厭氧生物處理法簡介作者：張欣厭氧生物處理法簡介作者：張欣1一、厭氧生物處理法的定義厭氧生物處理又稱為厭氧消化、厭氧發酵,是指在沒有游離氧的條件下由多種厭氧或兼性厭氧微生物的共同作用,使有機物分解并產生CH4和CO2的過程。一、厭氧生物處理法的定義2二、厭氧生物處理的特點①不需要另加氧元源，運行費用低；②剩余污泥少；③可回收能源—甲烷；④反應速度較慢，反應時間長；⑤處理構筑物容積大。一般可用于對有機污泥和高濃度有機廢水（BOD≥2000mg/L）的處理。二、厭氧生物處理的特點①不需要另加氧元源，運行費用低；3三、厭氧生物處理的基本原理3.1兩階段理論在20世紀30~60年代,人們普遍認為厭氧消化過程可以簡單地分為酸性發酵和堿性發酵兩個階段,兩階段學說可用圖1表示。三、厭氧生物處理的基本原理3.1兩階段理論4圖1圖15第一階段:復雜的有機物,如糖類、脂類和蛋白質等,在產酸菌(厭氧和兼性厭氧菌)的作用下被分解為低分子的中間產物,主要是一些低分子有機酸,如乙酸、丙酸、丁酸等,和醇類,并有H2、CO2、NH+4和H2S等產生。因為該階段中,有大量的脂肪酸產生,使發酵液的PH降低,所以,此階段被稱為酸性發酵階段,或稱產酸階段。第二階段:產甲烷菌(專性厭氧菌)將第一階段產生的中間產物繼續分解成CH4和CO2等。由于有機酸在第二階段的不斷被轉化為CH4和CO2,同時系統中有NH4+存在,使發酵液的PH不斷升高。所以此階段被成為堿性發酵階段,或稱產甲烷階段。第一階段:復雜的有機物,如糖類、脂類和蛋白質等,在產酸菌(厭63.2三階段理論如圖2.圖23.2三階段理論如圖2.圖27該理論認為產甲烷菌不能利用除乙酸、H2、CO2和甲醇等以外的有機酸和醇類,所以真實的厭氧消化過程在酸性發酵和堿性發酵階段之間應該還有一個中間過程,就是產氫產乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以外的第一階段產生的中間產物,如丙酸、丁酸等脂肪酸和醇類等轉化成乙酸和H2,并有CO2產生。該理論認為產甲烷菌不能利用除乙酸、H2、CO2和甲醇等以外的83.3四菌群理論該理論認為復雜有機物的厭氧消化過程有四種群厭氧微生物參與,這四種群是:水解發酵菌、產氫產乙酸菌、同型產乙酸菌以及產甲烷菌。四種群理論與三階段理論相比,增加了同型產乙酸菌群,該菌群的代謝特點是能將H2/CO2合成為乙酸,一般情況下這類轉化數量很少。3.3四菌群理論93.4五菌群理論五菌群理論與四種群理論最大的不同在于,把產甲烷菌分為食氫產甲烷菌和食乙酸產甲烷菌兩類不同的菌群。厭氧消化過程的5群細菌,構成一條食物鏈,前三群菌為不產甲烷菌,它們的主要代謝產物為有機酸和氫及二氧化碳。后兩群細菌利用乙酸和氫及二氧化碳生成甲烷。所以稱前三群菌為不產甲烷菌,或稱酸化菌群,后兩群菌為產甲烷菌,或稱甲烷化菌群。3.4五菌群理論10四、厭氧生物處理的方法厭氧生物處理的工藝經過不斷的發展現在已出現了三代厭氧反應器。4.1第一代厭氧反應器厭氧化糞池雙層沉淀池（腐化池）厭氧消化池厭氧接觸反應器

