湖北工业大学废水厌氧生物处理技术

1、LOGO 第五章第五章 废水厌氧生物处理技术废水厌氧生物处理技术 目录目录 1 2 3 1 厌氧生物处理原理厌氧生物处理原理 厌氧生物处理技术厌氧生物处理技术 厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 3 厌氧生物处理厌氧生物处理 厌氧生物处理厌氧生物处理(anaerobic process)(anaerobic process) 在无分子氧存在条件下，利用厌氧微生物（或在无分子氧存在条件下，利用厌氧微生物（或 兼性厌氧微生物）分解废水中的有机物并产生兼性厌氧微生物）分解废水中的有机物并产生甲烷甲烷 和二氧化碳和二氧化碳的过程。又称为的过程。又称为厌氧消化厌氧消化。其代谢产物其代谢产物 沼气主要成分是

2、甲烷，故又称作沼气发酵法或甲烷沼气主要成分是甲烷，故又称作沼气发酵法或甲烷 发酵法。发酵法。 v处理对象：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、处理对象：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、 动植物残体及粪便等。动植物残体及粪便等。 4 厌氧工艺的发展历史厌氧工艺的发展历史 v 18811881年年2 2月，法国人莫拉斯（月，法国人莫拉斯（MourasMouras）将简易沉淀池加以改）将简易沉淀池加以改 进而得到的进而得到的“自动净化器自动净化器”，处理污水污泥。，处理污水污泥。 v 18951895年，英国卡麦隆（年，英国卡麦隆（CameronCameron）发明）发明化粪池化粪池(Septi

3、c Tank)(Septic Tank)， 这是厌氧处理发展史上的一个这是厌氧处理发展史上的一个重要里程碑重要里程碑。 v 18991899年，美国年，美国ClarkClark提出应将污泥和水分离，再将污泥隔绝提出应将污泥和水分离，再将污泥隔绝 空气消化的想法。空气消化的想法。 v 19041904年，首先在英国汉普敦建成了双层沉淀池，将沉淀池下年，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。部改变为消化室。 5 厌氧工艺的发展历史厌氧工艺的发展历史 v 19501950年南非人年南非人StanderStander已发现了在厌氧反应器中已发现了在厌氧反应器中保持大量细保持大量

4、细 菌的重要性菌的重要性，开发了一种处理酒厂和药厂废液的装置称为厌，开发了一种处理酒厂和药厂废液的装置称为厌 氧澄清器氧澄清器 v 19561956年年SchroeferrSchroeferr等人开发成功了厌氧接触法等人开发成功了厌氧接触法(Anaerohic (Anaerohic Contact Process)Contact Process)。标志着现代废水厌氧生物工艺的诞生。标志着现代废水厌氧生物工艺的诞生。 v 19741974年年WageningenWageningen农业大学的农业大学的LettingaLettinga等人成功开发了等人成功开发了升流升流 式厌氧污泥层式厌氧污泥层(

5、Upflow Anaerobic Sludge Blanket)(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)反应器，反应器， 简称简称UASBUASB反应器。反应器。 v 2020世纪世纪8080年代里，在这些废水处理新工艺的基础上，又不断年代里，在这些废水处理新工艺的基础上，又不断 派生出一批新的高效厌氧处理工艺。派生出一批新的高效厌氧处理工艺。 厌氧处理原理厌氧处理原理 v19671967年，年，BryantBryant发现奥尔甲烷杆菌是一种甲烷菌和发现奥尔甲烷杆菌是一种甲烷菌和 产氧产乙酸菌构成的共生体。产氧产乙酸菌构成的共生体。 v厌氧过程主要依靠三大主要类群的细

6、菌，即厌氧过程主要依靠三大主要类群的细菌，即水解产水解产 酸细菌酸细菌、产氢产乙酸细菌产氢产乙酸细菌和和产甲烷细菌产甲烷细菌的联合作用的联合作用 完成的。完成的。 v19791979年，年，BryantBryant提出了厌氧消化三阶段理论。提出了厌氧消化三阶段理论。 6 7 厌氧生物处理的优点厌氧生物处理的优点 v1 1、能量需求大大降低，还可产生能量；、能量需求大大降低，还可产生能量； 因为厌氧生物处理不要求供给氧气，相反却能生因为厌氧生物处理不要求供给氧气，相反却能生 产出沼气，产出沼气， 每去除每去除1kgCOD1kgCOD，好氧生物处理大约需，好氧生物处理大约需消耗消耗0.50.5 1

7、.0kWh1.0kWh电能电能。而厌氧生物处理大约能。而厌氧生物处理大约能产生产生 3.5kWh3.5kWh电能电能。 v2 2、处理过程中污泥产量低；、处理过程中污泥产量低； 去除每千克去除每千克CODCOD，好氧生物处理的污泥产量约为，好氧生物处理的污泥产量约为 250250600g VSS600g VSS；而厌氧生物处理的污泥产量仅；而厌氧生物处理的污泥产量仅 为为180180200gVSS200gVSS。 8 厌氧生物处理的优点厌氧生物处理的优点 v3 3、能降解许多在好氧条件下难以降解的、能降解许多在好氧条件下难以降解的合成化合成化 学品学品。如。如偶氮染料、含氯农药偶氮染料、含氯农

8、药等；等； v4 4、对水温的适应范围广；、对水温的适应范围广； 厌氧细菌可分为厌氧细菌可分为高温菌高温菌和和中温菌中温菌两大类，其适宜两大类，其适宜 的温度范围分别为的温度范围分别为5555左右和左右和3535左右。左右。 v5 5、有机容积负荷率高；、有机容积负荷率高； v6 6、营养盐类、营养盐类需要量少需要量少。 9 厌氧生物处理的缺点厌氧生物处理的缺点 v1 1、生化过程复杂，对技术要求很高；生化过程复杂，对技术要求很高； v2 2、反应时间长、反应时间长; ; v3 3、出水带有恶臭味；、出水带有恶臭味； v4 4、对环境条件变化（温度、对环境条件变化（温度、pHpH等）敏感；等）

