第十五章-厌氧生化法.ppt

厌氧生化法TheAnaerobicProcesses,第一节厌氧生化法特点及原理,厌氧生物处理是环境工程与能源工程中的一项重要技术。,厌氧生物技术在以前多用于剩余污泥、有机废弃物及部分高浓度有机废水的处理。,厌氧生物处理技术现在不仅用于处理剩余污泥和高浓度有机废水，也用于处理中、低浓度有机废水，包括城市污水。,厌氧生物处理：在无氧的条件下，利用厌氧微生物的生命活动，将各种有机物转化为甲烷、二氧化碳等的过程。厌氧生物处理后面常常要连接好氧生物处理,1.1厌氧生化法的主要特点,（1）适用范围广好氧法：中、低浓度有机废水。厌氧法：高、中、低浓度有机废水；好氧难降解有机物（如固体有机物、某些偶氮染料等）。,（2）能耗低好氧法：曝气费用随着有机物浓度的增加而增大。厌氧法：不充氧，且沼气可作为能源。当原水BOD5达到1500mg/L时，厌氧处理即有能量剩余。厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。,（3）高负荷好氧：2-4kgBOD/(m3d)厌氧：2-l0kgCOD/(m3d)，高的可达50kgCOD/(m3d)。,（4）剩余污泥产率低，浓缩性、脱水性良好好氧：0.4-O.6kg生物量/kgCOD厌氧：0.02-0.lkg生物量/kgCOD消化污泥在卫生学和化学上是稳定的。,（5）氮、磷营养需要量较少好氧：BOD:N:Pl00:5:1厌氧：BOD:N:Pl00:2.5:0.5,(6)在厌氧处理过程中，曝气和污泥处置费用这两项与好氧废水处理有关的最大的费用将会被戏剧性地减少。,废水中的COD大部分转化为CH4,废水中的COD大部分转化为污泥,传统上认为厌氧生物技术存在的缺陷缺陷（1）普遍认为厌氧处理过程稳定性差；（2）厌氧反应器初次启动缓慢；（3）一些工业废水的处理可能需要进行pH控制；（4）厌氧菌容易受低温条件限制；（5）毒性物质对厌氧菌特别是产甲烷菌的影响。基本解决！,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(anaerobicmicrobes)(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(methane)和二氧化碳(carbondioxide)等物质的过程，也称为厌氧消化(anaerobicdigestion)。,1.2厌氧法的基本原理,1、化学反应基本原理,对厌氧生化过程的认识经历两阶段理论、三阶段理论和四阶段理论等几个阶段。,2、传统理论两阶段理论（30-60年代）,早期的厌氧消化理论认为有机物的厌氧消化过程分为酸性发酵阶段和碱性发酵阶段两过程。,第一阶段：酸性发酵阶段（液化阶段）又称产酸阶段；进行水解和酸化，产物主要是脂肪酸、醇类、CO2和H2等；主要参与微生物：发酵细菌或产酸细菌；特点：1）生长快；2）适应性（温度、pH等）强。,第二阶段：碱性发酵阶段（气化阶段）产甲烷菌将前一阶段的产物转化为CH4和CO2；主要参与微生物：产甲烷菌；特点：1）生长慢；2）对环境条件（温度、pH、抑制物等）敏感。,在厌氧消化系统中微生物主要分为两大类：非产甲烷菌（non-menthanogens）和产甲烷细菌（menthanogens）。,产酸菌和产甲烷菌的特性参数,两阶段理论没有全面反映厌氧消化的本质。研究表明，产甲烷菌能利用甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺类和H2/CO2，但不能利用两碳以上的脂肪酸和除甲醇以外的醇类产生甲烷，因此两阶段理论难以确切的解释这些脂肪酸或醇类是如何转化CH4和CO2的,3、三阶段理论,Bryant（1979）提出三阶段理论：认为产甲烷菌不能利用除乙酸、H2/CO2和甲醇等以外的有机酸和醇类，长链脂肪酸和醇类必须经过产氢产乙酸菌转化为乙酸、H2、CO2等后，才能被产甲烷菌利用。乙酸是产甲烷阶段十分重要的前体物质，在厌氧反应过程中大约有70的CH4来自乙酸的裂解。