厭氧生物特點(diǎn)、分類和處理

1、厭氧生物特點(diǎn)、分類和處理15.1 概述15.1.1 厭氧生物處理的發(fā)展 15.1.2 厭氧生物處理的特點(diǎn) 15.1.3 厭氧生物處理工藝的分類 15.1.4 厭氧生物處理的發(fā)展趨勢(shì) 厭氧生物處理的發(fā)展 厭氧過(guò)程廣泛存在于自然界中，主要用于剩余污泥的厭氧消化處理. 1881年，法國(guó)，Louis Mouras ，“自動(dòng)凈化器”； 處理城市污水的化糞池、雙層沉淀池等 處理剩余污泥的各種厭氧消化池等；HRT很長(zhǎng)、處理效率很低、濃臭的氣味等；70年代后，能源危機(jī)，現(xiàn)代高速厭氧反應(yīng)器，厭氧消 化工藝開(kāi)始大規(guī)模地應(yīng)用于廢水處理；厭氧生物處理的發(fā)展 厭氧接觸法（Anaerobic Contact Proces

2、s） 厭氧濾池（Anaerobic Filter、 AF ） 上流式厭氧污泥層（床）反應(yīng)器(Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Bed)、UASB ) 厭氧流化床 (Anaerobic Fluidized Bed、AFB ) 厭 氧 附 著 膜 膨 脹 床 (Anaerobic Attached Film Expanded Bed 、AAFEB) 厭 氧 生 物 轉(zhuǎn) 盤 （ Anaerobic Rotated Biological Disc、ARBD） 折流式厭氧反應(yīng)器（Anaerobic Baffled Reactor、 ABR）厭氧生物處理的發(fā)展90年代以后，

3、在UASB反應(yīng)器基礎(chǔ)上又發(fā)展起來(lái)了 EGSB和IC反應(yīng)器； EGSB反應(yīng)器，處理低溫低濃度的有機(jī)廢水；IC反應(yīng)器，處理高濃度有機(jī)廢水，可達(dá)到更高的有 機(jī)負(fù)荷。15.1.2 厭氧生物處理的特點(diǎn)厭氧生物處理優(yōu)點(diǎn)：能耗少（可產(chǎn)生沼氣）、運(yùn)行費(fèi)用低、污泥產(chǎn)量少，能處理高濃度有機(jī)廢水和某些好氧不能處理的有機(jī)廢水、BOD（COD）有機(jī)負(fù)荷和容積負(fù)荷高、可間歇運(yùn)行。厭氧生物處理缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)周期長(zhǎng)、出水不達(dá)標(biāo)（需加好氧工藝）。15.1.4 厭氧生物處理的發(fā)展趨勢(shì)從目前厭氧處理工藝技術(shù)和設(shè)備發(fā)展前景來(lái)看，進(jìn)一步提高生物處理能力和穩(wěn)定性的途徑有以下方面： （1）提高反應(yīng)器中生物持有量； （2）利用厭氧微生物處理中微

4、生物種群的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)相分離； （3）研制反應(yīng)器使之形成特殊的水力流態(tài)，創(chuàng)造厭氧微生物的最適生存條件。15.2 厭氧生物處理的基本原理15.2.1 復(fù)雜有機(jī)物的厭氧降解 15.2.2 水解階段 15.2.3 產(chǎn)酸發(fā)酵階段 15.2.4 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段 15.2.5 產(chǎn)甲烷階段 15.2.6 其他厭氧生物處理過(guò)程15.2.1 復(fù)雜有機(jī)物的厭氧降解傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為：有機(jī)物的厭氧生物處理分為兩個(gè)階段：產(chǎn)酸（或酸化）階段（acidogenic phase）和產(chǎn)甲烷（或甲烷）階段（methanogenic phase） 1967年Bryant報(bào)告認(rèn)為，復(fù)雜有機(jī)物的厭氧反應(yīng)過(guò)程經(jīng)歷3個(gè)階段。 后來(lái)發(fā)展為4階段的

5、厭氧代謝過(guò)程：水解（hydrolysis）階段；產(chǎn)酸發(fā)酵（acidogenic fermentation）階段；產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸（H2-producing acetogenesis）階段； 產(chǎn)甲烷（methanogenesis）階段 細(xì)菌類型分為兩大類型：產(chǎn)酸細(xì)菌（acidogens）和產(chǎn)甲烷細(xì)菌（methanogens）厭氧生物代謝過(guò)程示意圖圖19-1 產(chǎn)甲烷的串聯(lián)代謝（McCarty和Smith,1986）乙酸CH4 CO228%72% 長(zhǎng)鏈脂肪酸（丙酸、丁酸等） 簡(jiǎn)單有機(jī)化合物（糖、氨基酸、肽） 復(fù)雜有機(jī)化合物（碳水化合物、蛋白質(zhì)、類脂類）13%10%5%20%35%17%水解產(chǎn)酸H2CO21

