江建院水处理工程技术课件04城镇污水处理-5污水的厌氧生物处理

单元2城镇污水处理工艺任务1污水的物理处理任务2污水的活性污泥法处理任务3污水的生物膜法处理任务4污水的厌氧生物处理任务5污水的脱氮除磷任务6污水的消毒处理任务7污水的回用处理任务8污水的自然生物处理任务9污泥的处理与处置任务4污水的厌氧生物处理一、厌氧理论二、悬浮式厌氧生物处理法三、附着式厌氧生物处理法四、两相厌氧消化污水的厌氧生物处理厌氧生物处理，又称为厌氧消化法或厌氧发酵法，是指在无溶解氧（DO）条件下通过厌氧微生物（包括兼性厌氧微生物）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。厌氧生物处理技术不仅用于有机污泥和高浓度有机废水的处理，而且能有效地处理城市污水等低浓度污水。

一、厌氧理论1.厌氧生物处理对象（1）有机污泥有机污泥包括废水好氧生物处理过程生成的大量活性污泥和生物膜，初次沉淀池可沉淀的有机固体，以及人畜的粪便等。上述物质是极不稳定的，有恶臭，并带有病原菌和寄生虫卵等，应妥善处理。（2）有机废水食品工业，如酒精、味精、制糖、淀粉、屠宰和啤酒等工业排出的废水，不仅数量多，而且浓度也很高。未经处理排入环境，对水体造成了很大的危害。对这些以农牧产品为原料的加工工业排出的高浓度有机废水，是厌氧生物处理的主要对象。（3）生物质以专门利用生物质转化为新能源为主要目的的厌氧发酵法，是利用某些植物茎杆和叶子等生物质通过厌氧发酵获得生物能——沼气。其目的与废水厌氧生物处理有所不同。2.厌氧生物处理的目的（1）通过厌氧生物处理，可杀菌灭卵、防蝇除臭、以防传染病的发生和漫延。

（2）通过厌氧生物处理，可去除废水中的大量有机物，防止对水体的污染。（3）利用污水厂污泥和高浓度有机废水产生沼气可获得可观的生物能。

（4）厌氧发酵后，固体量一般可减少约1/2，并提高了污泥的脱水性能，有利于污泥的运输、利用和处置。

3.厌氧生物处理基本原理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，因而可将厌氧消化过程划分为三个连续阶段，既水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。（1）第一阶段：水解酸化阶段复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后转入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。（2）第二阶段：产氢产乙酸阶段在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸和醇类被分解转化成乙酸和H2，在降解奇数碳素有机酸时还形成CO2。(3)第三阶段：产甲烷阶段产甲烷细菌将乙酸（乙酸盐）、CO2和H2等转化为甲烷。

虽然厌氧消化过程从理论上可分为以上3个阶段，但是在厌氧反应器中，这3个阶段是同时进行的，并保持某种程度的动态平衡，这种动态平衡一旦被pH值、温度、有机负荷等外加因素所破坏，则首先将使产甲烷阶段受到抑制，其结果会导致低级脂肪酸的积存和厌氧进程的异常变化，甚至会导致整个厌氧消化过程停滞。图4.4.1有机物厌氧消化三阶段模式图4.厌氧微生物厌氧生物处理是以厌氧细菌为主而构成的微生物生态系统。厌氧细菌有两种，一种是只要有氧存在就不能生长繁殖的细菌，称为绝对厌氧菌；另一种是不论有氧存在与否都能增长的细菌，称为兼性厌氧细菌（也称兼性细菌）。（1）参与第一阶段的微生物第一阶段的微生物包括细菌、真菌和原生动物，统称水解与发酵细菌，大多数为专性厌氧菌，也有不少兼性厌氧菌。

①纤维素分解菌②碳水化合物分解菌③蛋白质分解菌④脂肪分解菌（2）参与厌氧消化第二阶段的微生物第二阶段的微生物是一群极为重要的菌种——产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌。

它们能够在厌氧条件下，将丙酮酸及其他脂肪酸转化为乙酸、CO2，并放出H2。同型乙酸菌的种属有乙酸杆菌，它们能够将CO2，H2转化成乙酸，也能将甲酸、甲醇转化为乙酸。由于同型乙酸菌的存在，可促进乙酸形成甲烷的进程。（3）参与厌氧消化第三阶段的微生物第三阶段的微生物是甲烷菌或称为产甲烷菌(Methanogens)，是甲烷发酵阶段的主要细菌，属于绝对的厌氧菌，主要代谢产物是甲烷。①甲烷杆菌②甲烷球菌③甲烷八叠球菌④甲烷螺旋菌5.厌氧生物处理的影响因素（1）温度因素甲烷菌对于温度的适应性，可分为两类，即中温甲烷菌（适应温度区为30～36℃）和高温甲烷菌（适应温度区为50~53℃）。