,（1）发酵细菌（产酸细菌）：水解作用：碳水化合物（脂肪、蛋白质）在胞外酶作用，在水解发酵菌作用下转化为糖类、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳；梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等；,（2）产氢产乙酸菌：将高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H2；乙醇：CH3CH2OH+H2OCH3COOH+2H2丙酸：CH3CH2COOH+2H2OCH3COOH+3H2+CO2丁酸：CH3CH2CH2COOH+2H2O2CH3COOH+2H2互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等,（3）产甲烷菌：将产氢产乙酸菌的产物乙酸和H2/CO2转化为CH4和CO2，使厌氧消化过程得以顺利进行；乙酸营养型和H2营养型产甲烷菌,4H2+CO2CH4+2H2O（1/3）CO2还原2CH3COOH2CH4+2CO2（2/3）乙酸脱羧,4、四种群理论,J.C.Zeikuus在1979年第一届国际厌氧消化会议上提出四种群学说。,三阶段/四种群学说,从两阶段理论发展到三阶段理论和四种群理论的过程，是人们对有机物厌氧消化不断深化认识的过程。这也从侧面反映出，有机物厌氧消化过程是一个由许多不同微生物菌群协同作用的结果，是一个极为复杂的生物化学过程,1、甲烷菌的微生物学特征,甲烷菌属于古菌中的一类。古菌（Archaeobacteria）与原核生物极其接近。研究利用基因分析手段（DNA的G+C%，16SrRNA碱基顺序比较）发现，有一些特点与真核生物相同。,形态：薄、扁平、直角几何形态；细胞结构：组分特异性；含有内含子；代谢：特殊的辅酶，代谢多样性；呼吸类型：多为厌氧；繁殖速度：比细菌慢；生活习性：适应极端环境。,1.3厌氧生物处理影响因素及控制要求,厌氧生物处理微生物群体间的关系,（1）不产甲烷细菌（包括发酵细菌和产氢产乙酸细菌）为产甲烷细菌提供生长和产甲烷所需要的基质。（2）不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造适宜的氧化还原条件。（3）不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除有毒物质。(4）产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生化反应解除反馈抑制（降低H2分压）。（5）不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的pH值。总之，在厌氧生物处理反应器中，不产甲烷菌和产甲烷菌相互赖，互为对方创造与维持生命活动所需要的良好环境和条件，但又互相制约。,2、主要影响因子,由于产甲烷菌对环境因素的影响较非产甲烷菌(包括发酵细菌和产氢产乙酸细菌)敏感得多，产甲烷反应常是厌氧生化反应的控制过程，因此，以下主要讨论对产甲烷菌有影响的各种环境因素。,温度,温度与有机物负荷、产气量关系见图消化温度与消化时间的关系见图厌氧消化微生物对温度的变化非常敏感。温度的突然变化，对沼气产量有明显影响，温度突变超过一定范围时，则会停止产气。根据采用消化温度的高低，分为常温消化：1030中温消化：35左右高温消化：55左右,温度与有机物负荷、产气量关系,消化温度与消化时间的关系,生物固体停留时间（污泥龄）与负荷,搅拌和混合,目的：物料分布均匀，增加微生物与物料的接触，提高消化效率、增加产气量；温度均匀，加快消化速度，提高产气量。搅拌方法：气体搅拌、机械搅拌、泵循环等。机械搅拌：搅拌器安装在消化池液面以下，定位于上、中、下层皆可，如果料液浓度高，安装要偏下一些；泵循环：用泵使沼气池内料液循环流动，达到搅拌的目的；气体搅拌：沼气加压后从池底部冲入，利用产生的气流，达到搅拌的目的。机械搅拌适合于小的消化池，液搅拌和气搅拌适合大、中型的沼气工程。,营养与C/N比,厌氧消化原料既是产生沼气的基质，又是厌氧消化微生物赖以生长、繁殖的营养物质。厌氧菌生命活动需要一定比例的氮素和碳素。C/N比过高，细菌和其他微生物的生长繁殖受到限制，有机物的分解速度就慢、发酵过程就长。