6、5.2.2 水解階段水解定義：復(fù)雜的非溶解性的有機(jī)物質(zhì)在產(chǎn)酸細(xì)菌胞外水解酶的作用下被轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的溶解性單體或二聚體的過(guò)程 不溶解性大分子有機(jī)物經(jīng)胞外水解酶的作用，在溶液中分解為水溶性的小分子有機(jī)物，如氨基酸、脂肪酸、葡萄糖、甘油等 纖維素經(jīng)水解轉(zhuǎn)化成較簡(jiǎn)單的糖類； 蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化成較簡(jiǎn)單的氨基酸； 脂類轉(zhuǎn)化成脂肪酸和甘油等15.2.3 產(chǎn)酸發(fā)酵階段發(fā)酵（fermentation）定義：有機(jī)物既作為電子受體也是電子供體的生物降解過(guò)程 。簡(jiǎn)單的有機(jī)物在產(chǎn)酸菌的作用下（胞內(nèi)酶）經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵和氧化轉(zhuǎn)化成乙酸、丙酸、丁酸等（揮發(fā)性）脂肪酸和醇類等 。產(chǎn)酸發(fā)酵的末端產(chǎn)物組成取決于厭氧生態(tài)條件、底物種類和參與的

7、微生物群。15.2.4 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：將產(chǎn)酸發(fā)酵階段2C以上的有機(jī)酸（除乙酸）和醇轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、二氧化碳的過(guò)程，并產(chǎn)生新的細(xì)菌物質(zhì)。 這類細(xì)菌稱為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌。水解的產(chǎn)物被發(fā)酵細(xì)菌攝入體內(nèi)，進(jìn)行代謝，由于菌種不同，產(chǎn)物也不一樣，眾多產(chǎn)物中僅CO2、H2、乙酸、甲酸、甲醇、甲胺（三甲一乙）可以被產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用。其它產(chǎn)物（丙酸、丁酸等脂肪酸和醇類）經(jīng)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成H2和乙酸等方可被利用。15.2.5 產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷階段：由嚴(yán)格專性厭氧的產(chǎn)甲烷細(xì)菌將乙酸、甲酸、甲醇、甲胺和二氧化碳/氫氣等轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳（沼氣）的過(guò)程 產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用CO2、H2、三甲一乙將有

8、機(jī)物中的碳最終以CH4、CO2等產(chǎn)物形式逸出。 15.2.6 其他厭氧生物處理過(guò)程1. 硫酸鹽還原過(guò)程 硫酸鹽還原：是指在厭氧條件下，化能異養(yǎng)型硫酸鹽還原細(xì)菌（sulfate-reducing bactecia，簡(jiǎn)稱SRB）利用廢水中的有機(jī)物作為電子供體，將氧化態(tài)硫化合物還原為硫化物的過(guò)程。 以乳酸為電子供體的化學(xué)反應(yīng)式可表示為： 15.2.6 其他厭氧生物處理過(guò)程硫酸鹽還原過(guò)程對(duì)厭氧生物處理的影響 ：廢水SO42-濃度低時(shí)，還原作用弱，對(duì)厭氧處理無(wú)影響，且SO42-還原菌可利用H2，從而降低氫分壓，一定程度上促進(jìn)有機(jī)物厭氧處理。廢水SO42-濃度高時(shí)， SO42-還原菌會(huì)和產(chǎn)甲烷菌競(jìng)爭(zhēng)共同底

9、物乙酸和H2；同時(shí)SO42-還原產(chǎn)生的H2S會(huì)對(duì)甲烷菌產(chǎn)生抑制作用，H2S還會(huì)對(duì)沼氣的產(chǎn)生造成嚴(yán)重影響。故象味精廢水等高濃度SO42-廢水，宜用專門的SO42-反應(yīng)器用作SO42-還原，目前常用的是二相厭氧反應(yīng)器（有二個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)酸菌反應(yīng)器和產(chǎn)甲烷菌反應(yīng)器)。其他厭氧生物處理過(guò)程2. 反硝化與厭氧氨氧化 （1）生物反硝化反應(yīng)：（2）厭氧氨氧化：無(wú)氧環(huán)境中，同時(shí)存在 NH4+和 NO2-時(shí)， NH4+作為反硝化的無(wú)機(jī)電子供體， NO2-作為電子受體，產(chǎn)生N2，這是生物氮轉(zhuǎn)化的新理論。厭氧氨氧化細(xì)菌有可能是亞硝化單胞菌屬中的二個(gè)種（和），它們能同時(shí)進(jìn)行硝化和反硝化，無(wú)氧條件下， NH4+為電子供體，

