污水的厭氧生物處理教學(xué)教程

第十五章污水的厭氧生物處理第一節(jié)厭氧生物處理的基本原理第二節(jié)污水的厭氧生物處理方法第三節(jié)厭氧生物處理法的設(shè)計第四節(jié)厭氧和好氧技術(shù)的聯(lián)合運用第一節(jié)厭氧生物處理的基本原理

傳統(tǒng)上，污泥在脫水作最后處置前進行厭氧處理，稱污泥消化（詳見第二十章），“消化”也常稱作為厭氧處理的簡稱。早期的厭氧處理研究都針對污泥消化。

污泥的厭氧處理面對的是固態(tài)有機物，所以簡稱消化。對批量污泥靜置考察，可以見到污泥的消化過程明顯分為兩個階段。固態(tài)有機物先是液化，稱液化階段；接著降解產(chǎn)物氣化，稱氣化階段；整個過程歷時半年以上。

消化分為四個階段：先是水解階段，固態(tài)有機物被細菌的胞外酶所水解；第二階段是酸化；在進入甲烷化階段之前，代謝中間液態(tài)產(chǎn)物都要乙酸化，稱乙酸化階段；第四階段是甲烷化階段。然而甲烷化效率很高的甲烷八疊球菌能夠代謝甲醇，乙酸和CO2甲烷。

大分子有機物（碳水化合物，蛋白質(zhì)，脂肪等）水解細菌的胞外酶水解的和溶解的有機物酸化產(chǎn)酸細菌有機酸醇類醛類乙酸化乙酸細菌乙酸甲烷化甲烷細菌CH4CH4甲烷細菌

厭氧發(fā)酵的幾個階段

PH值和溫度是影響甲烷細菌生長的兩個重要環(huán)境因素。PH值應(yīng)在6.8~7.2之間。在350C！~380C和520C~550C各有一個最適溫度。厭氧法為什么有機負荷率低，需要的停留時間長？這是由有機物厭氧分解的反應(yīng)所決定的。與好氧相比，厭氧法的降解教不徹底，放出熱量少，反映速度低（與好氧相比，在相同時，要相差一個數(shù)量級）。要克服這些缺點，最主要的方法應(yīng)是增加參加反應(yīng)的微生物數(shù)量（濃度）和提高反應(yīng)時的溫度。但要提高反應(yīng)溫度，就要消耗能量（而水的比熱又很大）。因此，厭氧生物處理法目前還主要用于污泥的消化、高濃度有機廢水和溫度教高的有機工業(yè)廢水的處理。

第二節(jié)污水的厭氧生物處理方法

最早的厭氧生物處理構(gòu)筑物是化糞池，近年開發(fā)的有厭氧生物濾池、厭氧接觸法、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器，分段消化法等。

一、化糞池化糞池用于處理來自廁所的糞便污水。曾廣泛用于不設(shè)污水廠的合流制排水系統(tǒng)。尚可用于郊區(qū)的別墅建筑。二、厭氧生物濾池厭氧生物濾池的主要優(yōu)點是：處理能力高；濾池內(nèi)可以保持很高的微生物濃度；不需另設(shè)泥水分離設(shè)備，出水SS較低，設(shè)備簡單、操作方便等。它的主要

缺點是：濾料容易堵塞，尤其是夏布，生物膜很厚。堵塞后，沒有簡單有效的清洗方法。因此，懸浮物高的廢水不適用。填料出水進水消化氣厭氧生物濾池

三、

厭氧接觸法厭氧接觸法實質(zhì)上是厭氧活性法，不需要曝氣而需要脫氣。其工藝流程為：（見下圖）

厭氧接觸法工藝流程

上流式厭氧污泥反應(yīng)器（UASB）是由荷蘭的Lettinga教授等在1972年研制，于1977年開發(fā)的。結(jié)構(gòu)如圖。四、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器污泥層懸浮污泥層澄清區(qū)出水消化氣進水上流式厭氧污泥床反應(yīng)器

在反應(yīng)器的的底部有一個高濃度（可達60~80g/l）、高活性的污泥層，大部分的有機物在這里被轉(zhuǎn)化為CH4和CO2。由于氣態(tài)產(chǎn)物（消化氣）的攪動和氣泡黏附污泥，在污泥層之上形成一個污泥懸浮層。反應(yīng)器上部設(shè)有三相分離器，完成氣、液、固三相的分離。被分離的消化氣從商部導(dǎo)出，被分離的污泥則自動滑落到懸浮污泥層。出水則從澄清區(qū)流出。由于在反應(yīng)器內(nèi)保留了大量厭氧污泥，使反應(yīng)器的負荷能力很大。對一般的高濃度有機廢水，當水溫在300C左右時，負荷率可達10~20kg(COD)/m3×d。試驗表明，良好的污泥床，有機負荷率和去除率高，不需要攪拌，能適應(yīng)負荷沖擊和溫度與PH的變化。它是一種有發(fā)展前途的厭氧處理設(shè)備。

