水質(zhì)工程學(xué)排水工程

水質(zhì)工程學(xué)排水工程第1頁(yè)/共237頁(yè)4.1概述4.1.1厭氧微生物學(xué)發(fā)展概況（自學(xué)）--國(guó)外；國(guó)內(nèi)4.1.2厭氧生物處理工藝發(fā)展—國(guó)外；國(guó)內(nèi)4.1.3厭氧生物處理工藝分類4.1.4厭氧生物處理技術(shù)在污（廢）水處理領(lǐng)域的地位第2頁(yè)/共237頁(yè)4.1概述厭氧生物處理：無(wú)氧條件，厭氧微生物，轉(zhuǎn)化有機(jī)物或無(wú)機(jī)物為甲烷（CH4）、二氧化碳、硫化氫等物質(zhì)的過(guò)程。用途：1）剩余污泥穩(wěn)定處理，稱厭氧消化、污泥消化；2）有機(jī)廢水處理；第3頁(yè)/共237頁(yè)厭氧處理工藝和好氧處理工藝對(duì)比第4頁(yè)/共237頁(yè)4.1.1厭氧微生物學(xué)發(fā)展概況（自學(xué)）

1、國(guó)外概況1630年，VamHelmeut第一次發(fā)現(xiàn)由生物質(zhì)厭氧消化產(chǎn)生可燃的甲烷氣體。1776年，意大利物理學(xué)家Volta認(rèn)為甲烷氣體產(chǎn)生與湖泊沉積物中植物體的腐爛有關(guān)。1868年，Becbamp首次指出甲烷形成過(guò)程是一種微生物學(xué)過(guò)程。1875年，俄國(guó)學(xué)者Popoff也發(fā)現(xiàn)沼氣發(fā)酵是由微生物所引起的。1901年，荷蘭的N.L.Soehngen(DELFT)對(duì)產(chǎn)甲烷菌的形態(tài)特性及其轉(zhuǎn)化作用提出了一個(gè)比較清楚的概念，觀察到低級(jí)脂肪酸可轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳，氫和二氧化碳發(fā)酵可形成甲烷。第5頁(yè)/共237頁(yè)1902年，Maze獲得了一種產(chǎn)甲烷的微球菌，后命名為馬氏甲烷球菌。1916年，V.L.Omeliansky分離到1株不產(chǎn)芽孢、發(fā)酵乙醇產(chǎn)甲烷菌，后被命名為奧氏甲烷桿菌，現(xiàn)證實(shí)其并非一個(gè)純菌種。1//1934年，VanNiel提出二氧化碳還原為甲烷的理論。1936年，Barker采用化學(xué)合成培養(yǎng)基培養(yǎng)陰溝污泥，獲得了能很好的發(fā)酵乙醇、丙醇和丁醇的有機(jī)體。HeukeVeleian和Heinemann提出了一個(gè)計(jì)算甲烷菌近似數(shù)目的技術(shù)。2//1950年，R.E.Hungate發(fā)明厭氧培養(yǎng)技術(shù)，提供了分離培養(yǎng)轉(zhuǎn)化厭氧微生物的有效方法，創(chuàng)造了甲烷菌研究的條件。

第6頁(yè)/共237頁(yè)1967年，M.P.Bryant采用改良的Hungate技術(shù)將共生的Omeliansky甲烷桿菌分純。證明了它是甲烷桿菌MOH菌株和“S”有機(jī)體的共生體，使長(zhǎng)達(dá)51年來(lái)一直認(rèn)為是純種的經(jīng)典甲烷菌得以弄清楚其本來(lái)的面目。使產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)氫菌之間的相互關(guān)系得到了證實(shí)。揭示了種間分子氫轉(zhuǎn)移的理論，為正確認(rèn)識(shí)厭氧消化過(guò)程中氫的產(chǎn)生、消耗和調(diào)節(jié)規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。1977年，Thaner等全面闡述了關(guān)于厭氧化能營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌中的能量轉(zhuǎn)化的生物力能學(xué)。70～80年代中Widdel等分離得到了多種性能各異的硫酸鹽還原菌，命名了多個(gè)新屬，開(kāi)闊了人們對(duì)硫酸鹽還原菌的認(rèn)識(shí)。至1989年，已分離獲得的產(chǎn)甲烷菌有3目16科13屬43種。至1991年已收集了產(chǎn)甲烷菌65種。并闡明了產(chǎn)甲烷菌的基質(zhì)、輔酶、培養(yǎng)條件、能量代謝以及與不產(chǎn)甲烷厭氧菌之間的關(guān)系。//第7頁(yè)/共237頁(yè)4.1.1厭氧微生物學(xué)發(fā)展概況（自學(xué)）

2、國(guó)內(nèi)概況由于厭氧消化細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖要求極其嚴(yán)格的厭氧條件，研究厭氧消化細(xì)菌工作較為困難。直至1978年我國(guó)才開(kāi)始這方面的研究工作。1980年美國(guó)著名微生物學(xué)家，厭氧操作技術(shù)的發(fā)明者Hungate教授被應(yīng)邀來(lái)華講學(xué)，對(duì)我國(guó)厭氧消化微生物的研究工作起到了指導(dǎo)和推動(dòng)作用。隨后我國(guó)學(xué)者結(jié)合我國(guó)蓬勃開(kāi)展的大辦沼氣事業(yè)和廢水厭氧處理，對(duì)厭氧發(fā)酵微生物學(xué)進(jìn)行了大量的研究工作，取得很大進(jìn)展。1）產(chǎn)甲烷菌研究1980年以來(lái)我國(guó)學(xué)者對(duì)厭氧消化產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行了深入的研究，產(chǎn)甲烷菌純培養(yǎng)的獲得和研究，開(kāi)發(fā)了我國(guó)產(chǎn)甲烷菌的資源寶庫(kù)，也使我們對(duì)產(chǎn)甲烷菌的生活習(xí)性有了深入的了解。

第8頁(yè)/共237頁(yè)產(chǎn)甲烷菌菌名分離者時(shí)間產(chǎn)甲烷菌菌名分離者時(shí)間巴氏八疊球菌BTC菌株周孟津,楊秀山1980亨氏甲烷螺菌JZl錢澤澍、竺建榮1987嗜樹(shù)木甲烷短桿菌TC713錢澤澍1984活動(dòng)甲烷微菌CC81陳革、錢澤澍1987甲酸甲烷桿菌TC708錢澤澍1984布氏甲烷桿菌CS劉光燁、趙一章等1987PC03，PC25凌代文1987嗜熱甲烷八疊球菌CB張輝、趙一章1987馬氏甲烷八疊球菌C-44趙一章,尤愛(ài)達(dá),1984甲烷桿菌G-86.1馬光廷1987LYC劉聿太1985嗜熱自養(yǎng)甲烷桿菌TH-6陳美慈、錢澤澍1988史氏甲烷短桿菌H13、HX趙一章,張輝,許寶孝1985

1985球狀產(chǎn)甲烷菌SN倪水松、錢澤澍1987拉布雷微粒甲烷菌Z趙一章等1989嗜熱甲酸甲烷桿菌HB12趙一章,張輝1986第9頁(yè)/共237頁(yè)2）厭氧消化中非產(chǎn)甲烷菌研究劉克鑫，徐潔泉等(1980)分離出腸桿菌科和芽孢桿菌科中6株產(chǎn)氫細(xì)菌；廖連華(1986)從污水處理廠污泥中分離出1株中溫性纖維素分解菌，纖維二糖棱菌。譚蓓英(1987)從豬糞玉米秸作原料的甲烷發(fā)酵液中分離出了1株C菌株的纖維分解細(xì)菌。凌代文等(1987)從豆制品廢水發(fā)酵液中分離出水解發(fā)酵性細(xì)菌。第10頁(yè)/共237頁(yè)劉聿太(1987)分離到了氧化丁酸鹽的沃氏互營(yíng)單胞菌和產(chǎn)甲烷菌的互營(yíng)培養(yǎng)物；錢澤澍、馬曉航(1989)詳細(xì)研究了丁酸鹽降解菌沃氏互營(yíng)單胞菌和氫營(yíng)養(yǎng)菌共培養(yǎng)物的組成和互營(yíng)聯(lián)合條件。趙宇華、錢澤澍(1990)研究了能降解20個(gè)碳的硬脂酸的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷的互營(yíng)培養(yǎng)物。閔航(1990)獲得了1株嗜熱性苯甲酸厭氧降解菌和產(chǎn)甲烷菌共培養(yǎng)物，并分離到1株能從H2／CO2形成乙酸又能利用乙酸的硫酸鹽還原菌新種嗜熱氧化乙酸脫硫腸狀菌。3）對(duì)專性互營(yíng)的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌共培養(yǎng)物的研究也取得了進(jìn)展。第11頁(yè)/共237頁(yè)4.1.2厭氧生物處理工藝發(fā)展

