《水污染控制技术》课件-8.厌氧生物处理法（含课程思政）

厌氧生物处理法任务1污泥的厌氧生物处理1概述33.厌氧生物处理影响因素22.厌氧生物处理法的基本过程概述（1）定义：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CH4和CO2等物质过程，也称厌氧消化。与好氧过程的根本区别在于不以分子态的氧作为受氢体。定义概述（2）厌氧生物法的优点：有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的，但对厌氧生物处理是可降解的。如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。1）负荷高，应用范围广好氧法因供氧限制一般适用于中、低浓度废水的处理，（普通活性污泥负荷0.5KgCOD/m3.d,普通生物滤池0.3KgCOD/m3.d），厌氧法适用于中、高浓度有机废水（中温UASB负荷可达2-15KgCOD/m3.d,高温最高达30-40KgCOD/m3.d）。概述2)能耗低好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，而且产生的沼气可作为能源。废水有机物达一定浓度后，沼气能量可以抵偿消耗能量。一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。

3）氮、磷营养需要量较少好氧法一般要求BOD:N:P为l00:5:1，而厌氧法的BOD:N:P为200-500:5:1，对氮、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较少（2）厌氧生物法的优点：（2）厌氧生物法的优点：概述厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。4）有杀菌作用5）污泥易贮存厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以季节性或间歇性运转。（3）主要缺点：概述厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备长；1出水往往达不到排放标准，需要进一步处理，故一般在厌氧处理后串联好氧处理；

2厌氧处理系统操作控制因素较为复杂；3厌氧过程会产生气味对空气有污染。4（4）好氧生物处理与厌氧生物处理的比较：项目好氧生物处理厌氧生物处理微生物种类好氧微生物(较简)厌氧微生物(复杂)降解速率快慢降解途径碳降解氨降解碳降解对氧的要求适当的溶解氧无溶解氧温度要求常温常温-中温-高温环境条件适应范围宽适应范围较窄营养物质100:5:1200:5:1最终产物H2O、CO2CH4、H2O、CO2基建费用较低较高运行费用较高较低回收能源概述2.厌氧生物处理法的基本过程（1）两阶段理论发酵阶段（产酸阶段、酸性发酵阶段）。功能：水解和酸化，产物为脂肪酸、醇类、CO2和H2等。微生物：统称为发酵细菌或产酸细菌。特点：生长快、适应性（温度、pH等）强。1）发酵阶段水解细菌产酸菌有机物小分子有机物发酵阶段产甲烷菌脂肪酸、醇类、H2、CO2CO2、CH4产甲烷阶段2.厌氧生物处理法的基本过程（1）两阶段理论产甲烷阶段（碱性发酵阶段）。功能：甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2。微生物：统称为产甲烷细菌。特点：生长慢、对环境条件（温度、pH、抑制物等）非常敏感。2）产甲烷阶段水解细菌产酸菌有机物小分子有机物发酵阶段产甲烷菌脂肪酸、醇类、H2、CO2CO2、CH4产甲烷阶段2.厌氧生物处理法的基本过程（1）两阶段理论研究表明，产甲烷菌只能利用一些简单有机物如甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2等，而不能利用含两个碳以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类。因而，提出了“三阶段（四类群）理论”。3）两阶段理论的问题：2.厌氧生物处理法的基本过程（2）三阶段（四类群）理论01水解、酸化阶段功能：水解和发酵性细菌群（I），将复杂有机物转化成有机酸（丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等）。02产氢产乙酸阶段：功能：产氢产乙酸菌（II），将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H2、CO2；同型产乙酸细菌（IV）将H2和CO2转化为乙酸。产氢产乙酸菌（II）乙酸H2+CO2同型产乙酸菌（IV）脂肪酸、醇类有机物水解发酵性细菌（I）CH4+CO2产甲烷菌（III）水解酸化阶段产氢产乙酸阶产甲烷阶段2.厌氧生物处理法的基本过程（2）厌氧消化的三阶段（四类群）理论03产甲烷阶段：功能：产甲烷菌（III）利用乙酸和H2、CO2产生CH4。

一般认为，在厌氧生物处理过程中约有70%的CH4产自乙酸的分解，其余的则产自H2和CO2。产氢产乙酸菌（II）乙酸H2+CO2同型产乙酸菌（IV）脂肪酸、醇类有机物水解发酵性细菌（I）CH4+CO2产甲烷菌（III）水解酸化阶段产氢产乙酸阶产甲烷阶段说明：I、II、III为三阶段理论，

