第十五章污水的厭氧生物處理第一節厭氧生物處理的基本原理第二節污水的厭氧生物處理方法第三節厭氧生物處理法的設計第四節厭氧和好氧技術的聯合運用第一節厭氧生物處理的基本原理

傳統上，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。固態有機物先是液化，稱液化階段；接著降解產物氣化，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，代謝中間液態產物都要乙酸化，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，脂肪等）水解細菌的胞外酶水解的和溶解的有機物酸化產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境因素。PH值應在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，要相差一個數量級）。要克服這些缺點，最主要的方法應是增加參加反應的微生物數量（濃度）和提高反應時的溫度。但要提高反應溫度，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廢水的處理。

第二節污水的厭氧生物處理方法

最早的厭氧生物處理構筑物是化糞池，近年開發的有厭氧生物濾池、厭氧接觸法、上流式厭氧污泥床反應器，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。曾廣泛用于不設污水廠的合流制排水系統。尚可用于郊區的別墅建筑。二、厭氧生物濾池厭氧生物濾池的主要優點是：處理能力高；濾池內可以保持很高的微生物濃度；不需另設泥水分離設備，出水SS較低，設備簡單、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器（UASB）是由荷蘭的Lettinga教授等在1972年研制，于1977年開發的。結構如圖。四、上流式厭氧污泥床反應器污泥層懸浮污泥層澄清區出水消化氣進水上流式厭氧污泥床反應器

在反應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化為CH4和CO2。由于氣態產物（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。反應器上部設有三相分離器，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。出水則從澄清區流出。由于在反應器內保留了大量厭氧污泥，使反應器的負荷能力很大。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，能適應負荷沖擊和溫度與PH的變化。它是一種有發展前途的厭氧處理設備。

五、

分段厭氧處理法

根據消化可分階段的事實，研究開發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器內進行，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：水解和液化固態有機物為有機酸；緩沖和稀釋負荷沖擊與有害物質，并將截留難降解的固態物質。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、穩定有機物，產生含甲烷較多的消化氣，并截留懸浮固體，以改善出水水質。

二段式厭氧處理法的流程尚無定式，可以采用不同構筑物予以組合第三節厭氧生物處理法的設計

厭氧生物處理系統的設計包括：流程和設備的選擇；反應器和構筑物的構造和容積的確定；需熱量的計算和攪拌設備的設計等。一、流程和設備的選擇

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

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

計算確定反應器容積的常用參數是負荷率N和消化時間t,公式為：

V=qv

·t或V=qv

·ρ/N

式中：V——反應（消化）區的容積，m3;qv——廢水的設計流量，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——反應區的設計負荷率，Kg(BOD5)/m3·d或Kg(COD)/m3·d。采用中溫消化時，對于傳統消化法，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器，有時甚至可采用更高的負荷率，但上部的三相分離器應慎密設計，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，需要較高的反應溫度。一般需要對投加的廢水加溫和對反應池保溫。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境，一般采用中溫。通過池壁、池蓋等散失的熱量Q2與池子構造和材料有關，可用下式估算；

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

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

第四節厭氧和好氧技術的聯合運用

近年，水處理工作者打破傳統，聯合好氧和厭氧技術以處理廢水，取得了很突出的效果。采用缺氧與好氧工藝相結全的流程，可以達到生物脫氮的目的（A/O法）。產實踐中，發現有些采用A/O法的污水廠同時有脫磷效果，于是，各種聯合運用厭氧——缺氧——好氧反應器的研究廣泛開展，出現了厭氧——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.產物不同,好氧處理中,有機物被轉化為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