1、國(guó)外發(fā)展概述120多年歷史，3個(gè)時(shí)期（1）、初級(jí)階段：20世紀(jì)20年代以前，處理廢水、糞便，代表構(gòu)筑物：四類。1）1881，法，自動(dòng)凈化器；2）1895，英，化糞池；3）1904，英，Travis池；4）1905，德，Imhoff池；HRT長(zhǎng)，處理效率低，出水水質(zhì)差，濃臭的氣味，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。第12頁(yè)/共237頁(yè)1）1881，法，自動(dòng)凈化器；1860年法國(guó)人LouisMouras把簡(jiǎn)易沉淀池改進(jìn)作為污水污泥處理構(gòu)筑物使用。1881年法國(guó)Cosmos雜志上登載了介紹Mouras創(chuàng)造的處理污水污泥的自動(dòng)凈化器(AutomaticScasenger)。美國(guó)學(xué)者M(jìn)cCarty建議把1881年作為人工厭氧處理廢水的開(kāi)始，稱Mouras是第一個(gè)應(yīng)用厭氧消化處理的創(chuàng)始人。專利人：LouisMouras；名稱：Mouras’AutomaticScavenger；第13頁(yè)/共237頁(yè)1890年，Scott-Moncrieff建造了第一個(gè)初步的厭氧濾池（AnaerobicFilter）：池的底部空、上邊鋪一層石子。石子攔截廢液中的固體。這種裝置長(zhǎng)期未受重視，沒(méi)有發(fā)展，直至現(xiàn)在處理工業(yè)廢水時(shí)，才又被人們所認(rèn)識(shí)。1894年，A.N.Talbot設(shè)計(jì)了一個(gè)與Mouras自動(dòng)凈化器相似的罐，主要是中間多了一些垂直擋板，阻擋流過(guò)的廢水。第14頁(yè)/共237頁(yè)2）1895，英，化糞池；(SepticTank)，世界上第一個(gè)厭氧化糞池,1895年，Donald設(shè)計(jì)，見(jiàn)下圖。厭氧化糞池的創(chuàng)建，厭氧處理工藝發(fā)展史上一個(gè)重要里程碑。從此，用化糞池使家庭生活污水得到較好處理，減輕了糞便對(duì)河流的污染。Cameron并重視對(duì)沼氣的利用，兩年后沼氣被利用于加熱和照明。進(jìn)水浮渣污泥出水第15頁(yè)/共237頁(yè)3）1904,英,Travis池；(隱化池、雙層沉淀池)Travis池，1904年，Travi。如圖所示。廢水從一端流入，從另一端流出，兩側(cè)沉淀區(qū)分離出的污泥，在池中間的中下部分消化，產(chǎn)生的沼氣從中間上部分排出，不會(huì)影響兩側(cè)的沉淀區(qū)。沉淀沉淀消化污泥第16頁(yè)/共237頁(yè)4）1905,德,Imhoff池；(隱化池、雙層沉淀池)Imhoff池，又稱隱化池，我國(guó)也稱雙層沉淀池，1906年，德國(guó)人Imhoff對(duì)Travis池作改進(jìn)，其構(gòu)造如圖所示。這種池型構(gòu)造把污水的沉淀與污泥的消化完全分開(kāi)，彼此不發(fā)生干擾。這種裝置在本世紀(jì)20年代被廣泛應(yīng)用與歐美各國(guó)。化糞池和雙層沉淀池至今在排水工程中仍占有重要地位。消化污泥沉淀沉淀第17頁(yè)/共237頁(yè)（2）第二階段,1920s-1950s,普通消化池

(Conventionaldigestor)

1912,英國(guó)伯明翰市,用土堤圍起來(lái)的露天敞開(kāi)式的厭氧消化池。不加熱，消化時(shí)間長(zhǎng)約l00d；池子不加蓋，消化效果不好，散發(fā)惡臭。德國(guó)Kremer，提出加蓋的密閉式消化池，如圖所示。稱為傳統(tǒng)消化池(Conventionaldigester)，又稱普通消化池，是最早采用的二級(jí)消化池?；钚晕勰唷⑸餅V池污泥穩(wěn)定。出料浮渣上清液污泥沼氣進(jìn)料第18頁(yè)/共237頁(yè)高速消化池(HighRateDigestor)為提高傳統(tǒng)消化池的產(chǎn)氣率和縮小裝置體積，對(duì)傳統(tǒng)消化池作兩種改進(jìn)：1加熱，使消化池內(nèi)溫度適應(yīng)細(xì)菌快速繁殖，有中溫35℃左右和高溫50-55℃兩種；2增設(shè)攪拌設(shè)備，使有機(jī)物與微生物良好接觸。高速消化池(HighRateDigestor)誕生。進(jìn)料出料沼氣、CO2加熱裝置第19頁(yè)/共237頁(yè)（3）第三階段，1950s－今，兩個(gè)方向方向1增加反應(yīng)器生物量，開(kāi)發(fā)新型反應(yīng)器工藝，提高負(fù)荷與處理能力；10種反應(yīng)器工藝方向2相分離技術(shù)途徑；兩相厭氧工藝系統(tǒng)。第20頁(yè)/共237頁(yè)厭氧澄清器(AnaerobicClaridigestor)1950，南人Stander發(fā)現(xiàn)在厭氧反應(yīng)器中保持大量細(xì)菌的重要性，開(kāi)發(fā)厭氧澄清器(AnaerobicClaridigestor)，如圖所示，處理酒廠和藥廠廢液。裝置把厭氧消化和沉淀合建。廢水從池底流進(jìn)以后通過(guò)污泥區(qū)與里面的細(xì)菌接觸。污泥中產(chǎn)生甲烷和CO2氣體上升時(shí)起攪拌作用，氣體從一側(cè)管道被分離出，液體則向上流經(jīng)中間小洞進(jìn)入沉淀區(qū)，沉淀下來(lái)的污泥通過(guò)小洞返回消化部分，使消化區(qū)保持較多微生物。由于液體要通過(guò)小洞上流，沉淀的污泥要通過(guò)小洞下掉，這就可能會(huì)產(chǎn)生堵塞問(wèn)題。消化污泥出水沼氣進(jìn)水沉淀第21頁(yè)/共237頁(yè)1）厭氧接觸法,1956,Schroefer研發(fā)

(AnaerobicContactProcess)。標(biāo)志著現(xiàn)代廢水厭氧生物工藝的誕生。厭氧接觸法的工藝流程如下圖所示。采用回流，在消化池中保持足夠數(shù)量的厭氧菌，SRT提高與HRT分離，使反應(yīng)器容積負(fù)荷率提高，從而提高反應(yīng)器處理效能。消化進(jìn)水出水回流剩余厭氧污泥沉淀沼氣動(dòng)畫(huà)第22頁(yè)/共237頁(yè)2）厭氧濾池,1967,J.C.Young,L.McCarty(AF:AnaerobicFilter)填料為厭氧微生物的附著提供支撐，可保留足夠的厭氧微生物，使厭氧濾池具有較高的處理效能，開(kāi)始時(shí)填料為塊石，用在處理可溶性工業(yè)廢水，懸浮固體多時(shí)會(huì)堵塞；空間大部分被塊石所占據(jù)，有效容積較小，從而需要較大的池子體積。后來(lái)改進(jìn)填料，替代塊石后，厭氧濾池獲得廣泛應(yīng)用。卵石填料沼氣出水進(jìn)水第23頁(yè)/共237頁(yè)3）升流式厭氧污泥床反應(yīng),1979,C.Lettinga等研發(fā)

(UASB:UpflowAnaerobicSludgeBlanket)Wageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)(WAU),升流式厭氧污泥床(UpflowAnaerobicSludgeBlanket)反應(yīng)器，簡(jiǎn)稱UASB反應(yīng)器。高的處理效能，獲得廣泛應(yīng)用，對(duì)廢水厭氧生物處理具有劃時(shí)代意義。

influenteffluent動(dòng)畫(huà)第24頁(yè)/共237頁(yè)4-5）厭氧膨脹床(AnaerobicExpandedBed)和

厭氧流化床(AnaerobicFiudizedBed)1978,W.J.Jewell等厭氧膨脹床(AnaerobicExpandedBed)1979,R.P.Bowker,厭氧流化床(AnaerobicFiudizedBed)。反應(yīng)器內(nèi)均充填著惰性載體細(xì)顆粒載體，如細(xì)砂子。為了使充填物膨脹或流化，均需要使一部分出水回流。這當(dāng)然會(huì)增加一部分動(dòng)力消耗，但是由于載體的顆粒很細(xì)，具有巨大的表面積，為微生物的附著提供了良好的條件，使反應(yīng)器具有很高的生物量，所以反應(yīng)器的處理能力很大，受到了各國(guó)學(xué)者很大關(guān)注。出水進(jìn)水回流沼氣第25頁(yè)/共237頁(yè)6）厭氧生物轉(zhuǎn)盤,1980年，S.J.Tait等研發(fā)

(AnaerobicRotatingBiologicalReactor)在好氧生物轉(zhuǎn)盤基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的。第26頁(yè)/共237頁(yè)7)厭氧折流板反應(yīng)器,1982年,McCarty等研發(fā)

ABR(AnaerobicBaffledReactor)認(rèn)為厭氧生物轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)與否對(duì)處理效果影響不大而開(kāi)發(fā)，見(jiàn)圖。ABR在工程中應(yīng)用廣泛。第27頁(yè)/共237頁(yè)8）新型高效厭氧反應(yīng)器，20世紀(jì)80年代

UBF，USR，EGSB，IC1982把UASB反應(yīng)器與厭氧濾池結(jié)合開(kāi)發(fā)出了UBF(UpoowAnaerobicBed-Filter)反應(yīng)器，又稱厭氧復(fù)合反應(yīng)器。1982年在UASB反應(yīng)器的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出了以處理含高固體的廢水反應(yīng)器USR(UpflowSolidReator)，并在UASB可形成顆粒污泥的基礎(chǔ)上1981年開(kāi)發(fā)成功了EGSB(ExpandedGranularSludgeBed)反應(yīng)器和1985年開(kāi)發(fā)出內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器，即IC(InternalCimulation)反應(yīng)器等。第28頁(yè)/共237頁(yè)1）早期我國(guó)農(nóng)民在古代早已開(kāi)始應(yīng)用厭氧發(fā)酵技術(shù)漚制糞肥，進(jìn)行糞便無(wú)害化處理，而且至今仍在應(yīng)用。我國(guó)是世界上利用厭氧消化技術(shù)制取和利用沼氣最早的國(guó)家之一。4.1.2厭氧生物處理工藝發(fā)展

