第六章厭氧生物處理(bear)

第六章厭氧生物處理法第一節(jié)厭氧生物處理法概述1.1厭氧生物處理技術(shù)的發(fā)展1.2厭氧生物處理法的基本原理1.3厭氧生物處理的影響因素1.4厭氧生物處理法的特點(diǎn)1.5厭氧生物處理法的分類第二節(jié)：上流式厭氧污泥床（UASB）反應(yīng)器第三節(jié)：厭氧微生物的培養(yǎng)和馴化第四節(jié)：厭氧生物處理的運(yùn)行管理第一節(jié)厭氧生物處理技術(shù)概述1.1厭氧生物處理技術(shù)的發(fā)展1896年英國(guó)出現(xiàn)了一座用于處理生活污水的厭氧消化池。隨后的近一個(gè)世紀(jì)內(nèi)，厭氧生物處理技術(shù)經(jīng)歷了從處理有機(jī)污泥、到處理高濃度有機(jī)工業(yè)廢水，到處理低濃度污水（如城市污水），以及從常溫條件下到控溫（中溫和高溫）。20世紀(jì)70年代初期，G.Lettinga成功開(kāi)發(fā)上流式厭氧污泥床（UASB）反應(yīng)器。目前，UASB已成為應(yīng)用最廣泛的厭氧處理方法選擇廢水（物）厭氧處理技術(shù)的依據(jù)有機(jī)廢水（物），尤其是高濃有機(jī)廢水（物）的處理方式，主要取決于廢水（物）的性質(zhì)。按性質(zhì)大致可以分為以下三類：易生物降解的廢水（物）主要來(lái)自農(nóng)牧產(chǎn)品和禽畜糞便等，這類廢水（物）有機(jī)物濃度高，且可利用成分多難生物降解的廢水（物）主要來(lái)自化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)和煉焦工業(yè)等有害有機(jī)廢水（物）主要來(lái)自化學(xué)工業(yè)和發(fā)酵工業(yè)等。這類有機(jī)物可能是易于生物降解的，但由于廢水中含有某些有害物質(zhì)，對(duì)微生物有毒害作用廢水厭氧生物處理是指在無(wú)分子氧條件下通過(guò)厭氧微生物(包括兼氧微生物）的作用，將廢水中的各種復(fù)雜有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過(guò)程，也稱為厭氧消化(anaerobicdigestion)。與好氧過(guò)程的根本區(qū)別：不以分子態(tài)氧作為受氫體，而以化合態(tài)氧、碳、硫、氮等作為受氫體。厭氧生物處理是一個(gè)復(fù)雜的微生物化學(xué)過(guò)程，依靠三大主要類群的細(xì)菌，即水解產(chǎn)酸細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌的聯(lián)合作用完成。厭氧生物處理的方法和基本功能有二：（1）酸發(fā)酵的目的是為進(jìn)一步進(jìn)行生物處理提供易生物降解的基質(zhì)；（2）甲烷發(fā)酵的目的是進(jìn)一步降解有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料。完全的厭氧生物處理工藝因兼有降解有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料的雙重功能，因而得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。厭氧生物處理法的處理對(duì)象是：高濃度有機(jī)工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動(dòng)植物殘?bào)w及糞便等。1.2厭氧法的基本原理1.2厭氧法的基本原理在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學(xué)作用，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行生化降解的過(guò)程，稱為厭氧生物處理法或厭氧消化法。若有機(jī)物的降解產(chǎn)物主要是有機(jī)酸，則此過(guò)程稱為不完全的厭氧消化，簡(jiǎn)稱為酸發(fā)酵或酸化。若進(jìn)一步將有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為以甲烷為主的生物氣，此全過(guò)程稱為完全的厭氧消化，簡(jiǎn)稱為甲烷發(fā)酵或沼氣發(fā)酵。

1.2厭氧生物處理法的基本原理水解酸化階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段產(chǎn)甲烷階段厭氧發(fā)酵的微生物學(xué)基礎(chǔ)厭氧微生物發(fā)酵細(xì)菌（不產(chǎn)甲烷厭氧微生物）、產(chǎn)甲烷微生物不產(chǎn)甲烷厭氧微生物包括細(xì)菌、真菌和原生動(dòng)物三大類細(xì)菌數(shù)量最多，起主要作用大多數(shù)為專性厭氧菌，如梭菌屬、桿菌屬等，有些兼性厭氧菌的數(shù)量也很大，如鏈球菌和腸道細(xì)菌廢水處理工藝中的厭氧微生物在厭氧消化系統(tǒng)中微生物主要分為兩大類：非產(chǎn)甲烷菌（non-menthanogens）和產(chǎn)甲烷細(xì)菌（menthanogens）。表產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的特性參數(shù)參數(shù)產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)酸菌對(duì)pH的敏感性敏感，最佳pH為6.8~7.2不太敏感，最佳pH為5.5~7.0氧化還原電位Eh<-350mv(中溫)，<-560mv(高溫)<-150~200mv對(duì)溫度的敏感性最佳溫度：30~38℃，50~55℃最佳溫度：20~35℃厭氧法的基本原理厭氧法的基本原理1、水解酸化階段（產(chǎn)酸或酸化細(xì)菌）厭氧法的基本原理2、產(chǎn)氣階段（甲烷細(xì)菌）

