第15章厭氧生物處理

1、第十五章第十五章 厭氧生物處理厭氧生物處理15.1 概述概述15.1.1 厭氧生物處理的發(fā)展厭氧生物處理的發(fā)展 15.1.2 厭氧生物處理的特點(diǎn)厭氧生物處理的特點(diǎn) 15.1.3 厭氧生物處理工藝的分類厭氧生物處理工藝的分類 15.1.4 厭氧生物處理的發(fā)展趨勢厭氧生物處理的發(fā)展趨勢 厭氧生物處理的發(fā)展厭氧生物處理的發(fā)展n 厭氧過程廣泛存在于自然界中，主要用于剩余污泥的厭氧過程廣泛存在于自然界中，主要用于剩余污泥的厭氧消化處理厭氧消化處理. .n 18811881年，法國，年，法國，Louis Mouras Louis Mouras ，“自動凈化器自動凈化器”；n 處理城市污水的化糞池、雙層沉淀

2、池等處理城市污水的化糞池、雙層沉淀池等 處理剩余污泥處理剩余污泥的各種厭氧消化池等；的各種厭氧消化池等；nHRTHRT很長、處理效率很低、濃臭的氣味等；很長、處理效率很低、濃臭的氣味等；n7070年代后，能源危機(jī)，現(xiàn)代高速厭氧反應(yīng)器，厭氧消年代后，能源危機(jī)，現(xiàn)代高速厭氧反應(yīng)器，厭氧消 化工藝開始大規(guī)模地應(yīng)用于廢水處理；化工藝開始大規(guī)模地應(yīng)用于廢水處理；厭氧生物處理的發(fā)展厭氧生物處理的發(fā)展n 厭氧接觸法（厭氧接觸法（Anaerobic Contact ProcessAnaerobic Contact Process）n 厭氧濾池厭氧濾池（Anaerobic FilterAnaerobic Fil

3、ter、 AFAF ）n 上流式厭氧污泥層（床）反應(yīng)器上流式厭氧污泥層（床）反應(yīng)器(Upflow Anaerobic (Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Bed)Sludge Blanket (Bed)、UASBUASB ) )n 厭氧流化床厭氧流化床 (Anaerobic Fluidized Bed(Anaerobic Fluidized Bed、AFBAFB ) )n 厭厭 氧氧 附附 著著 膜膜 膨膨 脹脹 床床 (Anaerobic Attached Film(Anaerobic Attached Film Expanded Bed Expanded B

4、ed 、AAFEB)AAFEB)n 厭厭 氧氧 生生 物物 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 盤盤 （ Anaerobic Rotated BiologicalAnaerobic Rotated Biological DiscDisc、ARBDARBD）n 折流式厭氧反應(yīng)器（折流式厭氧反應(yīng)器（Anaerobic Baffled ReactorAnaerobic Baffled Reactor、 ABRABR）厭氧生物處理的發(fā)展厭氧生物處理的發(fā)展n9090年代以后，在年代以后，在UASBUASB反應(yīng)器基礎(chǔ)上又發(fā)展起來了反應(yīng)器基礎(chǔ)上又發(fā)展起來了 nEGSBEGSB和和ICIC反應(yīng)器；反應(yīng)器； nEGSBEGSB反應(yīng)器，處理低

5、溫低濃度的有機(jī)廢水；反應(yīng)器，處理低溫低濃度的有機(jī)廢水；nICIC反應(yīng)器，處理高濃度有機(jī)廢水，可達(dá)到更高的有反應(yīng)器，處理高濃度有機(jī)廢水，可達(dá)到更高的有 機(jī)負(fù)荷。機(jī)負(fù)荷。15.1.2 厭氧生物處理的特點(diǎn)厭氧生物處理的特點(diǎn)厭氧生物處理優(yōu)點(diǎn)：厭氧生物處理優(yōu)點(diǎn)：能耗少（可產(chǎn)生沼氣）、運(yùn)行費(fèi)用低、污泥產(chǎn)量少，能耗少（可產(chǎn)生沼氣）、運(yùn)行費(fèi)用低、污泥產(chǎn)量少，能處理高濃度有機(jī)廢水和某些好氧不能處理的有機(jī)廢能處理高濃度有機(jī)廢水和某些好氧不能處理的有機(jī)廢水、水、BOD（COD）有機(jī)負(fù)荷和容積負(fù)荷高、可間歇運(yùn)）有機(jī)負(fù)荷和容積負(fù)荷高、可間歇運(yùn)行。行。厭氧生物處理缺點(diǎn)：厭氧生物處理缺點(diǎn)：啟動周期長、出水不達(dá)標(biāo)（需加好氧工

6、藝）。啟動周期長、出水不達(dá)標(biāo)（需加好氧工藝）。15.1.4 厭氧生物處理的發(fā)展趨勢厭氧生物處理的發(fā)展趨勢從目前厭氧處理工藝技術(shù)和設(shè)備發(fā)展前景來看，進(jìn)一從目前厭氧處理工藝技術(shù)和設(shè)備發(fā)展前景來看，進(jìn)一步提高生物處理能力和穩(wěn)定性的途徑有以下方面：步提高生物處理能力和穩(wěn)定性的途徑有以下方面： （1）提高反應(yīng)器中生物持有量；）提高反應(yīng)器中生物持有量； （2）利用厭氧微生物處理中微生物種群的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)）利用厭氧微生物處理中微生物種群的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)相分離；相分離； （3）研制反應(yīng)器使之形成特殊的水力流態(tài)，創(chuàng)造厭氧）研制反應(yīng)器使之形成特殊的水力流態(tài)，創(chuàng)造厭氧微生物的最適生存條件。微生物的最適生存條件。15.2

7、厭氧生物處理的基本原理厭氧生物處理的基本原理15.2.1 復(fù)雜有機(jī)物的厭氧降解復(fù)雜有機(jī)物的厭氧降解 15.2.2 水解階段水解階段 15.2.3 產(chǎn)酸發(fā)酵階段產(chǎn)酸發(fā)酵階段 15.2.4 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段 15.2.5 產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷階段 15.2.6 其他厭氧生物處理過程其他厭氧生物處理過程15.2.1 復(fù)雜有機(jī)物的厭氧降解復(fù)雜有機(jī)物的厭氧降解傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為：有機(jī)物的厭氧生物處理分為兩個階段：傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為：有機(jī)物的厭氧生物處理分為兩個階段：產(chǎn)酸（或酸化）階段（產(chǎn)酸（或酸化）階段（acidogenic phase）和產(chǎn)甲烷（或）和產(chǎn)甲烷（或甲烷）階段（甲烷）階段（methanogen

8、ic phase） 1967年年Bryant報告認(rèn)為，復(fù)雜有機(jī)物的厭氧反應(yīng)過程經(jīng)報告認(rèn)為，復(fù)雜有機(jī)物的厭氧反應(yīng)過程經(jīng)歷歷3個階段。個階段。 后來發(fā)展為后來發(fā)展為4階段的厭氧代謝過程：水解（階段的厭氧代謝過程：水解（hydrolysis）階段；產(chǎn)酸發(fā)酵（階段；產(chǎn)酸發(fā)酵（acidogenic fermentation）階段；）階段；產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸（產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸（H2-producing acetogenesis）階段；）階段； 產(chǎn)產(chǎn)甲烷（甲烷（methanogenesis）階段）階段 細(xì)菌類型分為兩大類型：產(chǎn)酸細(xì)菌（細(xì)菌類型分為兩大類型：產(chǎn)酸細(xì)菌（acidogens）和產(chǎn)甲）和產(chǎn)甲烷細(xì)菌（烷細(xì)菌（met