2、國(guó)內(nèi)的發(fā)展第29頁(yè)/共237頁(yè)2)中華國(guó)瑞天然瓦斯庫(kù)羅國(guó)瑞，臺(tái)灣省新竹縣，1920年前后，完善沼氣池的結(jié)構(gòu)建造和應(yīng)用，形成了我國(guó)比較完整的有實(shí)用價(jià)值的“中華國(guó)瑞天然瓦斯庫(kù)”。。是我國(guó)水壓式沼氣池的創(chuàng)始人。1931年在上海創(chuàng)辦了中華國(guó)瑞瓦斯總行.第30頁(yè)/共237頁(yè)3)我國(guó)農(nóng)村大辦沼氣20世紀(jì)50年代我國(guó)農(nóng)村大辦沼氣，目的是為了解決農(nóng)村的炊事用能。70年代，由于農(nóng)村生活燃料的嚴(yán)重短缺，在四川、江蘇和河南等省農(nóng)村又一次掀起發(fā)展辦沼氣的熱潮。這種以傳統(tǒng)厭氧消化原理為基礎(chǔ)的沼氣池發(fā)展很快，總數(shù)達(dá)到了700萬(wàn)個(gè)。第31頁(yè)/共237頁(yè)4)厭氧消化池50年代末，西安、上海和太原等城市污水廠相繼采用厭氧消化池進(jìn)行污泥處理。工業(yè)廢水厭氧處理以酒精廢醪為先導(dǎo)，南陽(yáng)酒精廠第一個(gè)建成了兩座2000m3半地下隧道式厭氧消化池，日處理300~400m3酒精廢醪。80年代初，南通檸檬酸廠建成了1000m3發(fā)酵罐兩個(gè)，輕工部環(huán)保所在南陽(yáng)酒精廠設(shè)計(jì)了單池容積5000m3，總池容10000m3的厭氧發(fā)酵罐。第32頁(yè)/共237頁(yè)5)厭氧濾池80年代中期，中科院廣州能源所，上海工業(yè)微生物研究所等，分別在廣州和上海建立l00m3和60m3的厭氧濾池生產(chǎn)性裝置，用以處理糖蜜酒精廢液和豆制品廢水。第33頁(yè)/共237頁(yè)6)UASB國(guó)內(nèi)研究UASB反應(yīng)器大約始于1981年。1982年7月報(bào)道了北京環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所和化學(xué)工業(yè)部設(shè)計(jì)公司共同協(xié)作在石家莊華北制藥廠進(jìn)行了容積為140L的UASB反應(yīng)器裝置處理丙丁廢醪的試驗(yàn)，并把試驗(yàn)結(jié)果很快地應(yīng)用于生產(chǎn)中。清華大學(xué)環(huán)境工程系1983年起比較系統(tǒng)地進(jìn)行了在UASB反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)顆粒污泥規(guī)律的研究，不僅在中溫而且在常溫下均成功地培養(yǎng)出了厭氧顆粒污泥。并迅速地把成果應(yīng)用于處理啤酒廢水，建成了總?cè)莘e為2000m3的UASB反應(yīng)器。第34頁(yè)/共237頁(yè)7)管道厭氧消化器浙江農(nóng)大1982年開(kāi)始了管道厭氧消化器的研究。這在國(guó)內(nèi)外是一個(gè)創(chuàng)新，他們把研究成果應(yīng)用于檸檬酸廢水處理，獲得很大成功。第35頁(yè)/共237頁(yè)“七五”（1986～1990）

高濃度有機(jī)廢水厭氧生物處理技術(shù)掀起了廢水厭氧生物處理研究的高潮。清華大學(xué)環(huán)境工程系、哈爾濱建工學(xué)院、天津大學(xué)、河北輕化工學(xué)院、重慶建工學(xué)院、北京工業(yè)大學(xué)、首都師范大學(xué)、西安冶金建筑學(xué)院、浙江省環(huán)保所、吉林省環(huán)保所、化工部第三設(shè)計(jì)研究院、中科院生態(tài)中心、西南市政工程設(shè)計(jì)院、北京市太陽(yáng)能研究所等14個(gè)單位共同參加了攻關(guān)研究。第36頁(yè)/共237頁(yè)對(duì)現(xiàn)代厭氧反應(yīng)器，如UASB反應(yīng)器、UBF(厭氧復(fù)合反應(yīng)器)、AF反應(yīng)器、AFB（厭氧流化床）兩相厭氧工藝以及垂直折流厭氧反應(yīng)器等等進(jìn)行了全面深入的研究，同時(shí)開(kāi)展了無(wú)機(jī)和有機(jī)有毒物質(zhì)對(duì)厭氧消化影響的研究。上述研究成果，1991年獲教委科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，1993年獲國(guó)家級(jí)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。這批研究成果的取得，大大縮小了在廢水厭氧生物處理技術(shù)領(lǐng)域與國(guó)外的差距。有不少成果達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。推動(dòng)了我國(guó)廢水厭氧生物處理技術(shù)的向前發(fā)展。第37頁(yè)/共237頁(yè)世界范圍內(nèi)厭氧工藝統(tǒng)計(jì)（1999.3；1303個(gè)項(xiàng)目）第38頁(yè)/共237頁(yè)國(guó)內(nèi)厭氧裝置按類型分（219家）第39頁(yè)/共237頁(yè)4.1.3厭氧生物處理工藝分類1、按發(fā)展年代分類2、按厭氧反應(yīng)器的流態(tài)分類3、按厭氧微生物在反應(yīng)器內(nèi)的生長(zhǎng)情況不同分類4、衍生的厭氧反應(yīng)器5、按厭氧消化階段分類第40頁(yè)/共237頁(yè)(1)第一代厭氧消化工藝,20世紀(jì)50年代以前開(kāi)發(fā)

1）化糞池和隱化池(雙層沉淀池)，主要用于處理生活廢水下沉的污泥，2）傳統(tǒng)消化池與高速消化池用于處理城市污水廠初沉池和二沉池排出的污泥。特點(diǎn)：污泥齡(SRT)等于水力停留時(shí)間(HRT)；為使污泥中有機(jī)物達(dá)到厭氧消化穩(wěn)定，必須維持較長(zhǎng)污泥齡，即較長(zhǎng)水力停留時(shí)間。反應(yīng)器容積大，處理效能低。

(2)第二代厭氧消化工藝,稱現(xiàn)代厭氧反應(yīng)器60年代以后開(kāi)發(fā)3)厭氧接觸工藝；4）UASB；5）厭氧濾床AF；6）厭氧流化床反應(yīng)器；7）ABR厭氧折流反應(yīng)器。用于處理各種工業(yè)排出的有機(jī)廢水。特點(diǎn)：污泥齡(SRT)與水力停留時(shí)間(HRT)分離，SRT>HRT;生物量大，負(fù)荷高，占地小，處理效能高。(3)第三代厭氧消化工藝，改進(jìn)工藝，新型高效厭氧反應(yīng)器8）厭氧顆粒污泥膨脹床(EGSB)反應(yīng)器

9）厭氧復(fù)合床反應(yīng)器(AF＋UASB)

10）兩相或多級(jí)厭氧工藝(如：水解+EGSB工藝)11）IC1按發(fā)展年代分類第41頁(yè)/共237頁(yè)第42頁(yè)/共237頁(yè)2按厭氧反應(yīng)器的流態(tài)分類可分為活塞流型厭氧反應(yīng)器和完全混合型厭氧反應(yīng)器，或介于活塞流和完全混合兩者之間的厭氧反應(yīng)器。如化糞池，升流式厭氧濾池和活塞流式消化池接近于活塞流型。而帶攪拌的普通消化池，和高速消化池是典型的完全混合反應(yīng)器；而升流式厭氧污泥層反應(yīng)器、厭氧折流板反應(yīng)器和厭氧生物轉(zhuǎn)盤等是介于完全混合與活塞流之間的厭氧反應(yīng)器。第43頁(yè)/共237頁(yè)3按厭氧微生物在反應(yīng)器內(nèi)的生長(zhǎng)情況不同分類厭氧反應(yīng)器又可分成懸浮生長(zhǎng)厭氧反應(yīng)器和附著生長(zhǎng)厭氧反應(yīng)器。如傳統(tǒng)消化池、厭氧接觸法和UASB等，厭氧活性污泥以絮體或顆粒狀懸浮于反應(yīng)器液體中生長(zhǎng)，稱為懸浮生長(zhǎng)厭氧反應(yīng)器。而厭氧濾池，厭氧膨脹床，厭氧流化床和厭氧生物轉(zhuǎn)盤等，微生物附著于固定載體或流動(dòng)載體上生長(zhǎng)。稱為附著膜生長(zhǎng)厭氧反應(yīng)器。第44頁(yè)/共237頁(yè)把懸浮生長(zhǎng)與附著生長(zhǎng)結(jié)合在一起的厭氧反應(yīng)器稱為復(fù)合厭氧反應(yīng)器.如UBF，其下面是升流式污泥床，而上面是充填填料厭氧濾池，兩者結(jié)合在一起，故稱為升流式污泥床-過(guò)濾反應(yīng)器，英文縮寫(xiě)稱UBF。第45頁(yè)/共237頁(yè)4衍生的厭氧反應(yīng)器衍生的厭氧反應(yīng)器有EGSB，IC反應(yīng)器和USR等，這幾種厭氧反應(yīng)器均是在UASB反應(yīng)器基礎(chǔ)上衍生出的。EGSB相當(dāng)于把UASB反應(yīng)器的厭氧顆粒污泥處于流化狀態(tài)。IC反應(yīng)器則是把2個(gè)UASB反應(yīng)器上下疊加，利用污泥床產(chǎn)生的沼氣作為動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)混合液的循環(huán)。UASB反應(yīng)器去掉三相分離器后就成了用于處理高固體的廢液的USR。第46頁(yè)/共237頁(yè)5按厭氧消化階段分類可分為單相厭氧反應(yīng)器和兩相厭氧反應(yīng)器。單相反應(yīng)器是把產(chǎn)酸階段與產(chǎn)甲烷階段結(jié)合在一個(gè)反應(yīng)器中；而兩相厭氧反應(yīng)器則是把產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段分別在兩個(gè)互相串聯(lián)反應(yīng)器進(jìn)行。由于產(chǎn)酸階段的產(chǎn)酸菌反應(yīng)速率快，而產(chǎn)甲烷階段的反應(yīng)速率慢，因此兩者分離，可充分發(fā)揮產(chǎn)酸階段微生物的作用。從而提高了系統(tǒng)整體反應(yīng)速率.第47頁(yè)/共237頁(yè)P(yáng)hotoGalleryMunicipalSludgeDigesters第48頁(yè)/共237頁(yè)MunicipalSludgeDigestersSwitzerland第49頁(yè)/共237頁(yè)CentralizedBiogasPlantLintrupBiogasplant(Denmark)animalmanures第50頁(yè)/共237頁(yè)AnaerobicLagoonFood/BeverageProcessing-Washington第51頁(yè)/共237頁(yè)ContactProcessFood-Processing,Virginia第52頁(yè)/共237頁(yè)UASBTheNetherlands第53頁(yè)/共237頁(yè)UASB-InternalCirculationKraftPaperMillFoulCondensates,Alabama第54頁(yè)/共237頁(yè)EGSBGistBrocades(yeast,pharmaceuticals)TheNetherlands第55頁(yè)/共237頁(yè)ModularDesignUASBReactors第56頁(yè)/共237頁(yè)4.1.4厭氧生物處理技術(shù)