10、轉(zhuǎn)化N2，還原NO2-，無(wú)需有機(jī)C源，以碳酸鹽或CO2為無(wú)機(jī)C源，氨氮轉(zhuǎn)化率同好氧硝化相當(dāng)，能節(jié)省C源和供氧消耗。研究認(rèn)為：在高氨氮廢水中，控制亞硝化在57%時(shí)，進(jìn)入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器，生成的NO2-和氨氮?jiǎng)偤猛瑫r(shí)去除15.3 厭氧微生物生態(tài)學(xué)厭氧生物處理中，一般產(chǎn)酸細(xì)菌種群多，代謝速率和生長(zhǎng)速率快，所以厭氧處理中（產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段）的控制步驟在產(chǎn)甲烷階段。近年來(lái)，隨著對(duì)厭氧生物處理的研究，對(duì)產(chǎn)酸階段的影響因子也作了很大的研究，力求最大限度地發(fā)揮兩類菌群的作用。15.3 厭氧微生物生態(tài)學(xué)厭氧處理中，由于產(chǎn)甲烷階段要求的生態(tài)條件苛刻，并對(duì)環(huán)境改變敏感，對(duì)產(chǎn)甲烷階段研究較多，目前對(duì)厭氧處理生態(tài)學(xué)

11、的研究包含了以下部分：15.3.1 影響產(chǎn)酸細(xì)菌的主要生態(tài)因子 15.3.2 影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子 15.3.3 影響硫酸鹽還原菌的主要生態(tài)因子 15.3.4 厭氧生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 15.3.5 厭氧生物處理過(guò)程中微生物優(yōu)勢(shì)種群的演替及相互關(guān)系 15.3.1 影響產(chǎn)酸細(xì)菌的主要生態(tài)因子1. PH值：一般認(rèn)為最佳pH值為67；考慮到產(chǎn)甲烷菌的生存條件（ pH值為 ），反應(yīng)器中產(chǎn)酸發(fā)酵區(qū)域的pH不應(yīng)低于。 現(xiàn)代研究證明，在正常ORP（-150-400mv）范圍內(nèi)： 時(shí)，發(fā)生乙醇型發(fā)酵； 時(shí)，發(fā)生丁酸型發(fā)酵；PH=5左右時(shí)，主要產(chǎn)物有乙酸、丙酸、丁酸和乙醇；左右時(shí)，發(fā)生丙酸型發(fā)酵；2. 氧化還

12、原電位（ORP) ：一般認(rèn)為，產(chǎn)酸細(xì)菌的最適ORP范圍為200300mV。 15.3.1 影響產(chǎn)酸細(xì)菌的主要生態(tài)因子3. 堿度：在產(chǎn)酸發(fā)酵過(guò)程中，足夠的堿度可保證系統(tǒng)具有良好的緩沖能力，避免pH值迅速降低而導(dǎo)致某些厭氧細(xì)菌受到抑制。 4. 溫度：一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)酸細(xì)菌最佳工作溫度為35 左右 5. 水力停留時(shí)間和有機(jī)負(fù)荷 有機(jī)負(fù)荷為560 ，產(chǎn)酸細(xì)菌可發(fā)揮良好的作用，水力停留時(shí)間過(guò)短將影響底物的轉(zhuǎn)化程度。水力停留時(shí)間過(guò)短則出水中會(huì)出現(xiàn)較多未降解的有機(jī)物。15.3.2 影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子1. PH值：一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)甲烷細(xì)菌的最適pH值為； 2. 氧化還原電位 ：產(chǎn)甲烷細(xì)菌最適ORP為3005

13、00mV；pH值低，ORP值高；pH值高，ORP低。 3. 有機(jī)負(fù)荷率：負(fù)荷率習(xí)慣上以投配率表達(dá)，即每日投加的生污泥容積占反應(yīng)器容積的百分?jǐn)?shù)，而對(duì)于厭氧生物處理有機(jī)廢水時(shí)，大都以容積負(fù)荷率為參數(shù)，懸浮生長(zhǎng)工藝也可用污泥負(fù)荷率作指標(biāo)； 4. 溫度：最適溫度有2個(gè)區(qū)，中溫區(qū)在3039之間，高溫區(qū)在5060。 15.3.2 影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子5. 污泥濃度：在連續(xù)式厭氧生物處理有機(jī)廢水系統(tǒng)中，新開(kāi)發(fā)的工藝均以污泥保有量高為主要特點(diǎn)。如上流式厭氧污泥層反應(yīng)器，平均污泥濃度可達(dá)到3050g/L，比好氧曝氣池中生物量高1020倍。 6. 堿度：產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生存條件一般為pH在6以上 7. 接觸與

14、攪拌：攪拌是提高傳質(zhì)速率的重要因素之一。影響傳質(zhì)速率的因素主要有厭氧污泥與介質(zhì)間的液膜厚度，攪拌可降低液膜厚度。另外注意布水系統(tǒng)對(duì)接觸的影響，避免在反應(yīng)器中出現(xiàn)短流的現(xiàn)象。 15.3.2 影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子8. 營(yíng)養(yǎng)：試驗(yàn)表明，COD：N：P控制在500：5：1左右為宜，在厭氧處理裝置啟動(dòng)時(shí)，可稍微增加氮素，有利于微生物的增殖，并有利于提高反應(yīng)器的緩沖能力 9. 抑制物和激活劑 所謂“有毒”是相對(duì)的，既有激活作用又有抑制作用，關(guān)鍵在于它們的濃度界限，即毒閾濃度。 氨對(duì)產(chǎn)甲烷階段的影響見(jiàn)下表15.3.2 影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子厭氧生物處理中重金屬毒性限度見(jiàn)下表15.3.2 影響產(chǎn)