利用中温甲烷菌进行厌氧消化处理的系统叫中温消化，利用高温甲烷菌进行消化处理的系统叫高温消化。

（2）污泥投配率污泥投配率是指每日投加新鲜污泥体积占消化池有效容积的百分数。（3）搅拌和混合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，所以必须使两者充分混合。（4）营养与C／N比厌氧消化池中，细菌生长所需营养由污泥提供。

（5）有毒物质所谓“有毒”是相对的，事实上任何一种物质对甲烷消化都有两方面的作用，即有促进与抑制甲烷细菌生长的作用。关键在于它们的浓度界限，即毒阈浓度。重金属离子对甲烷消化的抑制作用体现在两个方面：①与酶结合，产生变性物质，使酶的作用消失。②重金属离子及氢氧化物的絮凝作用，使酶沉淀。（6）酸碱度、PH值和消化液的缓冲作用甲烷菌对pH的适应范围在6.6～7.5之间，即只允许在中性附近波动。

6.厌氧生物处理的特点厌氧生物处理具有下列优点：（1）处理成本低。

（2）低能耗。

（3）应用范围广。

（4）污泥负荷高。

（5）剩余污泥量少。

（6）厌氧方法对营养物的需求量较低。（7）易管理。

（8）灵活性强。

厌氧生物处理存在以下缺点：（1）厌氧法启动过程较长。

（2）厌氧处理去除有机物不彻底。

（3）厌氧微生物对有毒物质较为敏感。

二、悬浮式厌氧生物处理法1.厌氧接触法2.厌氧流化床3.升流式厌氧污泥床：UASB反应器4.厌氧膨胀床5.厌氧折板反应器1.厌氧接触法（1）厌氧接触法工艺流程为了克服普通消化池不能持留或补充厌氧活性污泥的缺点，在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法。（2）厌氧接触法特点①消化池污泥浓度高，其挥发性悬浮物的浓度一般为5~10g/L，耐冲击能力强。②COD容积负荷一般为1~5kg/(m3·d)，COD去除率为70%~80%；BOD5容积负荷为0.5~2.5kg/(m3·d)，BOD5去除率为80%~90%。③增设沉淀池、污泥回流系统和真空脱气设备，流程较复杂。④适合处理悬浮物和COD浓度高的废水，生物量（SS）可达到50g/L。

（3）运行管理存在问题从消化池排出的混合液在沉淀池中进行固液分离有一定的困难。其主要原因如下；①由于混合液中污泥上附着大量的微小沼气泡，易于引起污泥上浮；②由于混合液中的污泥仍具有产甲烷活性，在沉淀过程中仍能继续产气，从而妨碍污泥颗粒的沉降和压缩。为了提高沉淀池中混合液的固液分离效果，目前采用以下几种方法脱气：真空脱气、热交换器急冷法、絮凝沉淀和用超滤静代替沉淀池，以改善固液分离效果。此外，为保证沉淀池分离效果，在设计时，沉淀池表面负荷应比一般废水沉淀池表面负荷小，一般不大于1m/h，混合液在沉淀池内停留时间比一般废水沉淀时间要长，可采用4h。采用厌氧接触工艺可以处理含有少量悬浮物的废水。对含悬浮物浓度较高的废水，在厌氧接触工艺之前采用分离预处理是必须的。2.厌氧流化床厌氧流化床（AFB）与好氧流化床工艺相同，只是在厌氧条件下运行。这种工艺是借鉴流化态技术的一种生物反应装置。它以小粒径载体充满床体内作为流化粒子，污水作为流化介质。当污水从床体底部采用一定范围的高的上流速度通过床体时，载体粒子表面长满厌氧生物膜并不断上、下流动，形成流态化。该工艺多可用来处理COD浓度较高的工业生产有机废水。

该工艺控制较困难，管理较复杂，技术要求较高，投资和运行成本高，因而尚未普遍推广。3.升流式厌氧污泥床（1）UASB反应器原理右图是UASB反应器工作原理的图示，污水尽可能均匀地引入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮凝污泥床。

（2）UASB反应器的特性

UASB反应器的工艺特征是在反应器的上部设置气、液、固三相分离器，下部为污泥悬浮层区和污泥床区，污水从反应器底部流入，向上升流至反应器顶部流出，由于混合液在沉淀区进行固液分离，污泥可自行回流到污泥床区，这使污泥区可保持很高的污泥浓度。