C/N比过低，易造成系统中氨氮浓度过高，出现氨中毒。,氨氮,厌氧反应过程中，氮的平衡是非常重要的因素。厌氧过程细胞的增殖很少，只有很少的氮转化为细胞，大部分可生物降解的氮都转化为氨氮。实验研究表明，氨氮对厌氧消化过程有较强的毒性或抑制性，NH3对产甲烷菌的活性有比NH4+更强的抑制能力。,有毒物质,挥发性脂肪酸（VFA）是厌氧消化的产物，也是甲烷菌的生长代谢的基质。一定的挥发性脂肪酸浓度是保证系统正常运行的必要条件，但过高会抑制甲烷菌的生长，从而破坏消化过程。有许多化学物质能抑制厌氧消化过程中微生物的生命活动，这类物质被称为抑制剂。抑制剂包括部分气态物质、重金属离子、酸类、醇类、苯、氰化物及去垢剂等。对厌氧消化具有抑制作用的物质,对厌氧消化具有抑制作用的物质,限速步骤问题,当一个过程由一系列相互联系的生化反应过程完成时，某一阶段的生化反应速率往往比其它阶段慢，这一系列的最慢反应速度即为该反应的控制步骤，也称限速步骤。溶解性底物厌氧处理的限速步骤为产甲烷阶段（废水处理过程）；纤维素类物质、溶解性淀粉、剩余污泥等物质厌氧消化的限速步骤为厌氧水解。,最佳为7.07.3,产甲烷菌对pH值变化的适应性很差，其最适pH值范围为6.87.2，在pH6.5以下或8.2以上的环境中，厌氧消化会受到严重的抑制，这主要是对产甲烷菌的抑制。受破坏的厌氧消化体系需要很长的时间才能恢复。,pH控制问题酸碱度、pH值和消化液的缓冲作用,微生物活性与pH有密切的关系，pH值变化直接影响着消化过程和产物，过高或过低pH对微生物是不利的。表现在：（1）产甲烷菌6.6-7.5（2）缓冲剂:CO2和NH3（NH3、NH4+）H+HCO3-H2CO3组成缓冲液电离常数：K+=H+HCO3-/H2CO3pH=-lgK+lg(HCO3-/CH2CO3)应保持2000mg/l的碱度，防止pH下降，缓冲能力弱，脂肪酸是甲烷发酵的产物，其浓度也应该在2000mgl左右；,1.4理论产生甲烷量,1、糖类、脂类和蛋白质等有机物经过厌氧消化能转化为甲烷和CO2等气体，这样的混合气体统称为沼气；产生沼气的数量和成分取决于被消化的有机物的化学组成，一般可以用下式进行估算：,2、理论上认为，1gCOD在厌氧条件下完全降解可以生成0.25gCH4，相当于标准状态下的甲烷气体体积为0.35L；沼气中CO2和CH4的百分含量不仅与有机物的化学组成有关，还与其各自的溶解度有关；由于一部分沼气（主要是其中的CO2）会溶解在出水中而被带走，同时，一小部分有机物还会被用于微生物细胞的合成，所以实际的产气量要比理论产气量小。,第二节厌氧工艺与设备,厌氧生物处理技术己有了100多年的历史。1896年英国出现了第一座用于处理生活污水的厌氧消化池。至40年代，澳大利亚出现了高效、可加温的消化池，处理效率有所提高。这些反应器均是将污水或污泥定期或连续的加入消化池，经消化的污泥和污水分别从消化池底部和上部排出，所产生的沼气从顶部排出。,一、普通消化池（Digester）,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24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。,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（1000-2500m3），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。,常用密闭圆柱形池，废水定期或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别由池底和上部排出，所产沼气从顶部排出。,池形：圆柱形和蛋形两种。构造：主要包括污泥的投配、排泥及溢流系统，沼气排出、收集与贮气设备、搅拌设备及。,主要应用：剩余污泥和固体含量很高的有机废水；主要作用：部分有机物转变为沼气；部分有机物形成稳定性良好的腐殖质；提高污泥的脱水性能；减少污泥体积（可达1/2以上）；致病微生物也得到了一定程度的灭活。,北京市高碑店污水处理厂污泥消化池,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。