乙酸化階段甲烷化階段1.3厭氧生物處理法的影響因素

溫度pH有毒物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的配比攪拌1.溫度因素溫度與有機(jī)物負(fù)荷、產(chǎn)氣量關(guān)系見(jiàn)下圖。厭氧消化中的微生物對(duì)溫度的變化非常敏感，溫度的突然變化，對(duì)沼氣產(chǎn)量有明顯影響，溫度突變超過(guò)一定范圍時(shí)，則會(huì)停止產(chǎn)氣。根據(jù)采用消化溫度的高低，可以分為常溫消化（10~30℃）、中溫消化（35℃左右）和高溫消化（54℃左右）。由于發(fā)酵系統(tǒng)中的CO2分壓很高（20.3~40.5kPa），發(fā)酵液的實(shí)際pH值比在大氣條件下的實(shí)測(cè)值為低。一般認(rèn)為，實(shí)測(cè)值應(yīng)在7.2~7.3之間為好。pH值是影響厭氧消化微生物生命活動(dòng)過(guò)程的最重要因素之一。這個(gè)pH值范圍是指反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)區(qū)的pH值，而不是進(jìn)液的pH值。反應(yīng)器出液的pH值一般等于或接近反應(yīng)器內(nèi)的pH值。厭氧微生物對(duì)pH值的波動(dòng)很敏感，即使在其適宜生長(zhǎng)的pH值區(qū)域內(nèi)，pH值的迅速改變也對(duì)細(xì)菌的生長(zhǎng)產(chǎn)生重要影響，使其代謝活動(dòng)明顯下降產(chǎn)酸菌能適應(yīng)的pH值范圍較寬，最適宜pH值范圍是6.5-7.0，此時(shí)，其生化能力最強(qiáng)。甲烷菌能適應(yīng)的pH值范圍較窄，當(dāng)pH值范圍是6.5-7.5，產(chǎn)甲烷菌有較強(qiáng)的活性。實(shí)踐表明，各種產(chǎn)甲烷菌在不同環(huán)境中所需最適pH值各不相同。在厭氧法處理廢水的應(yīng)用中，由于產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷大多在同一構(gòu)筑物內(nèi)進(jìn)行，故為了維持平衡，避免過(guò)多的酸積累，常保持反應(yīng)器內(nèi)的pH值在6.5～7.5(最好在6.8～7.2)的范圍內(nèi)。2、pH值3.有毒物質(zhì)重金屬離子和某些陰離子重金屬離子對(duì)厭氧過(guò)程的抑制作用主要表現(xiàn)為：重金屬離子與某些酶結(jié)合，使酶失去活性，使某些生化代謝不能進(jìn)行某些重金屬及其氫氧化物的凝聚作用，使某些酶產(chǎn)生沉淀陰離子毒害作用較大的是硫化物硫化物濃度大于100mg/L時(shí)，對(duì)甲烷菌有抑制作用硫化物多的另一個(gè)危害會(huì)使沼氣中的H2S含量增加，不利于沼氣的利用。對(duì)厭氧消化具有抑制作用的物質(zhì)抑制物質(zhì)濃度/(mg/L)抑制物質(zhì)濃度/(mg/L)揮發(fā)性脂肪酸>2000Na3500～5500氨氮1500～3000Fe1710溶解性硫化物>200Cr6+3Ca2500～4500Cr3+500Mg1000～1500Cd150K2500～45004.營(yíng)養(yǎng)與環(huán)境條件污泥或污水中有機(jī)物的C/N對(duì)厭氧處理過(guò)程有很大影響一般認(rèn)為，C/N以（10-20）：1為宜廢水、污泥及廢料中的有機(jī)物種類繁多，只要未達(dá)到抑制濃度，都可連續(xù)進(jìn)行厭氧生物處理。對(duì)生物可降解性有機(jī)物的濃度并無(wú)嚴(yán)格限制，但若濃度太低，比耗熱量高，經(jīng)濟(jì)上不合算；水力停留時(shí)間短，生物污泥易流失，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行。一般要求COD大于1000mg/L。

COD∶N∶P=200∶5∶15.攪拌攪拌可使消化物料分布均勻，增加微生物與物料的接觸，并使消化產(chǎn)物及時(shí)分離，從而提高消化效率、增加產(chǎn)氣量。同時(shí)，對(duì)消化池進(jìn)行攪拌，可使池內(nèi)溫度均勻，加快消化速度，提高產(chǎn)氣量。消化池在不攪拌的情況下，消化料液明顯地分成結(jié)殼層、清液層、沉渣層，嚴(yán)重影響消化效果。1.4厭氧生物處理法的特點(diǎn)