9、hanogens）厭氧生物代謝過程示意圖厭氧生物代謝過程示意圖圖19-1 產(chǎn)甲烷的串聯(lián)代謝（McCarty和Smith,1986）乙酸CH4 CO228%72% 長鏈脂肪酸（丙酸、丁酸等） 簡單有機(jī)化合物（糖、氨基酸、肽） 復(fù)雜有機(jī)化合物（碳水化合物、蛋白質(zhì)、類脂類）13%10%5%20%35%17%水解產(chǎn)酸H2CO215.2.2 水解階段水解階段水解定義水解定義：復(fù)雜的非溶解性的有機(jī)物質(zhì)在產(chǎn)酸細(xì)菌胞復(fù)雜的非溶解性的有機(jī)物質(zhì)在產(chǎn)酸細(xì)菌胞外水解酶的作用下被轉(zhuǎn)化為簡單的溶解性單體或二聚外水解酶的作用下被轉(zhuǎn)化為簡單的溶解性單體或二聚體的過程體的過程 不溶解性大分子有機(jī)物經(jīng)胞外水解酶的作用，在溶液不溶

10、解性大分子有機(jī)物經(jīng)胞外水解酶的作用，在溶液中分解為水溶性的小分子有機(jī)物，如氨基酸、脂肪酸、中分解為水溶性的小分子有機(jī)物，如氨基酸、脂肪酸、葡萄糖、甘油等葡萄糖、甘油等 纖維素經(jīng)水解轉(zhuǎn)化成較簡單的糖類；纖維素經(jīng)水解轉(zhuǎn)化成較簡單的糖類； 蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化成較簡單的氨基酸；蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化成較簡單的氨基酸； 脂類轉(zhuǎn)化成脂肪酸和甘油等脂類轉(zhuǎn)化成脂肪酸和甘油等15.2.3 產(chǎn)酸發(fā)酵階段產(chǎn)酸發(fā)酵階段發(fā)酵（發(fā)酵（fermentation）定義：有機(jī)物既作為電子受體也）定義：有機(jī)物既作為電子受體也是電子供體的生物降解過程是電子供體的生物降解過程 。簡單的有機(jī)物在產(chǎn)酸菌的作用下（胞內(nèi)酶）經(jīng)過厭氧簡單的有機(jī)物在產(chǎn)酸菌的作用下

11、（胞內(nèi)酶）經(jīng)過厭氧發(fā)酵和氧化轉(zhuǎn)化成發(fā)酵和氧化轉(zhuǎn)化成乙酸、丙酸、丁酸乙酸、丙酸、丁酸等（揮發(fā)性）脂等（揮發(fā)性）脂肪酸和醇類等肪酸和醇類等 。產(chǎn)酸發(fā)酵的末端產(chǎn)物組成取決于厭氧生態(tài)條件、底物產(chǎn)酸發(fā)酵的末端產(chǎn)物組成取決于厭氧生態(tài)條件、底物種類和參與的微生物群。種類和參與的微生物群。15.2.4 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：將產(chǎn)酸發(fā)酵階段將產(chǎn)酸發(fā)酵階段2C以上的有機(jī)酸以上的有機(jī)酸（除乙酸）和醇轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、二氧化碳的過程，（除乙酸）和醇轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、二氧化碳的過程，并產(chǎn)生新的細(xì)菌物質(zhì)。并產(chǎn)生新的細(xì)菌物質(zhì)。 這類細(xì)菌稱為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌。這類細(xì)菌稱為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌。水

12、解的產(chǎn)物被發(fā)酵細(xì)菌攝入體內(nèi)，進(jìn)行代謝水解的產(chǎn)物被發(fā)酵細(xì)菌攝入體內(nèi)，進(jìn)行代謝，由于菌由于菌種不同，產(chǎn)物也不一樣，眾多產(chǎn)物中僅種不同，產(chǎn)物也不一樣，眾多產(chǎn)物中僅CO2、H2、乙乙酸、甲酸、甲醇、甲胺（三甲一乙）可以被產(chǎn)甲烷細(xì)酸、甲酸、甲醇、甲胺（三甲一乙）可以被產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用菌利用。其它產(chǎn)物（丙酸、丁酸等脂肪酸和醇類）經(jīng)產(chǎn)氫產(chǎn)乙其它產(chǎn)物（丙酸、丁酸等脂肪酸和醇類）經(jīng)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成酸細(xì)菌進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成H2和乙酸等方可被利用。和乙酸等方可被利用。15.2.5 產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷階段：由嚴(yán)格專性厭氧的產(chǎn)甲烷細(xì)菌將乙酸、產(chǎn)甲烷階段：由嚴(yán)格專性厭氧的產(chǎn)甲烷細(xì)菌將乙酸、甲酸、甲醇、甲胺和二氧

13、化碳甲酸、甲醇、甲胺和二氧化碳/氫氣等轉(zhuǎn)化為甲烷和二氫氣等轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳（沼氣）的過程氧化碳（沼氣）的過程 產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用CO2、H2、三甲一乙將有機(jī)物中的碳、三甲一乙將有機(jī)物中的碳最終以最終以CH4、CO2等產(chǎn)物形式逸出。等產(chǎn)物形式逸出。 15.2.6 其他厭氧生物處理過程其他厭氧生物處理過程1. 硫酸鹽還原過程硫酸鹽還原過程 硫酸鹽還原：是指在厭氧條件下，化能異養(yǎng)型硫酸鹽還硫酸鹽還原：是指在厭氧條件下，化能異養(yǎng)型硫酸鹽還原細(xì)菌（原細(xì)菌（sulfate-reducing bactecia，簡稱，簡稱SRB）利用廢）利用廢水中的有機(jī)物作為電子供體，將氧化態(tài)硫化合物還原為水中

14、的有機(jī)物作為電子供體，將氧化態(tài)硫化合物還原為硫化物的過程。硫化物的過程。 以乳酸為電子供體的化學(xué)反應(yīng)式可表示為：以乳酸為電子供體的化學(xué)反應(yīng)式可表示為： 2343423222442264CH CHOHCOOHSOADPH POCH COOHCOSH OATP15.2.6 其他厭氧生物處理過程其他厭氧生物處理過程硫酸鹽還原過程對厭氧生物處理的影響硫酸鹽還原過程對厭氧生物處理的影響 ：廢水廢水SO42-濃度低時，還原作用弱，對厭氧處理無影響，濃度低時，還原作用弱，對厭氧處理無影響，且且SO42-還原菌可利用還原菌可利用H2，從而降低氫分壓，一定程度上，從而降低氫分壓，一定程度上促進(jìn)有機(jī)物厭氧處理。促