9、敏感； v5 5、处理后的出水水质差，往往需进一步处理才、处理后的出水水质差，往往需进一步处理才 能达标排放。能达标排放。 （二）厌氧污泥的性质及微生物特征（二）厌氧污泥的性质及微生物特征 v厌氧活性污泥一般呈灰色至黑色，大多以厌氧活性污泥一般呈灰色至黑色，大多以细菌细菌 为主，还有少量为主，还有少量真菌、藻类和原生动物真菌、藻类和原生动物。 v细菌以兼性或专性厌氧菌为主。细菌以兼性或专性厌氧菌为主。 1.厌氧生物处理原理厌氧生物处理原理 2 v厌氧生物处理的基本原理：厌氧生物处理的基本原理： 厌氧生物处理是在厌氧生物处理是在既无氧又无硝酸盐存在既无氧又无硝酸盐存在的的 条件下，由兼性微生物及

10、专性厌氧微生物的作条件下，由兼性微生物及专性厌氧微生物的作 用，使复杂有机物分解成无机物，最终产物是用，使复杂有机物分解成无机物，最终产物是 CH4，CO2以及少量的以及少量的H2S，NH3，H2等。从而等。从而 使废水（或污泥）得到净化或稳定处理。使废水（或污泥）得到净化或稳定处理。 4 2.从从微生物种群微生物种群的主要作用和的主要作用和有机物的主要形态有机物的主要形态来来 看，厌氧过程可以简化为看，厌氧过程可以简化为3个阶段个阶段： 第一阶段：水解发酵阶段第一阶段：水解发酵阶段 将将大分子不溶性复杂有机物大分子不溶性复杂有机物在细胞外酶的作用下，水解在细胞外酶的作用下，水解 转化成小分子

11、溶解性转化成小分子溶解性高级脂肪酸高级脂肪酸（醇类、醛类、酮类等），（醇类、醛类、酮类等）， 然后渗入细胞内。然后渗入细胞内。 1.1 基本原理基本原理 第二阶段：产酸脱氢阶段第二阶段：产酸脱氢阶段 将第一阶段的产物将第一阶段的产物降解为简单脂肪酸降解为简单脂肪酸（乙酸、丙酸、丁（乙酸、丙酸、丁 酸等）并脱氢。酸等）并脱氢。 第三阶段：产甲烷阶段第三阶段：产甲烷阶段 将第二阶段的产物还将第二阶段的产物还原成原成CH4。 13 厌氧处理原理厌氧处理原理 CH4 脂肪酸 乙酸、 H2、CO2 有机 物质 发酵 细菌 产乙酸 细菌 产甲烷 细菌 三阶段理论 14 厌氧处理原理 蛋白质和碳水化合物 氨

12、基酸和单糖 长链脂肪酸 甲烷 复杂的可降解颗粒物 脂肪 挥发性有机酸 （丙酸、丁酸等） 乙酸 氢 2、发酵、发酵 1、水解、水解 4、产甲烷阶段 2/3 1、水解、水解 3、产酸阶段 2、发酵、发酵 1/3 4、产甲烷阶段 第一阶段：水解、发酵阶段第一阶段：水解、发酵阶段 v水解和发酵性细菌水解和发酵性细菌群将复杂有机物转化成有机酸：群将复杂有机物转化成有机酸： 纤维素纤维素、淀粉淀粉等水解为单糖，再酵解为等水解为单糖，再酵解为丙酮酸丙酮酸； 将将蛋白质蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成水解为氨基酸，脱氨基成有机酸有机酸和氨；和氨； 脂类水解为各种低级脂肪酸和醇，例如乙酸、丙脂类水解为各种低级脂肪酸

13、和醇，例如乙酸、丙 酸、丁酸、长链脂肪酸、乙醇、二氧化碳、氢等。酸、丁酸、长链脂肪酸、乙醇、二氧化碳、氢等。 v1.初级发酵菌：初级发酵菌：（发酵菌）产酸菌（发酵菌）产酸菌 v主要为兼性与专性厌氧型异氧微生物，其优势菌主要为兼性与专性厌氧型异氧微生物，其优势菌 随水质和环境条件，特别是温度不同而异。主要随水质和环境条件，特别是温度不同而异。主要 有梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、真杆菌属、有梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、真杆菌属、 双歧杆菌属等。双歧杆菌属等。 厌氧生物处理中的微生物厌氧生物处理中的微生物 第二阶段：乙酸和氢气的产生第二阶段：乙酸和氢气的产生 第二阶段：产酸、脱氢阶段第二阶段：产

14、酸、脱氢阶段 u产氢和产乙酸细菌群产氢和产乙酸细菌群进一步把第一阶段进一步把第一阶段 的产物分解为的产物分解为乙酸和氢气；乙酸和氢气； u硫酸还原菌和其他产乙酸和氢气的细菌硫酸还原菌和其他产乙酸和氢气的细菌 将第一阶段发酵的将第一阶段发酵的三碳以上的有机酸三碳以上的有机酸、 长链脂肪酸长链脂肪酸、芳香族酸及醇等分解为乙、芳香族酸及醇等分解为乙 酸和氢气。酸和氢气。 2.产氢产酸细菌：产氢产酸细菌：也称二级发酵菌。该类菌产氢及也称二级发酵菌。该类菌产氢及 乙酸，可供甲烷菌利用，其生长过程需要吸收大乙酸，可供甲烷菌利用，其生长过程需要吸收大 量能量，有赖于甲烷细菌同化量能量，有赖于甲烷细菌同化H2

