第六章厭氧生物處理北京市環境保護科學研究院劉曉劍教學內容一、基本知識點1厭氧生物處理法的基本原理2厭氧微生物處理的影響因素3厭氧生物處理的特點4掌握厭氧生物處理的分類（UASB、水解酸化法）5上流式厭氧污泥床反應器（UASB）結構組成、運行原理6厭氧微生物的培養和馴化7掌握厭氧生物處理的運行管理（UASB）水質分析的項目、運行控制指標UASB反應器的初次啟動、二次啟動厭氧消化過程控制參數水質異常現象及對策二、重點與難點厭氧反應機理，工藝特點，上流式厭氧污泥床（UASB）概念，結構組成。主要內容四.厭氧生物處理的運行管理三.厭氧微生物的培養和馴化二.上流式厭氧污泥床反應器（UASB）一.概述第一節概述（一）厭氧生物處理技術的發展（二）厭氧生物處理法的基本原理（三）厭氧生物處理的特點（四）厭氧生物處理的分類第一節（一）厭氧生物處理技術的發展時間：1896英國第一座用于處理生活污水的厭氧消化池，至今已有100多年的歷史。處理對象：有機污泥—高濃度有機廢水—低濃度有機廢水（城市污水）反應器：普通厭氧池——Imhoff雙層沉淀池——UASB——高效厭氧反應器IC/EGSB等反應條件：從常溫條件下到精確控溫（中溫或高溫），從簡易池體到專業集成化的厭氧反應器管理：從粗放管理到精細化管理

認識：從簡單認知到厭氧微生物種群在有序調控下完成厭氧處理過程。關鍵人物與時間：Imhoff（1906），Lettinga（20世紀70年代）等第一節（二）厭氧生物處理法的基本原理1厭氧生物處理的凈化機理定義：厭氧生物處理是指在無分子氧條件下，通過厭氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，將廢水中的各種復雜有機物分解轉化成甲烷和二氧化碳等物質的過程，也稱厭氧消化。厭氧消化三階段：水解酸化、產氫產乙酸、產甲烷厭氧消化過程：廢水的厭氧生物處理過程是一個復雜的微生物化學過程，它是依靠三大主要類群的細菌：水解產酸細菌、產氫產乙酸細菌和產甲烷細菌三種細菌的聯合作用完成的。第一節（二）厭氧生物處理法的基本原理1厭氧生物處理的凈化機理水解酸化階段（pg256圖6-1和圖6-2）----（胞外）水解：復雜大分子變小分子（多糖、脂肪、蛋白質），不溶解有機物（顆粒物等）在胞外酶作用下，變溶解性小分子有機物。

----（胞內）酸化：小分子有機物進入細胞內，分解產生高級脂肪酸、醇類。——水解是耗能能量過程，酸化是釋放能量過程，二者相互關聯，共存。

——酸化要適度，防止PH下降過多，影響水解的進行。產氫產乙酸階段。----對第一階段的產物轉化為乙酸和氫，不溶解有機物變溶解性有機物。產甲烷階段----將乙酸、乙酸鹽、二氧化碳和氫，轉化為甲烷。注意1含氮有機物水解酸化后產氨（NH3)——產堿過程。

2三個階段之間的平衡：低級脂肪酸的生成與產甲烷之間的平衡，條件變化，產甲烷階段受抑制，導致酸化。第一節（二）厭氧生物處理法的基本原理1厭氧生物處理的凈化機理第一節（二）厭氧生物處理法的基本原理1厭氧生物處理的凈化機理第一節（二）厭氧生物處理法的基本原理2厭氧微生物影響因素溫度——低溫（10~30℃）、中溫（30~35℃

）、高溫（50~60℃

）在0~56℃甲烷細菌對溫度并沒有特定的溫度限制，但經過在一定溫度范圍內的馴化后的產甲烷菌對溫度變化敏感，特別是高溫菌。溫度相對恒定對厭氧過程很重要。pH——6.8~7.2（6.5~7.5）(甲烷細菌6.8~7.2，產酸細菌4.5~8）