15、進(jìn)有機(jī)物厭氧處理。廢水廢水SO42-濃度高時，濃度高時， SO42-還原菌會和產(chǎn)甲烷菌競爭共還原菌會和產(chǎn)甲烷菌競爭共同底物乙酸和同底物乙酸和H2；同時；同時SO42-還原產(chǎn)生的還原產(chǎn)生的H2S會對甲烷菌會對甲烷菌產(chǎn)生抑制作用，產(chǎn)生抑制作用，H2S還會對沼氣的產(chǎn)生造成嚴(yán)重影響。還會對沼氣的產(chǎn)生造成嚴(yán)重影響。故象味精廢水等高濃度故象味精廢水等高濃度SO42-廢水，宜用專門的廢水，宜用專門的SO42-反應(yīng)反應(yīng)器用作器用作SO42-還原，目前常用的是二相厭氧反應(yīng)器（有二還原，目前常用的是二相厭氧反應(yīng)器（有二個獨(dú)立的產(chǎn)酸菌反應(yīng)器和產(chǎn)甲烷菌反應(yīng)器個獨(dú)立的產(chǎn)酸菌反應(yīng)器和產(chǎn)甲烷菌反應(yīng)器)。其他厭氧生物處理過程

16、其他厭氧生物處理過程2. 反硝化與厭氧氨氧化反硝化與厭氧氨氧化 （1）生物反硝化反應(yīng)生物反硝化反應(yīng)：（2）厭氧氨氧化：厭氧氨氧化：無氧環(huán)境中，同時存在無氧環(huán)境中，同時存在 NH4+和和 NO2-時，時， NH4+作為反硝化的無機(jī)電子供體，作為反硝化的無機(jī)電子供體， NO2-作為作為電子受體，產(chǎn)生電子受體，產(chǎn)生N2，這是生物氮轉(zhuǎn)化的新理論。，這是生物氮轉(zhuǎn)化的新理論。厭氧氨氧化細(xì)菌有可能是亞硝化單胞菌屬中的二個種厭氧氨氧化細(xì)菌有可能是亞硝化單胞菌屬中的二個種（N.europaea和和N.eutropha），它們能），它們能同時進(jìn)行硝化和同時進(jìn)行硝化和反硝化反硝化，無氧條件下，無氧條件下， NH4+

17、為電子供體，轉(zhuǎn)化為電子供體，轉(zhuǎn)化N2，還，還原原NO2-，無需有機(jī)，無需有機(jī)C源，以碳酸鹽或源，以碳酸鹽或CO2為無機(jī)為無機(jī)C源，氨源，氨氮轉(zhuǎn)化率同好氧硝化相當(dāng)，能節(jié)省氮轉(zhuǎn)化率同好氧硝化相當(dāng)，能節(jié)省C源和供氧消耗。源和供氧消耗。研究認(rèn)為：在高氨氮廢水中，控制亞硝化在研究認(rèn)為：在高氨氮廢水中，控制亞硝化在57%時，進(jìn)時，進(jìn)入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器，生成的入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器，生成的NO2-和氨氮剛好同時去除和氨氮剛好同時去除15.3 厭氧微生物生態(tài)學(xué)厭氧微生物生態(tài)學(xué)厭氧生物處理中，一般產(chǎn)酸細(xì)菌種群多，代謝速率和厭氧生物處理中，一般產(chǎn)酸細(xì)菌種群多，代謝速率和生長速率快，所以厭氧處理中（產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階生

18、長速率快，所以厭氧處理中（產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段）的控制步驟在段）的控制步驟在產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷階段。近年來，隨著對厭氧生物處理的研究，對產(chǎn)酸階段的近年來，隨著對厭氧生物處理的研究，對產(chǎn)酸階段的影響因子也作了很大的研究，力求最大限度地發(fā)揮兩影響因子也作了很大的研究，力求最大限度地發(fā)揮兩類菌群的作用。類菌群的作用。15.3 厭氧微生物生態(tài)學(xué)厭氧微生物生態(tài)學(xué)厭氧處理中，由于產(chǎn)甲烷階段要求的生態(tài)條件苛刻，厭氧處理中，由于產(chǎn)甲烷階段要求的生態(tài)條件苛刻，并對環(huán)境改變敏感，對產(chǎn)甲烷階段研究較多，目前對并對環(huán)境改變敏感，對產(chǎn)甲烷階段研究較多，目前對厭氧處理生態(tài)學(xué)的研究包含了以下部分：厭氧處理生態(tài)學(xué)的研究包含了以

19、下部分：15.3.1 影響產(chǎn)酸細(xì)菌的主要生態(tài)因子影響產(chǎn)酸細(xì)菌的主要生態(tài)因子 15.3.2 影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子 15.3.3 影響硫酸鹽還原菌的主要生態(tài)因子影響硫酸鹽還原菌的主要生態(tài)因子 15.3.4 厭氧生化反應(yīng)動力學(xué)厭氧生化反應(yīng)動力學(xué) 15.3.5 厭氧生物處理過程中微生物優(yōu)勢種群的演替及厭氧生物處理過程中微生物優(yōu)勢種群的演替及相互關(guān)系相互關(guān)系 15.3.1 影響產(chǎn)酸細(xì)菌的主要生態(tài)因子影響產(chǎn)酸細(xì)菌的主要生態(tài)因子1. PH值值：一般認(rèn)為最佳一般認(rèn)為最佳pH值為值為67；考慮到產(chǎn)甲烷菌的；考慮到產(chǎn)甲烷菌的生存條件（生存條件（ pH值為值為6.57.5 ），反

20、應(yīng)器中產(chǎn)酸發(fā)酵區(qū)域），反應(yīng)器中產(chǎn)酸發(fā)酵區(qū)域的的pH不應(yīng)低于不應(yīng)低于5.5。 現(xiàn)代研究證明，在正?，F(xiàn)代研究證明，在正常ORP（-150-400mv）范圍內(nèi)：）范圍內(nèi)： PH=4-4.5時，發(fā)生乙醇型發(fā)酵；時，發(fā)生乙醇型發(fā)酵； PH=4.5-5時，發(fā)生丁酸時，發(fā)生丁酸型發(fā)酵；型發(fā)酵；PH=5左右時，主要產(chǎn)物有乙酸、丙酸、丁酸和左右時，主要產(chǎn)物有乙酸、丙酸、丁酸和乙醇；乙醇；PH=5.5左右時，發(fā)生丙酸型發(fā)酵；左右時，發(fā)生丙酸型發(fā)酵；2. 氧化還原電位（氧化還原電位（ORP) ：一般認(rèn)為，產(chǎn)酸細(xì)菌的最適一般認(rèn)為，產(chǎn)酸細(xì)菌的最適ORP范圍為范圍為200300mV。 15.3.1 影響產(chǎn)酸細(xì)菌的主要生態(tài)