污染物可作為能源回收利用，1KgBOD5相當(dāng)0.45Kg石油（0.35m3沼氣）厭氧處理不需要曝氣，節(jié)省能耗，為好氧處理的1/7。產(chǎn)生的污泥量少且穩(wěn)定，為好氧處理的1/5～1/10。營(yíng)養(yǎng)要求低，BOD:N:P=200:5:1。厭氧污泥的活性可保持?jǐn)?shù)日或數(shù)年而不衰退。容積負(fù)荷高（10～15KgBOD/m3·d）適合處理高濃度廢水。許多在好氧工藝中難以降解的復(fù)雜有機(jī)物可以順利降解。病原體在高溫厭氧中被迅速殺滅。對(duì)溫度、PH、毒物等環(huán)境因素比好氧處理敏感。處理不徹底，直接達(dá)標(biāo)排放較難。優(yōu)點(diǎn)：（1）應(yīng)用范圍廣好氧法一般只適用于中、低濃度有機(jī)廢水的處理，而厭氧法既適用于高濃度有機(jī)廢水，又適用于中、低濃度有機(jī)廢水。有些有機(jī)物對(duì)好氧生物處理法來(lái)說(shuō)是難降解的，但對(duì)厭氧生物處理是可降解的，如固體有機(jī)物、著色劑蒽醌和某些偶氮染料等。（2）能耗低好氧法需要消耗大量能量供氧，曝氣費(fèi)用隨著有機(jī)物濃度的增加而增大，而厭氧法不需要充氧，而且產(chǎn)生的沼氣可作為能源,1KgBOD5相當(dāng)0.45Kg石油（0.35m3沼氣）優(yōu)點(diǎn)：（3）負(fù)荷高通常好氧法的有機(jī)容積負(fù)荷為2-4kgBOD/(m3·d)，而厭氧法為2-10kgCOD/(m3·d)，高的可達(dá)50kgCOD/(m3·d)。（4）剩余污泥量少，且其濃縮性、脫水性良好好氧法每去除lkgCOD將產(chǎn)生0.4-O.6kg生物量，而厭氧出去除lkgCOD只產(chǎn)生0.02-0.lkg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5％-20％，減少剩余污泥處置費(fèi)用。同時(shí)，消化污泥在衛(wèi)生學(xué)上和化學(xué)上都是穩(wěn)定的。因此，剩余污泥處理和處置簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低，甚至可作為肥料、飼料或餌料利用。（5）氮、磷營(yíng)養(yǎng)需要量較少好氧法一般要求COD:N:P為l00:5:1，而厭氧法的COD:N:P為200-300:5:1優(yōu)點(diǎn)（6）有殺菌作用厭氧處理過(guò)程有一定的殺菌作用，可以殺死廢水和污泥中的寄生蟲卵、病毒等。（7）污泥易貯存厭氧活性污泥可以長(zhǎng)期貯存，厭氧反應(yīng)器可以季節(jié)性或間歇性運(yùn)轉(zhuǎn)。（8）無(wú)尾氣污染（9）較小的反應(yīng)器容積對(duì)溫度、PH、毒物等環(huán)境因素比好氧處理敏感。處理不徹底，直接達(dá)標(biāo)排放較難。為增加反應(yīng)器內(nèi)生物量啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)含有SO42-的廢水會(huì)產(chǎn)生硫化物和氣味無(wú)硝化作用低溫下動(dòng)力學(xué)速率底厭氧設(shè)備啟動(dòng)和處理所需時(shí)間比好氧設(shè)備長(zhǎng)；出水往往達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)一步處理，厭氧處理系統(tǒng)操作控制因素較為復(fù)雜。厭氧過(guò)程會(huì)產(chǎn)生氣味對(duì)空氣有污染缺點(diǎn)厭氧流化床和好氧工藝的比較厭氧流化床好氧工藝反應(yīng)器容積m38446434.5表面積m283.61394.5耗電（kWh/d）7208600全年電費(fèi)（$烷產(chǎn)量（m3/d）2038.80年產(chǎn)甲烷價(jià)值（$）1500000年污泥量（t）1801800厭氧活性污泥法包括普通消化池、厭氧接觸工藝、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器等。厭氧生物膜法包括厭氧生物濾池、厭氧流化床、厭氧生物轉(zhuǎn)盤等。1.5厭氧生物處理法的分類1.進(jìn)料口7.活動(dòng)蓋板2.出料間3.隔墻4.發(fā)酵間5.貯氣箱6.導(dǎo)氣管1.厭氧消化池