15、释放能量供其利释放能量供其利 用，因此二者形成共养关系。用，因此二者形成共养关系。 常见的有常见的有沃氏共养单胞菌沃氏共养单胞菌、沃氏共养杆菌及脱硫弧、沃氏共养杆菌及脱硫弧 菌属的某些种菌属的某些种 。 厌氧生物处理中的微生物厌氧生物处理中的微生物 第三阶段：产甲烷阶段第三阶段：产甲烷阶段 3.产甲烷菌：产甲烷菌：是兼性厌氧古细菌。在沼气发酵中包括是兼性厌氧古细菌。在沼气发酵中包括 两类细菌，即氧化氢的产甲烷菌和利用乙酸的产甲两类细菌，即氧化氢的产甲烷菌和利用乙酸的产甲 烷菌，反应如下：烷菌，反应如下： 4H2+CO2CH4+2H2O CH3COOH CH4+CO2 厌氧生物处理中的微生物厌氧

16、生物处理中的微生物 20 厌氧生物处理中的微生物厌氧生物处理中的微生物 v产甲烷菌产甲烷菌 能利用乙酸或氢气和二氧能利用乙酸或氢气和二氧 化碳产生甲烷气体的一类化碳产生甲烷气体的一类 微生物。按形态可分为四微生物。按形态可分为四 种：八叠球状、杆状、球种：八叠球状、杆状、球 状和螺旋状。产甲烷菌都状和螺旋状。产甲烷菌都 是是绝对厌氧菌绝对厌氧菌。 （三）厌氧污泥的培育方法（三）厌氧污泥的培育方法 v由于厌氧菌生长速度慢，世代时间长，最好取由于厌氧菌生长速度慢，世代时间长，最好取 同类水质污水厌氧处理装置的污泥作为接种污同类水质污水厌氧处理装置的污泥作为接种污 泥；泥； v另外，城市污水处理厂的

17、浓缩污泥也可作为接另外，城市污水处理厂的浓缩污泥也可作为接 种源；种源； v厌氧活性污泥的驯化厌氧活性污泥的驯化/培育在厌氧反应器内进行。培育在厌氧反应器内进行。 5 1.2 影响因素影响因素 v1）温度）温度 厌氧工艺有三个不同的温度范围：厌氧工艺有三个不同的温度范围： 低温发酵：低温发酵：1520 中温发酵：中温发酵：3035 高温发酵：高温发酵：5055 v2）pH 产产甲烷菌甲烷菌适宜的适宜的pH应在应在6.87.2，如果，如果pH值值 低于低于6.3或高于或高于7.8，甲烷化速率降低。，甲烷化速率降低。产酸菌产酸菌的的 pH值范围为值范围为4.07.0，在超过甲烷菌最佳，在超过甲烷菌

18、最佳pH范围范围 时，酸性发酵可能超过甲烷发酵，结果反应器将时，酸性发酵可能超过甲烷发酵，结果反应器将 发生发生“酸化酸化”。 6 1.2 影响因素影响因素 v3）生物固体停留时间（污泥泥龄）生物固体停留时间（污泥泥龄） 污泥泥龄表达式：污泥泥龄表达式： c mr /e c 污泥泥龄（污泥泥龄（SRT），），d； mr 消化池内的总生物量，消化池内的总生物量，kg； e 消化池每日排出的生物量，消化池每日排出的生物量，e me / t， 其中其中me为排出消化池的总生物量，为排出消化池的总生物量，kg；t为排泥时间，为排泥时间， d。 7 1.2 影响因素影响因素 v4）搅拌与混合）搅拌与混合

19、 厌氧消化是由细菌体的内酶和外酶与底物进厌氧消化是由细菌体的内酶和外酶与底物进 行的接触反应。因此必须使两者行的接触反应。因此必须使两者充分混合充分混合。 v5）氧化还原电位（）氧化还原电位（ORP） 厌氧消化的最佳氧化还原电位为厌氧消化的最佳氧化还原电位为-520mV- 550mV。 v6）有毒物质）有毒物质 重金属离子的毒害作用重金属离子的毒害作用 重金属对甲烷消化的抑制有两方面：重金属对甲烷消化的抑制有两方面：a.与酶结合与酶结合，产，产 生变性物质，生变性物质，使酶的作用消失使酶的作用消失；b.重金属离子及氢氧化物重金属离子及氢氧化物 的的絮凝絮凝作用，作用，使酶沉淀使酶沉淀。 8 1

20、.2 影响因素影响因素 v6）有毒物质）有毒物质 H2S的毒害作用的毒害作用 脱硫弧菌（属于硫酸盐还原菌）能将乳酸、丙酮酸和脱硫弧菌（属于硫酸盐还原菌）能将乳酸、丙酮酸和 乙醇转化为乙醇转化为H2、CO2和乙酸。但在含硫无机物存在时，它和乙酸。但在含硫无机物存在时，它 优先还原优先还原SO42-和和SO32-，产生，产生H2S，形成与产甲烷菌对基质形成与产甲烷菌对基质 的竞争的竞争，产甲烷过程受到抑制产甲烷过程受到抑制，消化气的质量降低并腐蚀，消化气的质量降低并腐蚀 设备。设备。 氨的毒害作用氨的毒害作用 当有机酸积累时，当有机酸积累时，pH降低，此时降低，此时NH3转化为转化为NH4+，当，

21、当 NH4+浓度超过浓度超过150mg/L时，消化受到抑制。时，消化受到抑制。 厌氧生物处理对活性污泥处理中的作用厌氧生物处理对活性污泥处理中的作用 v1、将污泥中的有机物转变为沼气、将污泥中的有机物转变为沼气 v2、将污泥中不稳定的有机物转变成稳定性好的、将污泥中不稳定的有机物转变成稳定性好的 腐殖质；腐殖质； v3、提高污泥的脱水性能；、提高污泥的脱水性能； v4、使污泥的体积减少二分之一以上；、使污泥的体积减少二分之一以上； v5、对一些致病微生物能起到灭活的作用。、对一些致病微生物能起到灭活的作用。 三种污水处理方法的主要差别三种污水处理方法的主要差别 v厌氧处理：厌氧处理： v可以降

