH 值范围条件下运行。
第二段：保持严格的厌氧条件和pH值，以利于甲烷菌的 生长；降解、稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气。
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厌氧过程可分为四阶段：
生化阶段 物态变化 Ⅰ 液化（水解） 大分子不溶态 有机物转化为 小分子溶解态 有机物 酸化（1） 小分子溶解态 有机物转化为 （H2+CO2）及 A、B两类产物 Ⅱ 酸化（2） B类产物转化为 （H2+CO2）及 乙酸等 产氢产乙酸细菌 Ⅲ 气 化
• 由反应区、沉淀区和气室三部分组成。
• 上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。 小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形。 • 大型装置为便于设置气、液、固三相分离器， 则一般为矩形，高度一般为3-8m，其中污泥床 1-2m，污泥悬浮层2-4m，多用钢结构或钢筋混 凝土结构，
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进水可采用升流式， 也可以采用降流式
厌氧生物滤池
厌氧生物滤池的特点：
缺点：
• 厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均匀的，在池进 水部位高。 • 当废水中有机物浓度高时，特别是进水悬浮固体浓度 和颗粒较大时，进水部位容易发生堵塞现象。
改进：
出水回流； 部分充填载体； 采用软性填料。
优点：
生化过程
CH4、CO2等
菌 群
发酵细菌
甲烷细菌
发酵工 艺
甲烷发 酵
酸发酵 ——
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4
液化阶段 • 显著特征是液态污泥的pH值迅速下降， 不到10d，降到最低值； • 产物中有机酸是主体，在一个月左右， 达到最高值。 气化阶段 • 产生消化气，主体是CH4，因此气化阶段 常称甲烷化阶段，CO2也相当多，还有微 量H2S。
甲烷细菌：最适宜的氧化还原电位为-350mV或更低。
就大多数生活污水的污泥及性质相近的高浓度有机废水 而言，只要严密隔断于空气的接触，即可保证必要的值。
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有机负荷
• 在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，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)。 •在通常的情况下：厌氧消化工艺处理高浓度 • 对悬浮生长工艺，也有用 污泥负荷表达的，即kg 工业废水的有机负荷： COD/(kg 污泥· d)。 中温为2-3 kgCOD/(m3· d)， • 在污泥消化中，有机负荷习惯上以投配率或进料率 在高温下为4-6 kgCOD /(m3· d)。 表达，即每天所投加的湿污泥体积占消化器有效容 •上流式厌氧污泥床反应器、厌氧滤池、厌氧流 积的百分数。
厌氧接触法
• 在混合接触池（消化池）后设沉淀池，将沉淀 污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法 （anaerobic contact process)。
厌 氧 接 触 法 工 艺琦琦购物商城 Nhomakorabea2 特点
厌氧接触法
特点
通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为 10-15g/L，耐冲击能力强； 消化池的容积负荷较普通消化池高，水力停留时间比 普通消化池大大缩短， 如常温下，普通消化池为 15-30 天，
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上流式厌氧污泥床反应器
特点
反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为30-40g/L， 污泥床中的污泥由活性生物量占70-80％的高度发展的 颗粒污泥。 有机负荷高，水力停留时间短。中温消化，COD容积负荷一
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• 厌氧法中碳:氮:磷控制为200-300:5:1为 宜。 • 在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消 化的影响更为重要。研究表明，合适的 C/N为10-18:1。 • 有毒物质
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厌氧环境主要以体系中的氧化还原电位反映。
高温厌氧消化系统：适宜氧化还原电位为-500～-600mV；
中温厌氧消化系统及浮动温度厌氧消化系统：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；
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特点： 反应器启动期短。实验表明接种一个月， 就有颗粒污泥形成，两个月可稳定运行。 避免厌氧滤池等堵塞问题 避免UASB因污泥膨胀而发生污泥流失问 题 不需要搅拌 不需要载体
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第三节 厌氧法的影响因素
温度条件 pH值 氧化还原电位 有机负荷 厌氧活性污泥 搅拌和混合 废水的营养比 有毒物质
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优点
滤池中的微生物量较高，可承受的有机容积负 荷高，COD容积负荷为2-16 kgCOD/(m3·d)，且 耐冲击负荷能力强； 废水与生物膜两相接触面大，强化了传质过程， 因而有机物去除速度快； 微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污 泥回流和搅拌设备； 启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时 间短。 11 琦琦购物商城
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产甲烷阶段，使第一步反 接触消化池-上流式污泥床两步消化工艺 应产生的有机酸生成甲烷 和二氧化碳等最终产物 热交换器 被废水加 热到需要 的温度
水解产酸反应， 控制条件之产 生脂肪酸，尽 量不产生沼气
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甲 烷 菌
在工程技术上，研究甲烷细菌的通性是重要的，这将 有助于打破厌氧生物处理过程分阶段的现象，从而最 因此有人提出，考 大限度地缩短处理过程的历时。 虑到这种共生关系， 反应器中的剪切力 影响甲烷细菌生长重要环境因素：pH值和温度。 要注意控制，不能 PH值应在6．8—7．2，最适温度在35℃一38 ℃和52℃ 在系统内进行连续 一55℃各有一个。 的剧烈搅拌 产乙酸细菌和产甲烷细菌之间严格的共生关系： 甲烷细菌是专性厌氧的 与产酸菌相比．甲烷茵对温度、pH值、有毒物质等更 为敏感。
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第二节 污水的厌氧生物处理方法 化粪池
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化粪池
• 是最早的厌氧生物处理构筑物
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厌氧生物滤池
• 厌氧滤池（anaerobic filter又称厌氧固定膜 反应器，是60年代末开发的新型高效厌氧处理 装置。 • 滤池呈圆柱形，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。