正常消化池揮發酸200~800mg/L，超過2000mg/L嚴重酸化有毒物質——重金屬和某些陽離子（見Pg258表6~1）營養物質的配比——厭氧微生物正常繁殖生長所需的營養比例=碳：氮：磷=200~300：5：1，厭氧微生物生長率低（0.02~0.1kg污泥/去除1kgCOD)，自身合成量少，利用的碳大部分轉化為甲烷。攪拌—使溫度、底物和甲烷菌分布均勻。對消化池而言，攪拌尤為重要。第一節（三）厭氧生物處理法的特點應用范圍廣——各種濃度的有機廢水及某些難降解有機物能耗低——不需充氧，產生沼氣，回收生物質能負荷高——有機負荷2~10kgBOD/(m3·d)剩余污泥少——碳源轉化為甲烷，用于合成細胞的很少氮磷營養需要量較少——C:N:P=（200～300）:5:1殺菌效果好(寄生蟲卵和病毒)

啟動處理時間長出水難于直接達標排放操作復雜第一節（四）厭氧生物處理的分類厭氧接觸法厭氧生物濾池UASB法厭氧流化床兩相厭氧法水解酸化法第一節（四）厭氧生物處理的分類1、厭氧接觸法脫氣厭氧接觸法又稱厭氧活性污泥法第一節（四）厭氧生物處理的分類1、厭氧接觸法優點：能適應懸浮固體較多的廢水處理要求泥水接觸充分（因為有污泥回流）缺點：污泥沉降困難（污泥以絮狀污泥形式存在，氣泡粘附在污泥上，影響污泥沉降，需要脫氣）負荷較低：中溫運行時，有機負荷

2~5kgCOD/(m3·d),屬于中低負荷適用性：適用于處理懸浮物濃度較高的有機廢水第一節（四）厭氧生物處理的分類2厭氧生物濾池厭氧生物濾池的結構厭氧生物濾池類似于好氧生物濾池，池內放置填料，但池頂密封第一節（四）厭氧生物處理的分類2厭氧生物濾池第一節（四）厭氧生物處理的分類2厭氧生物濾池濾料第一節（四）厭氧生物處理的分類2厭氧生物濾池優點：處理能力較大，出水SS低。(兼有濾料截留懸浮物的作用)設備簡單，操作方便。無攪拌設備和泥水分離設備。（微生物附著生長）二次啟動時間短。缺點：濾料費用貴，濾料易堵塞且無較好的清洗方法。適用性：適用于處理懸浮物濃度低的有機廢水。第一節（四）厭氧生物處理的分類3上流式厭氧污泥床反應器（UASB）上流式厭氧污泥床反應器，簡稱UASB反應器，它是國內外發展最快的一種厭氧處理技術。由荷蘭傳入，80年代起國內大量應用。固定床和懸浮床

第一節（四）厭氧生物處理的分類第一節（四）厭氧生物處理的分類3上流式厭氧污泥床反應器（UASB）工藝特點：1運行費用低，投資省，2耐沖擊負荷，適應PH和溫度變化3結構簡單，便于操作4形成顆粒污泥，污泥濃度高，縮短水力停留時間5三相分離器無需沉淀池，無需其它設備6處理有機廢水，范圍廣泛，具有一定抗毒性