15、甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子部分有機(jī)物在厭氧處理中的容許濃度見(jiàn)下表15.3.2 影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子其它一些物質(zhì)對(duì)厭氧處理的激活作用見(jiàn)下表15.3.3 影響硫酸鹽還原菌的主要生態(tài)因子1、溫度：中溫的硫酸鹽還原菌最適生長(zhǎng)溫度為3035；高溫菌種能夠在5070的范圍內(nèi)生長(zhǎng)； 2、PH值：最適的pH值是； 3、氧化還原電位ORP： 一般應(yīng)保持在100mV以下； 4、碳硫比： 不應(yīng)小于1：5； 5、鹽度：非嗜鹽性的硫酸鹽還原菌培養(yǎng)基的pH值應(yīng)調(diào)至；嗜鹽性的硫酸鹽還原菌的培養(yǎng)基最好調(diào)至。嗜鹽性菌一般分布在海洋環(huán)境中，要求NaCl濃度大于，最適宜的濃度為13。15.3.4 厭氧生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)厭氧生化反應(yīng)

16、動(dòng)力學(xué)方程式： 式中 底物去除速率， ； 最大比底物利用速率， ； 可降解的底物濃度，mg/L； 半速度常數(shù)，即最大比底物利用速率為一半時(shí)的底物 濃度，mg/L； 生物濃度，mg/L； 細(xì)菌增殖速率， ； 細(xì)菌產(chǎn)率系數(shù)，mgVSS/mgCOD； 細(xì)菌衰亡速率系數(shù)， 。厭氧生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)將上式合并，并除以X得： 式中 細(xì)菌比增殖速率，mgVSS/（mgVSSd） 對(duì)厭氧生物處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，典型的Y，kd（mgVSSd），厭氧細(xì)菌的動(dòng)力學(xué)參數(shù)見(jiàn)下表： 15.3.5 厭氧生物處理過(guò)程中微生物優(yōu)勢(shì)種群的演替及相互關(guān)系1. 產(chǎn)酸細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長(zhǎng)繁殖的底物 2. 產(chǎn)酸細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌創(chuàng)造了適宜的氧化

17、還原電位 3. 產(chǎn)酸細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌清除了有毒物質(zhì) 4. 產(chǎn)酸細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生化反應(yīng)解除了反饋控制 5. 產(chǎn)酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌共同維持環(huán)境中的適宜PH值15.4 升流式厭氧污泥層工藝升流式厭氧污泥層（Upflow Anaerobic Sludge Blanket，簡(jiǎn)稱UASB）反應(yīng)器，由荷蘭Wageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)Lettinga等人在19711978年間研制的。 UASB工藝的工作原理廢水自下部進(jìn)入反應(yīng)器，并以一定上升流速通過(guò)污泥層向上流動(dòng)； 進(jìn)水底物與厭氧活性污泥充分接觸而降解，并產(chǎn)生沼氣； 隨著氣體量增加，氣體從污泥層不斷逸出，引起污泥層呈沸騰流化狀態(tài)； 氣、液、固的混合液上升至

18、三相分離器內(nèi)，氣體可被收集，污泥和水則進(jìn)入上部相對(duì)靜止的沉淀區(qū)，在重力作用下，水與污泥分離，上清液從沉淀區(qū)上部排出，污泥被截留在三相分離器下部并通過(guò)斜壁返回到反應(yīng)區(qū)內(nèi)。UASB工藝的工作原理污泥在UASB反應(yīng)器的分布規(guī)律如下圖所示：15.4.2 顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件UASB反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷能達(dá)5-6kgCOD/m3.d，關(guān)健是其能形成顆粒污泥。15.4.2 顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件1. 顆粒污泥形成的原理 在UASB污泥顆?；^(guò)程中，根據(jù)接種污泥的性質(zhì)、底物的成分及啟動(dòng)條件，可能形成以下三種類型的顆粒污泥（1）桿菌顆粒，直徑在13mm；（2）絲菌顆粒，直徑在15mm ；（3

19、）球菌顆粒，直徑在。 Lettinga等研究認(rèn)為：細(xì)菌很容易在惰性材料表面上附著并結(jié)團(tuán)。污泥結(jié)團(tuán)的主要核心是較重的污泥及顆粒，細(xì)菌則以某種程度附著在上面，顆粒污泥中存在著大量的絲狀甲烷菌屬，如索氏絲狀甲烷菌，具有極強(qiáng)的附著能力，能促進(jìn)顆粒污泥的形成。有良好沉降性的顆粒污泥形成和成熟是UASB高效運(yùn)行的關(guān)健。顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件2. UASB反應(yīng)器初次啟動(dòng)的操作原則 啟動(dòng)階段的目的：一是使污泥適應(yīng)將要處理廢水中的有機(jī)物；二是使污泥具有良好的沉降性能。 綜合研究表明，啟動(dòng)應(yīng)遵循5個(gè)原則： （1）最初的污泥負(fù)荷應(yīng)低于（kgSSd）；（2）廢水中原來(lái)存在和產(chǎn)生出來(lái)的各種揮發(fā)酸未能有效地分解