在污（廢）水處理領(lǐng)域的地位1、有機(jī)廢水處理的技術(shù)路線2、厭氧生物處理的技術(shù)評(píng)估第57頁(yè)/共237頁(yè)有機(jī)廢水，尤其是高濃度有機(jī)廢水處理的途徑，主要取決于廢水的性質(zhì)有機(jī)廢水的性質(zhì)大致可分為以下三大類：易于生物降解的;難生物降解的;有害的.1有機(jī)廢水處理的技術(shù)路線第58頁(yè)/共237頁(yè)易生物降解有機(jī)廢水處理技術(shù)路線來(lái)自以農(nóng)牧產(chǎn)品為原料的工業(yè)廢水和禽畜糞便廢水等。如輕工食品發(fā)酵廢水和禽畜飼養(yǎng)場(chǎng)排放的廢水等。特點(diǎn)：主要有機(jī)組份是糖類、蛋白質(zhì)和脂類，易于生物降解，且水量大，有機(jī)物濃度很高。技術(shù)路線：1、先考慮回收有用物質(zhì)，如玉米酒精廢液采用蒸發(fā)濃縮技術(shù)回收干酒精糟，2、優(yōu)先考慮采用厭氧處理技術(shù)，不僅效能高，能耗低，并能回收大量生物能，這是一種最佳的選擇。3、厭氧出水再以好氧工藝處理保證達(dá)標(biāo)。第59頁(yè)/共237頁(yè)難生物降解有機(jī)廢水處理技術(shù)路線難生物降解的或?qū)ι镉泻Φ模@種廢水主要來(lái)自化學(xué)工業(yè)、石油化工和煉焦工業(yè)等。如制藥廠、染料廠、人造纖維廠、焦化廠等排出的生產(chǎn)廢水。特點(diǎn)：廢水中的有機(jī)物主要是難生物降解的高分子有機(jī)物。技術(shù)路線：1、單獨(dú)采用好氧生物法往往達(dá)不到滿意的處理效果，而采用厭氧生物法則可降解或提高其可生化性,采用厭氧-好氧串聯(lián)工藝是最佳的選擇。2、如果廢水中有機(jī)物是不可生化且有毒的，則不宜采用生物法，而應(yīng)考慮采用化學(xué)法或物化法進(jìn)行處理。第60頁(yè)/共237頁(yè)有害有機(jī)廢水處理技術(shù)路線首先預(yù)處理，去除廢水中有毒有害物質(zhì)，再采用厭氧生物法。第61頁(yè)/共237頁(yè)結(jié)論對(duì)于高濃度有機(jī)廢水，直接采用好氧生物法是不可取的，因?yàn)檫@不僅要耗用大量稀釋水，而且要消耗大量電能。應(yīng)優(yōu)先考慮采用厭氧生物法，作為去除有機(jī)物的主要手段，或提高有機(jī)物的可生化性。高濃度有機(jī)廢水，僅通過(guò)厭氧生物處理，往往達(dá)不到出水的排放標(biāo)準(zhǔn)。尚需采用好氧生物處理作為后處理，才能滿足排放要求。因此，對(duì)于高濃度有機(jī)廢水采用以厭氧生物處理為主，好氧生物處理為輔的技術(shù)路線，是最佳的選擇。第62頁(yè)/共237頁(yè)2厭氧生物處理的技術(shù)評(píng)估（1）厭氧生物處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)（2）厭氧生物處理技術(shù)的缺點(diǎn)第63頁(yè)/共237頁(yè)（1）、厭氧生物處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1)節(jié)省動(dòng)力消耗;2)可產(chǎn)生生物能;3)剩余污泥產(chǎn)量少;4)對(duì)氮和磷需要量較低;5)對(duì)某些難降解有機(jī)物有較好降解能力。第64頁(yè)/共237頁(yè)1)可節(jié)省動(dòng)力消耗;厭氧菌營(yíng)無(wú)氧呼吸，不必提供氧氣；好氧菌營(yíng)有氧呼吸，必須提供氧氣。理論上完全氧化1kgBOD5，必須提供1.06kg分子氧。一般的曝氣設(shè)備，充lkg氧到水中約需消耗0.5-1.0度電。要完全氧化廢水中l(wèi)kgBOD5，約需消耗0.5-lkWh電力。第65頁(yè)/共237頁(yè)例我國(guó)城市廢水354億m3／a，如BOD5=200mg／L，去除率90％，用活性污泥法去除，每年電耗將達(dá)31.86-63.72億kWh;如在南方地區(qū)采用厭氧法作為預(yù)處理，去除70％BOD5，則可節(jié)省大量電能。在巴西和哥倫比亞等國(guó)，已采用UASB反應(yīng)器處理城市廢水，并取得了很大成功。第66頁(yè)/共237頁(yè)對(duì)于高濃度有機(jī)廢水，采用厭氧生物法其節(jié)省的電耗更是大得驚人，如我國(guó)造紙、紡織、食品發(fā)酵、皮革、制糖等輕工行業(yè)每年排出BOD5達(dá)200萬(wàn)t，如采用厭氧法去除BOD580％計(jì)，則年節(jié)電達(dá)8.0~16億kwh。環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。第67頁(yè)/共237頁(yè)2)可產(chǎn)生生物能;①有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣的理論計(jì)算②COD轉(zhuǎn)化為沼氣的理論計(jì)算第68頁(yè)/共237頁(yè)①有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣的理論計(jì)算糖類厭氧發(fā)酵時(shí)，沼氣產(chǎn)量較低，沼氣中甲烷含量也較低，脂類產(chǎn)氣量較高，沼氣中甲烷含量也較高。由于溫度、壓力等不同，沼氣產(chǎn)量會(huì)有所不同。第69頁(yè)/共237頁(yè)②COD轉(zhuǎn)化為沼氣的理論計(jì)算

Buswell和Mualler的計(jì)算方法

該式可代表各種有機(jī)物厭氧發(fā)酵轉(zhuǎn)化為沼氣更為普遍的一般式。當(dāng)然該反應(yīng)式也未考慮細(xì)菌細(xì)胞合成所消耗的有機(jī)物量，只反映有機(jī)物厭氧消化全部轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳的理論值。因此，只要知道有機(jī)物CnHaOb的分子式，就可求出該有機(jī)物厭氧發(fā)酵CH4和CO2的理論產(chǎn)量。第70頁(yè)/共237頁(yè)求出有機(jī)物厭氧轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳的理論值，對(duì)科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐有理論指導(dǎo)意義。不僅可作為厭氧消化工程估算產(chǎn)氣量的理論依據(jù)，并可以判別厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行是否正常。便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，采取正確的對(duì)策。第71頁(yè)/共237頁(yè)沼氣的能源價(jià)值沼氣是一種生物能，lmol甲烷燃燒可產(chǎn)882.58kJ熱量。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(0℃，101.33kPa)，每m3甲烷可產(chǎn)生熱量39400.8kJ,理論上相當(dāng)電量10.94kWh(1.0kWh=3.6MJ)。據(jù)有關(guān)資料提供的數(shù)據(jù)，效率較高的沼氣發(fā)電機(jī)，只能把沼氣總含能量的30％左右轉(zhuǎn)化成電能，并可把總含能量的40％左右以余熱的形式回收，其余的能量以各種形式被損失掉。第72頁(yè)/共237頁(yè)城市污水廠的污泥厭氧消化，含水率96％的污泥，每m3污泥可產(chǎn)沼氣約8-12m3。視污泥中有機(jī)物含量不同有所差別，其熱值一般為20～24MJ／m3(沼氣)，每m3沼氣約可發(fā)電1.5-1.8kWh，并可回收余熱約8-9MJ。利用沼氣發(fā)的電可給本廠使用，其所產(chǎn)生的余熱可作為消化池加熱用，也可用于熱水供應(yīng)及采暖。第73頁(yè)/共237頁(yè)3)剩余污泥產(chǎn)量少;厭氧菌世代期長(zhǎng)，如產(chǎn)甲烷菌的倍增時(shí)間約4～6d，所以產(chǎn)率Y比好氧小。有機(jī)物在好氧降解時(shí)，如碳水化合物，其中約有2／3被合成為細(xì)胞，約有1／3被氧化分解提供能量。厭氧降解時(shí)，只有少量有機(jī)物被同化為細(xì)胞，而大部分被轉(zhuǎn)化為CH4和CO2。所以好氧處理產(chǎn)泥量高，而厭氧處理產(chǎn)泥量低，且污泥已穩(wěn)定，可降低污泥處理費(fèi)用。第74頁(yè)/共237頁(yè)4)對(duì)氮和磷的需要量較低氮和磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是組成細(xì)胞的重要的元素，采用生物法處理廢水，如廢水中缺少氮磷元素，必須投加氮和磷，以滿足細(xì)菌合成細(xì)胞的需要。前已述及，厭氧生物處理要去除lkgBOD5所合成細(xì)胞量遠(yuǎn)低于好氧生物處理，因此可減少N和P的需要量，只要滿足BOD5：N：P＝(200～300)：5：1。對(duì)于缺乏N和P的有機(jī)廢水采用厭氧生物處理可大大節(jié)省N和P的投加量，使運(yùn)行費(fèi)用降低。第75頁(yè)/共237頁(yè)5)對(duì)某些難降解有機(jī)物有較好降解能力

實(shí)踐證明，一些難降解的有機(jī)工業(yè)廢水采用常規(guī)的好氧生物處理工藝不能獲得滿意的處理效果，如煉焦廢水、煤氣洗滌廢水、農(nóng)藥廢水、印染廢水等。而采用厭氧生物法則可取得較好的處理效果。近年來(lái)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)厭氧微生物具有某些脫毒和降解有害有機(jī)物的功效，而且還具有某些好氧微生物不具有的功能，如多氯鏈烴和芳烴的還原脫氯，芳香環(huán)還原成烷烴環(huán)結(jié)構(gòu)或環(huán)的斷裂等。第76頁(yè)/共237頁(yè)應(yīng)用厭氧處理工藝作為前處理可以使一些好氧處理難以處理的難降解有機(jī)物得到部分降解，并使大分子降解成小分子，提高了廢水的可生化性，使后續(xù)的好氧處理變得比較容易。所以，常常使用厭氧一好氧串聯(lián)工藝來(lái)處理難降解有機(jī)廢水。此外，設(shè)備負(fù)荷大，占地少。第77頁(yè)/共237頁(yè)（2）厭氧生物處理技術(shù)的缺點(diǎn)1)、厭氧工藝不能去除廢水中的氮和磷；