第一代厭氧反應(yīng)器特點(diǎn)：工藝傳統(tǒng)負(fù)荷低處理效率不高不經(jīng)濟(jì)普通消化池又稱傳統(tǒng)或常規(guī)消化池。消化池常用密閉的圓柱形池，廢水定期或連續(xù)進(jìn)入池中，經(jīng)消化的污泥和廢水分別由消化池底和上部排出，所產(chǎn)沼氣從頂部排出。池徑從幾米至三、四十米，柱體部分的高度約為直徑的1/2，池底呈圓錐形，以利排泥。為使進(jìn)水與微生物盡快接觸，需要一定的攪拌。常用攪拌方式有三種：池內(nèi)機(jī)械攪拌；沼氣攪拌；循環(huán)消化液攪拌。

1、普通厭氧消化池

普通厭氧消化池

在一個(gè)消化池內(nèi)進(jìn)行酸化，甲烷化和固液分離。設(shè)備簡(jiǎn)單。反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，池容積大。污泥易隨水流帶走，消化器內(nèi)難以保持大量的微生物細(xì)胞。攪拌方式有三種：池內(nèi)機(jī)械攪拌；沼氣攪拌；循環(huán)消化液攪拌。容積負(fù)荷為2~6kgCOD/m3?d圓筒形厭氧消化池

蛋形厭氧消化池厭氧反應(yīng)器的池形普通消化池的特點(diǎn)是:

可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液。厭氧消化反應(yīng)與固液分離在同一個(gè)池內(nèi)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。缺乏持留或補(bǔ)充厭氧活性污泥的特殊裝置，消化器中難以保持大量的微生物細(xì)胞。對(duì)無(wú)攪拌的消化器，還存在料液的分層現(xiàn)象嚴(yán)重，微生物不能與料液均勻接觸的問(wèn)題。溫度不均勻，消化效率低厭氧接觸系統(tǒng)普通消化池用于處理高濃度有機(jī)廢水時(shí)，為了強(qiáng)化有機(jī)物與池內(nèi)厭氧污泥的充分接觸，必須連續(xù)攪拌；同時(shí)為了提高處理效率，必須改間斷進(jìn)水排水為連續(xù)進(jìn)水排水。但這樣一來(lái)，會(huì)造成厭氧污泥的大量流失。為了克服這一缺點(diǎn)，可在消化池后串聯(lián)一個(gè)沉淀池，將沉淀下的污泥又送回消化池，因此組成了厭氧接觸系統(tǒng)。污泥回流量約為進(jìn)水流量的2~3倍。消化池內(nèi)的MLVSS為6~10g/L。2、厭氧接觸法2、厭氧接觸法

用沉淀池分離污泥并進(jìn)行回流。消化池中進(jìn)行適當(dāng)攪拌，池內(nèi)呈完全混合。能適應(yīng)高有機(jī)物濃度和高懸浮物的廢水。有一定抗沖擊負(fù)荷能力，運(yùn)行較穩(wěn)定，不受進(jìn)水懸浮物的影響。負(fù)荷高時(shí)污泥會(huì)流失。設(shè)備較多，操作上要求較高。污泥濃度10~15g/L，容積負(fù)荷2~10kgCOD/m3?d。厭氧接觸法實(shí)質(zhì)上是厭氧活性污泥法，不需要曝氣而需要脫氣。厭氧接觸法對(duì)懸浮物高的有機(jī)廢水（如肉類加工廢水等）效果很好，懸浮顆粒成為微生物的載體，并且很容易在沉淀池中沉淀。在混合接觸池中，要進(jìn)行適當(dāng)攪拌以使污泥保持懸浮狀態(tài)。攪拌可以用機(jī)械方法，也可以用泵循環(huán)池水。據(jù)報(bào)道，肉類加工廢水（BOD5約1000～1800mg/L）在中溫消化時(shí)，經(jīng)過(guò)6-12h（以廢水人流量計(jì)）消化，BOD5去除率可達(dá)90%以上。厭氧接觸法的特點(diǎn):

（a）通過(guò)污泥回流，保持消化池內(nèi)污泥濃度較高，一般為10～15g/L，耐沖擊能力強(qiáng)（b）消化池的容積負(fù)荷較普通消化池高；（c）可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液，不存在堵塞問(wèn)題；（d）混合液經(jīng)沉降后，出水水質(zhì)好；（e）但需增加沉淀池、污泥回流和脫氣等設(shè)備；（f）厭氧接觸法在處理高濃有機(jī)廢水和污泥等固體廢棄物的處置方面獲得較為廣泛的應(yīng)用

缺點(diǎn)：氣泡黏附在污泥上，影響污泥的沉降；可以處理含有少量懸浮物的廢水，但對(duì)懸浮物濃度較高的廢水，在厭氧接觸工藝之前必須采用分離預(yù)處理3.厭氧濾池厭氧濾池，又稱厭氧固定膜反應(yīng)器，是60年代末開(kāi)發(fā)的新型高效厭氧處理裝置。濾池呈圓柱形，池內(nèi)裝放填料，池底和池頂密封。厭氧微生物附著于填料的表面生長(zhǎng)，當(dāng)廢水通過(guò)填料層時(shí)，在填料表面的厭氧生物膜作用下，廢水中的有機(jī)物被降解，并產(chǎn)生沼氣，沼氣從池頂部排出。厭氧生物濾池的組成