22、解难降解的有机污染物，处理浓度高的可以降解难降解的有机污染物，处理浓度高的 有机污染物有机污染物 2000-5000gCOD/(m3.d) v生物膜法：生物膜法： v处理处理100-4800COD/(m3.d)的污水效果较的污水效果较 好好 v活性污泥法：活性污泥法： v处理进水量很大、但是处理处理进水量很大、但是处理800COD/(m3.d) 以下的废水，效果很好。以下的废水，效果很好。 2.厌氧生物处理技术厌氧生物处理技术 9 v厌氧活性污泥法主要特点：厌氧微生物分属兼性厌厌氧活性污泥法主要特点：厌氧微生物分属兼性厌 氧菌和专性厌氧菌，它们形成氧菌和专性厌氧菌，它们形成絮状或颗粒状活性污絮

23、状或颗粒状活性污 泥泥，处于，处于悬浮状态悬浮状态存在于反应器中与废水呈完全混存在于反应器中与废水呈完全混 合接触，使有机物得到降解净化。合接触，使有机物得到降解净化。 2.1 厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法 厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法 完全混合厌氧消化法完全混合厌氧消化法（CMAD） 厌氧接触法（厌氧接触法（ACR） 上流式厌氧污泥床（上流式厌氧污泥床（UASB） 覆盖式厌氧生物塘（覆盖式厌氧生物塘（CAL） 10 v厌氧生物膜法主要特点：厌氧微生物分属兼性厌氧厌氧生物膜法主要特点：厌氧微生物分属兼性厌氧 菌和专性厌氧菌，它们菌和专性厌氧菌，它们生长在载体上形成生物膜生长在载体上形成生物膜。

24、 废水与生物膜接触的过程中，通过吸附、传质、降废水与生物膜接触的过程中，通过吸附、传质、降 解等一系列物理、化学与生物作用而被降解净化。解等一系列物理、化学与生物作用而被降解净化。 2.2 厌氧生物膜法厌氧生物膜法 厌氧生物膜法厌氧生物膜法 固定床厌氧生物膜法固定床厌氧生物膜法 （厌氧生物滤池法）（厌氧生物滤池法） 上流式固定床厌氧生物滤池上流式固定床厌氧生物滤池 （UAF） 厌氧膨胀床（厌氧膨胀床（AEB） 厌氧生物转盘（厌氧生物转盘（ARD） 下流式固定床厌氧生物滤池下流式固定床厌氧生物滤池 （DAF） 厌氧流化床（厌氧流化床（AFB） 2.3 其他其他 11 此外，还有两者相结合的工艺，

25、如上流式厌氧污泥此外，还有两者相结合的工艺，如上流式厌氧污泥 床床-固定床生物膜法固定床生物膜法（UASB-FB）等）等 上述各工艺中，上述各工艺中，完全混合厌氧消化法完全混合厌氧消化法（CMAD）、）、 厌氧接触法（厌氧接触法（ACR）更）更适用于处理污泥与高浓度工业废适用于处理污泥与高浓度工业废 水水。厌氧接触法（。厌氧接触法（ACR）、上流式厌氧污泥床）、上流式厌氧污泥床 （UASB）、厌氧膨胀床（）、厌氧膨胀床（AEB）、厌氧流化床（）、厌氧流化床（AFB） 常认为是常认为是高速厌氧生物法。高速厌氧生物法。 1 1、化粪池、化粪池 31 用于处理来自 厕所的粪便废 水。曾广泛用 于不设

26、污水厂 的合流制排水 系统。还可用 于郊区的别墅 式建筑。 3.厌氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺 13 3.1 厌氧消化池厌氧消化池-原理和特点原理和特点 普通消化池即传统的完全混合厌氧反应器，普通消化池即传统的完全混合厌氧反应器， 其处理对象是其处理对象是含悬浮物高的废水含悬浮物高的废水。 废水或生污泥定期或连续加废水或生污泥定期或连续加 入消化池，经池中原有的厌氧活入消化池，经池中原有的厌氧活 性污泥混合和接触后，通过厌氧性污泥混合和接触后，通过厌氧 微生物的吸附、吸收和生物降解微生物的吸附、吸收和生物降解 作用，使生污泥或废水中的有机作用，使生污泥或废水中的有机 污染物转化为以污染物转化

27、为以CH4和和CO2为主为主 的气体（称沼气）。经消化的污的气体（称沼气）。经消化的污 泥和废水分别由消化池底和上部泥和废水分别由消化池底和上部 排出，所产的沼气则从顶部排出。排出，所产的沼气则从顶部排出。 普通消化池的特点是在一个普通消化池的特点是在一个 池内实现厌氧发酵反应和液体与池内实现厌氧发酵反应和液体与 污泥的分离。为了使进料和厌氧污泥的分离。为了使进料和厌氧 污泥密切接触，设置搅拌装置。污泥密切接触，设置搅拌装置。 一般情况下每隔一般情况下每隔24h搅拌一次。搅拌一次。 一般在排放消化液时停止搅拌，一般在排放消化液时停止搅拌， 然后从消化池上部排出上清液。然后从消化池上部排出上清液

28、。 （五）厌氧反应器类型（五）厌氧反应器类型 一、普通厌氧消化池一、普通厌氧消化池 污水、污泥间歇地或连续地进入消化池，经污水、污泥间歇地或连续地进入消化池，经 消化后的污泥和污水由消化池的上部排水，顶部消化后的污泥和污水由消化池的上部排水，顶部 排沼气，水力或机械搅拌装置充分混合，水力停排沼气，水力或机械搅拌装置充分混合，水力停 留时间等于固体停留时间，无污泥回流。留时间等于固体停留时间，无污泥回流。 活性污泥浓度不高，一般活性污泥浓度不高，一般5。停留时间。停留时间720d。 34 普通厌氧反应器普通厌氧反应器 v普通厌氧反应器，又普通厌氧反应器，又 称普通污水消化池。称普通污水消化池。