2)、厭氧系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程較長(zhǎng)；

3)、對(duì)溫度變化敏感；pH控制要求高；厭氧微生物對(duì)有毒物質(zhì)較為敏感；運(yùn)行管理較為復(fù)雜；

4)、處理過(guò)程中產(chǎn)生臭氣和有害物質(zhì)，衛(wèi)生條件較差；

5)、厭氧處理去除有機(jī)物不徹底，出水的有機(jī)物濃度高于好氧處理。第78頁(yè)/共237頁(yè)1)厭氧工藝不能去除廢水中的氮磷含氮和磷的有機(jī)物通過(guò)厭氧消化，其所含的氮和磷被轉(zhuǎn)化為氨氮和磷酸鹽，由于只有很少的氮和磷被細(xì)胞合成利用，所以絕大部分的氮和磷以氨氮和磷酸鹽的形式在出水排出。應(yīng)采用厭氧與好氧工藝相結(jié)合的處理工藝。

第79頁(yè)/共237頁(yè)2)厭氧系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程較長(zhǎng)因?yàn)閰捬跷⑸锏氖来陂L(zhǎng)，增長(zhǎng)速率低，污泥增長(zhǎng)緩慢，所以厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)過(guò)程很長(zhǎng)。一般啟動(dòng)期長(zhǎng)達(dá)3-6個(gè)月，甚至更長(zhǎng)。如要達(dá)到快速啟動(dòng)，必須增加接種污泥量，這就會(huì)增加啟動(dòng)費(fèi)用。在經(jīng)濟(jì)上是不合理的。第80頁(yè)/共237頁(yè)3)運(yùn)行管理較為復(fù)雜由于厭氧菌的種群較多，如產(chǎn)酸菌與產(chǎn)甲烷菌性質(zhì)各不相同，而互相又密切相關(guān)，要保持這兩大類種群的平衡，對(duì)運(yùn)行管理較為嚴(yán)格。稍有不慎，可能使兩種群失去平衡，使反應(yīng)器不能正常工作。如進(jìn)水負(fù)荷突然提高，反應(yīng)器的pH會(huì)下降，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)控制，反應(yīng)器就會(huì)出現(xiàn)“酸化”現(xiàn)象，使產(chǎn)甲烷菌受到嚴(yán)重抑制，甚至使反應(yīng)器不能再恢復(fù)正常運(yùn)行，必須重新啟動(dòng)。第81頁(yè)/共237頁(yè)4)衛(wèi)生條件較差一般廢水中均含有硫酸鹽，厭氧條件下會(huì)產(chǎn)生硫酸鹽還原作用而放出硫化氫等氣體。如硫化氫是一種有毒和具有惡臭的氣體，如果反應(yīng)器不能做到完全密閉，就會(huì)散發(fā)出臭氣，引起二次污染。因此，厭氧處理系統(tǒng)的各處理構(gòu)筑物應(yīng)盡可能做成密封，以防臭氣散發(fā)。第82頁(yè)/共237頁(yè)5)厭氧處理去除有機(jī)物不徹底厭氧處理廢水中有機(jī)物時(shí)往往不夠徹底，一般單獨(dú)采用厭氧生物處理不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，所以厭氧處理必須要好氧后處理相配合。第83頁(yè)/共237頁(yè)項(xiàng)目厭氧法好氧法中和39.639.5營(yíng)養(yǎng)物添加7.881.3污泥脫水劑－－49.6操作人員7.715.5維修26.329.4總費(fèi)用(不含產(chǎn)氣價(jià)值)100.0319.2總費(fèi)用(含產(chǎn)氣價(jià)值)28.7319.2

某工業(yè)廢水處理廠厭氧處理與好氧處理相對(duì)成本比較(以厭氧法處理費(fèi)用為100％）

每處理10tCOD的廢水，好氧法需耗電10000kwh，而厭氧法只需耗電750kwh。厭氧法可產(chǎn)生3500m3的甲烷氣體，相當(dāng)于6噸優(yōu)質(zhì)煤產(chǎn)生的熱量，可發(fā)電8400kwh。第84頁(yè)/共237頁(yè)4.2厭氧生物處理的基本原理4.2.1復(fù)雜有機(jī)物的厭氧降解4.2.2厭氧微生物學(xué)4.2.32個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題第85頁(yè)/共237頁(yè)4.2.1復(fù)雜有機(jī)物的厭氧降解二階段理論三階段理論四種群說(shuō)四階段第86頁(yè)/共237頁(yè)二階段理論Thumm，Reichie(1914)與Imhoff(1916)提出Buswell和Neave1930年肯定有機(jī)物厭氧降解過(guò)程分為酸性發(fā)酵和堿性發(fā)酵兩個(gè)階段.第87頁(yè)/共237頁(yè)兩階段理論第一階段：發(fā)酵階段，又稱產(chǎn)酸階段或酸性發(fā)酵階段；水解和酸化，主要產(chǎn)物是脂肪酸、醇類、CO2和H2等；主要參與微生物統(tǒng)稱為發(fā)酵細(xì)菌或產(chǎn)酸細(xì)菌；其特點(diǎn)有：1）生長(zhǎng)快，2）適應(yīng)性（溫度、pH等）強(qiáng)。第二階段：產(chǎn)甲烷階段，又稱堿性發(fā)酵階段；產(chǎn)甲烷菌利用前一階段的產(chǎn)物，并將其轉(zhuǎn)化為CH4和CO2；主要參與微生物統(tǒng)稱為產(chǎn)甲烷菌；其特點(diǎn)有：1）生長(zhǎng)慢；2）對(duì)環(huán)境條件（溫度、pH、抑制物等)非常敏感。第88頁(yè)/共237頁(yè)三階段理論:提出二階段理論這一觀點(diǎn)，幾十年來(lái)一直占統(tǒng)治地位（近50年），在國(guó)內(nèi)外有關(guān)厭氧消化的專著和教科書(shū)中一直被廣泛應(yīng)用。深入研究：1）產(chǎn)甲烷菌只能利用一些簡(jiǎn)單有機(jī)物如甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺類以及H2/CO2等，而不能利用含兩個(gè)碳以上的脂肪酸和甲醇以外的醇類；2）70年代，Bryant發(fā)現(xiàn)“奧氏產(chǎn)甲烷菌”實(shí)際是由兩種細(xì)菌組成的，一種細(xì)菌先把乙醇氧化為乙酸和H2，另一種細(xì)菌利用H2和CO2產(chǎn)生CH4；M.P.Bryant(1979)根據(jù)對(duì)產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的研究結(jié)果，認(rèn)為兩階段理論不夠完善，提出了三階段理論。

第89頁(yè)/共237頁(yè)三階段理論第90頁(yè)/共237頁(yè)三階段理論創(chuàng)新點(diǎn)：1、產(chǎn)甲烷菌不能利用除乙酸，H2/CO2，和甲醇等以外的有機(jī)酸和醇類，2、長(zhǎng)鏈脂肪酸和醇類必須經(jīng)過(guò)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌轉(zhuǎn)化為乙酸、H2和CO2等后，才能被產(chǎn)甲烷菌利用。第91頁(yè)/共237頁(yè)四種群說(shuō)J.C.Zeikuus(1979)在第一屆國(guó)際厭氧消化會(huì)議上提出了四種群說(shuō)理論。第92頁(yè)/共237頁(yè)四種群說(shuō)第93頁(yè)/共237頁(yè)#三階段\四種群說(shuō)第94頁(yè)/共237頁(yè)說(shuō)明：1）I、II、III為三階段理論，I、II、III、

IV為四類群理論；

2）所產(chǎn)生的細(xì)胞物質(zhì)未表示在圖中III發(fā)酵性細(xì)菌脂肪酸、醇類產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌II同型產(chǎn)乙酸菌IV有機(jī)物乙酸H2+CO2CH4I產(chǎn)甲烷菌圖2厭氧反應(yīng)的三階段理論和四類群理論第95頁(yè)/共237頁(yè)復(fù)雜有機(jī)物（多糖、脂、蛋白質(zhì)）A類有機(jī)物B類有機(jī)物CO2+H2NH3,H2S乙酸氫產(chǎn)甲烷作用甲基合成，氫還原CH4+CO2NH3,H2S第二階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌第三階段產(chǎn)甲烷細(xì)菌橫向轉(zhuǎn)化同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌第一階段水解發(fā)酵細(xì)菌水解發(fā)酵作用產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸作用同型產(chǎn)乙酸作用液化酸化氣化B類有機(jī)物：A外的簡(jiǎn)單有機(jī)物有機(jī)酸、醇、酮等A類有機(jī)物:三甲一乙：甲酸、甲醇、甲胺、乙酸第96頁(yè)/共237頁(yè)厭氧消化過(guò)程第97頁(yè)/共237頁(yè)四階段理論P(yáng)504

復(fù)雜有機(jī)物（碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等）簡(jiǎn)單有機(jī)物（單糖、氨基酸、甘油）揮發(fā)性脂肪酸（丙酸、丁酸、戊酸等）、醇、醛等H2/CO2乙酸1水解(胞外酶)2酸化（產(chǎn)酸細(xì)菌）同型產(chǎn)乙酸4甲烷化（甲烷細(xì)菌）4甲烷化（甲烷細(xì)菌）3產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸CH4第98頁(yè)/共237頁(yè)4.2.2厭氧微生物1、水解發(fā)酵細(xì)菌群2、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌群3、同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌群4、甲烷細(xì)菌群第99頁(yè)/共237頁(yè)發(fā)酵細(xì)菌群1水解2產(chǎn)酸（1）多糖分解菌、脂肪分解菌、蛋白質(zhì)分解菌等。（2）功能：概括為兩個(gè)方面：