,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。,污泥浓度要求很高，在1200015000mg/L左右；污泥回流量很大，一般是废水流量的23倍。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612小时，BOD5去除率可达90以上。,消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成厌氧接触法。,二、厌氧接触法,1955年，Schroefer及其合作者提出了厌氧接触法（AC）用于处理食品包装废水，取得良好的效果。该工艺采用了类似于好氧活性污泥的工艺流程，将出水引入单独的沉淀池，并进行污泥回流，以维持反应器中高浓度的生物量和较长的SRT，提高反应器的效能。AC实际是一个厌氧活性污泥系统。除气器是一个去除二氧化碳和甲烷气体的装置，使生物污泥在液固分离器中沉淀下来。工艺运行所需要的SRT可通过调整剩余污泥排放量而实现，而与SRT相对应的HRT的范围则取决于废水的强度和反应器内的生物量。厌氧接触工艺的诞生，标志着厌氧消化工艺的发展进入了一个新的阶段。,存在问题,(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。,(a)在反应器和沉淀池之间设脱气器尽可能脱除沼气；(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。,解决方法,开发厌氧生物处理新工艺用来治理有机污水的污染，无疑是一种具有良好经济效益的方法。近年来，污水厌氧处理工艺发展十分迅速，各种新工艺、新方法不断出现，包括升流式厌氧污泥床、档板式厌氧法、厌氧生物池、厌氧膨胀床和流化床、厌氧生物转盘等。提高生物处理能力和稳定性的途径主要是两个方面：1.提高生物的持有量2.利用厌氧生物处理中微生物种群的特点，实现相分离。,进入20世纪50年代，随着人们对厌氧工艺机理研究的深入，人们认识到反应器内保持大量的微生物和尽可能长的污泥龄是提高反应效率和反应器成败的关键，开始出现了以提高厌氧微生物浓度和停留时间、缩短液体停留时间为目标的第二代厌氧反应工艺。其典型代表有：厌氧滤器（AF）上流式厌氧污泥床（UASB）厌氧流化床（AFB）厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)厌氧折流板反应器（ABR）,第二代厌氧反应器解决了厌氧微生物生长缓慢和传统厌氧消化池生物量易被液体洗出的问题，具有以下优点：1）具有相当高的有机负荷和水力负荷，反应器的容积明显减小；2）在低温、冲击负荷、存在抑制物等不利条件下仍有很高的稳定性；3）反应器结构紧凑，适合于各种规模和可作为运行单元被结合在整体的处理技术中；4）能大量而稳定地产生的沼气。,三、厌氧生物滤池（AnaerobicBiofilter）,优点：（1）生物固体浓度高，有机负荷高,SRT长，可缩短HRT，耐冲击负荷能力强；（2）废水与生物膜接触面大，强化了传质过程，有机物去除速度快；,升流式厌氧污泥床反应器（UASB）是荷兰学者Lettinga等人在20世纪70年代开发的。当时他们在研究升流式厌氧滤池时注意到大部分的净化作用和积累的大部分厌氧微生物均在滤池的下部。于是便在滤池底部设置了一个不装填料的空间来积累更多的厌氧微生物量，后来全部取消了池内的填料，并在池子上部设置了一个气、液、固三相分离器，便产生了一种结构简单、处理效能很高的新型厌氧反应器。由于这种反应器结构简单，不用填料，没有悬浮物堵塞问题，因此一出现即引起广大废水处理工作者的注意，并很快被广泛应用于工业废水和生活污水的处理中，成为第二代厌氧反应器的典型代表。,四、升流式厌氧污泥床反应器（UASB）（UpflowAnaerobicSludgeBlanket(Bed)Reactor）,GatzeLettinga荣获2007泰勒环境成就奖GatzeLettinga发明的UASB处理法，应用在全世界3/4的厌氧污水处理厂中，并且GatzeLetting没有申请专利而将这种技术免费普及。