厭氧生物濾池主要由以下幾個(gè)重要部分組成的，即：濾料、布水系統(tǒng)、沼氣收集系統(tǒng)。

根據(jù)廢水在厭氧生物濾池中的流向的不同，可分為升流式厭氧生物濾池、降流式厭氧生物濾池和升流式混合型厭氧生物濾池等三種形式，即分別如下圖所示：

微生物附著生長(zhǎng)在濾料上，平均停留時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)100d左右。濾料可采用拳狀石質(zhì)濾料，如碎石、卵石等，粒徑在40m左右，也可使用塑料填料。塑料填料具有較高的空隙率，重量也輕，但價(jià)格較貴。濾料不同，負(fù)荷有很大區(qū)別根據(jù)對(duì)一些有機(jī)廢水的試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)溫度在25℃一35℃時(shí)，在使用拳狀濾料時(shí)，體積負(fù)荷率可達(dá)到3～6kgCOD/m3·d；在使用塑料填料時(shí)，體積負(fù)荷率可達(dá)到3-10kgCOD/m3·d。升流式和降流式厭氧生物濾池厭氧生物濾池的特點(diǎn)是：

由于填料為微生物附著生長(zhǎng)提供了較大的表面積，濾池中的微生物量較高，又因生物膜停留時(shí)間長(zhǎng)，平均停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)100天左右，因而可承受的有機(jī)容積負(fù)荷高，COD容積負(fù)荷為2～16

kgCOD/(m3·d)，且耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；不需另設(shè)泥水分離設(shè)備，出水SS較低廢水與生物膜兩相接觸面大，強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程，因而有機(jī)物去除速度快；（c）微生物固著生長(zhǎng)為主，不易流失，因此不需污泥回流和攪拌設(shè)備；啟動(dòng)或停止運(yùn)行后再啟動(dòng)比前述厭氧工藝法時(shí)間短。處理含懸浮物濃度高的有機(jī)廢水，易發(fā)生堵塞，尤以進(jìn)水部位更嚴(yán)重，生物膜很厚。堵塞后，沒(méi)有簡(jiǎn)單有效的清洗方法。因此不適用于處理懸浮物高的廢水。適用于處理含懸浮物很低的溶解性有機(jī)物污染的廢水

厭氧生物濾池的特點(diǎn)及改進(jìn)：厭氧生物濾池采取如下改進(jìn)：（a）出水回流；（b）部分充填載體；（c）采用軟性填料。4、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）消化和固液分離在一個(gè)池內(nèi)。微生物量特高。負(fù)荷率高(10~20kgCOD/m3?d)?？?cè)莘e小。能耗低，不需攪拌。污泥濃度可達(dá)40~80g/L。5、厭氧流化床

厭氧流化床工藝是借鑒流態(tài)化技術(shù)的一種生物反應(yīng)裝置，它以小粒徑載體為流化粒料，廢水作為流化介質(zhì)，當(dāng)廢水以升流式通過(guò)床體時(shí)，與床中附著于載體上的厭氧微生物膜不斷接觸反應(yīng)，達(dá)到厭氧生物降解目的，產(chǎn)生沼氣，于床頂部排出。

流化床操作的首要滿足條件是：上升流速即操作速度必須大于臨界流態(tài)化速度，而小于最大流態(tài)化速度。上升流速應(yīng)控制在1.2～1.5倍臨界流化速度。

圖15-7厭氧流化床工藝流程厭氧流化床特點(diǎn)：（1）載體顆粒細(xì)，比表面積大，可高達(dá)2000～3000m2/m3左右，使床內(nèi)具有很高的微生物濃度，因此有機(jī)物容積負(fù)荷大，一般為10～40kgCOD/m3·d，水力停留時(shí)間短，具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力，運(yùn)行穩(wěn)定；（2）載體處于流化狀態(tài)，無(wú)床層堵塞現(xiàn)象，對(duì)高、中、低濃度廢水均表現(xiàn)出較好的效能；（3）載體流化時(shí)，廢水與微生物之間接觸面大，同時(shí)兩者相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度快，強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程，從而具有較高的有機(jī)物凈化速（4）床內(nèi)生物膜停留時(shí)間較長(zhǎng)，剩余污泥量少；（5）結(jié)構(gòu)緊湊、占地少以及基建投資省等。但載體流化耗能較大，且對(duì)系統(tǒng)的管理技術(shù)要求較高。