21、因子影響產(chǎn)酸細(xì)菌的主要生態(tài)因子3. 堿度堿度：在產(chǎn)酸發(fā)酵過程中，足夠的堿度可保證系統(tǒng)具有在產(chǎn)酸發(fā)酵過程中，足夠的堿度可保證系統(tǒng)具有良好的緩沖能力，避免良好的緩沖能力，避免pH值迅速降低而導(dǎo)致某些厭氧細(xì)值迅速降低而導(dǎo)致某些厭氧細(xì)菌受到抑制。菌受到抑制。 4. 溫度溫度：一般來說，產(chǎn)酸細(xì)菌最佳工作溫度為一般來說，產(chǎn)酸細(xì)菌最佳工作溫度為35 左右左右 5. 水力停留時間和有機(jī)負(fù)荷水力停留時間和有機(jī)負(fù)荷 有機(jī)負(fù)荷為有機(jī)負(fù)荷為560 ，產(chǎn)酸細(xì)菌可發(fā)揮良好，產(chǎn)酸細(xì)菌可發(fā)揮良好的作用，水力停留時間過短將影響底物的轉(zhuǎn)化程度。水力的作用，水力停留時間過短將影響底物的轉(zhuǎn)化程度。水力停留時間過短則出水中會出現(xiàn)較多未

22、降解的有機(jī)物。停留時間過短則出水中會出現(xiàn)較多未降解的有機(jī)物。3/()kgCODmd15.3.2 影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子1. PH值值：一般來說，產(chǎn)甲烷細(xì)菌的最適一般來說，產(chǎn)甲烷細(xì)菌的最適pH值為值為6.57.5； 2. 氧化還原電位氧化還原電位 ：產(chǎn)甲烷細(xì)菌最適產(chǎn)甲烷細(xì)菌最適ORP為為300500mV；pH值低，值低，ORP值高；值高；pH值高，值高，ORP低。低。 3. 有機(jī)負(fù)荷率有機(jī)負(fù)荷率：負(fù)荷率習(xí)慣上以投配率表達(dá)，即每日投加負(fù)荷率習(xí)慣上以投配率表達(dá)，即每日投加的的生污泥生污泥容積占反應(yīng)器容積的百分?jǐn)?shù)，而對于厭氧生物處容積占反應(yīng)器容積的百分?jǐn)?shù)，而對于厭氧生

23、物處理有機(jī)廢水時，大都以容積負(fù)荷率為參數(shù)，懸浮生長工藝?yán)碛袡C(jī)廢水時，大都以容積負(fù)荷率為參數(shù)，懸浮生長工藝也可用污泥負(fù)荷率作指標(biāo)；也可用污泥負(fù)荷率作指標(biāo)； 4. 溫度溫度：最適溫度有最適溫度有2個區(qū)，中溫區(qū)在個區(qū)，中溫區(qū)在3039之間，高之間，高溫區(qū)在溫區(qū)在5060。 15.3.2 影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子5. 污泥濃度：污泥濃度：在連續(xù)式厭氧生物處理有機(jī)廢水系統(tǒng)中，在連續(xù)式厭氧生物處理有機(jī)廢水系統(tǒng)中，新開發(fā)的工藝均以污泥保有量高為主要特點(diǎn)。如上流新開發(fā)的工藝均以污泥保有量高為主要特點(diǎn)。如上流式厭氧污泥層反應(yīng)器，平均污泥濃度可達(dá)到式厭氧污泥層反應(yīng)器，平均污泥濃度可

24、達(dá)到3050g/L，比好氧曝氣池中生物量高比好氧曝氣池中生物量高1020倍。倍。 6. 堿度：堿度：產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生存條件一般為產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生存條件一般為pH在在6以上以上 7. 接觸與攪拌：接觸與攪拌：攪拌是提高傳質(zhì)速率的重要因素之一。攪拌是提高傳質(zhì)速率的重要因素之一。影響傳質(zhì)速率的因素主要有厭氧污泥與介質(zhì)間的液膜影響傳質(zhì)速率的因素主要有厭氧污泥與介質(zhì)間的液膜厚度，攪拌可降低液膜厚度。另外注意布水系統(tǒng)對接厚度，攪拌可降低液膜厚度。另外注意布水系統(tǒng)對接觸的影響，避免在反應(yīng)器中出現(xiàn)短流的現(xiàn)象。觸的影響，避免在反應(yīng)器中出現(xiàn)短流的現(xiàn)象。 15.3.2 影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)

25、菌因子8. 營養(yǎng)營養(yǎng)：試驗(yàn)表明，試驗(yàn)表明，COD：N：P控制在控制在500：5：1左右為左右為宜，在厭氧處理裝置啟動時，可稍微增加氮素，有利于微宜，在厭氧處理裝置啟動時，可稍微增加氮素，有利于微生物的增殖，并有利于提高反應(yīng)器的緩沖能力生物的增殖，并有利于提高反應(yīng)器的緩沖能力 9. 抑制物和激活劑抑制物和激活劑 所謂所謂“有毒有毒”是相對的，既有激活作用又有抑制作用，關(guān)鍵是相對的，既有激活作用又有抑制作用，關(guān)鍵在于它們的濃度界限，即毒閾濃度。在于它們的濃度界限，即毒閾濃度。 氨對產(chǎn)甲烷階段的影響見下表氨對產(chǎn)甲烷階段的影響見下表15.3.2 影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子

26、厭氧生物處理中重金屬毒性限度見下表厭氧生物處理中重金屬毒性限度見下表15.3.2 影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子部分有機(jī)物在厭氧處理中的容許濃度見下表部分有機(jī)物在厭氧處理中的容許濃度見下表15.3.2 影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要細(xì)菌因子其它一些物質(zhì)對厭氧處理的激活作用見下表其它一些物質(zhì)對厭氧處理的激活作用見下表15.3.3 影響硫酸鹽還原菌的主要生態(tài)因子影響硫酸鹽還原菌的主要生態(tài)因子1、溫度、溫度：中溫的硫酸鹽還原菌最適生長溫度為中溫的硫酸鹽還原菌最適生長溫度為3035；高溫菌種能夠在；高溫菌種能夠在5070的范圍內(nèi)生長；的范圍內(nèi)生長； 2、PH

27、值值：最適的最適的pH值是值是6.58.0； 3、氧化還原電位、氧化還原電位ORP： 一般應(yīng)保持在一般應(yīng)保持在100mV以下；以下； 4、碳硫比、碳硫比： 不應(yīng)小于不應(yīng)小于1：5； 5、鹽度、鹽度：非嗜鹽性的硫酸鹽還原菌培養(yǎng)基的非嗜鹽性的硫酸鹽還原菌培養(yǎng)基的pH值應(yīng)調(diào)值應(yīng)調(diào)至至7.1；嗜鹽性的硫酸鹽還原菌的培養(yǎng)基最好調(diào)至；嗜鹽性的硫酸鹽還原菌的培養(yǎng)基最好調(diào)至7.6。嗜鹽性菌一般分布在海洋環(huán)境中，要求嗜鹽性菌一般分布在海洋環(huán)境中，要求NaCl濃度大于濃度大于0.6，最適宜的濃度為，最適宜的濃度為13。15.3.4 厭氧生化反應(yīng)動力學(xué)厭氧生化反應(yīng)動力學(xué)厭氧生化反應(yīng)動力學(xué)方程式：厭氧生化反應(yīng)動力學(xué)方

