水污染控制工程6-1(厭氧處理)

《水污染控制工程》第二部分生物處理175課程內(nèi)容第4章

活性污泥法（4）第5章生物膜法（5）第6章厭氧生物處理法（8、14）

污泥預(yù)處理與處置（8）第7章生物法脫氮除磷（7）第8章污水的自然生物處理（6）

第9章污水的回用、深度處理（7）

第10章污水處理廠的規(guī)劃與設(shè)計（9）275第6章厭氧生物處理法（P353）6.1厭氧生物處理基礎(chǔ)理論（P353）

6.2污泥的厭氧消化工藝6.3污水的厭氧生物處理工藝6.4污泥預(yù)處理與處置

3756.1厭氧生物處理基礎(chǔ)理論

（P353）6.1.1厭氧生物處理（厭氧消化）機理6.1.2厭氧生物處理（消化）動力學6.1.3厭氧生物處理的影響因素6.1.4兩相厭氧消化4756.1.1厭氧生物處理（厭氧消化）機理（P353）（1）有機物的降解過程(途徑）（2）參與消化過程厭氧微生物575（1）有機物的厭氧降解過程（途徑）厭氧生物處理：也稱為厭氧消化(anaerobicdigestion)有機物→CH4+CO2、H2、H2S、氨氮等條件：

厭氧微生物無O2、無NO2-、NO3-厭氧降解理論模式①兩階段理論②三階段理論有機物的厭氧降解過程是由多種類群的微生物循序完成的。675①兩階段理論：

第一階段：酸性發(fā)酵階段，又稱產(chǎn)酸階段（不產(chǎn)甲烷階段）；

第二階段：甲烷發(fā)酵階段，又稱堿性發(fā)酵（產(chǎn)甲烷階段）；

775第一階段第二階段875①兩階段理論：

第一階段：酸性發(fā)酵階段，又稱產(chǎn)酸階段；發(fā)生水解和酸化，產(chǎn)物主要是脂肪酸、醇類、CO2和H2等；主要參與微生物統(tǒng)稱為產(chǎn)酸細菌或發(fā)酵細菌；

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；主要參與的微生物統(tǒng)稱為產(chǎn)甲烷菌；975②三階段理論：

第一階段：

水解、發(fā)酵階段；

第二階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段；

第三階段：

產(chǎn)甲烷階段；

1075三階段理論復(fù)雜有機物水解與發(fā)酵細菌脂肪酸、醇類等乙酸CH4產(chǎn)甲烷菌1產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌（同型產(chǎn)乙酸菌）

H2+CO2ⅠⅡⅢ厭氧反應(yīng)的三階段理論同型乙酸菌產(chǎn)甲烷菌21175②三階段理論：

第一階段：

水解、發(fā)酵階段；

第二階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段；

第三階段：

產(chǎn)甲烷階段；

第一階段為水解酸化階段。復(fù)雜的大分子、不溶性有機物先在細胞外酶的作用下水解為小分子、溶解性有機物，然后滲入細胞體內(nèi)，分解產(chǎn)生揮發(fā)性有機酸、醇類、醛類等。這個階段主要產(chǎn)生脂肪酸。第二階段為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段。在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌的作用下，第一階段產(chǎn)生的各種有機酸、醇類等被分解轉(zhuǎn)化成乙酸和H2，在降解奇數(shù)碳素有機酸時還形成CO2。同型乙酸菌將甲酸、甲醇、CO2與H2轉(zhuǎn)化為乙酸。1275②三階段理論：

第一階段：

水解、發(fā)酵階段；

第二階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段；

第三階段：

產(chǎn)甲烷階段；

第三階段為產(chǎn)甲烷階段。產(chǎn)甲烷細菌將乙酸（乙酸鹽）、CO2和H2等轉(zhuǎn)化為甲烷。此過程主要由兩組生理上不同的產(chǎn)甲烷菌完成一組從乙酸（乙酸鹽）脫羧產(chǎn)生甲烷，另一組把H2和CO2轉(zhuǎn)化成甲烷，13756.1.1厭氧生物處理（厭氧消化）機理（P353）（1）有機物的降解過程(途徑）（2）參與消化過程厭氧微生物1475（2）參與消化過程厭氧微生物三個階段，三大類群微生物第一階段：水解與發(fā)酵細菌（細菌、真菌等）第二階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、同型乙酸菌第三階段：產(chǎn)甲烷菌，絕對厭氧：桿菌、球菌、八疊球菌、螺旋菌。產(chǎn)甲烷細菌是決定厭氧消化效率和成敗的主要微生物，產(chǎn)甲烷階段是厭氧過程反應(yīng)速率的限制步驟。15751675177518751975厭氧消化的三個階段和COD轉(zhuǎn)化率