（a）(b)(c)(d)四、厭氧生物處理的方法厭氧生物處理的工藝經過不斷的發展現在已11圖4第一代厭氧處理典型工藝圖4第一代厭氧處理典型工藝12第一代厭氧反應器的缺點：由于厭氧微生物生長緩慢,世代時間長,而厭氧消化池無法將水力停留時間和污泥停留時間分離,由此造成水力停留時間必須較長,一般來講第1代厭氧反應器處理廢水的停留時間至少需要20—30天。第一代厭氧反應器的缺點：由于厭氧微生物生長緩慢,世代時間長,134.2第二代厭氧反應器的發展歷程厭氧濾池（AF)UASB反應器厭氧固定膜膨脹床反應器(AAFEB)厭氧流化床（AFB）厭氧折流式反應器（ABR）4.2第二代厭氧反應器的發展歷程厭氧濾池（AF)UASB反14圖5第二代厭氧處理典型工藝

圖5第二代厭氧處理典型工藝

15（1）厭氧濾池（AF）高效厭氧處理系統必須滿足以下兩個條件:(1)系統內能夠保持大量的活性厭氧污泥；(2)反應器進水應與污泥保持良好的接觸。基于這兩個條件產生了一種以微生物固定為原理的高效厭氧反應器—厭氧濾池。它的成功之處在于在反應器中加入固體填料(如沙礫等),微生物由于附著生長在填料的表面,免于水力沖刷而得到保留從而巧妙地將平均水力停留時間與生物固體停留時間相分離,其固體停留時間可以長達上百天,這就使得厭氧處理高濃度污水的停留時間從過去的幾天或幾十天縮短到幾小時或幾天。（1）厭氧濾池（AF）高效厭氧處理系統必須滿足以下兩16（2）升流式厭氧污泥床(UASB)該工藝由于具有厭氧過濾及厭氧活性污泥法的雙重特點，作為能夠將污水中的污染物轉化成再生清潔能源——沼氣的一項技術。對于不同含固量污水的適應性也強，且其結構、運行操作維護管理相對簡單，造價也相對較低，技術已經成熟，正日益受到污水處理業界的重視，得到廣泛的歡迎和應用。（2）升流式厭氧污泥床(UASB)該工藝由于具有厭氧過濾及厭17UASB的工作原理：