,泰勒奖评委会认为Lettinga的工作“为世界特别是发展中国家提供了一种污水处理的极优秀的工艺。”,“UASB反应器概念对所有人都是公开的，特别是对发展中国家的人民，这是我一直期望的”GatzeLettinga,污泥床,颗粒污泥,三相分离器,浮渣收集,污泥沉降室,沼气排放,集气罩,气泡,1、进水配水系统：将废水尽可能均匀地分配到整个反应器，并具有一定的水力搅拌功能；2、反应区：包括污泥床区和污泥悬浮层区，有机物主要在这里被厌氧菌所分解，是反应器的主要部位。污泥床主要由沉降性能良好的厌氧污泥组成。污泥悬浮层主要靠反应过程中产生的气体的上升搅拌作用形成，污泥浓度较低；3、三相分离器：由沉淀区、回流缝和气封组成，其功能是把沼气、污泥和液体分开。污泥经沉淀区沉淀后由回流缝回流到反应区，沼气分离后进人气室。三相分离器的分离效果将直接影响反应器的处理效果；,4、出水系统：作用是把沉淀区表层处理过的水均匀地加以收集，排出反应器；5、气室：也称集气罩，其作用是收集沼气；6、浮渣清除系统：其功能是清除沉淀区液面和气室表面的浮渣。如浮渣不多可省略；7、排泥系统：均匀地排除反应区的剩余污泥。,（a）污泥浓度高：平均浓度：30-40g/L，底部:60-80g/L，污泥悬浮层(sludgeblanket):5-7g/L颗粒污泥(sludgegranules)组成，直径在0.5-5.0mm之间，颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征。（b）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷一般为10-20kgCOD/（m3d）；（c）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；（d）无混合搅拌设备。利用本身产生的沼气和进水来搅动；（e）污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题；（f）短流现象影响处理能力。进水中的悬浮物应比普通消化池低得多，特别是难消化的有机物固体不宜太高，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞；（g）运行启动时间长，对水质和负荷突然变化比较敏感。,升流式厌氧污泥床反应器特点,UASB系统稳定运行的根本在于：1）反应器内形成沉降性良好的颗粒污泥或絮体污泥；2）由产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌用；3）设计合理的污泥沉淀系统和三相分离系统，使沉淀性能良好的污泥保持在UASB系统内。,UASB反应器的启动,废水厌氧生物处理反应器成功启动的标志是:在反应器中短期内培养出活性高、沉降性能优良并适用于处理废水水质的厌氧污泥。在实际工程中，生产性厌氧反应器建造完成后，快速顺利地启动反应器是整个废水处理工程中的关键性因素,厌氧颗粒污泥,三个阶段：启动与污泥活性提高阶段，COD有机负荷控制在2.0kg/m3d以下。形成阶段，COD有机负荷应控制在2.0-5.0kg/m3d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。,AnaerobicSludgeGranules,工业级UASB装置,http:/www.fkk.co.jp/e/ourbusiness/water-body2-e.html,http:/www.biogas.ch/emmi.htm,钢制圆形结构,混凝土方形结构（便于施工及分离器设置）,我国部分USAB反应器运行数据,5、厌氧挡板反应器,AnaerobicBaffledReactor（ABR）是美国Macarty于1982年开发的一种新型厌氧活性污泥法。ABR的开发：与UASB（19741978）同步由厌氧生物转盘（19751980）发展而来：ARBC的转盘不动，全为固定盘,在反应器中设置多个垂直挡板，将反应器分隔为数个上向流和下向流的小室，使废水循序流过这些小室；上向流室较宽，便于污泥聚集；下向流室较窄，60O导流板便于送水入上向流的中心，使泥水充分混合，保持较高的污泥浓度；相当于多个UASB反应器的串联；当废水浓度过高时，可将处理后的出水回流（保持进水510g/L）。