水污染控制工程6-1(厌氧处理)

《水污染控制工程》第二部分生物处理175课程内容第4章

活性污泥法（4）第5章生物膜法（5）第6章厌氧生物处理法（8、14）

污泥预处理与处置（8）第7章生物法脱氮除磷（7）第8章污水的自然生物处理（6）

第9章污水的回用、深度处理（7）

第10章污水处理厂的规划与设计（9）275第6章厌氧生物处理法（P353）6.1厌氧生物处理基础理论（P353）

6.2污泥的厌氧消化工艺6.3污水的厌氧生物处理工艺6.4污泥预处理与处置

3756.1厌氧生物处理基础理论

（P353）6.1.1厌氧生物处理（厌氧消化）机理6.1.2厌氧生物处理（消化）动力学6.1.3厌氧生物处理的影响因素6.1.4两相厌氧消化4756.1.1厌氧生物处理（厌氧消化）机理（P353）（1）有机物的降解过程(途径）（2）参与消化过程厌氧微生物575（1）有机物的厌氧降解过程（途径）厌氧生物处理：也称为厌氧消化(anaerobicdigestion)有机物→CH4+CO2、H2、H2S、氨氮等条件：

厌氧微生物无O2、无NO2-、NO3-厌氧降解理论模式①两阶段理论②三阶段理论有机物的厌氧降解过程是由多种类群的微生物循序完成的。675①两阶段理论：

第一阶段：酸性发酵阶段，又称产酸阶段（不产甲烷阶段）；

第二阶段：甲烷发酵阶段，又称碱性发酵（产甲烷阶段）；

775第一阶段第二阶段875①两阶段理论：

第一阶段：酸性发酵阶段，又称产酸阶段；发生水解和酸化，产物主要是脂肪酸、醇类、CO2和H2等；主要参与微生物统称为产酸细菌或发酵细菌；

第二阶段：产甲烷阶段，又称碱性发酵阶段；产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2；主要参与的微生物统称为产甲烷菌；975②三阶段理论：

第一阶段：

水解、发酵阶段；

第二阶段：产氢产乙酸阶段；

第三阶段：

产甲烷阶段；

1075三阶段理论复杂有机物水解与发酵细菌脂肪酸、醇类等乙酸CH4产甲烷菌1产氢产乙酸菌（同型产乙酸菌）

H2+CO2ⅠⅡⅢ厌氧反应的三阶段理论同型乙酸菌产甲烷菌21175②三阶段理论：

第一阶段：

水解、发酵阶段；

第二阶段：产氢产乙酸阶段；

第三阶段：

产甲烷阶段；

第一阶段为水解酸化阶段。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，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生脂肪酸。第二阶段为产氢产乙酸阶段。在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸、醇类等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。同型乙酸菌将甲酸、甲醇、CO2与H2转化为乙酸。1275②三阶段理论：

第一阶段：

水解、发酵阶段；

第二阶段：产氢产乙酸阶段；

第三阶段：

产甲烷阶段；

第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸（乙酸盐）、CO2和H2等转化为甲烷。此过程主要由两组生理上不同的产甲烷菌完成一组从乙酸（乙酸盐）脱羧产生甲烷，另一组把H2和CO2转化成甲烷，13756.1.1厌氧生物处理（厌氧消化）机理（P353）（1）有机物的降解过程(途径）（2）参与消化过程厌氧微生物1475（2）参与消化过程厌氧微生物三个阶段，三大类群微生物第一阶段：水解与发酵细菌（细菌、真菌等）第二阶段：产氢产乙酸菌、同型乙酸菌第三阶段：产甲烷菌，绝对厌氧：杆菌、球菌、八叠球菌、螺旋菌。产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程反应速率的限制步骤。15751675177518751975厌氧消化的三个阶段和COD转化率

20756.1厌氧生物处理基础理论

6.1.1厌氧生物处理（厌氧消化）机理6.1.2厌氧生物处理（消化）动力学6.1.3厌氧生物处理的影响因素6.1.4两相厌氧消化21756.1.2厌氧生物处理（消化）动力学（P356）（1）有机底物的去除速率（2）厌氧细菌的增值速率（3）出水浓度与污泥龄的关系2275（1）有机底物的去除速率有机物去除速率最大比去除速率可降解的有机物量饱和常数（半速度常数）厌氧细菌浓度2375（2）厌氧细菌的增值速率厌氧细菌净增殖速率厌氧细菌产率系数厌氧细菌衰亡速率系数2475由上两式得：细菌净比增殖速率1/θc（3）出水有机物浓度与污泥龄的关系2575符号单位数量产酸菌最大比增长速率d-11-3甲烷菌最大比增长速率d-10.3-0.5产酸菌最大产率系数kgVSS/kgCOD(S)0.15-0.20甲烷菌最大产率系数kgVSS/kgCOD(S)0.03-0.0435℃时厌氧反应速率常数甲烷菌生长慢2675厌氧微生物的产气：一般沼气中含：CH465%、CO230%、其它气体5%。在标准状态下降解1kgCOD或BODu