29、v污水间歇地或连续地污水间歇地或连续地 进入反应器，上部排进入反应器，上部排 水，顶部排沼气，水水，顶部排沼气，水 力或机械搅拌装置充力或机械搅拌装置充 分混合，无污泥回流。分混合，无污泥回流。 v活性污泥浓度不高，活性污泥浓度不高， 一般一般5 5。停留时间长。停留时间长。 进水 出水 沼气 35 2 2、普通厌氧反应器、普通厌氧反应器 v优点优点 可以处理含固体物较多的污水；可以处理含固体物较多的污水； 构筑物较简单，操作方便，不产生堵塞现象。构筑物较简单，操作方便，不产生堵塞现象。 v缺点缺点 无法保持或补充厌氧活性污泥，消化池内难以保持无法保持或补充厌氧活性污泥，消化池内难以保持 大量

30、的微生物。大量的微生物。 停留时间长，设备体积较大。停留时间长，设备体积较大。 36 洛杉矶洛杉矶HyperionHyperion污水处理厂蛋型厌氧消化池污水处理厂蛋型厌氧消化池 消化温度控制在 95C，污泥停 留时间约15天， 产气量每天可达 740万立方英尺， 其中甲烷含量约 64，供给发电 厂作为燃料。 37 旧金山旧金山OceansideOceanside水污染厂蛋型厌氧消化池水污染厂蛋型厌氧消化池 操作温度约为 35C，污泥停留 时间约为24天。每 槽产气量约为 100,000立方英尺， 产出的甲烷主要用 作发电，目前每日 可提供厂内约1/2 的用电。 14 1）消化池的适用性）消化

31、池的适用性 消化池适用于处理消化池适用于处理高浓度有机废水或废渣。高浓度有机废水或废渣。一般消化池所处理一般消化池所处理 的废水或污泥的废水或污泥CODCr应不小于应不小于5000mg/L。 3.1 厌氧消化池厌氧消化池-设计要点设计要点 21 3.2 厌氧接触池厌氧接触池-原理和特点原理和特点 厌氧接触法在厌氧消化池厌氧接触法在厌氧消化池外加了一个沉淀池外加了一个沉淀池在收集污泥，且在收集污泥，且 使其使其回流回流至消化池。反应器是完全混合的，排出的混合液首先至消化池。反应器是完全混合的，排出的混合液首先 在沉淀池中进行固液分离。废水由沉淀池上部排出，剩余污泥在沉淀池中进行固液分离。废水由沉

32、淀池上部排出，剩余污泥 回流至消化池。回流至消化池。脱气机的作用脱气机的作用是是分离残余污泥中的微小沼气气分离残余污泥中的微小沼气气 泡泡，以提高沉淀效果。，以提高沉淀效果。 40 3 3、厌氧接触反应器、厌氧接触反应器 v在普通厌氧反应器的基在普通厌氧反应器的基 础上增设了础上增设了沉淀池沉淀池；将；将 污泥沉淀回流至消化池。污泥沉淀回流至消化池。 v污泥浓度增至污泥浓度增至1010甚至甚至 2020左右，有机物降解左右，有机物降解 效率较高；效率较高； v可处理低浓度的有机废可处理低浓度的有机废 水。水。 进水 沼气 污泥 回流 出水 2.厌氧接触法厌氧接触法 u在常规消化池的基础上增设了

33、污泥回流装置，污在常规消化池的基础上增设了污泥回流装置，污 泥从沉淀池回流到消化池。泥从沉淀池回流到消化池。 u污泥浓度增至污泥浓度增至10甚至甚至20左右，效率较高，左右，效率较高， 停留时间约为停留时间约为0.56d。 u厌氧接触法适用于处理悬浮物浓度较高的高浓度厌氧接触法适用于处理悬浮物浓度较高的高浓度 有机废水。对于活性污泥或者其他深度处理废水有机废水。对于活性污泥或者其他深度处理废水 产生的污泥，由于消化后难以分离，采用该工艺。产生的污泥，由于消化后难以分离，采用该工艺。 42 3 3、厌氧接触反应器、厌氧接触反应器 v优点优点 包括普通反应器的所有优点，另外其负荷率、有机包括普通反

34、应器的所有优点，另外其负荷率、有机 物降解率均高于普通污水消化池。物降解率均高于普通污水消化池。 22 3.2 厌氧接触池厌氧接触池-原理和特点原理和特点 厌氧接触工艺与普通消化池比较而言，最突出的问题是厌氧接触工艺与普通消化池比较而言，最突出的问题是污泥污泥 的流失的流失，污泥的大量流失将无法发挥其负荷高及水力停留时间，污泥的大量流失将无法发挥其负荷高及水力停留时间 短的优势，甚至导致消化装置失败。短的优势，甚至导致消化装置失败。 造成污泥流失的原因：造成污泥流失的原因： 消化池内产生的消化池内产生的沼气以微气泡形式粘附于污泥絮体上沼气以微气泡形式粘附于污泥絮体上， 使沉淀池难以取得良好的泥

35、水分离效果；使沉淀池难以取得良好的泥水分离效果； 在沉淀池中在沉淀池中污泥继续产气污泥继续产气，造成，造成污泥上浮污泥上浮，影响沉淀分，影响沉淀分 离效果；离效果； 污泥本身的污泥本身的沉淀性能恶化沉淀性能恶化 23 3.2 厌氧接触池厌氧接触池-工艺设计工艺设计 厌氧接触法适用于处理以厌氧接触法适用于处理以溶解性有机物为主的有机溶解性有机物为主的有机 废水废水，适应的，适应的COD浓度范围为浓度范围为2000104mg/L，甚至，甚至 105mg/L，COD去除率可达去除率可达90%95%；不适用于悬浮不适用于悬浮 有机物为主的废水有机物为主的废水。（悬浮有机物为主的废水，经多。（悬浮有机物