第一節（四）厭氧生物處理的分類4厭氧流化床 1、工藝流程 厭氧流化床工藝是借鑒流態化技術的一種生物反應裝置，它以小粒徑載體為流化粒料，廢水作為流化介質，當廢水以升流式通過床體時，與床中附著于載體上的厭氧微生物膜不斷接觸反應，達到厭氧生物降解目的，產生沼氣，于床頂部排出。厭氧流化床工藝流程如右圖所示第一節（四）厭氧生物處理的分類4厭氧流化床2、厭氧流化床工藝特點：載體顆粒細，比表面積大，可高達2000～3000m2/m3左右，使床內具有很高的微生物濃度，因此有機物容積負荷大，一般為10～40kgCOD/m3·d，水力停留時間短，具有較強的耐沖擊負荷能力，運行穩定載體處于流化狀態，無床層堵塞現象，對高、中、低濃度廢水均表現出較好的效能載體流化時，廢水與微生物之間接觸面大，同時二者相對運動速度快，強化了傳質過程，從而具有較高的有機物凈化速度第一節（四）厭氧生物處理的分類4厭氧流化床床內生物膜停留時間較長，剩余污泥量少結構緊湊、占地少以及基建投資省等。但載體流化耗能較大，且對系統的管理技術要求較高為了降低動力消耗和防止床層堵塞，可采取：（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，不需回流，在一定時間間歇后，又啟動回流泵，回到流化床狀態運行；（2）盡可能采用質輕、粒細的載體，如粒徑20～30μm、相對密度1.05～1.2g/cm3的載體，保持低的回流量，甚至免除回流就可實現床層流態化。第一節（四）厭氧生物處理的分類5兩相厭氧法1、原理與工藝過程原理：兩相厭氧是將水解酸化和甲烷化分開，在兩個獨立的反應器中完成，從而使這兩類微生物在各自最佳的條件下生長繁殖，順次完成厭氧消化全過程。故又稱兩段厭氧消化法。過程：一級產酸，同時緩沖進水負荷的沖擊。二級嚴格厭氧，培養產甲烷菌產甲烷。反應器形式：按照所處理的廢水本質情況，兩步可以采用同類型或不同類型的厭氧反應器。如對懸浮固體含量多的高濃度有機廢水，第一步反應器可選不易堵塞、效率稍低的反應裝置，經水解產酸階段后的上清液中懸浮固體濃度降低，第二步反應器可采用新型高效厭氧反應器。

第一節（四）厭氧生物處理的分類5兩相厭氧法根據不產甲烷菌與產甲烷菌代謝特性及適應環境條件不同，第一步反應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；第二步反應器則要求嚴格密封、嚴格控制溫度和pH值范圍。第一節（四）厭氧生物處理的分類5兩相厭氧法第一節（四）厭氧生物處理的分類5兩相厭氧法耐沖擊負荷能力強，運行穩定。兩階段反應不在同一反應器中進行，互相影響小，可更好地控制工藝條件；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廢水。缺點是：設備較多，流程和操作復雜。第一節（四）厭氧生物處理的分類6水解酸化法1、工藝原理與特征:水解是指有機物（底物）在進入微生物細胞前，在胞外進行的生物化學反應。這一階段的基本特征是生物化學反應發生在細胞外，微生物通過釋放胞外酶或連接在細胞外壁上的固定酶來完成生物催化反應。生物催化反應主要表現為大分子物質的斷鏈和水溶。自然界中許多物質（如蛋白質、糖類、脂肪等）能在好氧、缺氧或厭氧條件進行水解。酸化是一類典型的發酵過程，微生物的代謝產物主要為各種有機酸（如乙酸、丙酸、丁酸等）。第一節（四）厭氧生物處理的分類6水解酸化法pH：最佳5.5~6.5水溫：10~20℃反應速度影響不大底物的種類和形態：多糖＞蛋白質＞脂肪；對同類有機物，分子量愈大水解愈困難；顆粒有機物，粒徑愈大，水解速度愈小；溶解性有機物愈多，水解愈快。污泥生物固體停留時間：適當。因污泥需更新。水力停留時間：停留時間愈長，水解愈徹底。第二節上流式厭氧污泥床（UASB）反應器（一）UASB反應器結構總體結構及運行流程、污泥床、污泥懸浮層、沉淀區、三相分離器、布水系統（二）UASB設計參數、有機負荷、配水系統、三相分離器、沉淀區、浮渣清除、水封、材料與防腐、臭氣防護、排泥、保溫、沼氣利用