為了降低動(dòng)力消耗和防止床層堵塞，可采取如下措施：（1）間歇性流化床工藝，即以固定床與流化床間歇性交替操作。固定床操作時(shí)，不需回流，在一定時(shí)間間歇后，又啟動(dòng)回流泵，呈流化床運(yùn)行；（2）盡可能取質(zhì)輕、粒細(xì)的載體，如粒徑20-30μm、相對(duì)密度1.05～1.2g/cm3的載體。保持低的回流量，甚至免除回流就可實(shí)現(xiàn)床層流態(tài)化。6.分段厭氧處理法根據(jù)消化可分階段進(jìn)行的事實(shí)，研究開(kāi)發(fā)了二段式厭氧處理法，將水解酸化過(guò)程和甲烷化過(guò)程分開(kāi)在兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，以使兩類微生物都能在各自的最適條件下生長(zhǎng)繁殖。第一段功能：水解和液化固態(tài)有機(jī)物為有機(jī)酸；緩沖和稀釋負(fù)荷沖擊與有害物質(zhì)，并將截留難降解的固態(tài)物質(zhì)。反應(yīng)器可采用簡(jiǎn)易非密閉裝置、在常溫、較寬pH值范圍條件下運(yùn)行第二段功能：保持嚴(yán)格的厭氧條件和pH值，以利于甲烷菌的生長(zhǎng)；降解、穩(wěn)定有機(jī)物，產(chǎn)生含甲烷較多的消化氣，并截留懸浮固體，以改善出水水質(zhì)。第二步反應(yīng)器則要求嚴(yán)格密封、嚴(yán)格控制溫度和pH值范圍。按照所處理的廢水水質(zhì)情況，兩步可以采用同類型或不同類型的消化反應(yīng)器。二段式厭氧處理法的流程尚無(wú)定式，可以采用不同構(gòu)筑物予以組合。例如對(duì)懸浮物高的工業(yè)廢水，采用厭氧接觸法與上流式厭氧污泥床反應(yīng)器串聯(lián)的組合已經(jīng)有成功的經(jīng)驗(yàn)，其流程如下圖熱交換器:被廢水加熱到需要的溫度水解產(chǎn)酸反應(yīng)，控制條件之產(chǎn)生脂肪酸，盡量不產(chǎn)生沼氣沉淀分離，去除不溶性有機(jī)物產(chǎn)甲烷階段，使第一步反應(yīng)產(chǎn)生的有機(jī)酸生成甲烷和二氧化碳等最終產(chǎn)物兩步厭氧法具有如下特點(diǎn):

（a）耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，避免了一步法不耐高有機(jī)酸濃度的缺陷；（b）兩階段反應(yīng)不在同一反應(yīng)器中進(jìn)行，互相影響小，可更好地控制工藝條件。（c）消化效率高，尤其適于處理含懸浮固體多、難消化降解的高濃度有機(jī)廢水（d）但兩步法設(shè)備較多，流程和操作復(fù)雜。二段式厭氧處理法具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能承受pH值、毒物等的沖擊，有機(jī)負(fù)荷率高，消化氣中甲烷含量高等特點(diǎn)；但這種方法也有設(shè)備較多，流程和操作復(fù)雜等缺陷。研究表明，二段式并不是對(duì)各種廢水都能提高負(fù)荷率。例如，對(duì)于固態(tài)有機(jī)物低的廢水，不論用一段法或二段法，負(fù)荷率和效果都差不多。第二節(jié)：上流式厭氧污泥床（UASB）反應(yīng)器2.1UASB反應(yīng)器結(jié)構(gòu)UASB反應(yīng)器總體結(jié)構(gòu)及運(yùn)行流程污泥床污泥懸浮層沉淀區(qū)三相分離器布水系統(tǒng)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器

上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（upflowanaerobicsludgeblanketreactor)，簡(jiǎn)稱UASB反應(yīng)器，是由荷蘭的G.Lettnga等人在70年代初研制開(kāi)發(fā)的。污泥床反應(yīng)器內(nèi)沒(méi)有載體，是一種懸浮生長(zhǎng)型的消化器。由反應(yīng)區(qū)(reactionregion)、沉淀區(qū)(settlingregion)和氣室(gascollectiondome)三部分組成。在反應(yīng)器的底部是濃度較高的污泥層，稱污泥床，在污泥床上部是濃度較低的懸浮污泥層，通常把污泥層和懸浮層統(tǒng)稱為反應(yīng)區(qū)，在反應(yīng)區(qū)上部設(shè)有氣、液、固三相分離器。升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）三相分離器布水系統(tǒng)污泥床UASB反應(yīng)器的基本構(gòu)造和工作原理