28、程式： 式中式中 底物去除速率，底物去除速率， ； 最大比底物利用速率，最大比底物利用速率， ； 可降解的底物濃度，可降解的底物濃度，mg/L； 半速度常數(shù)，即最大比底物利用速率為一半時的底物半速度常數(shù)，即最大比底物利用速率為一半時的底物 濃度，濃度，mg/L； 生物濃度，生物濃度，mg/L； 細(xì)菌增殖速率，細(xì)菌增殖速率， ； 細(xì)菌產(chǎn)率系數(shù)，細(xì)菌產(chǎn)率系數(shù)，mgVSS/mgCOD； 細(xì)菌衰亡速率系數(shù)，細(xì)菌衰亡速率系數(shù)， 。maxsugsudkSXdSrdtKsSdXrYrk Xdt maxsusgdrkSKXrYk/()mgL d/()gCODgVSS d/()mgVSSL d/()mgVSSm

29、gVSS d厭氧生化反應(yīng)動力學(xué)厭氧生化反應(yīng)動力學(xué)將上式合并，并除以將上式合并，并除以X得：得： 式中式中 細(xì)菌比增殖速率，細(xì)菌比增殖速率，mgVSS/（mgVSSd） 對厭氧生物處理系統(tǒng)來說，典型的對厭氧生物處理系統(tǒng)來說，典型的Y0.040.10mgVSS/mgCOD，kd0.020.04mgVSS/（mgVSSd），厭氧細(xì)菌的動力學(xué)參數(shù)見下表：），厭氧細(xì)菌的動力學(xué)參數(shù)見下表： maxgdsrkSYKXKS15.3.5 厭氧生物處理過程中微生物優(yōu)厭氧生物處理過程中微生物優(yōu)勢種群的演替及相互關(guān)系勢種群的演替及相互關(guān)系1. 產(chǎn)酸細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長繁殖的底物產(chǎn)酸細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長繁殖的底

30、物 2. 產(chǎn)酸細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌創(chuàng)造了適宜的氧化還原電位產(chǎn)酸細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌創(chuàng)造了適宜的氧化還原電位 3. 產(chǎn)酸細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌清除了有毒物質(zhì)產(chǎn)酸細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌清除了有毒物質(zhì) 4. 產(chǎn)酸細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生化反應(yīng)解除了反饋控制產(chǎn)酸細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生化反應(yīng)解除了反饋控制 5. 產(chǎn)酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌共同維持環(huán)境中的適宜產(chǎn)酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌共同維持環(huán)境中的適宜PH值值15.4 升流式厭氧污泥層工藝升流式厭氧污泥層工藝升流式厭氧污泥層（升流式厭氧污泥層（Upflow Anaerobic Sludge Blanket，簡稱，簡稱UASB）反應(yīng)器，由荷蘭）反應(yīng)器，由荷蘭Wageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)大

31、學(xué)Lettinga等人在等人在19711978年間研制的。年間研制的。 配水系統(tǒng)污泥處 理水沼氣三 相 分 離 器出 水 堰水沼 氣污 泥顆 粒 污 泥 區(qū)懸 浮 污 泥 區(qū)圖 19-12 升 流 式 厭 氧 污 泥 床UASB工藝的工作原理工藝的工作原理廢水自下部進(jìn)入反應(yīng)器，并以一定上升流速通過污泥層向廢水自下部進(jìn)入反應(yīng)器，并以一定上升流速通過污泥層向上流動；上流動； 進(jìn)水底物與厭氧活性污泥充分接觸而降解，并產(chǎn)生沼氣；進(jìn)水底物與厭氧活性污泥充分接觸而降解，并產(chǎn)生沼氣； 隨著氣體量增加，氣體從污泥層不斷逸出，引起污泥層呈隨著氣體量增加，氣體從污泥層不斷逸出，引起污泥層呈沸騰流化狀態(tài)；沸騰流化狀

32、態(tài)； 氣、液、固的混合液上升至三相分離器內(nèi)，氣體可被收集，氣、液、固的混合液上升至三相分離器內(nèi)，氣體可被收集，污泥和水則進(jìn)入上部相對靜止的沉淀區(qū)，在重力作用下，污泥和水則進(jìn)入上部相對靜止的沉淀區(qū)，在重力作用下，水與污泥分離，上清液從沉淀區(qū)上部排出，污泥被截留在水與污泥分離，上清液從沉淀區(qū)上部排出，污泥被截留在三相分離器下部并通過斜壁返回到反應(yīng)區(qū)內(nèi)。三相分離器下部并通過斜壁返回到反應(yīng)區(qū)內(nèi)。配水系統(tǒng)污泥處 理水沼氣三 相 分 離 器出 水 堰水沼 氣污 泥顆 粒 污 泥 區(qū)懸 浮 污 泥 區(qū)圖 19-12 升 流 式 厭 氧 污 泥 床UASB工藝的工作原理工藝的工作原理污泥在污泥在UASB反應(yīng)器

33、的分布規(guī)律如下圖所示反應(yīng)器的分布規(guī)律如下圖所示：15.4.2 顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件UASB反應(yīng)反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)器的有機(jī)負(fù)荷能達(dá)荷能達(dá)5-6kgCOD/m3.d，關(guān)健是，關(guān)健是其能形成顆其能形成顆粒污泥。粒污泥。15.4.2 顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件1. 顆粒污泥形成的原理顆粒污泥形成的原理 在在UASB污泥顆?；^程中，根據(jù)接種污泥的性質(zhì)、底物污泥顆粒化過程中，根據(jù)接種污泥的性質(zhì)、底物的成分及啟動條件，可能形成以下三種類型的顆粒污泥的成分及啟動條件，可能形成以下三種類型的顆粒污泥（1）桿菌顆粒，直徑在）桿菌顆粒，

34、直徑在13mm；（；（2）絲菌顆粒，直徑）絲菌顆粒，直徑在在15mm ；（；（3）球菌顆粒，直徑在）球菌顆粒，直徑在0.10.5mm。 Lettinga等研究認(rèn)為：細(xì)菌很容易在惰性材料表面上附著等研究認(rèn)為：細(xì)菌很容易在惰性材料表面上附著并結(jié)團(tuán)。污泥結(jié)團(tuán)的主要核心是較重的污泥及顆粒，細(xì)菌并結(jié)團(tuán)。污泥結(jié)團(tuán)的主要核心是較重的污泥及顆粒，細(xì)菌則以某種程度附著在上面，顆粒污泥中存在著大量的絲狀則以某種程度附著在上面，顆粒污泥中存在著大量的絲狀甲烷菌屬，如索氏絲狀甲烷菌，具有極強(qiáng)的附著能力，能甲烷菌屬，如索氏絲狀甲烷菌，具有極強(qiáng)的附著能力，能促進(jìn)顆粒污泥的形成。促進(jìn)顆粒污泥的形成。有良好沉降性的顆粒污泥形

35、成和成熟是有良好沉降性的顆粒污泥形成和成熟是UASB高效運(yùn)行的高效運(yùn)行的關(guān)健。關(guān)健。顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件2. UASB反應(yīng)器初次啟動的操作原則反應(yīng)器初次啟動的操作原則 啟動階段的目的：啟動階段的目的：一是使污泥適應(yīng)將要處理廢水中的一是使污泥適應(yīng)將要處理廢水中的有機(jī)物；二是使污泥具有良好的沉降性能。有機(jī)物；二是使污泥具有良好的沉降性能。 綜合研究表明，啟動應(yīng)遵循綜合研究表明，啟動應(yīng)遵循5個原則：個原則： （1）最初的污泥負(fù)荷應(yīng)低于）最初的污泥負(fù)荷應(yīng)低于0.10.2kgCOD/（kgSSd）；（）；（2）廢水中原來存在和產(chǎn)生出來的各種）廢水中原來存在和產(chǎn)