,从工艺上看，ABR与单个UASB有显著不同。首先，UASB可近似看作是一种完全混合式反应器，而ABR是一种复杂混合型水力流态，且更接近于推流式反应器；其次，UASB中酸化和产甲烷两类不同的微生物相交织在一起，不能很好适应相应的底物组分及环境因子(pH、氢分压)，而在ABR中各个反应室中的微生物相是随流程逐级递变的，递变的规律与底物降解过程协调一致，从而确保相应的微生物相拥有最佳的工作活性。,厌氧折流板反应器特点,1）上下多次折流，有良好的水力条件和混合效果，反应器死区少，使得废水中有机物与厌氧微生物充分接触，有利于有机物的分解；2）不需要设置三相分离器，没有填料，不设搅拌设备，反应器构造较为简单；3）由于进水污泥负荷逐段降低，沼气搅动也逐段减少，不会发生因厌氧污泥床膨胀而大量流失污泥的现象，出水SS较低；4）反应器内可形成沉淀性能良好，活性高的厌氧颗粒污泥，可维持较多的生物量。折流板的阻挡减弱了隔室间的返混作用，液体的上流和下流减少了细菌的洗出量，使反应器能在高负荷条件下有效地截留活性微生物固体，泥龄增长，污泥产率低。,5）因反应器没有填料，不会发生堵塞；6）ABR反应器中有良好的微生物种群分布，反应器中不同隔室内的厌氧微生物易呈现出良好的种群分布和处理功能的配合，不同隔室中生长适应流入该隔室废水水质的优势微生物种群，从而有利于形成良好的微生态系统；7）较强的抗冲击负荷能力，ABR较强的抗冲击负荷能力来源于对废水中固体较强的截留能力和微生物种群的合理分布。ABR反应器有利于产酸段和产甲烷段的进行，减弱了由于高负荷条件下引起的低pH对产甲烷菌的抑制作用，在上流室不同隔室中形成性能稳定、种群良好的微生物链，使反应器具有抗冲机负荷的能力；8）优良的处理效果，由于ABR具有上述特性，因而具有良好处理效果。,ABR反应器存在的问题,1、为了保证一定的水流和产气上升速度，ABR反应器不能太深；2、进水如何均匀分布是一个问题；3、与单级UASB反应器相比，ABR反应器的第一格不得不承受远大于平均负荷的局部负荷，这可能会导致处理效率的下降。在ABR的第一室往往是厌氧过程的产酸阶段，pH值易于下降，可采取出水回流措施缓解pH的下降程度,1）处理各种废水均需要保持在18以上；2）不能解决提高有机负荷率与防止污泥流失的矛盾，很难将有机负荷率进一步提高；3）如何保持泥水良好接触，强化传质过程，最大限度地利用污泥的生化处理能力，减轻由于传质限制对生化反应速率的负面影响，是UASB反应器应重点解决的问题；4）实际应用中AFB仍面临着如何解决生物膜脱问题、如何保证反应器内载体表面生物膜均匀附着和长期运行时反应器内有足够生物量的问题；5）对有毒、难生物降解物质无能为力；6）对低浓度废水，尤其是对低温低浓度废水的处理能力有限。,第二代厌氧反应器面临的问题,6、复合厌氧法,一个设备内由几种厌氧反应器复合而成的厌氧处理方法；目前开发的多为UASB+AF复合而成的升流式厌氧污泥床过滤器（UpflowBlanketFilter,UBF），已经工程应用，效果良好。实际工程中，为减小占地，需要UASB向空中发展，但UASB反应区4m，上部空间发挥作用不大。为减小占地又发挥空间的降解作用，提出了UBF，即在UASB污泥层（或悬浮层）上部加填料，填料上附着微生物，起到污泥拦截和增加生物量的作用。,产酸菌和产甲烷菌的特性,7、两相厌氧工艺,将有机底物的厌氧降解的产酸和产甲烷两个阶段，分别在两个独立的反应器内进行。两个反应器创造各自最佳的环境条件，培养两类不同的微生物，并有旺盛的生理功能活动，将这两个反应器串联起来，形成能够承受较高的负荷率的两相厌氧发酵系统。,两相厌氧法,目的：改善厌氧消化条件，从而减少池容与能耗。特点：第一相：处于水解与发酵、产氢产乙酸阶段（即消化的第一、二阶段）。需加热、搅拌。第二相：处于产甲烷阶段（即消化的第三阶段）需加热、搅拌。,主要优点：有机负荷比单相工艺明显提高；产甲烷相中产甲烷菌活性得到提高，产气量增加；运行更加稳定，承受冲击负荷的能力较强；,两相工艺最本质的特征：实现相的分离。