将产生0.35m3CH4。

27756.1厌氧生物处理基础理论

6.1.1厌氧生物处理（厌氧消化）机理6.1.2厌氧生物处理（消化）动力学6.1.3厌氧生物处理的影响因素6.1.4两相厌氧消化28756.1.3厌氧生物处理的影响因素（p357）（1）温度（2）污泥龄与有机负荷（3）搅拌和混合（4）营养与C/N比（5）氮的守恒与转化（6）有毒物质（7）pH和碱度（8）氧化还原电位2975（1）温度各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，产甲烷菌的温度范围为5-60℃。甲烷菌有两个适宜温度范围中温甲烷菌（30~36℃）——中温消化

高温甲烷菌（50~53℃）——高温消化温度为40-45℃时，厌氧消化效率较低。消化液温度变化范围：±1.5~2℃。水解酸化菌对温度的适应性较强。3075温度对厌氧消化过程的影响3175（2）有机负荷与污泥龄

容积负荷：厌氧池单位有效容积每天接受的有机物量（kgCOD/m3·d)。也有用污泥负荷表达的，即kgCOD/(kgSS·d)。污泥消化中，习惯上以投配率表达：5%~8%每天所投加的新鲜污泥体积占消化池有效容积的百分数。污泥龄：消化池内总生物量/消化池每日排出的生物量有机负荷越低，有机物去除率越高有机负荷突然增大，厌氧池可能会发生酸化，甲烷菌受抑制。3275（3）搅拌和混合

通过搅拌可消除池内浓度梯度，增加底物与微生物之间的接触，避免产生分层，促进沼气分离。在连续投料的消化池中，使进料迅速与池中原有料液相混匀。搅拌与混合效果影响厌氧反应效率和脱气性能。3375搅拌混合的方法：（a）机械搅拌器搅拌法；（b）消化液循环搅拌法；（c）沼气循环搅拌法等。其中沼气循环搅拌，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。（d）强化水力条件。3475（4）营养与C/N比厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取碳、氮、磷以及其他微量元素。研究表明，合适的C/N为10~20:1。厌氧法的BOD:N:P为l00:2.5:0.5或200:5:13575（5）氮的守恒与转化原水中的有机氮被转化为氨氮，使出水中氨氮大大高于进水，对系统pH的缓冲起到很大作用。当氨氮浓度很高时，可能对甲烷菌有一定的抑制作用。3675（6）有毒物质包括有毒有机物、重金属离子和一些阴、阳离子等。带醛基、双键、氯取代基、苯环等结构的有机物，对细菌具有抑制性。有毒物质的最高容许浓度与处理系统的运行方式、污泥驯化程度、废水特性、操作控制条件等因素有关。H2S的来源（1）进水中硫酸盐被硫酸盐还原菌转化而成；（2）含硫的有机物分解。氨的来源：含氮有机物分解；游离NH3的毒性大大高于NH4+主要是对甲烷菌的影响3775（7）pH值和碱度、消化液的缓冲作用产酸细菌对pH值适应范围较广，在4.5-8.0之间。产甲烷菌最适宜pH值为7.0-7.2。

pH值应控制在6.5-7.5（最好在6.8-7.2）的范围。pH<6，甲烷菌的活性下降，pH<5.5反应基本停止pH碱度起缓冲作用在厌氧消化过程中，pH值的升降变化取决于碱度和有机物代谢过程中某些产物。3875产酸反应使有机酸的含量增加，会使pH值下降。含氮有机物分解产物氨的增加，会引起pH值升高。反应器混合液对pH变化的缓冲能力，取决于挥发酸、碱度、CO2、氨氮之间的平衡。反应器的酸化：有机酸积累、pH值下降，甲烷菌受抑制。消化液碱度宜大于2000mg/L特别是碳酸平衡从产甲烷的串联反应可以类推出结论：只有后一顺序的微生物利用中间产物的速度与这些中间产物的产生速度相同，中间产物不发生严重积累，厌氧过程才能很好地进行下去。（7）pH值和碱度、消化液的缓冲作用3975（8）氧化还原电位利用氧化还原电位来反映混合液的厌氧程度无氧环境是严格厌氧的产甲烷菌繁殖的最基本条件之一。产甲烷菌对氧和氧化剂非常敏感，这是因为它不象好氧菌那样具有过氧化氢酶。氧是影响厌氧反应器中氧化还原电位条件的重要因素，但不是唯一因素。