20、之前，不應(yīng)增加反應(yīng)器負(fù)荷； （3）反應(yīng)器內(nèi)的環(huán)境條件應(yīng)控制在有利于厭氧細(xì)菌繁殖的范圍內(nèi)；（4）種泥量應(yīng)盡可能多，一般應(yīng)為1015kgVSS/m3；（5）控制一定的上升流速，允許多余的污泥沖洗出來(lái)，截留住重質(zhì)污泥。顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件形成顆粒污泥的過(guò)程可以歸納為以下三個(gè)階段： 第一階段：?jiǎn)?dòng)與提高污泥活性階段；有機(jī)負(fù)荷1kgCOD/（m3d），時(shí)間約1個(gè)月。 第二階段：形成顆粒污泥階段；有機(jī)負(fù)荷選擇13kgCOD/（m3d），顆粒逐漸成長(zhǎng)為直徑13mm左右的顆粒污泥，此階段1月。 第三階段：逐漸形成顆粒污泥層階段。反應(yīng)器的阿有機(jī)負(fù)荷大于35kgCOD/（m3d），隨著負(fù)荷的提高，反應(yīng)

21、器的污泥總量逐漸增加，污泥層逐漸提高，顆粒污泥層需要34個(gè)月。顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件3. 影響污泥顆?；囊蛩?（1）接種污泥：同類和稠密型（60kg/m3）污泥效果好， （2）廢水的性質(zhì)：包括有機(jī)組分(易降解)、濃度COD5g/L、懸浮物含量(SS2g/L)及可生物降解性能等. （3）反應(yīng)器的工藝條件：主要控制參數(shù)有溫度、揮發(fā)酸、固體停留時(shí)間（SRT）以及有機(jī)負(fù)荷等。 4. 影響顆粒污泥直徑大小的因素 顆粒污泥的大小受底物在傳質(zhì)過(guò)程中所能進(jìn)入顆粒內(nèi)部的深度支配。 顆?；^(guò)程的關(guān)鍵因素：較大的上升流速與產(chǎn)氣量可選擇性地洗出較小的顆粒和絮狀污泥15.4.3 顆粒污泥的性質(zhì)1. 顆粒污泥

22、的物理性質(zhì) （1）形狀不規(guī)則，一般呈球形或橢球形，直徑2mm左右，最大可達(dá)35mm； （2）顏色呈灰黑色或褐黑色； （3）相對(duì)密度一般為左右； （4）污泥指數(shù)（SVI）與顆粒大小有關(guān)，顆粒污泥一般為10mL/gSS； （5）顆粒污泥在反應(yīng)器中的沉降速率一般為； 顆粒污泥的性質(zhì)2. 顆粒污泥的成分 含有微生物及分泌物外。一般都含有惰性物質(zhì)，還含有金屬離子。 成熟的顆粒污泥，VSS/SS一般為7080，根據(jù)廢水性質(zhì)可在3090。 3. 顆粒污泥的活性 活性可采用最大比底物利用速率（kmax）表示，不同底物培養(yǎng)的顆粒污泥的活性不同。 4. 顆粒污泥的微生物組成15.4.4 UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原

23、理UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)需要考慮的主要因素為： （1）廢水組成成分和固體含量； （2）有機(jī)容積負(fù)荷（volumetric organic load）； （3）上升流速（upflow velocity）； （4）三相分離系統(tǒng)； （5）布水系統(tǒng)和水封高度等物理特性。UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理1. 廢水水質(zhì)特性 設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮廢水是否影響污泥的顆粒化，形成泡沫和浮渣，降解速率如何等。 廢水中含有的懸浮固體愈多，所形成的顆粒密度越小，進(jìn)水懸浮固體濃度不應(yīng)大于6gTSS/L。 2. 有機(jī)容積負(fù)荷 Lettinga等推薦的典型有機(jī)容積負(fù)荷見(jiàn)下兩表第十五章 厭氧生物處理UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理3. 上升流速

24、 亦稱表面水力負(fù)荷，與進(jìn)水流量和反應(yīng)器橫截面積有關(guān)，是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。 Lettinga等推薦的典型上升流速和反應(yīng)器高度見(jiàn)下表： UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理4. 三相分離器的結(jié)構(gòu) 氣、固、液分離器又稱三相分離器，由沉淀區(qū)、集氣室(或稱集氣罩)和氣封組成，其功能是把氣體(沼氣)、固體(微生物)和液體分離。 氣體被分離后進(jìn)入集氣室(罩)，然后，固液混合液在沉淀區(qū)進(jìn)行固液分離，下沉的固體藉重力由回流縫返回反應(yīng)區(qū)。 三相分離器分離效果好壞將直接影響反應(yīng)器的處理效果 三相分離器的主要功能有：一是收集從分離器下反應(yīng)室產(chǎn)生的沼氣，達(dá)到氣液分離的目的；二是使得在分離器之上的懸浮物沉淀下來(lái)，達(dá)到固液分離的目的