UASB由污泥反應區、氣液固三相分離器（包括沉淀區）和氣室三部分組成。在底部反應區內存留大量厭氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與污泥層中與污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機物，把它轉化為沼氣。UASB的工作原理：UASB由污泥反應區、氣液固三相分離18UASB反應器內有機負荷高,水力停留時間短,處理周期大為縮短;反應器無填料,無污泥回流裝置,無攪拌裝置,成本和運行費用大大降低;初次啟動后可直接以污泥顆粒接種,目前已成為應用最廣泛的厭氧處理方法。但反應器內可能出現短流現象,影響處理能力;當進水中的懸浮物濃度過高時會引起堵塞。對于這些情況,無疑傳統高效UASB系統的設計需要很大的改進,正是對于這些困難問題的研究,導致產生了第三代高效厭氧反應器的開發和利用。UASB反應器內有機負荷高,水力停留時間短,處理周期大為縮194.3第三代厭氧反應器厭氧顆粒污泥膨脹床（EGSB）厭氧內循環（IC）上流污泥床過濾器(UBF)厭氧序批反應器（ASBR）折流式厭氧反應器（ABR）厭氧遷移式污泥床反應器（AMBR）上流式分段污泥床（USSB）4.3第三代厭氧反應器厭氧顆粒污泥膨脹床（EGSB）20①厭氧顆粒污泥膨脹床(EGSB)EGSB與UASB反應器的不同之處僅僅在于運行方式。上流速度高達2.5～6.0m/h,遠遠大于UASB反應器中采用的約0.5～2.5m/h的上流速度。因此,在EGSB反應器內顆粒污泥床處于“膨脹狀態”,而且在高的上流速度和產氣的攪拌作用下,廢水與顆粒污泥間的接觸更充分,水力停留時間更短,從而可大大提高反應器的有機負荷和處理效率。①厭氧顆粒污泥膨脹床(EGSB)21②厭氧內循環反應器(IC)IC反應器實際上是由底部和上部兩個UASB反應器串聯疊加而成,包括4個不同的功能單元:混合部分、膨脹床部分、精處理部分和回流部分,如圖1(b)所示.反應器具有兩個三相分離器,使生物量得到有效滯留:一級(底部)分離器分離沼氣和水,二級分離器(上部)分離顆粒污泥和水.因大部分沼氣已在一級分離器中得到分離,精處理部分內部幾乎不存在紊動,因此二級分離器不受高氣體流速的影響,能有效分離出水中的顆粒污泥。進水和循環回流的泥水在膨脹床部分充分混合,使進水得到稀釋和調節,并在此形成致密的厭氧污泥膨脹床.②厭氧內循環反應器(IC)IC反應器實際上是由底部22③上流污泥床過濾器(UBF)UBF是在UASB和AF的基礎上開發成功的新型復合式厭氧反應器.該新型反應器可以充分發揮UASB和AF兩種高效反應器的優點,其底部是高濃度顆粒污泥組成的污泥床,上部是填料及其附著的生物膜組成的濾料層,結構如圖1(c)所示.反應器上部的填料層既增加了無效容積的生物總量,又可防止污泥的突然洗出,而且對COD有20%左右的去除率.研究表明,UBF反應器可處理的有機負荷(OLR)直接正比例于系統的生物量濃度,這可以通過改變水力停留時間(HRT)來加以控制.③上流污泥床過濾器(UBF)UBF是在UASB和AF的基礎23所用的填料可根據廢水生物反應特性及水力學特征而進行選擇,常用的有:聚氨酯泡沫填料、聚丙烯填料、半軟性纖維填料、聚乙烯拉西環、塑料環、活性炭、浮石以及礫石等,其中應用最多的是聚氨酯泡沫填料.因為其比表面積大、空隙度高,具有網狀結構,厭氧菌群可以在其表面迅速生長.許多學者對UBF反應器的填料選擇進行了研究,發現填料并不是影響總COD去除率和顆粒污泥沉降性能的關鍵因素.在對高濃度有機廢水和城市廢棄物的處理中,發現COD去除率受生物量的增殖、OLR和HRT影響最大。所用的填料可根據廢水生物反應特性及水力學特征而進行選擇,常用24注：(a)EGSB;(b)IC;?UFB第三代反應器結構示意圖注：(a)EGSB;(b)IC;?UFB25④ASBR反應器ASBR法的主要特征是以序批式間歇的方式運行,通常由一個或幾個ASBR反應器組成.運行時,廢水分批進入反應器,與其中的厭氧顆粒污泥發生生化反應,直到凈化后的上清液排出,完成一個運行期。ASBR法一個完整的運行操作周期按次序應分為四個階段:進水期、反應期、沉降期和排水期,如下圖所示：④ASBR反應器ASBR法的主要特征是以序批式間歇的方式運行26(a)進水期；(b)反應期；(c）沉降期；(d)排水期(a)進水期；(b)反應期；(c）沉降期；(d)排水期27單個ASBR反應器就是一個能順利完成運行周期的處理系統.對于間歇排放的廢水,只要排水間歇期足夠長,使進水、反應、沉降、排水等一連串操作能夠完成,用一個反應器就能達到處理要求.對于連續排放的廢水,可用幾個反應器輪流接納廢水,分批進行處理.ASBR工藝目前仍處于試驗階段,其特殊的間歇操作方式在理論上能夠獲得比連續進水的普通厭氧活性污泥法更高效的生物絮凝(甚至顆粒化)和固液分離效果。單個ASBR反應器就是一個能順利完成運行周期的處理系統.對于28ASBR反應器能夠在5℃~65℃范圍內有效操作,尤其是能夠在低溫和常溫(5℃~25℃)下處理低濃度(COD<1000mg/L)廢水。中溫35℃時,在所有基質濃度和HRT下,SCOD的去除率達92%~99%。處理COD為600mg/L,BOD5為285mg/L,20℃~25℃時,在所有HRT下,SCOD、BOD5的去除率均>90%。ASBR反應器能夠在5℃~65℃范圍內有效操作,尤其是能夠在29第三代厭氧反應器特點比較厭氧反應器的處理效率主要決定于反應器所能保有的微生物濃度及其生化反應速率,而傳質條件對生化反應速率起著重要的作用。針對這些因素，新一代的反應器具有一些共同的特性:1)微生物均以顆粒污泥固定化的方式存在于反應器中,單位容積達微生物持有量更高;2)能承受更高的水力負荷,具有較高的有機污染物凈化效能;3)具有較大的高徑比,占地面積小,動力消耗小;4)顆粒污泥與有機物之間具有更好的傳質,使反應器的處理能力大大提高.他們也具有各自的特點，也有各自的不足，具體見下表：第三代厭氧反應器特點比較厭氧反應器的處理效率主要決定于反應器30厭氧生物處理課件31⑤折流式厭氧反應器（ABR）