36、为主的废水，经多 次回流后，生物难降解的有机物将会在活泥中积累并次回流后，生物难降解的有机物将会在活泥中积累并 置换厌氧微生物）置换厌氧微生物） 27 3.3 厌氧生物滤池厌氧生物滤池-原理和特点原理和特点 厌氧生物滤池是一种淹没式的固定填料生物膜法。废水自下厌氧生物滤池是一种淹没式的固定填料生物膜法。废水自下 而上，或自上而下地通过固定填料床。而上，或自上而下地通过固定填料床。 固定填料的颗粒较大，被生物膜所包覆，颗粒之间的空隙也存在固定填料的颗粒较大，被生物膜所包覆，颗粒之间的空隙也存在 着悬浮的活性污泥，废水流过时，与生物膜及悬浮的活性污泥充分接着悬浮的活性污泥，废水流过时，与生物膜及悬

37、浮的活性污泥充分接 触、吸附并降解有机物，截留悬浮固体。触、吸附并降解有机物，截留悬浮固体。 46 厌氧生物滤池厌氧生物滤池 v反应器内全部或部反应器内全部或部 分填充填料供微生分填充填料供微生 物附着生长，填料物附着生长，填料 有较大的比表面积有较大的比表面积 和较高的孔隙度。和较高的孔隙度。 v一般为上升式，停一般为上升式，停 留时间一般约留时间一般约0.50.5 3d3d。 填料 进水 多孔板 沼气 出水 3.厌氧生物滤池厌氧生物滤池 反应器内全部或部分填充填料供微生物附着生长，反应器内全部或部分填充填料供微生物附着生长， 填料有较大的比表面积和较高的孔隙度。填料有较大的比表面积和较高的

38、孔隙度。 一般为上升式，需要在过滤器后设沉淀分离装置一般为上升式，需要在过滤器后设沉淀分离装置 分离生物膜。停留时间一般约分离生物膜。停留时间一般约18d。 28 3.3 厌氧生物滤池厌氧生物滤池-原理和特点原理和特点 厌氧生物滤池的特点：厌氧生物滤池的特点： 微生物浓度高，可以微生物浓度高，可以接受较高的有机负荷接受较高的有机负荷； 实现了污泥停留时间和水力停留时间分离实现了污泥停留时间和水力停留时间分离，在保持微生物固，在保持微生物固 体停留时间长的基础上，大大缩短水力停留时间；体停留时间长的基础上，大大缩短水力停留时间； 部分微生物存在附着生长，微生物的生长积累比较快，因此部分微生物存在

39、附着生长，微生物的生长积累比较快，因此 启动时间短启动时间短，停止运行后，停止运行后再启动也较容易再启动也较容易 污泥浓度高和微生物分布存在规律性，当处理水量和负荷有污泥浓度高和微生物分布存在规律性，当处理水量和负荷有 较大变化时，其他运行状态能保持较大的稳定性，较大变化时，其他运行状态能保持较大的稳定性，耐冲击负耐冲击负 荷能力较强。荷能力较强。 最大的缺点：有被堵塞的可能最大的缺点：有被堵塞的可能 29 3.3 厌氧生物滤池厌氧生物滤池-设计计算设计计算 固定床填料用碎石、卵石、焦炭或塑料制品，固定床填料用碎石、卵石、焦炭或塑料制品，粒径粒径 2540mm，填料，填料厚度至少厚度至少2m，

40、采用中温（，采用中温（3035）、）、 高温（高温（5055）或常温（）或常温（830）进行消化处理。）进行消化处理。 厌氧生物滤池适用于悬浮浓度比较低的废水处理，一厌氧生物滤池适用于悬浮浓度比较低的废水处理，一 般般升流式升流式厌氧生物滤池的进水悬浮物厌氧生物滤池的进水悬浮物不要超过不要超过200mg/L 。采用下向流的厌氧生物滤池可以容忍含悬浮物较多的。采用下向流的厌氧生物滤池可以容忍含悬浮物较多的 废水和高浓度废水。进入厌氧生物滤池的废水废水和高浓度废水。进入厌氧生物滤池的废水CODCr可可 在在30024000mg/L之间之间。 50 5 5、升流式厌氧污泥床、升流式厌氧污泥床 v升流

41、式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床(upflow anaerobic sludge (upflow anaerobic sludge blanketblanket，UASB)UASB)是由荷兰是由荷兰Dr. Gatze LettingaDr. Gatze Lettinga在在2020 世纪世纪7070年代研发的。年代研发的。 4.升流式厌氧污泥床反应器（升流式厌氧污泥床反应器（UASB） v反应器是一个反应器是一个无填料无填料的空容器，运行时污水以一的空容器，运行时污水以一 定流速自下进入反应器，通过一个定流速自下进入反应器，通过一个悬浮的污泥层悬浮的污泥层， 料液和污泥菌体接触反应并产生料液和污泥

42、菌体接触反应并产生沼气小气泡沼气小气泡，气气 泡托起使污泥上升泡托起使污泥上升，在上部有一个关键装置气，在上部有一个关键装置气 液液固三相分离器，使固三相分离器，使污泥下沉，气水分离污泥下沉，气水分离。 52 Gatze Lettinga荣获2007泰勒环境成就奖 Gatze Lettinga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 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” Gatze

43、 Lettinga 泰勒环境成就奖泰勒环境成就奖 v由美国人约翰由美国人约翰泰勒和爱丽丝泰勒和爱丽丝泰勒夫妇于泰勒夫妇于19731973年年 创立，是环境科学、能源、医学领域的国际性奖项。创立，是环境科学、能源、医学领域的国际性奖项。 此奖项每年由美国南加州大学（此奖项每年由美国南加州大学（USCUSC）颁发，获奖）颁发，获奖 者可获得者可获得200,000200,000美元奖金和金质奖章。美元奖金和金质奖章。 53 泰勒奖被认为是国际环境科学的最高奖之一，有 “环境科学诺贝尔奖”之称。 首位获得该奖的中国 大陆科学家是刘东生 （2002） 54 5、升流式厌氧污泥床、升流式厌氧污泥床 v升流