36、生出來的各種揮發(fā)酸未能有效地分解之前，不應(yīng)增加反應(yīng)器負(fù)荷；揮發(fā)酸未能有效地分解之前，不應(yīng)增加反應(yīng)器負(fù)荷； （3）反應(yīng)器內(nèi)的環(huán)境條件應(yīng)控制在有利于厭氧細(xì)菌繁）反應(yīng)器內(nèi)的環(huán)境條件應(yīng)控制在有利于厭氧細(xì)菌繁殖的范圍內(nèi)；（殖的范圍內(nèi)；（4）種泥量應(yīng)盡可能多，一般應(yīng)為）種泥量應(yīng)盡可能多，一般應(yīng)為1015kgVSS/m3；（；（5）控制一定的上升流速，允許多余）控制一定的上升流速，允許多余的污泥沖洗出來，截留住重質(zhì)污泥。的污泥沖洗出來，截留住重質(zhì)污泥。顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件形成顆粒污泥的過程可以歸納為以下三個階段：形成顆粒污泥的過程可以歸納為以下三個階段： 第一階段

37、：啟動與提高污泥活性階段；有機(jī)負(fù)荷第一階段：啟動與提高污泥活性階段；有機(jī)負(fù)荷1kgCOD/（m3d），時間約），時間約11.5個月。個月。 第二階段：形成顆粒污泥階段；有機(jī)負(fù)荷選擇第二階段：形成顆粒污泥階段；有機(jī)負(fù)荷選擇13kgCOD/（m3d），顆粒逐漸成長為直徑），顆粒逐漸成長為直徑13mm左左右的顆粒污泥，此階段右的顆粒污泥，此階段11.5月。月。 第三階段：逐漸形成顆粒污泥層階段。反應(yīng)器的阿有第三階段：逐漸形成顆粒污泥層階段。反應(yīng)器的阿有機(jī)負(fù)荷大于機(jī)負(fù)荷大于35kgCOD/（m3d），隨著負(fù)荷的提高，），隨著負(fù)荷的提高，反應(yīng)器的污泥總量逐漸增加，污泥層逐漸提高，顆粒反應(yīng)器的污泥總量逐漸

38、增加，污泥層逐漸提高，顆粒污泥層需要污泥層需要34個月。個月。顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件顆粒污泥形成的原理及主要工藝條件3. 影響污泥顆粒化的因素影響污泥顆?；囊蛩?（1）接種污泥：同類和稠密型（）接種污泥：同類和稠密型（60kg/m3）污泥效果好，）污泥效果好， （2）廢水的性質(zhì)：包括有機(jī)組分）廢水的性質(zhì)：包括有機(jī)組分(易降解易降解)、濃度、濃度COD5g/L、懸浮物含量、懸浮物含量(SS2g/L)及可生物降解性能等及可生物降解性能等. （3）反應(yīng)器的工藝條件：主要控制參數(shù)有溫度、揮發(fā)酸、）反應(yīng)器的工藝條件：主要控制參數(shù)有溫度、揮發(fā)酸、固體停留時間（固體停留時間（SRT）以及有機(jī)負(fù)荷

39、等。）以及有機(jī)負(fù)荷等。 4. 影響顆粒污泥直徑大小的因素影響顆粒污泥直徑大小的因素 顆粒污泥的大小受底物在傳質(zhì)過程中所能進(jìn)入顆粒內(nèi)部的顆粒污泥的大小受底物在傳質(zhì)過程中所能進(jìn)入顆粒內(nèi)部的深度支配。深度支配。 顆粒化過程的關(guān)鍵因素：較大的上升流速與產(chǎn)氣量可選擇顆?；^程的關(guān)鍵因素：較大的上升流速與產(chǎn)氣量可選擇性地洗出較小的顆粒和絮狀污泥性地洗出較小的顆粒和絮狀污泥15.4.3 顆粒污泥的性質(zhì)顆粒污泥的性質(zhì)1. 顆粒污泥的物理性質(zhì)顆粒污泥的物理性質(zhì) （1）形狀不規(guī)則，一般呈球形或橢球形，直徑）形狀不規(guī)則，一般呈球形或橢球形，直徑0.12mm左右，最大可達(dá)左右，最大可達(dá)35mm； （2）顏色呈灰黑色或

40、褐黑色；）顏色呈灰黑色或褐黑色； （3）相對密度一般為）相對密度一般為1.011.05左右；左右； （4）污泥指數(shù)（）污泥指數(shù)（SVI）與顆粒大小有關(guān)，顆粒污泥一）與顆粒大小有關(guān)，顆粒污泥一般為般為10mL/gSS； （5）顆粒污泥在反應(yīng)器中的沉降速率一般為）顆粒污泥在反應(yīng)器中的沉降速率一般為0.30.8m/h； 顆粒污泥的性質(zhì)顆粒污泥的性質(zhì)2. 顆粒污泥的成分顆粒污泥的成分 含有微生物及分泌物外。一般都含有惰性物質(zhì)，還含含有微生物及分泌物外。一般都含有惰性物質(zhì)，還含有金屬離子。有金屬離子。 成熟的顆粒污泥，成熟的顆粒污泥，VSS/SS一般為一般為7080，根據(jù)廢，根據(jù)廢水性質(zhì)可在水性質(zhì)可在3

41、090。 3. 顆粒污泥的活性顆粒污泥的活性 活性可采用最大比底物利用速率（活性可采用最大比底物利用速率（kmax）表示，不同）表示，不同底物培養(yǎng)的顆粒污泥的活性不同。底物培養(yǎng)的顆粒污泥的活性不同。 4. 顆粒污泥的微生物組成顆粒污泥的微生物組成15.4.4 UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理UASB反應(yīng)器設(shè)計需要考慮的主要因素為：反應(yīng)器設(shè)計需要考慮的主要因素為： （1）廢水組成成分和固體含量；）廢水組成成分和固體含量； （2）有機(jī)容積負(fù)荷（）有機(jī)容積負(fù)荷（volumetric organic load）；）； （3）上升流速（）上升流速（upflow velocity）；）；

42、（4）三相分離系統(tǒng)；）三相分離系統(tǒng)； （5）布水系統(tǒng)和水封高度等物理特性。）布水系統(tǒng)和水封高度等物理特性。UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理1. 廢水水質(zhì)特性廢水水質(zhì)特性 設(shè)計中應(yīng)考慮廢水是否影響污泥的顆?；纬膳菽O(shè)計中應(yīng)考慮廢水是否影響污泥的顆?；纬膳菽透≡?，降解速率如何等。和浮渣，降解速率如何等。 廢水中含有的懸浮固體愈多，所形成的顆粒密度越小，廢水中含有的懸浮固體愈多，所形成的顆粒密度越小，進(jìn)水懸浮固體濃度不應(yīng)大于進(jìn)水懸浮固體濃度不應(yīng)大于6gTSS/L。 2. 有機(jī)容積負(fù)荷有機(jī)容積負(fù)荷 Lettinga等推薦的典型有機(jī)容積負(fù)荷見下兩表等推薦的典型有機(jī)容積負(fù)荷見下兩