I、II、III、IV为四类群理论。3.厌氧生物处理影响因素甲烷菌增殖速率慢,世代周期长,受环境影响大,对pH敏感,

产甲烷菌是废水处理系统控制因素,对废水厌氧生物处理的主要因素是甲烷菌的影响因素。(1)pH：最适宜在6.5～7.5,由于酸化和产乙酸,系统pH容易降低,此外含氮有机物降解的氨能够缓冲,使系统中酸、碱度达到平衡。3.厌氧生物处理影响因素(2)温度：据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可分为常温消化、中温消化和高温消化三种类型。常温消化（10～30℃）中温消化（35～38℃）高温厌氧消化（50～55℃）高温对微生物杀灭作用强,温度要求波动小。温度对系统负荷与产气量影响关系3.厌氧生物处理影响因素要求长,20～30d,厌氧微生物世代时间长。（3）污泥龄：（4）营养物质：C:N:P=200-500：5：1,与好氧工艺相比对N,P等营养物质需求少。（5）有机负荷：过高,产酸速率大于产甲烷,酸积累,pH下降，水力负荷大,微生物流失;过低,反应器体积大,运行投资费用大。3.厌氧生物处理影响因素(6)搅拌与混合：需要搅拌措施，不能过度搅拌影响微生物的生活环境，可用低速循环泵进行混合搅拌。(7)有毒物质：硫化氢和氨等，对微生物有毒害作用，氨的毒害作用以游离氨形式，与pH有关。厌氧生物处理法任务2污水的厌氧生物处理（1）1工艺分类2普通厌氧消化池3厌氧接触法4厌氧生物转盘5厌氧滤池工艺分类普通厌氧消化池密闭的圆柱形池；废水定期或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别由消化池底和上部排出，所产沼气从顶部排出；池径从几米至三、四十米，柱体部分的高度约为直径的1/2，池底呈圆锥形，以利排泥；为使进水与微生物尽快接触，需要一定的搅拌。（1）构造：普通消化池生活污水的剩余污泥；固体含量很高的有机废水。（2）处理对象高碑店厌氧消化池普通厌氧消化池池内机械搅拌、沼气搅拌、循环消化液搅拌。（3）搅拌方式：高温厌氧消化需要加温，常用加热方式有三种:废水在消化池外先经热交换器预热到规定温度再进入消化池；热蒸汽直接在消化器内加热；在消化池内部安装热交换管。（4）加温方式螺旋桨(机械)搅拌消化池普通厌氧消化池可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液；厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较简单；缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，消化器中难以保持大量的微生物细胞；无搅拌的消化器，存在料液的分层现象严重，微生物不能与料液均匀接触。体积较大、温度不均匀，消化效率低。（5）特点循环消化液搅拌式消化池厌氧接触法（1）结构及运行特性由消化池排出的混合液经真空脱气器脱去其中的沼气后，进入沉淀池进行固液分离，将沉淀污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法。1厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法，不需要曝气而需要脱气。2厌氧接触法厌氧接触法对悬浮物高的有机废水(如肉类加工废水等)效果很好，悬浮颗粒成为微生物的载体，并且很容易在沉淀池中沉淀。3在混合接触池中，要进行适当搅拌以使污泥保持悬浮状态。搅拌可以用机械方法，也可以用泵循环池水。4厌氧接触法（2）提高固液分离效果的方法由消化池排出的混合液经真空脱气器(真空度为0.005MPa)，将污泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉降性能。将从消化池排出的混合液进行急速冷却。