1）將大分子不溶性有機(jī)物水解成小分子的水溶性有機(jī)物。胞外水解酶催化，在細(xì)菌細(xì)胞的表面或周圍介質(zhì)中完成。發(fā)酵細(xì)菌群中僅有一部分細(xì)菌種屬具有分泌水解酶的功能，而水解產(chǎn)物卻一般可被其它的發(fā)酵細(xì)菌群所吸收利用。2）吸收和轉(zhuǎn)化水解產(chǎn)物。吸收，細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜酶系統(tǒng)催化轉(zhuǎn)化為A（三甲一乙）、B有機(jī)酸、醇、酮，H2/CO2等，排出為水溶液（下一階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌群的基質(zhì)）。（3）特性：優(yōu)勢(shì)種屬隨水質(zhì)及環(huán)境條件而異。兼性和專性厭氧菌，異養(yǎng)，對(duì)溫度、pH、ORP等變化適應(yīng)較強(qiáng)，G短（幾分鐘至數(shù)十分鐘）。（4）基質(zhì)：纖維素（動(dòng)植物殘?bào)w和食草動(dòng)物的糞便）；淀粉（淀粉廢液、酒精發(fā)酵殘?jiān)?；蛋白質(zhì)（奶酪廠廢水）；富含肉類罐頭的殘?jiān)涣蛩猁}含量高的消化液（硫酸鹽制漿黑液）；生活垃圾和雞場(chǎng)廢棄物；第100頁(yè)/共237頁(yè)產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸細(xì)菌群（1）種類：多樣，研究熱點(diǎn)。（2）功能：為甲烷菌提供基質(zhì)。基質(zhì)為發(fā)酵產(chǎn)物（有機(jī)酸、醇、酮等，尤其是丙酸），代謝產(chǎn)物是氫和乙酸。（3）特性：異養(yǎng)，專性厭氧，有中溫菌，也有奢熱菌。受代謝產(chǎn)物（如氫）等影響大。注意：1、S菌株與M.O.H菌株共生關(guān)系；

2、同型產(chǎn)乙酸菌：既能利用有機(jī)基質(zhì)產(chǎn)生乙酸，也能利用分子氫和二氧化碳產(chǎn)生乙酸；

3、發(fā)酵菌群也有能利用有機(jī)物產(chǎn)生乙酸的細(xì)菌。第101頁(yè)/共237頁(yè)三階段理論認(rèn)為1、產(chǎn)甲烷菌不能利用除乙酸，H2/CO2，和甲醇等以外的有機(jī)酸和醇類，2、長(zhǎng)鏈脂肪酸和醇類必須經(jīng)過(guò)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌轉(zhuǎn)化為乙酸、H2和CO2等后，才能被產(chǎn)甲烷菌利用。第102頁(yè)/共237頁(yè)1916年，V.L.Omeliansky分離到1株不產(chǎn)芽孢、發(fā)酵乙醇產(chǎn)甲烷菌，后被命名為奧氏甲烷桿菌，現(xiàn)證實(shí)其并非一個(gè)純菌種。1967年，M.P.Bryant采用改良的Hungate技術(shù)（1950年）證明Omeliansky甲烷桿菌是甲烷桿菌MOH菌株和“S”菌株的共生體，使長(zhǎng)達(dá)51年來(lái)一直認(rèn)為是純種的經(jīng)典甲烷菌得以弄清楚其本來(lái)的面目。使產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)氫菌之間的相互關(guān)系得到了證實(shí)。揭示了種間分子氫轉(zhuǎn)移的理論，為正確認(rèn)識(shí)厭氧消化過(guò)程中氫的產(chǎn)生、消耗和調(diào)節(jié)規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。1、產(chǎn)甲烷菌不能利用除乙酸，H2/CO2，和甲醇等以外的有機(jī)酸和醇類，2、長(zhǎng)鏈脂肪酸和醇類必須經(jīng)過(guò)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌轉(zhuǎn)化為乙酸、H2和CO2等后，才能被產(chǎn)甲烷菌利用。(4)發(fā)現(xiàn)S菌株的意義第103頁(yè)/共237頁(yè)S菌株和MOH菌株?duì)I共生S菌株可以能發(fā)酵乙醇產(chǎn)生乙酸和分子氫；MOH菌株是一種能利用分子氫產(chǎn)生甲烷、不能運(yùn)動(dòng)、革蘭氏染色不定的厭氧桿菌。資科表明，當(dāng)氫分壓大于4.9×104Pa時(shí)，S菌株的代謝即受到抑制。第104頁(yè)/共237頁(yè)發(fā)現(xiàn)S菌株的意義1(1)以證實(shí)奧氏甲烷芽胞桿菌非純菌種作為突破口，隨之又從熱力學(xué)上進(jìn)一步斷定，以前命名的幾種甲烷細(xì)菌均非純種，使得甲烷細(xì)菌的種屬進(jìn)一步得到純化和確認(rèn)。

如能將丁酸和己酸等偶碳脂肪酸氧化成乙酸和甲烷，以及能將戊酸等奇碳脂肪酸氧化成乙酸、丙酸和甲烷的弱氧化甲烷桿菌，能將丙酸氧化成乙酸、丙酸和甲烷的弱氧化甲烷桿菌等第105頁(yè)/共237頁(yè)發(fā)現(xiàn)S菌株的意義2(2)否定了原以為可作為甲烷細(xì)菌基質(zhì)的許多有機(jī)物（如：乙醇、丙醇、異丙酵、正戊醇、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸和己酸等)，而將甲烷細(xì)菌可直接吸收利用的基質(zhì)范圍縮小到僅包括“三甲一乙”[甲酸、甲醇、甲胺類(一甲胺、二甲胺、三甲胺)、乙酸]的簡(jiǎn)單有機(jī)物和以H2／CO2組合的簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物等為數(shù)不多的幾種化學(xué)物質(zhì)。第106頁(yè)/共237頁(yè)發(fā)現(xiàn)S菌株的意義3(3)厭氧消化中，第一酸化階段的發(fā)酵產(chǎn)物除可供甲烷細(xì)菌吸收利用的“三甲一乙”外，還有許多其它重要的有機(jī)代謝產(chǎn)物。如三碳及三碳以上直鏈脂肪酸、二碳及二碳以上的醇，以及酮和芳香族有機(jī)酸等。據(jù)實(shí)際測(cè)定和理論分析，這些有機(jī)物至少占發(fā)酵基質(zhì)的50％以上(以COD計(jì))。它們最終轉(zhuǎn)化成甲烷，表明還存在著一大批功能和S菌株類似的能為甲烷細(xì)菌提供基質(zhì)的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌群。也就是說(shuō)，在有機(jī)物的厭氧轉(zhuǎn)化鏈條上，出現(xiàn)了一個(gè)新的環(huán)節(jié)或階段，從而為厭氧消化三階段奠定了基礎(chǔ)。第107頁(yè)/共237頁(yè)（5）產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸反應(yīng)的調(diào)控產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌的代謝產(chǎn)物中有分子態(tài)氫，所以體系中氫分壓的高低對(duì)代謝反應(yīng)的進(jìn)行起著重要的調(diào)控作用：或加速反應(yīng)，或減慢反應(yīng)，或中止反應(yīng)。厭氧消化系統(tǒng)一旦發(fā)生故障時(shí)，為什么經(jīng)常出現(xiàn)丙酸積累？第108頁(yè)/共237頁(yè)不同底物,其反應(yīng)的難易程度也就不一樣。大氣壓為單位時(shí)，當(dāng)氫分壓小于0.15時(shí)，乙醇即能自動(dòng)進(jìn)行產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸反應(yīng)，而丁酸則必須在氫分壓小于2×10－3下進(jìn)行，而丙酸則要求更低的氫分壓(9×10－5)。在厭氧消化系統(tǒng)中，降低氫分壓的工作必須依靠甲烷細(xì)菌來(lái)完成。第109頁(yè)/共237頁(yè)由此可見(jiàn)，通過(guò)甲烷細(xì)菌利用分子態(tài)氫以降低氫分壓．對(duì)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌的生化反應(yīng)起著何等重要的調(diào)控作用。在以上互營(yíng)系統(tǒng)中，一旦甲烷細(xì)菌因受環(huán)境條件的影響而放慢對(duì)分子態(tài)氫的利用速率，其結(jié)果必須是放慢產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌對(duì)丙酸的利用，接著依次是丁酸和乙醇。這也說(shuō)明了厭氧消化系統(tǒng)一旦發(fā)生故障時(shí)，為什么經(jīng)常出現(xiàn)丙酸積累的原因所在。第110頁(yè)/共237頁(yè)在下水污泥中，有人分離出4.2×108個(gè)/L的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌。其數(shù)量與發(fā)酵細(xì)菌比較接近。第111頁(yè)/共237頁(yè)3、同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌群在厭氧條件下，能產(chǎn)生乙酸的細(xì)菌有兩類：一類是異養(yǎng)型厭氧細(xì)菌，能利用有機(jī)基質(zhì)(糖類)產(chǎn)生乙酸；(歸類于發(fā)酵細(xì)菌)一類是混合營(yíng)養(yǎng)型厭氧細(xì)菌，既能利用有機(jī)基質(zhì)產(chǎn)生乙酸，也能利用分子氫和二氧化碳產(chǎn)生乙酸。稱之為同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌(耗氫產(chǎn)乙酸菌)。（不是一種細(xì)菌）第112頁(yè)/共237頁(yè)復(fù)雜有機(jī)物（多糖、脂、蛋白質(zhì)）A類有機(jī)物B類有機(jī)物CO2+H2NH3,H2S乙酸氫產(chǎn)甲烷作用甲基合成，氫還原CH4+CO2NH3,H2S第二階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌第三階段產(chǎn)甲烷細(xì)菌橫向轉(zhuǎn)化同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌第一階段水解發(fā)酵細(xì)菌水解發(fā)酵作用產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸作用同型產(chǎn)乙酸作用液化酸化氣化B類有機(jī)物：A外的簡(jiǎn)單有機(jī)物有機(jī)酸、醇、酮等A類有機(jī)物:三甲一乙：甲酸、甲醇、甲胺、乙酸第113頁(yè)/共237頁(yè)目前．對(duì)這類細(xì)菌的研究還處于初級(jí)階段，其在厭氧消化中的重要性尚難作出恰當(dāng)結(jié)論。但有一點(diǎn)是比較肯定的:因能利用氫以降低氫分壓，對(duì)產(chǎn)氫的發(fā)酵細(xì)菌有利；同時(shí)對(duì)利用乙酸的甲烷細(xì)菌也有利。第114頁(yè)/共237頁(yè)4產(chǎn)甲烷菌群種類：多而復(fù)雜。3目、7科、17屬、55種；（Bergy’s細(xì)菌手冊(cè)第九版）