UASB反应器的构造特点是集生物反应与沉淀于一体，结构紧凑，不设搅拌设备，构造简单，便于操作运行。（3）UASB的构造

UASB反应器主要由下列几部分组成。①布水器

②反应区

③三相分离器

④出水系统

⑤气室

⑥浮渣清除系统

⑦排泥系统

UASB反应器可分为开敞式和封闭式两种。

UASB反应器断面一般为圆形或矩形，圆形一般为钢结构，矩形一般为钢筋混凝土结构。（4）UASB反应器的运行效果

UASB反应器能滞留高浓度活性很强的颗粒状污泥，平均浓度达30~40kgSS/m3，使处理负荷大幅度提高，可达7~15kgCOD/(m3·d)。同时，又不需要污泥沉淀分离、脱气、搅拌、回流污泥等的辅助装置，能耗也较低，因而已得到广泛应用。污泥床污泥密度较大，浓度可达到50~100kgSS/m3，悬浮层污泥浓度亦可达5kgSS/m3以上。4.厌氧膨胀床（1）膨胀颗粒污泥床膨胀颗粒污泥床（EGSB）是在UASB反应器的基础上于20世纪80年代后期在荷兰农业大学环境系开始研究的新的厌氧反应器。

EGSB反应器也可以看作是流化床反应器的一种改良，区别在于EGSB反应器不使用任何惰性的填料作为细菌的载体。（2）厌氧生物膜膨胀床

厌氧生物膜膨胀床亦是在床内填充细小的固体颗粒作为微生物附着生长的载体,但污水从床底部流入时仅使填料层膨胀而非流化，一般其膨胀率仅为10%~20%，此时颗粒间仍保持互相接触膨胀床的床体多为圆柱形结构，由钢板或树脂强化玻璃辅以聚氯乙烯衬里而制成。

5.厌氧折板反应器（1）厌氧折板式反应器的构造和工艺流程（2）厌氧折板式反应器的特点①反应器启动期短。②避免了厌氧滤池、厌氧膨胀床和厌氧流化床的堵塞问题。

③避免了升流式厌氧污泥床因污泥膨胀而发生污泥流失问题。④不需混合搅拌装置。⑤不需载体。三、附着式厌氧生物处理法1.厌氧滤池厌氧滤池（AF）是一种内部填充有微生物载体的厌氧生物反应器。厌氧滤池是在反应器内充填各种类型的固体填料，如炉渣、瓷环、塑料等来处理有机废水，污水在流动过程中保持与生长着厌氧细菌的填料相接触，有机污染物被去除。

（1）厌氧生物滤池的构造①滤料

a.实心块状滤料

b.空心块状滤料

c.管流型滤料

d.交叉流型滤料

e.纤维滤料

（1）厌氧生物滤池的构造②布水系统

在厌氧生物滤池中布水系统的作用是将进水均匀分配于全池，因此在设计计算时，应特别注意孔口的大小和流速。

③沼气收集系统厌氧生物滤池的沼气收集系统基本与厌氧消化池的类似。（2）厌氧生物滤池的类型按水流的方向厌氧生物滤池可分为两种主要形式，见图（4.4.9）。废水向上流动通过反应器的厌氧滤池称为升流式厌氧滤池，另外还有下流式厌氧滤池，也叫下流式厌氧固定膜反应器（DSFF）。

（3）厌氧生物滤池的特点①用于溶解性有机废水的厌氧处理，生物固体浓度高，有机负荷高；②无需污泥或出水回流；③出水挟带污泥很少，较洁净；④降流式较升流式厌氧生物滤池中的生物固体浓度的分布更均匀；⑤剩余污泥量很少，有时几乎不存在排泥问题；⑥当温度为30~35℃时，有机负荷率一般可达3~6kgCOD/(m3·d)（块状填料）；5~8kgCOD/(m3·d)（塑料填料），相应COD去除率可达80%以上；⑦装置简单，工艺本身能耗少，运行管理方便；⑧滤床底部容易发生堵塞。2.厌氧复合床反应器厌氧复合床反应器实际是将厌氧生物滤池与升流式厌氧污泥床反应器组合在一起，其示意图见图4.4.10。厌氧复合床反应器下部为污泥悬浮层，而上部则装有填料。3.厌氧生物转盘（1）厌氧生物转盘的构造厌氧生物转盘在构造上类似于好氧生物转盘，即主要由盘片、传动轴与驱动装置、反应槽等部分组成。

（2）厌氧生物转盘的特点①微生物浓度高，可承受高额的有机物负荷。②废水在反应器内按水平方向流动，勿需提升废水，节能；③勿需处理水回流；④可处理含悬浮固体较高的废水，不