主要方法有：化学法：投加抑制剂或调整氧化还原电位，抑制产甲烷菌在产酸相中生长；物理法：选择性的半透明膜使进入两个反应器基质有显著差别，实现相分离；动力学控制法：利用产酸菌和产甲烷菌在生长速率上的差异，控制两个反应器的水力停留时间，使产甲烷菌无法在产酸相中生长；,第三代厌氧反应器的共同特点是：微生物均以颗粒污泥固定化方式存在于反应器中，反应器单位容积的生物量更高，能承受更高的水力负荷，并具有较高的有机污染物净化效能；具有较大的高径比；占地面积少,第三代厌氧反应器,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。,由荷兰PAQUES公司于20世纪80年代中期研制；基于USAB概念而改进的新型反应器；第三代厌氧生物反应器；,8、IC反应器,进水,布水器,一级三相分离器,下降管,二级三相分离器,第一反应室,上升管,出水,第二反应室,旋流气液分离室,沼气收集,IC反应器的结构组成,1）进液和混合-布水系统废水通过布水系统泵入反应器内，布水系统使进液与从IC反应器上部返回的循环水、反应器底部的污泥有效地混合，由此产生对进液的稀释和均质作用。为了进水能够均匀地进入IC反应器的流化床反应室，布水系统采用了一个特别的结构设计。,IC反应器把4个重要的工艺过程集合在同一个反应器内,2）第一反应室（流化床反应室或污泥膨胀区）在此部分，废水和颗粒污泥混合物在进水与循环水的共同推动下，迅速进入流化床室。废水和污泥之间产生强烈而有效的接触。这导致很高的污染物向生物物质!即颗粒污泥,的传质速率。在流化床反应室内，废水中的绝大部分可生物降解的污染物被转化为生物气。这些生物气在被称为一级沉降的下部三相分离器处收集并导入气体提升器，通过这个提升装置部分泥水混合物被传送到反应器最上部的气液分离器，气体分离后从反应器导出。,3）内循环系统在气体提升器中，气提原理使气、水、污泥混合物快速上升，气体在反应器顶部分离之后，剩余的泥水混合物经过一个同心的管道向下流入反应器底部，由此在反应器内形成循环流。气提动力来自于上升的和返回的泥水混合物中气体含量的巨大差别，泥水混合物的内循环不需要任何外加动力。循环流的流量随着进液中COD的量的增大而自然增大，因此反应器具有自我调节的作用，原因是在高负荷条件下，产生更多的气体，从而也产生更多的循环水量，导致更大程度的进水的稀释。这对于稳定的运行意义重大。,4）出水区经第一、二反应室处理的污水经溢流堰由出水管导出，进入后续的处理工艺。经IC反应器处理后的污水COD去除率一般在80以上。,IC反应器的工艺特点,1）具有很高的容积负荷率。IC反应器由于存在着内循环，传质效果好，生物量大，污泥龄长，其进水有机负荷率远比普通的UASB反应器高，一般可高出3倍左右；2）节省基建投资和占地面积。由于IC反应器比普通UASB反应器有高出3倍左右的容积负荷率，则IC反应器的体积为普通UASB反应器的1/41/3左右，所以可降低反应器的基建投资。由于IC反应器不仅体积小，而且有48倍的高径比，高度可达1625米，所以占地面积特别省，非常适用于占地面积紧张的厂矿企业采用；,3）沼气提升实现内循环，不必外加动力。厌氧流化床载体的流化是通过出水回流由水泵加压实现，因此必须消耗一部分动力。而IC反应器是以自身产生的沼气作为提升的动力实现混合液的内循环，不必另设水泵实现强制循环，从而可节省能耗。但对于间歇运行的IC反应器，为了使其能够快速启动，需要设置附加的气体循环系统。4）抗冲击负荷能力强。5）具有缓冲pH的能力。由于采用了内循环技术，IC工艺可充分利用循环回流的碱度，有利于提高反应器缓冲pH变化的能力，从而节省进水的投碱量，降低运行费用。,6）出水的稳定性好、启动快。因为IC反应器相当于上下两个UASB反应器的串联运行，下面一个UASB反应器具有很高的有机负荷率，起“粗”处理作用，上面一个UASB反应器的负荷较低，起“精”处理作用。IC反应器相当于两级UASB工艺处理。一般说，两级处理比单级处理的稳定性好，出水水质较为稳定。由于内循环技术的采用，致使污泥活性高、增殖快，为反应器的快速启动提供了条件。IC反应器启动期一般为12个月，而UASB的启动周期达46个月。,7）污泥产量小。剩余污泥少，约为进水COD的1%。由于厌氧菌种采用颗粒污泥，具有表面积大，沉降效果好