功能：產(chǎn)甲烷。一組是將氫氣和二氧化碳合成甲烷或一氧化碳和氫氣合成甲烷；另一組是將乙酸脫羧生成甲烷和二氧化碳?；蚶眉姿帷⒓状肌⒓凹谆妨呀鉃榧淄?。特性：1）球狀（單球菌、八疊球菌），桿狀（短桿、長(zhǎng)桿、竹節(jié)、絲狀），螺旋狀，絲狀；2）基質(zhì)；3）古菌，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)特殊且沒(méi)有或缺少肽聚糖；4）異養(yǎng)或自養(yǎng)，甲烷細(xì)菌的能源和碳源物質(zhì)主要有5種，即H2／CO2、甲酸、甲醇、甲胺和乙酸。嚴(yán)格專性厭氧，ORP<-380mv，對(duì)氧和氧化劑敏感，pH范圍在（6.5-8.5）6.8-7.2，溫度要求高（20-25,33-38℃,50-55℃）；5）繁殖：二分裂法，慢G幾小時(shí)－100小時(shí)OxidationReductionPotential第115頁(yè)/共237頁(yè)一個(gè)重要的成果是：某些對(duì)普通細(xì)菌抑制能力很強(qiáng)的抗生素卻對(duì)甲烷細(xì)菌不起抑制作用。這一事實(shí)的重要性在于可利用某些抗生素選擇性地抑制雜菌的能力來(lái)富集甲烷細(xì)菌，供科研之用。第116頁(yè)/共237頁(yè)原因甲烷細(xì)菌屬于與普通細(xì)菌不同譜系的古細(xì)菌類。其細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生理功能頗有與普通細(xì)菌不盡相同之處。因而，就甲烷細(xì)菌而言，或因細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)中缺乏某些抗生素的目的物，或因細(xì)胞組織中缺乏吸收和輸入某些抗生素的機(jī)制，致使某些抗生素對(duì)這種細(xì)菌失去抑制作用。第117頁(yè)/共237頁(yè)4.2.32個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題限速步驟;pH值控制第118頁(yè)/共237頁(yè)當(dāng)一個(gè)過(guò)程由一系列相互聯(lián)系的生化反應(yīng)組成時(shí)，某一階段的生化反應(yīng)速率常常比其它階段更慢，這一系列反應(yīng)最慢的階段即為控制反應(yīng)速率、決定反應(yīng)速率或限制反應(yīng)速率的步驟一般稱為限速步驟。1、限速步驟第119頁(yè)/共237頁(yè)厭氧消化器的物料不同，其限速步驟是不同的，即被厭氧消化有機(jī)物的種類將支配所需的消化步驟，即涉及不同的廢水時(shí)可能得到不同的動(dòng)力學(xué)模型。溶解性底物厭氧消化的限速步驟為產(chǎn)甲烷階段。第120頁(yè)/共237頁(yè)纖維素、溶解性淀粉、葡萄糖在產(chǎn)酸相內(nèi)的降解特性？比基質(zhì)去除速率依次為：葡萄糖、溶解性淀粉、纖維素。因?yàn)槔w維素的水解是限速步驟。第121頁(yè)/共237頁(yè)生物質(zhì)（麥秸和玉米秸稈）的甲烷發(fā)酵的研究中，也發(fā)現(xiàn)水解是厭氧消化的限速步驟活性污泥的消化中，水解速度也很慢，為限速步驟。第122頁(yè)/共237頁(yè)pH值是影響厭氧消化過(guò)程的重要因素厭氧消化需要一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的pH值范圍；產(chǎn)甲烷為主的厭氧過(guò)程要求pH＝6.5-7.5，最佳6.8－7.2；環(huán)境pH值過(guò)高(大于8.0)或過(guò)低(低于6.0)，產(chǎn)甲烷菌受抑制，進(jìn)而嚴(yán)重影響整個(gè)厭氧消化過(guò)程。必要時(shí)投加酸堿調(diào)節(jié)。2、pH值控制第123頁(yè)/共237頁(yè)原因：非產(chǎn)甲烷菌如發(fā)酵細(xì)菌等對(duì)pH值的變化不如產(chǎn)甲烷菌敏感pH值變化較大時(shí)，這些細(xì)菌受到的影響較小，它們能繼續(xù)將進(jìn)水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為脂肪酸等，而產(chǎn)甲烷菌受抑制導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)酸積累、酸堿平衡失調(diào)，使產(chǎn)甲烷菌的活性受到更大抑制，進(jìn)入惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致反應(yīng)器運(yùn)行失敗。第124頁(yè)/共237頁(yè)有機(jī)負(fù)荷過(guò)高,會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?由于產(chǎn)酸菌的生長(zhǎng)較快且對(duì)環(huán)境條件的變化不太敏感,會(huì)造成揮發(fā)性脂肪酸的累積,體系的pH會(huì)下降。造成”酸化”,甚至使系統(tǒng)崩潰。第125頁(yè)/共237頁(yè)其他厭氧生物處理過(guò)程硫酸鹽還原：細(xì)菌SRB，SulphateReducingBacteria，P511與甲烷菌競(jìng)爭(zhēng)氫和乙酸鹽；硫化氫對(duì)甲烷菌的抑制；反硝化與厭氧氨氧化；第126頁(yè)/共237頁(yè)4.3厭氧微生物生態(tài)學(xué)4.3.1影響產(chǎn)酸菌的主要生態(tài)因子4.3.2影響產(chǎn)甲烷菌的主要生態(tài)因子4.3.3影響硫酸鹽還原菌的主要生態(tài)因子4.3.4厭氧生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)4.3.5厭氧過(guò)程中微生物優(yōu)勢(shì)種群的演變及相互關(guān)系第127頁(yè)/共237頁(yè)4.3.1影響產(chǎn)酸菌的主要生態(tài)因子P5131、PH值2、氧化還原電位（ORP)3、堿度4、溫度5、水力停留時(shí)間和有機(jī)負(fù)荷第128頁(yè)/共237頁(yè)4.3.2影響產(chǎn)甲烷菌的主要生態(tài)因子1、PH值2、氧化還原電位（ORP)3、有機(jī)負(fù)荷率4、溫度5、污泥溫度6、堿度7、接觸與攪拌8、營(yíng)養(yǎng)9、抑制物和激活劑第129頁(yè)/共237頁(yè)4.3.3影響硫酸鹽還原菌的主要生態(tài)因子1、溫度2、PH值3、氧化還原電位4、碳硫比5、鹽度第130頁(yè)/共237頁(yè)4.3.4厭氧生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)在前面的學(xué)習(xí)中已經(jīng)涉及到好氧生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，請(qǐng)同學(xué)們課下自己學(xué)習(xí)（解釋P523表）第131頁(yè)/共237頁(yè)4.3.5厭氧過(guò)程微生物優(yōu)勢(shì)種群演變及相互關(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值第132頁(yè)/共237頁(yè)4.4升流式厭氧污泥床（UASB法)反應(yīng)器*4.4.1

升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的構(gòu)造特點(diǎn)4.4.2UASB反應(yīng)器厭氧顆粒污泥的形成及其性質(zhì)4.4.3UASB工藝處理系統(tǒng)的選擇4.4.4UASB反應(yīng)器的啟動(dòng)與運(yùn)行第133頁(yè)/共237頁(yè)UpflowAnaerobicSludgeBlanket(Bed)Reactor,上（升）流式厭氧污泥床（層）反應(yīng)器，荷蘭Wageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)的GatzeLettinga教授,上世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)UASB反應(yīng)器及其工作原理主要工藝特征：①在反應(yīng)器的上部設(shè)置了氣、固、液三相分離器；②在反應(yīng)器底部設(shè)置了均勻布水系統(tǒng)；③反應(yīng)器內(nèi)的污泥能形成顆粒污泥。所謂的顆粒污泥的特點(diǎn)是：直徑為0.1~0.5cm，濕比重為1.04~1.08；具有良好的沉降性能和很高的產(chǎn)甲烷活性。動(dòng)畫(huà)第134頁(yè)/共237頁(yè)UASB特點(diǎn)：①污泥的顆?；狗磻?yīng)器內(nèi)的平均濃度50gVSS/l以上，污泥齡一般為30天以上；②反應(yīng)器的水力停留時(shí)間相應(yīng)較短；③反應(yīng)器具有很高的容積負(fù)荷；④不僅適合于處理高、中濃度的有機(jī)工業(yè)廢水，也適合于處理低濃度的城市污水；⑤UASB反應(yīng)器集生物反應(yīng)和沉淀分離于一體，結(jié)構(gòu)緊湊；⑥無(wú)需設(shè)置填料，節(jié)省了費(fèi)用，提高了容積利用率；⑦一般也無(wú)需設(shè)置攪拌設(shè)備，上升水流和沼氣產(chǎn)生的上升氣流起到攪拌的作用；⑧構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作運(yùn)行方便。第135頁(yè)/共237頁(yè)4.4.1升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB法)*4.4.1UASB的構(gòu)造特點(diǎn)4.4.2UASB厭氧顆粒污泥的形成及其性質(zhì)4.4.3UASB工藝處理系統(tǒng)的選擇4.4.4UASB反應(yīng)器的啟動(dòng)與運(yùn)行第136頁(yè)/共237頁(yè)1、進(jìn)水分配系統(tǒng)2、反應(yīng)區(qū)(污泥床和污泥懸浮層區(qū))3、氣、液、固分離器4、出水系統(tǒng)；5、氣室；6、浮渣收集系統(tǒng)；5、排泥系統(tǒng)；4.4.1UASB的構(gòu)造特點(diǎn)第137頁(yè)/共237頁(yè)第138頁(yè)/共237頁(yè)1、進(jìn)水分配系統(tǒng)一個(gè)有效的進(jìn)水配水系統(tǒng)是保證UASB反應(yīng)器高效運(yùn)行的關(guān)鍵之一。位置：反應(yīng)器底部功能：均勻配水、攪拌需要滿足如下原則：

(1)進(jìn)水裝置的設(shè)計(jì)使分配到各點(diǎn)的流量相同，確保單位面積的進(jìn)水量基本相同防止發(fā)生短路等現(xiàn)象。