ABR反應器是在反應器內設置一系列垂直放置的折流擋板,反應器被分隔成幾個串聯的反應室,每個反應室都可以看作一個相對獨立的上流式污泥床（USB）,折板引導水流上下流動通過整個反應器,廢水中的有機基質通過與微生物充分的接觸而得到去除。反應器的結構示意圖如下，在每個隔室的上半部分裝上填料，這樣可有效地防止污泥的流失。⑤折流式厭氧反應器（ABR）

ABR反應器是在反應器內設置一32ABR反應器示意圖ABR反應器示意圖33AMBR工藝類似ABR工藝,在每個隔室里增加了機械攪拌,通過周期性改變進出水的方向來保持大量的污泥,使每個上流式污泥床保持一致。有實驗證明，AMBR處理工藝在15℃和20℃時處理脫脂牛奶,水力停留時間4~12h,有機負荷為1·0~3·0kgCOD/m3·d,在更高COD負荷,在15℃時COD的去除率為59%;在20℃時,COD負荷為1·0~2·0kgCOD/m3·dCOD的去除率為80~95%。⑥厭氧遷移式污泥床反應器（AMBR）

AMBR工藝類似ABR工藝,在每個隔室里增加了機械攪拌,通過34AMBR工藝基本構造如下圖所示圖a底部開孔的反應器結構示意圖圖b帶導流板的反應器結構示意圖AMBR工藝基本構造如下圖所示圖a圖b35⑦上流式分段污泥床

上流式分段污泥床反應器是在UASB反應器的基礎上發展而來的,與UASB反應器相比,它是在反應器內豎向增加了多層斜板代替UASB裝置中的三相分離器,使整個反應器被分割成多個反應區間,每個反應區間的產氣分別經水封后逸出,相當于多個UASB反應器串聯而成。使用該反應器在高溫條件下,進行蔗糖與VFA混合廢水的處理實驗,取得了較為滿意的結果:肖利平等人采用100mm×150mm×600mm有效容積為7·6L,處理淋浴、洗衣和淘米的混合廢水,在中溫(35℃±2℃)和HRT為0·95d的條件下,經過60d的培養馴化,當進水含鹽量為5000mg/L、COD濃度在5000mg/L以下時,COD去除率在80%左右,日產氣量最高可達12·5L/d。⑦上流式分段污泥床36五、現代厭氧反應器技術的發展方向

5.1兩相或多級厭氧處理技術兩相厭氧工藝就是把水解和發酵的產酸相與產乙酸和產CH4的產氣相