在反應(yīng)器上部設(shè)置氣、固、液三相分離器，下部為污泥懸浮層區(qū)和污泥區(qū)，廢水從反應(yīng)器底部流入，向上流至反應(yīng)器頂部流出。UASB反應(yīng)器的工作原理廢水被盡可能均勻的引入到UASB反應(yīng)器的底部，污水向上通過(guò)包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥床。厭氧反應(yīng)發(fā)生在廢水與污泥顆粒的接觸過(guò)程，反應(yīng)產(chǎn)生的沼氣引起了內(nèi)部的循環(huán)。附著和沒(méi)有附著在污泥上的沼氣向反應(yīng)器頂部上升，碰擊到三相分離器氣體發(fā)射板，引起附著氣泡的污泥絮體脫氣。氣泡釋放后污泥顆粒將沉淀到污泥床的表面，氣體被收集到反應(yīng)器頂部的三相分離器的集氣室。一些污泥顆粒會(huì)經(jīng)過(guò)分離器縫隙進(jìn)入沉淀區(qū)。

工業(yè)級(jí)UASB裝置鋼制圓形結(jié)構(gòu)混凝土方形結(jié)構(gòu)UASB特點(diǎn)反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度較高。一般平均污泥濃度為30～40g/L，污泥床中的污泥以活性生物量占70-80％的顆粒污泥為主；1有機(jī)負(fù)荷較高，水力停留時(shí)間大大縮短。中溫消化，COD容積負(fù)荷一般為10-20kgCOD/（m3·d）；2反應(yīng)器內(nèi)設(shè)三相分離器。被沉淀區(qū)分離的污泥能自動(dòng)回流到反應(yīng)區(qū)，一般無(wú)污泥回流設(shè)備；3無(wú)混合攪拌設(shè)備。投產(chǎn)運(yùn)行正常后，利用本身產(chǎn)生的沼氣和進(jìn)水來(lái)攪動(dòng)；4污泥床內(nèi)不填載體。節(jié)省造價(jià)及避免堵塞問(wèn)題；5反應(yīng)器內(nèi)有短流現(xiàn)象，影響處理能力；6運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)水質(zhì)和負(fù)荷突然變化比較敏感。7基本構(gòu)造

①進(jìn)水配水水系統(tǒng)

②反應(yīng)區(qū)

③三相分離器

④氣室

⑤出水系統(tǒng)

⑥排泥系統(tǒng)和浮渣清除系統(tǒng)

UASB的特點(diǎn)

①床內(nèi)生物量多20-30g/l

②容積負(fù)荷率高一般可以達(dá)到10kgCOD/m3.d

③設(shè)備不需充填填料，不需設(shè)置攪拌裝置（為什么？），便于管理。

顆粒污泥形成的機(jī)理

主要掌握：UASB反應(yīng)器的最大特點(diǎn)：就是在反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)污泥顆?；?，從而具有良好的沉降性能。甲烷八疊球菌屬厭氧顆粒污泥UASB反應(yīng)器總體結(jié)構(gòu)及運(yùn)行流程UASB反應(yīng)器主體部分水封沼氣處理反應(yīng)區(qū)分離區(qū)厭氧污泥床懸浮污泥床污泥床容積一般占整個(gè)UASB反應(yīng)區(qū)容積的30％左右污泥濃度40000-80000mg/L由顆粒污泥組成，污泥體積指數(shù)10-20mg/L微生物主要包括桿菌、球菌和絲狀菌對(duì)有機(jī)物的降解占70-80%。上流式厭氧污泥床的池形有圓形、方形、矩形。小型裝置常為圓柱形，底部呈錐形或圓弧形。大型裝置為便于設(shè)置氣、液、固三相分離器，則一般為矩形，高度一般為3～8m，其中污泥床1～2m，污泥懸浮層2～4m，多用鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。污泥懸浮床容積一般占整個(gè)UASB反應(yīng)區(qū)容積的70％左右污泥濃度15000-30000mg/L絮狀污泥污泥體積指數(shù)30-40mg/L對(duì)有機(jī)物的降解占10-30%。沉淀區(qū)固液分離，保證污泥床中污泥濃度穩(wěn)定；保證反應(yīng)器集氣室的有效空間高度；三相分離器兩個(gè)重要功能：收集從分離器下的反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣使分離器之上的懸浮物沉淀下來(lái)三相分離器設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)從反應(yīng)器中分離和排放出產(chǎn)生的生物氣有效地防止具有生物活性的厭氧污泥流失使污泥通過(guò)斜板返回反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)當(dāng)污泥床向上膨脹時(shí)，防止過(guò)量污泥進(jìn)入沉淀區(qū)提高出水凈化效果防止上浮的顆粒污泥洗出布水系統(tǒng)布水系統(tǒng)兼有配水和水力攪拌的功能，所以必須滿足以下各項(xiàng)要求：進(jìn)水必須在反應(yīng)器底部均勻分配，確保各單位面積的進(jìn)水量基本相同，以防止短路或表面負(fù)荷不均等現(xiàn)象發(fā)生在滿足污泥床水力攪拌需要的同時(shí)，應(yīng)充分考慮水力攪拌和反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的沼氣攪拌，對(duì)進(jìn)水于污泥混合效果的影響，盡可能防止局部產(chǎn)生酸化現(xiàn)象。布水系統(tǒng)進(jìn)水方式布水點(diǎn)間隙式進(jìn)水脈沖式進(jìn)水連續(xù)均勻進(jìn)水間隙回流進(jìn)水一管一點(diǎn)一管多點(diǎn)配水系統(tǒng)的主要形式2.2UASB主要設(shè)計(jì)參數(shù)有機(jī)負(fù)荷（容積負(fù)荷）：消化反應(yīng)器單位有效容積每天接受的有機(jī)物量[KgCOD/(m3.d)]UASB反應(yīng)器有效容積的計(jì)算V=QS0/NvV=Tq=AH進(jìn)水配水系統(tǒng)樹枝管式配水系統(tǒng)、穿孔管式配水系統(tǒng)、多點(diǎn)多管式配水系統(tǒng)三相分離器三相分離器設(shè)計(jì)目標(biāo)：從反應(yīng)器中分離和排放出產(chǎn)生的生物氣有效地防止具有生物活性的厭氧污泥流失使污泥通過(guò)斜板返回反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)當(dāng)污泥床向上膨脹時(shí)，防止過(guò)量污泥進(jìn)入沉淀區(qū)提高出水凈化效果防止上浮的顆粒污泥洗出UASB反應(yīng)器于三相分離器示意圖三相分離器的主要功能：氣液分離固液分離污泥回流三相分離器設(shè)計(jì)分為3個(gè)內(nèi)容：沉淀區(qū)設(shè)計(jì)回流縫設(shè)計(jì)氣液分離設(shè)計(jì)三相分離器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：沉降斜面與水平夾角45-60度間隙面面積氣體分離器高度反射板與集氣室重疊的寬度出氣管直徑沉降區(qū)出水堰設(shè)浮渣擋板；浮渣嚴(yán)重，集氣室設(shè)高壓噴霧噴嘴。出水系統(tǒng)浮渣清除系統(tǒng)水封材料與防腐臭氣防護(hù)排泥設(shè)備加熱保溫沼氣利用第三節(jié)厭氧微生物的培養(yǎng)和馴化培菌前的準(zhǔn)備培菌方法