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两步厌氧法具有如下特点:
（a）耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免 了一步法不耐高有机酸浓度的缺陷； （b）两阶段反应不在同一反应器中进行， 互相影响小，可更好地控制工艺条件； （c）消化效率高，尤其适于处理含悬浮固 体多、难消化降解的高浓度有机废水。 （d）但两步法设备较多，流程和操作复杂。
化床等新型厌氧工艺的有机负荷 在中温下为5-15 kgCOD/(m3· d)， 可高达30 kgCOD/(m3· d)。
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污泥浓度
各种反应器要求的污泥浓度不尽相同，一般介 于10～30gVSS/L之间。 为了保持反应器的生物量不致因流失而减少， 可采用多种措施： 如安装三相分离器、设置挂膜介质、降低水流 速度和回流污泥量等。
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其它厌氧处理法
• 厌氧生物转盘：
构造与好氧生物转盘相似，不同之处在于盘片 大部分 (70％以上)或全 部浸没在废水中，整 个生物转盘设在一个密闭的容器内。
• 厌氧挡板反应器：
从研究厌氧生物转盘发展而来的，生物转盘不 转动即变成厌氧挡板反应器。 同时，厌氧挡板反应器实质上是一系列升流式 厌氧污泥床，但不设三相分离器。
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• 特点： 微生物浓度高 勿需处理水回流 生物膜经常保持较高的活性 耐冲击负荷，处理过程稳定性强 可采用多级串连，各级微生物处于最佳生存条件 运行管理方便 盘片成本较高
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而接触法小于10天；
可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液， 不存在堵塞问题； 混合液经沉降后，出水水质好， o 需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备 o 厌氧接触法存在混合液难于在沉淀池中进行固液分离 的缺点。
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上流式厌氧污泥床反应器
（UASB upflow anaerobic sludge blanket reactor)
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温度对厌氧消化过程的影响
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有机物负荷 (g/L.d）
6 4 2 0 25 30 35 40 45 50 55 60 温度（℃）
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产气量（L / L . d ）
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有机负荷 产气量
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pH值
• 产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适 宜的pH值范围较广，在4.5-8.0之间。 • 产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，最 适宜pH值为7.0-7.2，pH6.6-7.4较为适宜。 • 在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产 甲烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持 平衡，避免过多的酸积累，常保持反应器内 的pH值在6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范围内。
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搅拌和混合
• 通过搅拌： 消除池内梯度，增加食料与微生物之间的接触 避免产生分层，促进沼气分离。 进料迅速与池中原有料液相混匀。 搅拌程度与强度要适当。 • 搅拌的方法： 机械搅拌器搅拌法 消化液循环搅拌法 沼气循环搅拌法等
沼气循环搅拌，还有利于使沼气中的CO2作为产甲烷的底物被细菌 利用，提高甲烷的产量
废水的厌氧处理
The Anaerobic Processes
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主要内容
• 第一节：厌氧生物处理的基本原理 • 第二节 污水的厌氧生物处理方法 • 第三节 厌氧法的影响因素 • 第四节 厌氧生物处理法的设计
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第一节：厌氧生物处理的基本原理
般为10-20kg COD/（m3· d）；
反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动 回流到反应区，一般无污泥回流设备； 无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的 沼气和进水来搅动 污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。 反应器内有短流现象，影响处理能力。 运行启动时间长，对水质和负荷突然变化比较敏感。
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分段厌氧处理法
将水解酸化过程和甲烷化过程分开在两个反应器内 进行。
第一段：完成水解和液化固态有机物为有机酸；缓冲和 稀释负荷冲击与有害物质，并截留难降解的固态物质。
反应器可采用简易非密闭装置、在常温、较宽pH 值范围条件下运行。
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厌氧过程可分为四阶段：
生化阶段 物态变化 Ⅰ 液化（水解） 大分子不溶态 有机物转化为 小分子溶解态 有机物 酸化（1） 小分子溶解态 有机物转化为 （H2+CO2）及 A、B两类产物 Ⅱ 酸化（2） B类产物转化为 （H2+CO2）及 乙酸等 产氢产乙酸细菌 Ⅲ 气 化
• 由反应区、沉淀区和气室三部分组成。
• 上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。 小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形。 • 大型装置为便于设置气、液、固三相分离器， 则一般为矩形，高度一般为3-8m，其中污泥床 1-2m，污泥悬浮层2-4m，多用钢结构或钢筋混 凝土结构，
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厌氧生物滤池
厌氧生物滤池的特点：
缺点：
• 厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均匀的，在池进 水部位高。 • 当废水中有机物浓度高时，特别是进水悬浮固体浓度 和颗粒较大时，进水部位容易发生堵塞现象。
改进：
出水回流； 部分充填载体； 采用软性填料。
优点：
生化过程
CH4、CO2等
菌 群
发酵细菌
甲烷细菌
发酵工 艺
甲烷发 酵
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液化阶段 • 显著特征是液态污泥的pH值迅速下降， 不到10d，降到最低值； • 产物中有机酸是主体，在一个月左右， 达到最高值。 气化阶段 • 产生消化气，主体是CH4，因此气化阶段 常称甲烷化阶段，CO2也相当多，还有微 量H2S。