向混合液中投加絮凝剂，使厌氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降。用超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效果。厌氧接触法（3）特点2）消化池的容积负荷较普通消化池高，中温消化时，一般为2-l0kgCOD/m3·d，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，而接触法小于10天。1）通过污泥回流，消化池内污泥浓度较高，一般为10-15g/L，耐冲击能力强。3）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；厌氧接触法5）需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备；4)混合液经沉降后，出水水质好，6）混合液难于在沉淀池中进行固液分离。厌氧接触法（4）其他厌氧接触氧化法的形式充填载体的厌氧接触法该法与普通厌氧接触法不同之处在于向消化池中投加惰性载体。如石英砂、无烟煤等，投加载体的目的在于增加消化池的污泥浓度，同时提高污泥的相对密度，以提高沉淀池的固液分离。厌氧接触法（4）其他厌氧接触氧化法的形式投磁粉的厌氧接触法该法是向消化池投加磁粉，也是一种有载体的厌氧接触法。利用载体提高消化池内微生物浓度和改善沉淀池的固液分离效果。不同的是从消化池排出的混合液在进入沉淀池之前经过磁体，在磁场的作用下，使混合液中污泥集聚形成为较大颗粒，以提高沉淀效果。投磁粉的厌氧接触法厌氧生物转盘（1）构造厌氧生物转盘主要靠盘片表面生物膜和悬浮在反应槽中的厌氧活性污泥共同完成，适合于繁殖速度很慢的甲烷菌的生长。主要由盘片、传动轴与驱动装置、反应槽等部分组成。在构造上有以下特点：厌氧生物转盘1）圆盘在反应槽的废水中浸没深度通常采用70％-100％，轴带动圆盘连续旋转，使各级转盘达到混合。2）一般将转盘加盖密封，在转盘上形成气室，以利于沼气的收集和输送。3）相邻的级用隔板分开，以防止废水短流。厌氧滤池（AF）（2）处理对象（3）特点污泥、高浓度有机废水（1）在中温条件下,COD容积负荷5-12kg/m3·d,COD去除率为70-75％,废水中有机氮基本上转化为HN3-N；（2）构造简单、启动快、运行管理方便。厌氧滤池（AF）厌氧滤池又称厌氧固定膜反应器，是60年代末开发的高效厌氧处理装置。（1）构造：厌氧生物滤池1)滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封；2)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；厌氧滤池（AF）3)填料可采用拳状石质滤料，如碎石、卵石等，也可使用塑料填料。4)废水从池底进入，从池上部排出，称升流式厌氧滤池。5)废水从池上部进入，以降流的形式流过填料层，从池底部排出，称降流式厌氧滤池。厌氧滤池（AF）升流式厌氧生物滤池进水沼气出水填料布水系统降流式厌氧生物滤池进水沼气出水填料布水系统厌氧滤池（AF）（2）运行特征生物膜厚度约为1-4mm；生物固体浓度沿滤料层高度而有变化。1适合于处理多种类型、浓度的有机废水。2有机负荷为0.2-15kgCOD/m3.d。3当进水浓度过高时，应采用出水回流的措施：①减少碱度的要求；②降低进水COD浓度；③增大进水流量，改善进水分布条件。4厌氧滤池（AF）（3）特点：滤池中的微生物量较高，生物膜停留时间长（100天左右），有机容积负荷高，且耐冲击负荷能力强。1废水与生物膜两相接触面大，有机物去除速度快。2微生物固着生长为主，不易流失，不需污泥回流和搅拌设备；3厌氧滤池（AF）启动或停止运行后再启动时间短；4处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发生堵塞，尤以进水部位更严重。滤池的清洗也还没有简单有效的方法。5厌氧滤池（AF）