25、 UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理要實(shí)現(xiàn)三相分離器的功能，應(yīng)滿足以下條件： （1）水和污泥的混合物在進(jìn)入沉淀室前，產(chǎn)生氣泡須得到分離。 （2）要防止沉降室內(nèi)氣體的產(chǎn)生，所以污泥在沉降室內(nèi)的停留時(shí)間一定要短，厭氧反應(yīng)過(guò)程必須在進(jìn)入三相分離器之前完成。 （3）由于厭氧污泥具有凝結(jié)的性質(zhì)，液流上升通過(guò)泥層時(shí)，應(yīng)有利于在沉淀區(qū)內(nèi)形成污泥層。沉淀區(qū)斜壁角度要恰當(dāng)，應(yīng)使沉淀在斜底上的污泥不積聚，盡快滑回反應(yīng)區(qū)內(nèi)，以維持反應(yīng)區(qū)內(nèi)有很高的污泥濃度和較長(zhǎng)的污泥齡。 （4）沉淀區(qū)的表面負(fù)荷應(yīng)在一定范圍（3/（m2h）內(nèi)，混合液進(jìn)入沉淀區(qū)前，通過(guò)入流孔道的流速不大于顆粒污泥的沉淀速度。 （5）應(yīng)防止氣室產(chǎn)生大量的泡沫，

26、且要控制氣室的高度，防止浮渣阻塞出氣管 UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理三相分離器的設(shè)計(jì)示意圖見(jiàn)下圖UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理分離器的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾方面的因素： （1）沉淀器底部?jī)A角應(yīng)較大，可選擇4560 （2）沉淀器內(nèi)最大截面的表面水力負(fù)荷應(yīng)保持在 以下，水流通過(guò)液固分離孔隙的平均流速應(yīng)保持在 以下；（3）氣體收集器間縫隙的截面面積不小于總面積的1520； （4）對(duì)于高為57m的反應(yīng)器，氣體收集器的高度應(yīng)為2m； （5）b100200mm； （6）控制氣室 的水面高度及壓力。UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理a的構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，但泥水分離的情況不夠理想，因?yàn)榛亓骺p內(nèi)同時(shí)存在上升和下降兩種流體，互相有

27、干擾。c也有類似情況。b的構(gòu)造雖較為復(fù)雜，但污泥回流和水流上升互相不干擾，污泥回流通暢，泥水分離效果較好，氣體分離效果也較好。UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理5. 布水系統(tǒng) 提高反應(yīng)器處理能力的重要因素之一：底物與污泥充分接觸，布水應(yīng)盡量均勻，避免溝流，布水點(diǎn)的設(shè)置很重要。 原則上：UASB反應(yīng)器的進(jìn)水可參考濾池大阻力布水系統(tǒng)形式，在反應(yīng)器底部均勻設(shè)置布水點(diǎn)，布水的不均勻系數(shù)為，可以達(dá)到布水均勻的目的。 對(duì)大型UASB構(gòu)筑物，采取在反應(yīng)器底部多點(diǎn)進(jìn)水； 對(duì)于UASB反應(yīng)器，Lettinga建議在完成了啟動(dòng)之后，每個(gè)進(jìn)水點(diǎn)負(fù)擔(dān)2。 但是在溫度低于20或低負(fù)荷的情況，產(chǎn)氣率較低并且污泥和進(jìn)水的混合不充

28、分時(shí)，需要較高密度的布水點(diǎn)。對(duì)于城市污水De Man和van de last建議1-2m2/孔UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理大型UASB反應(yīng)器的布水系統(tǒng)見(jiàn)下圖：UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理6. 水封高度 設(shè)計(jì)水封高度的計(jì)算原理圖：UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理計(jì)算式為： 式中 水封有效高度； 氣室液面出水的高度； 水封后面的阻力； 氣室頂部到出水水面的高度，由沉淀器尺寸 決定； 氣室高度。 15.4.5 UASB反應(yīng)器的若干發(fā)展形式1. 復(fù)合式厭氧反應(yīng)器（Upflow Blanket Filter，簡(jiǎn)稱UBF） 在UASB反應(yīng)器的污泥層上部增加生物填料，填料上可生長(zhǎng)大量厭氧細(xì)菌，從而起到污泥攔截和