20756.1厭氧生物處理基礎(chǔ)理論

6.1.1厭氧生物處理（厭氧消化）機理6.1.2厭氧生物處理（消化）動力學6.1.3厭氧生物處理的影響因素6.1.4兩相厭氧消化21756.1.2厭氧生物處理（消化）動力學（P356）（1）有機底物的去除速率（2）厭氧細菌的增值速率（3）出水濃度與污泥齡的關(guān)系2275（1）有機底物的去除速率有機物去除速率最大比去除速率可降解的有機物量飽和常數(shù)（半速度常數(shù)）厭氧細菌濃度2375（2）厭氧細菌的增值速率厭氧細菌凈增殖速率厭氧細菌產(chǎn)率系數(shù)厭氧細菌衰亡速率系數(shù)2475由上兩式得：細菌凈比增殖速率1/θc（3）出水有機物濃度與污泥齡的關(guān)系2575符號單位數(shù)量產(chǎn)酸菌最大比增長速率d-11-3甲烷菌最大比增長速率d-10.3-0.5產(chǎn)酸菌最大產(chǎn)率系數(shù)kgVSS/kgCOD(S)0.15-0.20甲烷菌最大產(chǎn)率系數(shù)kgVSS/kgCOD(S)0.03-0.0435℃時厭氧反應(yīng)速率常數(shù)甲烷菌生長慢2675厭氧微生物的產(chǎn)氣：一般沼氣中含：CH465%、CO230%、其它氣體5%。在標準狀態(tài)下降解1kgCOD或BODu

將產(chǎn)生0.35m3CH4。

27756.1厭氧生物處理基礎(chǔ)理論

6.1.1厭氧生物處理（厭氧消化）機理6.1.2厭氧生物處理（消化）動力學6.1.3厭氧生物處理的影響因素6.1.4兩相厭氧消化28756.1.3厭氧生物處理的影響因素（p357）（1）溫度（2）污泥齡與有機負荷（3）攪拌和混合（4）營養(yǎng)與C/N比（5）氮的守恒與轉(zhuǎn)化（6）有毒物質(zhì)（7）pH和堿度（8）氧化還原電位2975（1）溫度各類微生物適宜的溫度范圍是不同的，一般認為，產(chǎn)甲烷菌的溫度范圍為5-60℃。甲烷菌有兩個適宜溫度范圍中溫甲烷菌（30~36℃）——中溫消化

高溫甲烷菌（50~53℃）——高溫消化溫度為40-45℃時，厭氧消化效率較低。消化液溫度變化范圍：±1.5~2℃。水解酸化菌對溫度的適應(yīng)性較強。3075溫度對厭氧消化過程的影響3175（2）有機負荷與污泥齡

容積負荷：厭氧池單位有效容積每天接受的有機物量（kgCOD/m3·d)。也有用污泥負荷表達的，即kgCOD/(kgSS·d)。污泥消化中，習慣上以投配率表達：5%~8%每天所投加的新鮮污泥體積占消化池有效容積的百分數(shù)。污泥齡：消化池內(nèi)總生物量/消化池每日排出的生物量有機負荷越低，有機物去除率越高有機負荷突然增大，厭氧池可能會發(fā)生酸化，甲烷菌受抑制。3275（3）攪拌和混合