43、表第十五章 厭氧生物處理UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理3. 上升流速上升流速 亦稱表面水力負(fù)荷，與進(jìn)水流量和反應(yīng)器橫截面積有亦稱表面水力負(fù)荷，與進(jìn)水流量和反應(yīng)器橫截面積有關(guān)，是重要的設(shè)計參數(shù)。關(guān)，是重要的設(shè)計參數(shù)。 Lettinga等推薦的典型上升流速和反應(yīng)器高度見下表：等推薦的典型上升流速和反應(yīng)器高度見下表： UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理4. 三相分離器的結(jié)構(gòu)三相分離器的結(jié)構(gòu) 氣、固、液分離器又稱三相分離器，由沉淀區(qū)、集氣室氣、固、液分離器又稱三相分離器，由沉淀區(qū)、集氣室(或稱集氣罩或稱集氣罩)和氣封組成，其功能是把氣體和氣封組成，其功能是把氣體(沼氣沼

44、氣)、固體、固體(微生物微生物)和液體分離。和液體分離。 氣體被分離后進(jìn)入集氣室氣體被分離后進(jìn)入集氣室(罩罩)，然后，固液混合液在沉淀，然后，固液混合液在沉淀區(qū)進(jìn)行固液分離，下沉的固體藉重力由回流縫返回反應(yīng)區(qū)。區(qū)進(jìn)行固液分離，下沉的固體藉重力由回流縫返回反應(yīng)區(qū)。 三相分離器分離效果好壞將直接影響反應(yīng)器的處理效果三相分離器分離效果好壞將直接影響反應(yīng)器的處理效果 三相分離器的主要功能有：一是收集從分離器下反應(yīng)室產(chǎn)三相分離器的主要功能有：一是收集從分離器下反應(yīng)室產(chǎn)生的沼氣，達(dá)到氣液分離的目的；二是使得在分離器之上生的沼氣，達(dá)到氣液分離的目的；二是使得在分離器之上的懸浮物沉淀下來，達(dá)到固液分離的目的的

45、懸浮物沉淀下來，達(dá)到固液分離的目的 UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 要實(shí)現(xiàn)三相分離器的功能，應(yīng)滿足以下條件：要實(shí)現(xiàn)三相分離器的功能，應(yīng)滿足以下條件： （1）水和污泥的混合物在進(jìn)入沉淀室前，產(chǎn)生氣泡須得到分離。）水和污泥的混合物在進(jìn)入沉淀室前，產(chǎn)生氣泡須得到分離。 （2）要防止沉降室內(nèi)氣體的產(chǎn)生，所以污泥在沉降室內(nèi)的停留時間一定）要防止沉降室內(nèi)氣體的產(chǎn)生，所以污泥在沉降室內(nèi)的停留時間一定要短，厭氧反應(yīng)過程必須在進(jìn)入三相分離器之前完成。要短，厭氧反應(yīng)過程必須在進(jìn)入三相分離器之前完成。 （3）由于厭氧污泥具有凝結(jié)的性質(zhì)，液流上升通過泥層時，應(yīng)有利于在）由于厭氧污泥具有凝結(jié)的性質(zhì)，液

46、流上升通過泥層時，應(yīng)有利于在沉淀區(qū)內(nèi)形成污泥層。沉淀區(qū)斜壁角度要恰當(dāng)，應(yīng)使沉淀在斜底上的污沉淀區(qū)內(nèi)形成污泥層。沉淀區(qū)斜壁角度要恰當(dāng)，應(yīng)使沉淀在斜底上的污泥不積聚，盡快滑回反應(yīng)區(qū)內(nèi)，以維持反應(yīng)區(qū)內(nèi)有很高的污泥濃度和較泥不積聚，盡快滑回反應(yīng)區(qū)內(nèi)，以維持反應(yīng)區(qū)內(nèi)有很高的污泥濃度和較長的污泥齡。長的污泥齡。 （4）沉淀區(qū)的表面負(fù)荷應(yīng)在一定范圍（）沉淀區(qū)的表面負(fù)荷應(yīng)在一定范圍（3.0m3/（m2h）內(nèi)，混合液）內(nèi)，混合液進(jìn)入沉淀區(qū)前，通過入流孔道的流速不大于顆粒污泥的沉淀速度。進(jìn)入沉淀區(qū)前，通過入流孔道的流速不大于顆粒污泥的沉淀速度。 （5）應(yīng)防止氣室產(chǎn)生大量的泡沫，且要控制氣室的高度，防止浮渣阻塞）應(yīng)

47、防止氣室產(chǎn)生大量的泡沫，且要控制氣室的高度，防止浮渣阻塞出氣管出氣管 UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理三相分離器的設(shè)計示意圖見下圖三相分離器的設(shè)計示意圖見下圖UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理分離器的設(shè)計應(yīng)考慮以下幾方面的因素：分離器的設(shè)計應(yīng)考慮以下幾方面的因素： （1）沉淀器底部傾角應(yīng)較大，可選擇）沉淀器底部傾角應(yīng)較大，可選擇4560 （2）沉淀器內(nèi)最大截面的表面水力負(fù)荷應(yīng)保持在）沉淀器內(nèi)最大截面的表面水力負(fù)荷應(yīng)保持在 以下，水流通過液固分離孔隙的平均流速以下，水流通過液固分離孔隙的平均流速應(yīng)保持在應(yīng)保持在 以下；以下；（3）氣體收集器間縫隙的截面面積不小于總面

48、積的）氣體收集器間縫隙的截面面積不小于總面積的1520； （4）對于高為）對于高為57m的反應(yīng)器，氣體收集器的高度應(yīng)為的反應(yīng)器，氣體收集器的高度應(yīng)為1.52m； （5）b100200mm； （6）控制氣室）控制氣室 的水面高度及壓力。的水面高度及壓力。320.7/()summh3202/()ummhUASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理a的構(gòu)造較為簡單，但泥水分離的情況不夠理的構(gòu)造較為簡單，但泥水分離的情況不夠理想，因?yàn)榛亓骺p內(nèi)同時存在上升和下降兩種流想，因?yàn)榛亓骺p內(nèi)同時存在上升和下降兩種流體，互相有干擾。體，互相有干擾。c也有類似情況。也有類似情況。b的構(gòu)造雖的構(gòu)造雖較為復(fù)雜，但污

49、泥回流和水流上升互相不干擾，較為復(fù)雜，但污泥回流和水流上升互相不干擾，污泥回流通暢，泥水分離效果較好，氣體分離污泥回流通暢，泥水分離效果較好，氣體分離效果也較好。效果也較好。UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理5. 布水系統(tǒng)布水系統(tǒng) 提高反應(yīng)器處理能力的重要因素之一：底物與污泥充分接提高反應(yīng)器處理能力的重要因素之一：底物與污泥充分接觸，布水應(yīng)盡量均勻，避免溝流，布水點(diǎn)的設(shè)置很重要。觸，布水應(yīng)盡量均勻，避免溝流，布水點(diǎn)的設(shè)置很重要。 原則上：原則上：UASB反應(yīng)器的進(jìn)水可參考濾池大阻力布水系統(tǒng)反應(yīng)器的進(jìn)水可參考濾池大阻力布水系統(tǒng)形式，在反應(yīng)器底部均勻設(shè)置布水點(diǎn)，布水的不均勻系數(shù)形式，