29、增加生物量的作用。UASB反應(yīng)器的若干發(fā)展形式2. 厭氧折流板反應(yīng)器（Anaerobic Baffled Reactor，簡(jiǎn)稱ABR） 如圖所示： ABR工藝的優(yōu)越性：運(yùn)行簡(jiǎn)單；在較短的水力停留時(shí)間（HRT）下可實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的污泥齡（SRT）；不需特殊的污泥特性，生物適應(yīng)能力強(qiáng)；可處理各種廢水；多級(jí)運(yùn)行可改善降解動(dòng)力學(xué)條件；耐沖擊負(fù)荷。UASB反應(yīng)器的若干發(fā)展形式3. 厭氧往復(fù)層反應(yīng)器（Anaerobic Migrating Blanket Reactor，簡(jiǎn)稱AMBR） 如圖所示，該工藝在ABR的基礎(chǔ)上加入機(jī)械攪拌。UASB反應(yīng)器的若干發(fā)展形式4. 內(nèi)循環(huán)（Internal Circulatio

30、n，簡(jiǎn)稱IC）厭氧工藝 IC厭氧反應(yīng)器由荷蘭Paques公司1985年在UASB基礎(chǔ)上推出的第三代高效厭氧反應(yīng)器，1988年第一座生產(chǎn)規(guī)模的IC反應(yīng)器投入運(yùn)行。 IC反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)組成：（1）混合區(qū)，進(jìn)水與回流污泥混合；（2）顆粒污泥膨脹床區(qū)，第一反應(yīng)室；（3）精處理區(qū)，第二反應(yīng)室；（4）內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，是IC反應(yīng)器的核心構(gòu)造，包括一級(jí)三相分離器、沼氣提升管、氣液分離器和泥水下降管；（5）二級(jí)三相分離區(qū)，包括集氣管和沉淀區(qū)。 IC反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖：UASB反應(yīng)器的若干發(fā)展形式IC反應(yīng)器的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)： （1）實(shí)現(xiàn)自發(fā)的內(nèi)循環(huán)污泥回流； （2）引入分級(jí)處理，并賦予其新的功能； （3）泥水充分接觸，提高傳

31、質(zhì)速率。 IC反應(yīng)器的不足：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，施工、安裝和日常維護(hù)困難；反應(yīng)器高度大，水泵的動(dòng)力消耗有所增加；反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)尺寸和設(shè)計(jì)參數(shù)還需進(jìn)一步探索。15.5 兩相厭氧生物處理15.5.1 兩相厭氧生物處理原理 15.5.2 兩相厭氧生物處理技術(shù) 15.5.3 最適液相末端發(fā)酵產(chǎn)物的選擇15.5.1 兩相厭氧生物處理原理兩相厭氧消化工藝是在上世紀(jì)70年代產(chǎn)生的。其基本出發(fā)點(diǎn)是：在單相反應(yīng)器中，存在著脂肪酸的產(chǎn)生與被利用（產(chǎn)甲烷）之間的平衡，維持兩類微生物之間的協(xié)調(diào)與平衡十分不易；兩相厭氧消化工藝就是為了克服單相厭氧消化工藝的上述缺點(diǎn)而提出的。 兩個(gè)反應(yīng)器中分別培養(yǎng)發(fā)酵細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌，并控制不

32、同的運(yùn)行參數(shù)，使其分別滿足兩類不同細(xì)菌的最適生長(zhǎng)條件；反應(yīng)器可以采用前述任一種反應(yīng)器，二者可以相同也可以不同兩相厭氧生物處理原理實(shí)現(xiàn)二相分離的方法主要有： （1） 化學(xué)法：投加抑制劑或調(diào)整氧化還原電位，抑制產(chǎn)甲烷菌在產(chǎn)酸相中的生長(zhǎng)； （2）物理法：采用選擇性的半透明膜使進(jìn)入兩個(gè)反應(yīng)器的基質(zhì)有顯著的差別，以實(shí)現(xiàn)相的分離； （3） 動(dòng)力學(xué)控制法：利用產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在生長(zhǎng)速率上的差異，控制兩個(gè)反應(yīng)器的水力停留時(shí)間，使產(chǎn)甲烷菌無(wú)法在產(chǎn)酸相中生長(zhǎng)。 目前應(yīng)用的最多的相分離的方法，是最后一種，即動(dòng)力學(xué)控制法。但實(shí)際上，很難做到相的完全分離。兩相厭氧生物處理原理主要特點(diǎn)： （1）有機(jī)負(fù)荷比單相工藝明顯提高

33、； （2）產(chǎn)甲烷相中的產(chǎn)甲烷菌活性得到提高，產(chǎn)氣量增加； （3） 運(yùn)行更加穩(wěn)定，承受沖擊負(fù)荷的能力較強(qiáng)； （4）當(dāng)廢水中含有SO42-等抑制物質(zhì)時(shí)，其對(duì)產(chǎn)甲烷菌的影響由于相的分離而減弱； （5） 對(duì)于復(fù)雜有機(jī)物（如纖維素等），可以提高其水解反應(yīng)速率，因而提高了其厭氧消化的效果。15.5.2 兩相厭氧生物處理技術(shù)國(guó)內(nèi)外的兩相厭氧生物處理工藝所采用的反應(yīng)器形式來(lái)看，主要有兩種： 一種是兩相均采用UASB反應(yīng)器； 一種稱為Anodek工藝，其特點(diǎn)是產(chǎn)酸相為接觸式反應(yīng)器，產(chǎn)甲烷相則采用UASB反應(yīng)器。 國(guó)內(nèi)常采用前一方式，歐洲常采用后者。 高希（Ghosh）等（1975）報(bào)道，采用兩相厭氧生物處理工藝