(2)很容易觀察進(jìn)水管的堵塞，當(dāng)堵塞發(fā)現(xiàn)后，必須很容易被清除。

(3)應(yīng)盡可能的(雖然不是必須的)滿足污泥床水力攪拌的需要，保證進(jìn)水有機(jī)物與污泥迅速混合，防止局部產(chǎn)生酸化現(xiàn)象。第139頁(yè)/共237頁(yè)為了在反應(yīng)器底部獲得進(jìn)水均勻的分布，有必要采用將進(jìn)水分配到多個(gè)進(jìn)水點(diǎn)的分配裝置。一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)服務(wù)的最大面積問(wèn)題?第140頁(yè)/共237頁(yè)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)2.0-4.0m2。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)水的混合不充分時(shí)，需要較高密度的布水點(diǎn)。對(duì)于城市污水DeMan和vandelast建議1-2m2/孔。第141頁(yè)/共237頁(yè)UASB處理溶解性廢水時(shí)的進(jìn)水管口負(fù)荷污泥類型每個(gè)進(jìn)水口的負(fù)荷(m2)負(fù)荷（kgCOD/m3/d)顆粒污泥0.5~12.01~22~4>2>4凝絮狀污泥0.5~1<11~21~22~3>2中等濃度絮狀污泥1～2<1~22～5>2第142頁(yè)/共237頁(yè)進(jìn)水分配系統(tǒng)形式(1)樹(shù)枝管狀(2)穿孔管式(3)多管多點(diǎn)式用高于反應(yīng)器的水箱式(或渠道式)進(jìn)水分配系統(tǒng)。第143頁(yè)/共237頁(yè)

樹(shù)技管式：為了配水均勻一般采用對(duì)稱布置，各支管出水口向著池底，出水口距池底約20cm，位于所服務(wù)面積的中心點(diǎn)。管口對(duì)準(zhǔn)的池底設(shè)反射錐，使射流向四周均勻散布于池底，出水口支管直徑約20mm。這種配水系統(tǒng)只要施工安裝正確，配水可基本達(dá)到均勻分布。第144頁(yè)/共237頁(yè)

穿孔管式為了配水均勻，配水管之間的中心距可采用1-2m，進(jìn)水孔距也可采用1-2m，孔口朝向池底，或與鉛垂線成45度方向開(kāi)孔?？讖酱笮〖芭渌艹叽鐟?yīng)由水力計(jì)算確定。以確保布水均勻。為了防止配水系統(tǒng)的堵塞，在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮清通的可能。第145頁(yè)/共237頁(yè)

多管多點(diǎn)式一根配水管服務(wù)一個(gè)配水點(diǎn)，即配水管數(shù)與配水點(diǎn)數(shù)相同。圖中所示為德國(guó)設(shè)計(jì)專利，配水管設(shè)置在污泥床不用位置和不同高度上，廢水通過(guò)一個(gè)專門設(shè)計(jì)的脈沖配水器，廢水定時(shí)地分配給不同位置和高度的配水管，對(duì)整個(gè)反應(yīng)器進(jìn)水是連續(xù)的，這種配水系統(tǒng)效果是很好的。第146頁(yè)/共237頁(yè)配水管道1、設(shè)三通進(jìn)行清通2、防止帶入空氣（厭氧菌的抑制、爆炸）；大一些的管徑可以避免氣阻。3、在反應(yīng)器底部采用較小直徑管道是有利的，因?yàn)樗a(chǎn)生高的流速?gòu)亩a(chǎn)生了較強(qiáng)的擾動(dòng)和進(jìn)水與污泥之間更密切的接觸。第147頁(yè)/共237頁(yè)2、反應(yīng)區(qū)反應(yīng)區(qū)包括污泥床和污泥懸浮層區(qū)，是UASB反應(yīng)器的核心，是培養(yǎng)和富集厭氧微生物的區(qū)域，廢水與厭氧污泥在這里充分接觸，產(chǎn)生強(qiáng)烈的生化反應(yīng)，有機(jī)物主要在這里被厭氧菌分解。厭氧顆粒污泥的形成及其性質(zhì)（在4.3.2專門介紹）第148頁(yè)/共237頁(yè)3、氣、液、固三相分離器第149頁(yè)/共237頁(yè)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：①將氣體(沼氣)、固體(污泥)、和液體(出水)分開(kāi)；②保證出水水質(zhì)；③保證反應(yīng)器內(nèi)污泥量；④有利于污泥顆粒化。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。第150頁(yè)/共237頁(yè)三相分離器要求(1)氣、固、液混合液中的氣體不得進(jìn)入沉淀區(qū)，即流體(污泥與水混合物)在進(jìn)入沉淀區(qū)之前，氣體必須有效地進(jìn)行分離去除，避免由于氣體泄漏到沉淀區(qū)而干擾固、液分離效果。(2)保持沉淀區(qū)液流穩(wěn)定，水流流態(tài)接近塞流狀，使具有良好的固液分離效果。(3)被沉淀分離的部分固體(污泥)能迅速返回到反應(yīng)器內(nèi)，以維持反應(yīng)器內(nèi)有很高的污泥濃度和較長(zhǎng)的污泥齡。第151頁(yè)/共237頁(yè)第152頁(yè)/共237頁(yè)第153頁(yè)/共237頁(yè)第154頁(yè)/共237頁(yè)第155頁(yè)/共237頁(yè)三相分離器的基本構(gòu)造不論三相分離器的形式多么不同，但其一定有3個(gè)主要功能和組成部分：氣液分離、固液分離和污泥回流3個(gè)功能以及氣封，沉淀區(qū)和回流縫3個(gè)組成部分。單個(gè)三相分離器的基本構(gòu)造如圖所示：第156頁(yè)/共237頁(yè)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。第157頁(yè)/共237頁(yè)2．三相分離器的布置形式

對(duì)一個(gè)容積較大的UASB反應(yīng)器，其三相分離器由多個(gè)三相分離器單元組成，布置形式如下動(dòng)畫(huà)第158頁(yè)/共237頁(yè)4、出水系統(tǒng)出水設(shè)施經(jīng)常的問(wèn)題是一部分的出水槽，即使存在浮渣擋板時(shí)也被漂浮的固體堵塞，從而引起出水不均勻；或發(fā)生堰不是完全水平的問(wèn)題，較小的水頭會(huì)引起相對(duì)大的誤差。第159頁(yè)/共237頁(yè)設(shè)計(jì)原則(1)厭氧反應(yīng)器出水堰與沉淀池出水裝置相同，即匯水槽上加設(shè)三角堰；

(2)出水設(shè)施應(yīng)設(shè)在厭氧反應(yīng)器頂部，盡可能均勻地收集處理過(guò)的廢水；

(3)采用矩形反應(yīng)器時(shí)出水采用幾組平行出水堰的多槽出水方式；

(4)采用圓形反應(yīng)器時(shí)可采用放射狀的多槽出水；

(5)要避免出水堰過(guò)多堰上水頭低和安裝不平．形成三角堰被漂浮的固體堵塞，堰上水頭應(yīng)>25mm，水位于齒1/2處；

(6)出水負(fù)荷參考二沉池負(fù)荷。第160頁(yè)/共237頁(yè)5、排泥系統(tǒng)由于厭氧消化過(guò)程微生物的不斷增長(zhǎng)，或進(jìn)水不可降解懸浮固體的積累，必須在污泥床區(qū)定期排除剩余污泥。所以UASB反應(yīng)器的設(shè)計(jì)應(yīng)包括剩余污泥的排除設(shè)施。一般認(rèn)為排去剩余污泥的位置是反應(yīng)器的1/2高度處。但是大部設(shè)計(jì)者推薦把排泥設(shè)備安裝在靠近反應(yīng)器的低部。也有人在三相分離器下0.5m處設(shè)排泥管，以排除污泥床上面部分的剩余絮體污泥，而不會(huì)把顆粒污泥排走。第161頁(yè)/共237頁(yè)UASB反應(yīng)器排污泥系統(tǒng)必須同時(shí)考慮上，中，下不同位置設(shè)排泥設(shè)備，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行中的具體情況考慮實(shí)際排泥的要求，而確定在什么位置排泥。第162頁(yè)/共237頁(yè)設(shè)置在污泥床區(qū)池底的排泥設(shè)備，由于污泥的流動(dòng)性差，必須考慮排泥均勻。因?yàn)榇笮蚒ASB反應(yīng)器一般不設(shè)污泥斗，而池底面積較大，所以必須進(jìn)行均布多點(diǎn)排泥。每個(gè)點(diǎn)服務(wù)面積多大合適，尚缺乏具體資料，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，建議每10m2設(shè)一個(gè)排泥點(diǎn)。第163頁(yè)/共237頁(yè)當(dāng)采用穿孔管配水系統(tǒng)時(shí)，如能同時(shí)把穿孔管兼作穿孔排泥管是較為理想的。專設(shè)排泥管管徑不應(yīng)小于200mm，以防發(fā)生堵塞。第164頁(yè)/共237頁(yè)此外，在池壁全高上設(shè)置若干(5－6)個(gè)取樣管，可以取反應(yīng)器內(nèi)的污泥樣，以隨時(shí)掌握污泥在高度方向的濃度分布情況。并可計(jì)算反應(yīng)器的存泥總量，以確定是否需要排泥。剩余污泥量的確定與每天去除的有機(jī)物量有關(guān)。一般情況下，每去除lkgCOD，可產(chǎn)生0.05-0.1kgVSS計(jì)算。第165頁(yè)/共237頁(yè)4、UASB反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算P532到目前為止，還沒(méi)有形成完整的工程設(shè)計(jì)的計(jì)算方法。設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容有：①池型選擇、有效容積以及各主要部位尺寸的確定；②進(jìn)水配水系統(tǒng)、出水系統(tǒng)、三相分離器等主要設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算；③其它設(shè)備和管道如排泥和排渣系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)計(jì)算。第166頁(yè)/共237頁(yè)1)有效容積及主要構(gòu)造尺寸的確定：UASB反應(yīng)器的有效容積，一般將沉淀區(qū)和反應(yīng)區(qū)的總?cè)莘e作為反應(yīng)器的有效容積進(jìn)行考慮，多采用進(jìn)水容積負(fù)荷法確定，即：式中：Q——廢水流量，m3/d；Si——進(jìn)水有機(jī)物濃度，mgCOD/l；Lv——COD容積負(fù)荷，kgCOD/m3.d。UASB反應(yīng)器的容積負(fù)荷與反應(yīng)溫度、廢水性質(zhì)和濃度以及是否能夠在反應(yīng)器內(nèi)形成顆粒污泥等多種因素有關(guān)，如果對(duì)于食品工業(yè)廢水或與之性質(zhì)相近的廢水，一般認(rèn)為是可以在反應(yīng)器內(nèi)形成顆粒污泥的，在不同的反應(yīng)溫度下的進(jìn)水容積負(fù)荷的選擇可參考如下數(shù)據(jù)：