44、式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床 是集生物反应与沉是集生物反应与沉 淀于一体淀于一体 ，主要构，主要构 造包括：造包括：污泥床、污泥床、 污泥悬浮层、沉淀污泥悬浮层、沉淀 区、三相分离器及区、三相分离器及 进水系统。进水系统。 55 5、升流式厌氧污泥床、升流式厌氧污泥床 三相分离器 56 颗粒污泥颗粒污泥 v由菌体自身固定化机制形成的一种聚集体。由菌体自身固定化机制形成的一种聚集体。 v颗粒污泥阶段颗粒污泥阶段 将将细胞细胞运到运到惰性物质惰性物质或其它或其它细胞（细胞（基底）的表面。基底）的表面。 通过物理化学作用可逆吸附于通过物理化学作用可逆吸附于基底基底上。上。 通过微生物表面的通过微生物

45、表面的鞭毛鞭毛、纤毛纤毛或或胞外多聚物胞外多聚物吸附于吸附于 基底基底上。上。 细胞倍增和颗粒污泥形成。细胞倍增和颗粒污泥形成。 v类似于结晶过程，增加类似于结晶过程，增加CaCO3等不溶性无机盐有助等不溶性无机盐有助 于颗粒污泥的形成。于颗粒污泥的形成。 57 颗粒污泥颗粒污泥 58 颗粒污泥颗粒污泥 v优点：优点： 避免了微生物的大量流失；避免了微生物的大量流失； 为反应器的高效、稳定运行奠定了基础。为反应器的高效、稳定运行奠定了基础。 颗粒污泥分为3层： 内核-甲烷鬃毛菌 中间层-氢营养型细菌、产氢产乙 酸细菌 外层-产酸菌 59 5、升流式厌氧污泥床、升流式厌氧污泥床 The UASB

46、 reactors are an enclosed chamber system approximately 6 metres deep 。 澳大利亚 Coliban水公司 60 5、升流式厌氧污泥床、升流式厌氧污泥床 A 3-phase separator device at the top of the chamber 61 工业级UASB装置 钢制圆形结构 62 我国部分我国部分USABUSAB反应器运行数据反应器运行数据 废水种类废水种类温度温度反应器反应器 容积容积m m3 3 CODCOD负荷负荷 kg/mkg/m3 3 d d 进水进水CODCOD CODCOD去除去除 率率 研

47、究应用单位研究应用单位 味精废水味精废水 酒精过滤液酒精过滤液 柠檬酸废水柠檬酸废水 酿造废水酿造废水 啤酒废水啤酒废水 30303232 高温高温 3535 常温常温 常温常温 4.64.6 2424 6 6 64.864.8 8 8* *240240 5.55.5 22.322.3 20.320.3 4.24.2 9 91313 1215012150 90090028002800 20000200003600036000 2000200060006000 1500150030003000 88.588.5 9191 9090 82.482.4 8585 中科院广州能源研究所中科院广州能源研

48、究所 北京环境保护科学研究院北京环境保护科学研究院 常州环境工程设计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环境保护研究所 北京啤酒厂北京啤酒厂 35 3.4 升流式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床(UASB) 1.UASB的工作原理与构造的工作原理与构造 UASB由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和 气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良具有良 好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的要处理的 污水从厌氧污泥

49、床污水从厌氧污泥床底部流入底部流入与污泥层中污泥进行与污泥层中污泥进行混合接触混合接触，污，污 泥中的泥中的微生物分解污水中的有机物微生物分解污水中的有机物，把它转，把它转化为沼气化为沼气。沼气以。沼气以 微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并， 逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个 污泥浓度较稀薄的污泥浓度较稀薄的污泥层和水一起上升进入三相分离器污泥层和水一起上升进入三相分离器，沼气，沼气 碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水碰到分离器

50、下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水 层进入气室，集中在气室的沼气，用导管导出，固液混合液经层进入气室，集中在气室的沼气，用导管导出，固液混合液经 过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗 粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着 斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥 分离后的处理分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。

51、36 3.4 升流式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床(UASB) 1.UASB的工作原理与构造的工作原理与构造 UASB最主要的两个部分是三相分离器和布水系统，最主要的两个部分是三相分离器和布水系统， 对这两部分的要求如下：对这两部分的要求如下： （1）布水系统）布水系统 布水系统兼有配水和水力搅拌的功能，为保证着两个布水系统兼有配水和水力搅拌的功能，为保证着两个 功能的实现，需要满足如下原则：功能的实现，需要满足如下原则： 进水装置进水装置分配到各点的流量相同分配到各点的流量相同，确保单位面积的进水，确保单位面积的进水 量基本相同，防止发生短流等现象；量基本相同，防止发生短流等现象； 进水管是否进

52、水管是否堵塞容易观察堵塞容易观察，当堵塞发生后，必须很容易，当堵塞发生后，必须很容易 清除；清除； 应尽可能的满足污泥床水力搅拌的需要，应尽可能的满足污泥床水力搅拌的需要，保证进水有机保证进水有机 物与污泥迅速混合物与污泥迅速混合，防止局部产生酸化现象。，防止局部产生酸化现象。 36 3.4 升流式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床(UASB) 1.UASB的工作原理与构造的工作原理与构造 UASB最主要的两个部分是三相分离器和布水系统，最主要的两个部分是三相分离器和布水系统， 对这两部分的要求如下：对这两部分的要求如下： （2）三相分离器）三相分离器 三相分离器是三相分离器是UASB反应器最有特点最