接種培養(yǎng)法逐步培養(yǎng)法

培菌注意事項(xiàng)

加快培養(yǎng)啟動(dòng)過(guò)程控制污泥投加量無(wú)須加入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)沼氣安全問(wèn)題馴化第四節(jié)UASB的運(yùn)行管理水質(zhì)分析項(xiàng)目與運(yùn)行控制指標(biāo)反映處理效果的項(xiàng)目：進(jìn)出水BOD、COD、SS、VFA、有毒物質(zhì)水質(zhì)分析項(xiàng)目反映污泥情況的項(xiàng)目：SV、MLSS、MLVSS、SVI、溶解氧、微生物觀察等反映污泥營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境條件的項(xiàng)目：氮、磷、水溫、pH等水質(zhì)測(cè)定頻次運(yùn)行控制指標(biāo)UASB反應(yīng)器的啟動(dòng)顆粒污泥化的過(guò)程和優(yōu)點(diǎn)UASB反應(yīng)器的啟動(dòng)和運(yùn)行UASB反應(yīng)器的初次啟動(dòng)UASB反應(yīng)器的二次啟動(dòng)接種污泥的選擇生產(chǎn)性投產(chǎn)過(guò)程初始啟動(dòng)階段、顆粒污泥出現(xiàn)期、顆粒污泥培養(yǎng)期UASB反應(yīng)器消化過(guò)程中的控制參數(shù)有機(jī)負(fù)荷厭氧消化時(shí)間水質(zhì)異常現(xiàn)象污泥生長(zhǎng)過(guò)于緩慢反應(yīng)器過(guò)負(fù)荷污泥產(chǎn)甲烷活性不足顆粒污泥洗出絮狀污泥或表面松散“起毛”的顆粒污泥形成并被洗出顆粒污泥破裂分散維護(hù)保養(yǎng)消化池的各種加熱設(shè)施均應(yīng)定期除垢、檢修、更換；消化池池體、沼氣管道、蒸氣管道和熱水管道、熱交換器及閘閥等設(shè)施、設(shè)備應(yīng)每年進(jìn)行保溫檢查和維修；寒冷季節(jié)應(yīng)做好設(shè)備和管道的保溫防凍工作；熱交換器管路和閘閥處的密封材料應(yīng)及時(shí)更換；正常運(yùn)行的消化池，宜5年徹底清理、檢修一次。技術(shù)指標(biāo)序號(hào)項(xiàng)目運(yùn)行參數(shù)1溫度(℃)34±12投配率(%)4～83污泥含水率(%)進(jìn)泥95～98出泥95左右4pH值7～85有機(jī)物分解率(%)大于306污泥沼氣攪伴供氣量m3