34、處理剩余污泥，總停留時(shí)間約7d的處理效果，接近單相厭氧反應(yīng)器21d的處理效果。兩相厭氧生物處理技術(shù)幾種廢水兩相和單相厭氧生物處理工藝的結(jié)果對(duì)比表15.5.3 最適液相末端發(fā)酵產(chǎn)物的選擇皮皮恩（Pipyn）等（1981）從發(fā)酵產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為CH4時(shí)所釋放能量的角度考慮，認(rèn)為最適末端發(fā)酵產(chǎn)物宜選擇乳酸和乙酸（見(jiàn)下表）；Pipyn等認(rèn)為，在實(shí)際產(chǎn)酸相反應(yīng)器中，控制乙醇和乳酸形成的運(yùn)行條件比較苛刻，而且受到厭氧條件下細(xì)菌生長(zhǎng)特性及環(huán)境條件的限制。15.6 懸浮生長(zhǎng)厭氧生物處理法15.6.1 完全混合懸浮生長(zhǎng)厭氧消化池 15.6.2 厭氧接觸法 15.6.3 厭氧序批式反應(yīng)器15.6.1 完全混合懸浮生長(zhǎng)厭

35、氧消化池完全混合懸浮生長(zhǎng)厭氧消化池（Complete-mix Suspended Growth Anaerobic Digester）見(jiàn)下圖：完全混合懸浮生長(zhǎng)厭氧消化池完全混合懸浮生長(zhǎng)厭氧消化池屬完全混合攪拌槽式反應(yīng)器（Complete Stirred Tank Reactor，CSTR ） 特點(diǎn)：沒(méi)有污泥回流，HRT等于SRT，HRT一般為1520d；工藝中生物持有量少，代謝速率低。 適用：處理固體含量高以及溶解性有機(jī)物濃度非常高的廢水。 典型的有機(jī)負(fù)荷和水力停留時(shí)間見(jiàn)下表：15.6.2 厭氧接觸法厭氧接觸法（Anaerobic Contant Process） 示意圖見(jiàn)下圖：厭氧接觸法厭氧

36、接觸法的特點(diǎn)： （1）污泥濃度高，一般為510 gVSS/L，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)； （2）有機(jī)容積負(fù)荷高，中溫時(shí)，COD負(fù)荷16 kgCOD/m3d，去除率為7080%；BOD負(fù)荷0.52.5 kgBOD/m3d，去除率8090%； （3）出水水質(zhì)較好； （4） 增加了沉淀池、污泥回流系統(tǒng)、真空脫氣設(shè)備，流程較復(fù)雜； （5）適合于處理懸浮物和有機(jī)物濃度均很高的廢水厭氧接觸法在厭氧接觸法工藝中，最大的問(wèn)題是污泥的沉淀，因?yàn)閰捬跷勰嗌弦话憧偸歉街行〉臍馀?，且由于污泥在二沉池中還具有活性，還會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生沼氣，有可能導(dǎo)致已下沉的污泥上浮。 因此，必須采用有效的改進(jìn)措施，主要有以下兩種，即： （1）真空脫

37、氣設(shè)備（真空度為500mmH2O）； （2）增加熱交換器，使污泥驟冷，暫時(shí)抑制厭氧污泥的活性15.6.3 厭氧序批式反應(yīng)器厭氧序批式反應(yīng)器（Anaerobic Sequencing Batch Reactor，簡(jiǎn)稱ASBR）厭氧序批式反應(yīng)器厭氧序批式反應(yīng)器成功的關(guān)鍵之一：能否形成沉降性能良好的顆粒污泥。 厭氧序批式反應(yīng)器的工藝運(yùn)行分為：進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀和排水。 當(dāng)HRT為624h，SRT可達(dá)到50200d。 達(dá)格（Dague）研究小組的小試研究成果表明（1996），ASBR工藝有可能在低溫條件處理低濃度廢水。15.7 固著生長(zhǎng)厭氧生物處理法固著生長(zhǎng)厭氧生物處理法亦可稱厭氧生物膜法，是在厭氧反應(yīng)器中利用載體上生長(zhǎng)的厭氧微生物處理廢水。 常見(jiàn)的工藝有： 升流式厭氧填充床反應(yīng)器（Upflow Anaerobic Packed-bed Reactor，UAPBR）、厭氧膨脹床反應(yīng)器（Anaerobic Expanded-bed Reactor，AEBR）、厭氧流化床反應(yīng)器（ Anaerobic Fluidizeded-bed Reactor，AFBR ）、降流式厭氧固著生長(zhǎng)反應(yīng)器（Downflow Anaerobic Attached Growth Reactor，AEBR ） 各種反應(yīng)器具有的共同特點(diǎn)：（1）升