五、

分段厭氧處理法

根據(jù)消化可分階段的事實，研究開發(fā)了二段式厭氧處理法，將水解酸化過程和甲烷化過程分開在兩個反應(yīng)器內(nèi)進行，以使兩類微生物都能在各自的最適條件下生長繁殖。第一段的功能是：水解和液化固態(tài)有機物為有機酸；緩沖和稀釋負荷沖擊與有害物質(zhì)，并將截留難降解的固態(tài)物質(zhì)。第二段的功能是：保持嚴格的厭氧條件和PH值，以利于甲烷菌的生長；降解、穩(wěn)定有機物，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)。

二段式厭氧處理法的流程尚無定式，可以采用不同構(gòu)筑物予以組合第三節(jié)厭氧生物處理法的設(shè)計

厭氧生物處理系統(tǒng)的設(shè)計包括：流程和設(shè)備的選擇；反應(yīng)器和構(gòu)筑物的構(gòu)造和容積的確定；需熱量的計算和攪拌設(shè)備的設(shè)計等。一、流程和設(shè)備的選擇

流程和設(shè)備的選擇包括：處理工藝和設(shè)備的選擇；消化溫度；采用單級或兩級（段）消化等。

二、厭氧反應(yīng)器的設(shè)計第十一章所討論的生化反應(yīng)動力學(xué)和基本方程式，同樣適用于厭氧生物處理，但一些動力學(xué)常數(shù)的數(shù)值則有顯著的差別。厭癢反應(yīng)的速率顯著地低于好氧反應(yīng)；另一方面，厭氧反應(yīng)大體可分為酸化和甲烷化階段，甲烷化階段的反應(yīng)速率明顯低于酸化階段的反應(yīng)速率。因此，整個厭氧反應(yīng)的總速率主要決定于甲烷化階段。反應(yīng)器的設(shè)計：

計算確定反應(yīng)器容積的常用參數(shù)是負荷率N和消化時間t,公式為：

V=qv

·t或V=qv

·ρ/N

式中：V——反應(yīng)（消化）區(qū)的容積，m3;qv——廢水的設(shè)計流量，m3/d;t——消化時間，d;ρ——廢水有機物的濃度，g(BOD5)/L或g(COD)/L;N——反應(yīng)區(qū)的設(shè)計負荷率，Kg(BOD5)/m3·d或Kg(COD)/m3·d。采用中溫消化時，對于傳統(tǒng)消化法，消化時間在1-5d，負荷率在1-3kgCOD)/m3·d，BOD5去除率可達50%-90%。對于厭氧生物濾池和厭氧接觸法，消化時間可縮短至0。5-3d,負荷率可提高到3-10kgkgCOD)/m3·d。對于上流式厭氧污泥床反應(yīng)器，有時甚至可采用更高的負荷率，但上部的三相分離器應(yīng)慎密設(shè)計，避免上升的消化氣影響固液分離，造成污泥流失。消化氣的產(chǎn)氣量可按04-0.5Nm3/Kg(COD)進行估算。三、消化池的熱量計算

厭氧生物處理特別是甲烷化，需要較高的反應(yīng)溫度。一般需要對投加的廢水加溫和對反應(yīng)池保溫。消化池所需的熱量包括：將廢水提高到池溫所需的熱量和補償池壁、池蓋散失的熱量。提高廢水溫度所需的熱量為Q1：

Q1=qv

·C（t2-t1）式中：qv——廢水投加量，m3/h;C——廢水的比熱，約為4200KJ/m3·0C(實驗值)；

t2——消化池溫度，0C；

t1——廢水溫度，0C。

消化池溫度高于周圍環(huán)境，一般采用中溫。通過池壁、池蓋等散失的熱量Q2與池子構(gòu)造和材料有關(guān)，可用下式估算；

Q2=K·A（t2-t1）式中：A——散熱面積，m2;K——傳熱系數(shù)，KJ/(h·m2·0C);t2——消化池內(nèi)壁溫度，0C；

t1——消化池外壁溫度，0C。對于一般的鋼筋混凝土池子，外面加設(shè)絕緣層，K值約為20-25KJ/(h·m2·0C)。

第四節(jié)厭氧和好氧技術(shù)的聯(lián)合運用

近年，水處理工作者打破傳統(tǒng)，聯(lián)合好氧和厭氧技術(shù)以處理廢水，取得了很突出的效果。采用缺氧與好氧工藝相結(jié)全的流程，可以達到生物脫氮的目的（A/O法）。產(chǎn)實踐中，發(fā)現(xiàn)有些采用A/O法的污水廠同時有脫磷效果，于是，各種聯(lián)合運用厭氧——缺氧——好氧反應(yīng)器的研究廣泛開展，出現(xiàn)了厭氧——缺氧--好氧法（A/O法）和缺氧——厭氧——好氧法（倒置A/A/O法），可以在去除BOD、COD的同時，達到脫氮、除磷的效果。好氧處理與厭氧處理的區(qū)別:

1.作用的微生物群不同.好氧處理是由好氧微生物積及性微生物起作用的而厭氧處理是兩大類群的微生物起作用,光是厭氧菌和兼性菌,后是另一類厭氧菌.2.產(chǎn)物不同,好氧處理中,有機物被轉(zhuǎn)化為CO.HO.NH或NO.NO.PO.5O等,且基本無害處理后廢水無異臭,厭氧處理