40756.1厌氧生物处理基础理论

6.1.1厌氧生物处理（厌氧消化）机理6.1.2厌氧生物处理（消化）动力学6.1.3厌氧生物处理的影响因素6.1.4两相厌氧消化41756.1.4两相厌氧消化（P370）什么是两相厌氧消化将厌氧三个阶段的反应分别控制在两个反应器中进行；两个反应器串联：水解发酵、产酸）反应器→产甲烷反应器；注意各反应器发生的反应42756.1.4两相厌氧消化（P370）两相厌氧消化有什么优势两个反应器中分别生长不同的菌群，可分别按各自的最佳条件运行；按照所处理的废水水质情况，两步可以采用同类型或不同类型的消化反应器。第一步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；第二步反应器则要求严格密封、严格控制温度和pH值范围。4375两相厌氧工艺产酸反应器产甲烷反应器水解、发酵，产酸产甲烷加碱调节pH值按各相微生物的最适环境条件分别进行控制进水出水产气收集产气收集4475第6章厌氧生物处理法6.1厌氧生物处理基础理论6.2污泥的厌氧消化工艺6.3污水的厌氧生物处理工艺6.4污泥预处理与处置

45756.2污泥的厌氧消化工艺（P361）6.2.1厌氧污泥消化池的构造和计算（P361）6.2.2两级消化（P366）6.2.3消化池的运行与管理（P371）46756.2.1厌氧消化池的构造和计算（P361）圆柱形、蛋形构造：池体污泥投配系统排泥系统溢流系统搅拌设备加温设备沼气收集、排除（1）圆柱形厌氧消化池（2）蛋形厌氧消化池（3）常用加热方式（4）普通消化池的计算4775（1）普通圆柱形厌氧消化池污泥定期或连续进入池中，经消化的污泥分别由消化池底和上部排出，所产沼气从顶部排出。L构造：密闭、圆柱形池，池径6~35m，柱体部分的高度约为直径的1/2，池底呈圆锥形，以利排泥。搅拌：常用搅拌方式有三种：(a)池内机械搅拌；(b)沼气搅拌；(c)循环消化液搅拌。4875消化池构造沼气收集、排除加温设备搅拌设备排泥系统污泥投配系统池体4975螺旋桨搅拌的消化池5075水力搅拌5175浮动式盖消化池5275螺旋浆搅拌的消化池5375污泥消化池54755575大型厌氧生物处理5675（2）蛋形消化池57755875（3）常用加热方式有三种(a)污泥在消化池外先经热交换器预热到规定温度再进入消化池；（池外间接加热）(b)热水或蒸汽直接通入消化池内；（池内直接加热）(c)在消化池内部安装热交换管。（池内间接加热）59756075（4）普通消化池的计算池容积计算确定需处理的污泥量：干重或湿污泥体积根据挥发性有机物负荷：池容=每天挥发有机物干重/有机负荷根据消化时间：池容=每天的湿污泥体积×

消化时间各部分尺寸的确定：并联池数≥2消化池热工计算（P364)热交换器计算搅拌设备的计算与选择挥发性有机物负荷：0.6~1.5kg/(m3.d）td—消化时间，宜为20～30d61756.2污泥的厌氧消化工艺（P361）6.2.1厌氧污泥消化池的构造和计算（P361）6.2.2两级消化（P366）6.2.3消化池的运行与管理（P371）62756.2.2两级消化（P366）两个消化池串联运行依据：一定温度下，超过一定消化时间后，产气率大大下降。只从运行节能考虑，注意：与两相厌氧消化不同。63756.2.2两级消化（P366）第一级反应器严格按厌氧池的设计要求设计：搅拌、加温等。第二级反应器不设搅拌和加温设备，依靠余热继续消化。设计计算时，先按普通消化池计算池容积，再按一、二级的容积比进行分配：一级容积/二级容积=1:1或2:1或3:2。例题：p3676475消化时间（d)产气率（%）一级消化二级消化65756.2污泥的厌氧消化工艺（P361）6.2.1厌氧污泥消化池的构造和计算（P361）6.2.2两级消化（P366）6.2.3消化池的运行与管理（P371）66756.2.3消化池的运行与管理（P371）（1）消化池的启动（2）厌氧反应器运行中异常现象及其原因（3）运行管理中的安全要求（4）沼气的贮存、应用6775（1）消化池的启动a厌氧处理工艺的缺点之一是微生物增殖缓慢，设备启动时间长，若能取得大量的厌氧活性污泥就可缩短投产期。c最好选择同类物料厌氧消化污泥。如果采用一般的未经消化的有机污泥自行培养，所需时间较长。b一般来说，接种污泥量比例增大，启动时间缩短。接种污泥6875培养驯化：逐步培养法：维持设计温度、逐渐加