通過攪拌可消除池內(nèi)濃度梯度，增加底物與微生物之間的接觸，避免產(chǎn)生分層，促進沼氣分離。在連續(xù)投料的消化池中，使進料迅速與池中原有料液相混勻。攪拌與混合效果影響厭氧反應(yīng)效率和脫氣性能。3375攪拌混合的方法：（a）機械攪拌器攪拌法；（b）消化液循環(huán)攪拌法；（c）沼氣循環(huán)攪拌法等。其中沼氣循環(huán)攪拌，還有利于使沼氣中的CO2作為產(chǎn)甲烷的底物被細菌利用，提高甲烷的產(chǎn)量。（d）強化水力條件。3475（4）營養(yǎng)與C/N比厭氧微生物的生長繁殖需按一定的比例攝取碳、氮、磷以及其他微量元素。研究表明，合適的C/N為10~20:1。厭氧法的BOD:N:P為l00:2.5:0.5或200:5:13575（5）氮的守恒與轉(zhuǎn)化原水中的有機氮被轉(zhuǎn)化為氨氮，使出水中氨氮大大高于進水，對系統(tǒng)pH的緩沖起到很大作用。當氨氮濃度很高時，可能對甲烷菌有一定的抑制作用。3675（6）有毒物質(zhì)包括有毒有機物、重金屬離子和一些陰、陽離子等。帶醛基、雙鍵、氯取代基、苯環(huán)等結(jié)構(gòu)的有機物，對細菌具有抑制性。有毒物質(zhì)的最高容許濃度與處理系統(tǒng)的運行方式、污泥馴化程度、廢水特性、操作控制條件等因素有關(guān)。H2S的來源（1）進水中硫酸鹽被硫酸鹽還原菌轉(zhuǎn)化而成；（2）含硫的有機物分解。氨的來源：含氮有機物分解；游離NH3的毒性大大高于NH4+主要是對甲烷菌的影響3775（7）pH值和堿度、消化液的緩沖作用產(chǎn)酸細菌對pH值適應(yīng)范圍較廣，在4.5-8.0之間。產(chǎn)甲烷菌最適宜pH值為7.0-7.2。

pH值應(yīng)控制在6.5-7.5（最好在6.8-7.2）的范圍。pH<6，甲烷菌的活性下降，pH<5.5反應(yīng)基本停止pH堿度起緩沖作用在厭氧消化過程中，pH值的升降變化取決于堿度和有機物代謝過程中某些產(chǎn)物。3875產(chǎn)酸反應(yīng)使有機酸的含量增加，會使pH值下降。含氮有機物分解產(chǎn)物氨的增加，會引起pH值升高。反應(yīng)器混合液對pH變化的緩沖能力，取決于揮發(fā)酸、堿度、CO2、氨氮之間的平衡。反應(yīng)器的酸化：有機酸積累、pH值下降，甲烷菌受抑制。消化液堿度宜大于2000mg/L特別是碳酸平衡從產(chǎn)甲烷的串聯(lián)反應(yīng)可以類推出結(jié)論：只有后一順序的微生物利用中間產(chǎn)物的速度與這些中間產(chǎn)物的產(chǎn)生速度相同，中間產(chǎn)物不發(fā)生嚴重積累，厭氧過程才能很好地進行下去。（7）pH值和堿度、消化液的緩沖作用3975（8）氧化還原電位利用氧化還原電位來反映混合液的厭氧程度無氧環(huán)境是嚴格厭氧的產(chǎn)甲烷菌繁殖的最基本條件之一。產(chǎn)甲烷菌對氧和氧化劑非常敏感，這是因為它不象好氧菌那樣具有過氧化氫酶。氧是影響厭氧反應(yīng)器中氧化還原電位條件的重要因素，但不是唯一因素。

40756.1厭氧生物處理基礎(chǔ)理論

6.1.1厭氧生物處理（厭氧消化）機理6.1.2厭氧生物處理（消化）動力學6.1.3厭氧生物處理的影響因素6.1.4兩相厭氧消化41756.1.4兩相厭氧消化（P370）什么是兩相厭氧消化將厭氧三個階段的反應(yīng)分別控制在兩個反應(yīng)器中進行；兩個反應(yīng)器串聯(lián)：水解發(fā)酵、產(chǎn)酸）反應(yīng)器→產(chǎn)甲烷反應(yīng)器；注意各反應(yīng)器發(fā)生的反應(yīng)42756.1.4兩相厭氧消化（P370）兩相厭氧消化有什么優(yōu)勢兩個反應(yīng)器中分別生長不同的菌群，可分別按各自的最佳條件運行；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。第一步反應(yīng)器可采用簡易非密閉裝置、在常溫、較寬pH值范圍條件下運行；第二步反應(yīng)器則要求嚴格密封、嚴格控制溫度和pH值范圍。4375兩相厭氧工藝產(chǎn)酸反應(yīng)器產(chǎn)甲烷反應(yīng)器水解、發(fā)酵，產(chǎn)酸產(chǎn)甲烷加堿調(diào)節(jié)pH值按各相微生物的最適環(huán)境條件分別進行控制進水出水產(chǎn)氣收集產(chǎn)氣收集4475第6章厭氧生物處理法6.1厭氧生物處理基礎(chǔ)理論6.2污泥的厭氧消化工藝6.3污水的厭氧生物處理工藝6.4污泥預(yù)處理與處置