（2）特点缺点：滤料费用较贵；滤料容易堵塞。优点：处理能力较高；微生物浓度高；不需另设泥水分离设备、出水SS较低；设备简单、操作方便。厌氧生物处理法任务3污水的厌氧生物处理（2）1上流式厌氧污泥床反应器（UASB）2折流板厌氧反应器（ABR）3厌氧流化床4分段厌氧处理法上流式厌氧污泥床(UASB)反应器（1）原理：沼气进水配水系统反应区

三相分离器出水系统出水进水集气罩悬浮污泥区颗粒污泥区污水自下而上通过反应器底部污泥床层，将大部分有机污染物降解为甲烷和二氧化碳，水流和气泡产生搅动，污泥床上形成污泥悬浮层，进一步反应后经过上部三相分离器，分离气、液和污泥。上流式厌氧污泥床(UASB)反应器UASB内没有人工载体，反应器内微生物以自身聚集生长，为颗粒污泥状态存在，因而能达到高生物量和高效高负荷。

1UASB成功的关键是污泥床内厌氧颗粒污泥的形成，其有利于代谢物的交换，特别是有利于种间氢的转移，促进有机物的降解。2颗粒污泥易于与水分离，保证良好的出水水质。3上流式厌氧污泥床(UASB)反应器（2）组成：（1）进水配水系统将废水均匀地分配到整个反应器，并具有进行水力搅拌的功能。这是反应器高效运行的关键之一。(2）反应区其中包括污泥床（颗粒污泥区）和污泥悬浮层，有机物主要在这里被厌氧菌所分解，是反应器的主要部位。上流式厌氧污泥床(UASB)反应器（3）三相分离器将废水均匀地分配到整个反应器，并具有进行水力搅拌的功能。这是反应器高效运行的关键之一。(4）集气罩其中包括污泥床（颗粒污泥区）和污泥悬浮层，有机物主要在这里被厌氧菌所分解，是反应器的主要部位。上流式厌氧污泥床(UASB)反应器（5）出水系统把沉淀区水面处理过的水均匀地加以收集，排出反应器。（6）浮渣清除系统浮渣清除系统的功能是清除沉淀区液面和气室液面的浮渣。如浮渣不多可省略。（7）排泥系统排泥系统的功能是均匀地排除反应区的剩余污泥。上流式厌氧污泥床(UASB)反应器（3）UASB反应器的工艺特征01在反应器的上部设置了气、固、液三相分离器。02在反应器底部设置了均匀布水系统。03反应器内的污泥能形成颗粒污泥：①直径为0.1-0.5cm，湿比重为1.04-1.08。②具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。③污泥浓度高，污泥龄一般为30天以上。上流式厌氧污泥床(UASB)反应器（3）UASB反应器的工艺特征04水力停留时间大大缩短，具有很高的容积负荷（2-15KgCOD/m3.d）。05适于处理高、中浓度有机工业废水，也可以处理低浓度城市污水；06将生物反应与沉淀分离集中在一个反应器内，结构紧凑。07无需设置填料，节省费用，提高容积利用率。上流式厌氧污泥床(UASB)反应器（4）UASB反应器的型式形状多为圆形或矩形，矩形断面便于三相分离器的设计和施工；常为钢结构或钢筋混凝土结构；一般不加热；多采用保温措施；必须采取防腐措施。主要有两种型式：(1)开敞式UASB反应器①顶部不加密封，或仅加一层不密封的盖板；②多用于处理中低浓度的有机废水；③构造较简单，易于施工安装和维修。开敞式UASB反应器上流式厌氧污泥床(UASB)反应器（4）UASB反应器的型式(2)封闭式UASB反应器①顶部加盖密封;②在液面与池顶之间形成了气室；③适用于处理高浓度的有机废水；④其池顶可以做成浮盖式。封闭式UASB反应器上流式厌氧污泥床(UASB)反应器（5）三相分离器设置气、液、固三相分离器是上流式厌氧污泥床的重要结构特性，它对污泥床的正常运行和获得良好的出水水质起十分重要的作用。一般来说，三相分离器应满足以下条件1)沉淀区斜壁角度的50度，使沉淀在斜底上的污泥不积聚，尽快滑回反应区内。上流式厌氧污泥床(UASB)反应器2)沉淀区的表面负荷应在0.7m3/m2·h以下，混合液进入沉淀区前，通过入流孔道（缝隙）的流速不大于2m/h。3)应防止气泡进入沉淀区影响沉淀。上流式厌氧污泥床(UASB)反应器4)应防止气室产生大量泡沫；并控制好气室的高度，防止浮渣堵塞出气管，保证气室出气管畅通无阻。从实践来看，气室水面上总是有一层浮渣，其厚度与水质有关。因此，在设计气室高度时，应考虑浮渣层的高度。此外还需考虑浮渣的排放。上流式厌氧污泥床(UASB)反应器（6）UASB反应器中的颗粒污泥能形成沉降性能良好、活性高的颗粒污泥是UASB反应器的重要特征；颗粒污泥的形成与成熟，是保证UASB反应器高效稳定运行的前提。形状多种多样，呈卵形、球形、丝状等；平均直径为1mm,一般为0.1~2mm，最大可达3~5mm；颜色多为黑色、灰色、灰白色，其它还有淡黄色、暗绿色、红色等；颗粒污泥的外观：上流式厌氧污泥床(UASB)反应器（7）UASB反应器的工程实例