第二節（一）UASB反應器結構1總體結構及運行流程污泥區、懸浮區、分離區、配水系統、三相分離器第二節（一）UASB反應器結構1總體結構及運行流程第二節（一）UASB反應器結構2污泥床污泥濃度高，4000-8000mg/L。70%-80%為顆粒污泥，具有優良的沉降性能，SVI10-20mL/g微生物組成復雜，桿菌，球菌和絲狀菌，產甲烷八疊球菌等體積比占30%，降解率為70%-90%。產生沼氣，對床層攪拌促進反應。第二節（一）UASB反應器結構2污泥床第二節（一）UASB反應器結構3污泥懸浮層污泥濃度，15000-30000mg/L，自下而上逐漸減小。高度絮凝污泥，非顆粒狀，沉降性較差，SVI30-40mL/g體積比占70%，降解率為10%-30%。產生沼氣，對床層攪拌促進反應。第二節（一）UASB反應器結構沉淀區安裝三相分離器，L，S，G完成三相分離，將附著于顆粒污泥上的氣體分離，收集反應區產生的沼氣，通過集氣室排出反應器，污泥經分離器擋板阻擋后落回反應區，避免污泥流失，確保污泥濃度，降低SS，水從縫隙流出。4沉淀區與三相分離器第二節（一）UASB反應器結構4沉淀區與三相分離器圖片第二節（一）UASB反應器結構4沉淀區與三相分離器第二節（一）UASB反應器結構5布水系統上流式厭氧污泥床的攪拌是靠上升的水流和消化過程中產生的沼氣氣泡，這兩個途徑完成的。大量沼氣的產生，也依賴于布水的均勻、合理。

布水的基本要求：結構簡單，耐腐蝕；配水均勻；布水管道不堵塞且易清理。堵塞的原因：進水中有雜質反應過程中產生的反應物或鈣鎂鹽的積累反應器停止運行后，污泥回灌，淤積在布水器里第二節（一）UASB反應器結構5布水系統一般采用多點進水，使進水較均勻地分布在污泥床斷面上。常采用穿孔管布水和脈沖進水。（1）一管一點（pg266）（2）一管多點（pg266）每個區域都有單獨的布水點和布水管道，對進水流量和流動狀態，可在反應器外部監測、控制。保證布水均勻性，維護管理方便圖片第二節（一）UASB反應器結構5布水系統第二節（二）UASB主要設計參數1池體設計有機負荷通常指容積負荷，單位有效容積單位時間內可接受的有機物的量。kgCOD/（m3.d）V=QS/N=tQ=AH可根據有機負荷或停留時間確定容積，根據高徑比和上升流速確定反應器尺寸。濃度低時，t計算，濃度高時，容積負荷計算，然后彼此校核容積負荷參考P267，技術規范第二節（二）UASB主要設計參數滿足條件：1反應器底部配水，服務面積相同，防治斷流2考慮水力攪拌，防治局部酸化布水器形式：樹枝式、穿孔管式、多點多管計算參考表6-2或技術規范2配水系統設計第二節（二）UASB主要設計參數3三相分離器設計目標達到GLS最好分離效果設計分為沉淀區、回流縫隙、氣液分離設計，具體考慮間隙和出水面的截面積、分離器相對于出水液面的位置、傾角、氣液界面面積，根據流速確定參數，參照表6-3,6-4設計要點：1沉降斜面與水平面的夾角45°-60°2間隙面積與反應器總面積之比15%-20%3根據反應器高度校核分離器高度。4出氣管管徑，避免憋氣5出水堰設浮渣擋板6浮渣嚴重時及時清渣第二節（二）UASB主要設計參數出水堰出水，根據堰口負荷計算長度，懸浮物高，可加擋渣板，與三相分離器集成一體，有助于實現設備化。4出水系統第二節（二）UASB主要設計參數集氣室浮渣集氣室排出或攪拌使浮渣下沉擋板外浮渣根據需要拆除擋板，人工清渣和機械清渣。5浮渣清除第二節（二）UASB主要設計參數定期排泥，其值等于該期間反應器內增值的污泥量多點排泥，保證污泥濃度均勻中下部排泥，保證污泥界面高度6排泥第二節（二）UASB主要設計參數蒸汽換熱加熱和蒸汽直接加熱；罐外和罐內加熱，內熱式，在罐體里面設置盤管，通蒸汽或者熱水；外熱式，對進水直接進行加熱后，進入罐體，罐體保溫總之，保證厭氧反應過程在中溫或高溫條件下運行，會獲得比較高的效率。7加熱保溫第二節（二）UASB主要設計參數沼氣產量：0.25g甲烷/gBOD=0.35L/gBOD沼氣濃度：甲烷50%-70%，二氧化碳20%-30%，氫氣，氮氣，硫化氫沼氣貯存：氣柜，設計容積按平均氣量的2