45756.2污泥的厭氧消化工藝（P361）6.2.1厭氧污泥消化池的構(gòu)造和計算（P361）6.2.2兩級消化（P366）6.2.3消化池的運行與管理（P371）46756.2.1厭氧消化池的構(gòu)造和計算（P361）圓柱形、蛋形構(gòu)造：池體污泥投配系統(tǒng)排泥系統(tǒng)溢流系統(tǒng)攪拌設(shè)備加溫設(shè)備沼氣收集、排除（1）圓柱形厭氧消化池（2）蛋形厭氧消化池（3）常用加熱方式（4）普通消化池的計算4775（1）普通圓柱形厭氧消化池污泥定期或連續(xù)進入池中，經(jīng)消化的污泥分別由消化池底和上部排出，所產(chǎn)沼氣從頂部排出。L構(gòu)造：密閉、圓柱形池，池徑6~35m，柱體部分的高度約為直徑的1/2，池底呈圓錐形，以利排泥。攪拌：常用攪拌方式有三種：(a)池內(nèi)機械攪拌；(b)沼氣攪拌；(c)循環(huán)消化液攪拌。4875消化池構(gòu)造沼氣收集、排除加溫設(shè)備攪拌設(shè)備排泥系統(tǒng)污泥投配系統(tǒng)池體4975螺旋槳攪拌的消化池5075水力攪拌5175浮動式蓋消化池5275螺旋漿攪拌的消化池5375污泥消化池54755575大型厭氧生物處理5675（2）蛋形消化池57755875（3）常用加熱方式有三種(a)污泥在消化池外先經(jīng)熱交換器預(yù)熱到規(guī)定溫度再進入消化池；（池外間接加熱）(b)熱水或蒸汽直接通入消化池內(nèi)；（池內(nèi)直接加熱）(c)在消化池內(nèi)部安裝熱交換管。（池內(nèi)間接加熱）59756075（4）普通消化池的計算池容積計算確定需處理的污泥量：干重或濕污泥體積根據(jù)揮發(fā)性有機物負荷：池容=每天揮發(fā)有機物干重/有機負荷根據(jù)消化時間：池容=每天的濕污泥體積×

消化時間各部分尺寸的確定：并聯(lián)池數(shù)≥2消化池熱工計算（P364)熱交換器計算攪拌設(shè)備的計算與選擇揮發(fā)性有機物負荷：0.6~1.5kg/(m3.d）td—消化時間，宜為20～30d61756.2污泥的厭氧消化工藝（P361）6.2.1厭氧污泥消化池的構(gòu)造和計算（P361）6.2.2兩級消化（P366）6.2.3消化池的運行與管理（P371）62756.2.2兩級消化（P366）兩個消化池串聯(lián)運行依據(jù)：一定溫度下，超過一定消化時間后，產(chǎn)氣率大大下降。只從運行節(jié)能考慮，注意：與兩相厭氧消化不同。63756.2.2兩級消化（P366）第一級反應(yīng)器嚴格按厭氧池的設(shè)計要求設(shè)計：攪拌、加溫等。第二級反應(yīng)器不設(shè)攪拌和加溫設(shè)備，依靠余熱繼續(xù)消化。設(shè)計計算時，先按普通消化池計算池容積，再按一、二級的容積比進行分配：一級容積/二級容積=1:1或2:1或3:2。例題：p3676475消化時間（d)產(chǎn)氣率（%）一級消化二級消化65756.2污泥的厭氧消化工藝（P361）6.2.1厭氧污泥消化池的構(gòu)造和計算（P361）6.2.2兩級消化（P366）6.2.3消化池的運行與管理（P371）66756.2.3消化池的運行與管理（P371）（1）消化池的啟動（2）厭氧反應(yīng)器運行中異常現(xiàn)象及其原因（3）運行管理中的安全要求（4）沼氣的貯存、應(yīng)用6775（1）消化池的啟動a厭氧處理工藝的缺點之一是微生物增殖緩慢，設(shè)備啟動時間長，若能取得大量的厭氧活性污泥就可縮短投產(chǎn)期。c最好選擇同類物料厭氧消化污泥。如果采用一般的未經(jīng)消化的有機污泥自行培養(yǎng)，所需時間較長。b一般來說，接種污泥量比例增大，啟動時間縮短。接種污泥6875培養(yǎng)馴化：逐步培養(yǎng)法：維持設(shè)計溫度、逐漸加