1）武汉东西湖啤酒厂（流程图）上流式厌氧污泥床(UASB)反应器（7）UASB反应器的工程实例

2）驻马店华中制药厂（实景图）折流板厌氧反应器（ABR）（1）基本原理01在反应器内设置竖向导流板，将反应器分隔成串联的几个反应室；02每个反应室都是一个相对独立的上流式污泥床系统，其中的污泥以颗粒化形式或以絮状形式存在；03水流由导流板引导上下折流前进，逐个通过反应室内的污泥床层，进水中的底物与微生物充分接触而得以降解去除；折流板厌氧反应器（ABR）（1）基本原理04借助水流和气体上升的作用，污泥上下运动，而水平方向流速缓慢，使大量污泥截留在反应室中。具有完全混合和推流的复合型流态。折流板厌氧反应器（ABR）（2）特点良好的水利条件强化了容积利用率、运行稳定性和处理效果。01具有强大的生物固体截留能力（SS），不会造成堵塞。02不同隔室形成良好的微生态系统，前段以水解和产酸菌为主，后端以产甲烷菌为主，行使不同功能。03具有较高的抗冲击负荷能力，对废水中有毒物质具有较强的缓冲适应能力，具有良好的处理效果和稳定运行能力。04折流板厌氧反应器（ABR）（2）特点不需要混合搅拌装置，不需载体。05反应器启动期短。试验表明，接种一个月后，就有颗粒污泥形成，两个月就可以投入稳定运行。06避免了厌氧滤池、厌氧膨胀床和厌氧流化床的堵塞问题。07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。08缺点是第一个反应室承受的局部负荷较大。09折流板厌氧反应器（ABR）（3）ABR与UASB的比较01两种反应器构造不同；02UASB为完全混合型流态，ABR为复合型流态；04ABR对颗粒污泥的要求不高，而在UASB中是关键；03ABR具有更好的生物截留能力，运行稳定可靠，而UASB则不同；05ABR抗冲击负荷能力较强，在处理相同废水时，表现较优。厌氧流化床（1）原理厌氧流化床工艺是借鉴流态化技术的一种生物反应装置，它以小粒径载体为流化粒料，废水作为流化介质，当废水以升流式通过床体时，与床中附着于载体上的厌氧微生物膜不断接触反应，达到厌氧生物降解目的，产生沼气，于床顶部排出。厌氧流化床（2）特点01载体颗粒细，比表面积大（2000～3000m2/m3左右），使床内具有很高的微生物浓度，有机物容积负荷大，一般为10～40kgCOD/m3·d。02水力停留时间短，具有较强的耐冲击负荷能力，运行稳定。03载体处于流化状态，无床层堵塞现象，对高、中、低浓度废水均表现出较好的效能。厌氧流化床（2）特点04载体流化时，废水与微生物之间接触面大，同时两者相对运动速度快，强化了传质过程，从而具有较高的有机物净化速度；05床内生物膜停留时间较长，剩余污泥量少06结构紧凑、占地少以及基建投资省；07缺点是载体流化耗能较大，对系统的管理技术要求较高。厌氧流化床（3）降低动力消耗和防止床层堵塞的措施：（1）间歇性流化床工艺即以固定床与流化床间歇性交替操作。固定床操作时，不需回流，在一定时间间歇后，又启动回流泵，回流化床运行。（2）实现床层流态化尽可能取质轻、粒细的载体，如粒径20～30μm、相对密度1.05～1.2g/cm3的载体，保持低的回流量，甚至免除回流就可实现床层流态化。分段厌氧处理法（1）原理：将水解酸化过程和甲烷化过程分开在两个反应器内分阶段进行，以使两类微生物都能在各自的最适条件下生长繁殖。第一段功能：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；截留难降解的固态物质。分段厌氧处理法第二段功能：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；截留悬浮固体，以改善出水水质；多种组合：二段式厌氧处理法可以采用不同构筑物予以组合。例如对悬浮物高的工业废水，采用厌氧接触法与上流式厌氧污泥床反应器串联的组合分段厌氧处理法（2）特点缺点：使用设备较多；流程和操作复杂；不能对各种废水都提高负荷。优点：运行稳定可靠；能承受pH值、毒物的冲击；有机负荷率高；消化气中甲烷含量高。思政抗震救灾精神抗震救灾精神——万众一心，众志成城，不畏艰险，百折不挠，以人为本，尊重科学——万众一心、众志成城是中华民族同舟共济、团结奋斗精神的生动体现，是集体主义价值原则的充分展现，是社会主义集中力量办大事制度优势的有力彰显，是中国人民能够团结起来、共抗震灾的关键因素。不畏艰险、百折不挠是中华民族勤劳勇敢、自强不息精神基因的体现，是中国人民战胜磨难、创造奇迹的强大精神武器，承继了不怕牺牲、英勇斗争的革命传统，充分体现了中华民族敢于斗争、敢于胜利的英雄气概。以人为本、尊重科学在抗震救灾斗争的实践中