53、重要的装置，这反应器最有特点最重要的装置，这 一设备安装在反应器的顶部并将反应器分为下部的反应区和上一设备安装在反应器的顶部并将反应器分为下部的反应区和上 部的沉淀区。为了在沉淀区中取得对于上升流中污泥絮体部的沉淀区。为了在沉淀区中取得对于上升流中污泥絮体/颗颗 粒的满意的沉淀效果，三相分离器同时具有两个功能：粒的满意的沉淀效果，三相分离器同时具有两个功能： 一是能一是能收集收集从分离器下面的反应区产生的从分离器下面的反应区产生的沼气沼气； 二是使得在分离器之上的悬浮物二是使得在分离器之上的悬浮物沉淀沉淀下来。下来。 37 3.4 升流式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床(UASB) 根据不同废水水质

54、，根据不同废水水质，UASB反应器的构造有所不同，反应器的构造有所不同， 主要可分为开放式和封闭式两种主要可分为开放式和封闭式两种 1.开放式开放式UASB反应器反应器 l顶部不加密封，或仅加一层不顶部不加密封，或仅加一层不 密封的盖板；密封的盖板； l多用于处理中低浓度的有机废多用于处理中低浓度的有机废 水；水； l构造较简单，易于施工安装和构造较简单，易于施工安装和 维修。维修。 37 3.4 升流式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床(UASB) 根据不同废水水质，根据不同废水水质，UASB反应器的构造有所不同，反应器的构造有所不同， 主要可分为开放式和封闭式两种主要可分为开放式和封闭式两种 1.

55、封闭式封闭式UASB反应器反应器 l顶部加密封；顶部加密封； l在液面与池顶之间形成了气室；在液面与池顶之间形成了气室； l适用于处理高浓度的有机废水；适用于处理高浓度的有机废水； l其池顶可做成浮盖式。其池顶可做成浮盖式。 38 3.4 升流式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床(UASB) 2.UASB的工艺特点的工艺特点 u在反应器的上部设置了在反应器的上部设置了气、固、液三相分离器气、固、液三相分离器； u在反应器底部设置了在反应器底部设置了均匀布水系统均匀布水系统； u水力停留时间大大缩短，具有很高的容积负荷；水力停留时间大大缩短，具有很高的容积负荷； u适用于适用于处理高、中浓度有机工业废水

56、处理高、中浓度有机工业废水，也可处理，也可处理低浓度城市污水低浓度城市污水； u将生物将生物反应与沉淀分离集中在一个反应器内反应与沉淀分离集中在一个反应器内，结构紧凑；，结构紧凑； u无需设置填料，节省费用，提高容积利用率。无需设置填料，节省费用，提高容积利用率。 缺点：缺点： u进水中进水中悬浮物悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在需要适当控制，不宜过高，一般控制在100mg/L以下；以下； u污泥床内有污泥床内有短流现象短流现象，影响处理能力；，影响处理能力； u对对水质水质和和负荷负荷突然变突然变化较敏感化较敏感，耐冲击力稍差耐冲击力稍差。 39 3.4 升流式厌氧污泥床升流式厌氧污

57、泥床(UASB) 3.工艺设计计算工艺设计计算预处理要求预处理要求 格栅格栅 UASB废水处理工艺系统前应设置废水处理工艺系统前应设置粗格栅、细格栅或水力筛粗格栅、细格栅或水力筛。最后一道格栅。最后一道格栅 的栅条间隙宜的栅条间隙宜13mm之间，宜采用旋转滤网等高效的固液分离设备代替普通格之间，宜采用旋转滤网等高效的固液分离设备代替普通格 栅。栅。 调节池调节池 l废水进入废水进入UASB系统前应设置调节池。系统前应设置调节池。 l调节池调节池有效停留时间宜为有效停留时间宜为612h。 l调节池应具备均质、均量、调节调节池应具备均质、均量、调节pH值、防止不溶物沉淀的功能。值、防止不溶物沉淀的

58、功能。 l调节池宜设置调节池宜设置机械搅拌方式实现均质机械搅拌方式实现均质，搅拌机的容积功率宜为，搅拌机的容积功率宜为48W/m3；对小；对小 型废水处理站可采用曝气搅拌方式，气水比宜控制在（型废水处理站可采用曝气搅拌方式，气水比宜控制在（7:1）（10:1）。）。 l调节池中应设置调节池中应设置碱度补充剂营养盐补充装置碱度补充剂营养盐补充装置。 l调节池出水端应设置调节池出水端应设置去除浮渣装置去除浮渣装置。 l调节池底部应调节池底部应易于沉淀物的清除易于沉淀物的清除。 40 3.4 升流式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床(UASB) 3.工艺设计计算工艺设计计算预处理要求预处理要求 pH调节调节

59、 l UASB反应器的进水反应器的进水pH值应保持在值应保持在6.57.8之间，如不能满足此要求应设之间，如不能满足此要求应设 置置pH调节装置或中和池。调节装置或中和池。 l酸碱的投加采用酸碱的投加采用计量泵计量泵自动投加装置，中和池出水端宜设置自动投加装置，中和池出水端宜设置pH自动检测自动检测 系统系统，与前端计量泵联动。，与前端计量泵联动。 温度调节温度调节 l中温厌氧的温度应保持在中温厌氧的温度应保持在35 2，如不能满足此要求应设置加温装，如不能满足此要求应设置加温装 置置 l热源可采用锅炉蒸汽或沼气发电余热，管路上设置电动阀和温度计，通热源可采用锅炉蒸汽或沼气发电余热，管路上设置

60、电动阀和温度计，通 过显示温度自动调节阀门开启度，实现自动控制。过显示温度自动调节阀门开启度，实现自动控制。 p三相分离器设计：三相分离器设计： 三相分离器可以采用的形式如下图：三相分离器可以采用的形式如下图： 46 3.4 升流式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床(UASB) p三相分离器设计：三相分离器设计： （1）集气室的集气室的隙缝部分隙缝部分的面积应该的面积应该占反应器全部面积的占反应器全部面积的 15%20% （2）集气室的集气室的高度高度应该在应该在1.5m2m之间。之间。 （3）三相分离器分离板的）三相分离器分离板的倾角在倾角在4560之间。之间。 （4）在集气室内应保持气液界面以释放