50、在反應(yīng)器底部均勻設(shè)置布水點(diǎn)，布水的不均勻系數(shù)為為0.95，可以達(dá)到布水均勻的目的。，可以達(dá)到布水均勻的目的。 對大型對大型UASB構(gòu)筑物，采取在反應(yīng)器底部多點(diǎn)進(jìn)水；構(gòu)筑物，采取在反應(yīng)器底部多點(diǎn)進(jìn)水； 對于對于UASB反應(yīng)器，反應(yīng)器，Lettinga建議在完成了啟動之后，每建議在完成了啟動之后，每個進(jìn)水點(diǎn)負(fù)擔(dān)個進(jìn)水點(diǎn)負(fù)擔(dān)2.0-4.0m2。 但是在溫度低于但是在溫度低于20或低負(fù)荷的情況，產(chǎn)氣率較低并且污或低負(fù)荷的情況，產(chǎn)氣率較低并且污泥和進(jìn)水的混合不充分時，需要較高密度的布水點(diǎn)。對于泥和進(jìn)水的混合不充分時，需要較高密度的布水點(diǎn)。對于城市污水城市污水De Man和和van de last建議建議

51、1-2m2/孔孔UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理大型大型UASB反應(yīng)器的布水系統(tǒng)見下圖：反應(yīng)器的布水系統(tǒng)見下圖：UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理6. 水封高度水封高度 設(shè)計水封高度的計算原理圖：設(shè)計水封高度的計算原理圖：UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理計算式為：計算式為： 式中式中 水封有效高度；水封有效高度； 氣室液面出水的高度；氣室液面出水的高度； 水封后面的阻力；水封后面的阻力； 氣室頂部到出水水面的高度，由沉淀器尺寸氣室頂部到出水水面的高度，由沉淀器尺寸 決定；決定； 氣室高度。氣室高度。 12122()HHHhhH1212HHHhh15

52、.4.5 UASB反應(yīng)器的若干發(fā)展形式反應(yīng)器的若干發(fā)展形式1. 復(fù)合式厭氧反應(yīng)器（復(fù)合式厭氧反應(yīng)器（Upflow Blanket Filter，簡稱，簡稱UBF） 在在UASB反應(yīng)器的污泥層上部增加生物填料，填料上可生反應(yīng)器的污泥層上部增加生物填料，填料上可生長大量厭氧細(xì)菌，從而起到污泥攔截和增加生物量的作用。長大量厭氧細(xì)菌，從而起到污泥攔截和增加生物量的作用。UASB反應(yīng)器的若干發(fā)展形式反應(yīng)器的若干發(fā)展形式2. 厭氧折流板反應(yīng)器（厭氧折流板反應(yīng)器（Anaerobic Baffled Reactor，簡，簡稱稱ABR） 如圖所示：如圖所示： ABR工藝的優(yōu)越性：運(yùn)行簡單；在較短的水力停留時工藝

53、的優(yōu)越性：運(yùn)行簡單；在較短的水力停留時間（間（HRT）下可實(shí)現(xiàn)較長的污泥齡（）下可實(shí)現(xiàn)較長的污泥齡（SRT）；不需特）；不需特殊的污泥特性，生物適應(yīng)能力強(qiáng)；可處理各種廢水；殊的污泥特性，生物適應(yīng)能力強(qiáng)；可處理各種廢水；多級運(yùn)行可改善降解動力學(xué)條件；耐沖擊負(fù)荷。多級運(yùn)行可改善降解動力學(xué)條件；耐沖擊負(fù)荷。UASB反應(yīng)器的若干發(fā)展形式反應(yīng)器的若干發(fā)展形式3. 厭氧往復(fù)層反應(yīng)器（厭氧往復(fù)層反應(yīng)器（Anaerobic Migrating Blanket Reactor，簡稱，簡稱AMBR） 如圖所示，該工藝在如圖所示，該工藝在ABR的基礎(chǔ)上加入機(jī)械攪拌。的基礎(chǔ)上加入機(jī)械攪拌。UASB反應(yīng)器的若干發(fā)展形式

54、反應(yīng)器的若干發(fā)展形式4. 內(nèi)循環(huán)（內(nèi)循環(huán)（Internal Circulation，簡稱，簡稱IC）厭氧工藝）厭氧工藝 IC厭氧反應(yīng)器由荷蘭厭氧反應(yīng)器由荷蘭Paques公司公司1985年在年在UASB基礎(chǔ)基礎(chǔ)上推出的第三代高效厭氧反應(yīng)器，上推出的第三代高效厭氧反應(yīng)器，1988年第一座生產(chǎn)年第一座生產(chǎn)規(guī)模的規(guī)模的IC反應(yīng)器投入運(yùn)行。反應(yīng)器投入運(yùn)行。 IC反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)組成：（反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)組成：（1）混合區(qū)，進(jìn)水與回流污泥）混合區(qū)，進(jìn)水與回流污泥混合；（混合；（2）顆粒污泥膨脹床區(qū)，第一反應(yīng)室；（）顆粒污泥膨脹床區(qū)，第一反應(yīng)室；（3）精處理區(qū)，第二反應(yīng)室；（精處理區(qū)，第二反應(yīng)室；（4）內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，是

55、）內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，是IC反應(yīng)反應(yīng)器的核心構(gòu)造，包括一級三相分離器、沼氣提升管、器的核心構(gòu)造，包括一級三相分離器、沼氣提升管、氣液分離器和泥水下降管；（氣液分離器和泥水下降管；（5）二級三相分離區(qū)，包）二級三相分離區(qū)，包括集氣管和沉淀區(qū)。括集氣管和沉淀區(qū)。 IC反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖：UASB反應(yīng)器的若干發(fā)展形式反應(yīng)器的若干發(fā)展形式IC反應(yīng)器的主要創(chuàng)新點(diǎn)：反應(yīng)器的主要創(chuàng)新點(diǎn)： （1）實(shí)現(xiàn)自發(fā)的內(nèi)循環(huán)污泥回流；）實(shí)現(xiàn)自發(fā)的內(nèi)循環(huán)污泥回流； （2）引入分級處理，并賦予其新的功能；）引入分級處理，并賦予其新的功能； （3）泥水充分接觸，提高傳質(zhì)速率。）泥水充分接觸，提高傳質(zhì)速率。 IC反應(yīng)器的

56、不足：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，施工、安裝和反應(yīng)器的不足：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，施工、安裝和日常維護(hù)困難；反應(yīng)器高度大，水泵的動力消耗有所日常維護(hù)困難；反應(yīng)器高度大，水泵的動力消耗有所增加；反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)尺寸和設(shè)計參數(shù)還需進(jìn)一步探索。增加；反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)尺寸和設(shè)計參數(shù)還需進(jìn)一步探索。15.5 兩相厭氧生物處理兩相厭氧生物處理15.5.1 兩相厭氧生物處理原理兩相厭氧生物處理原理 15.5.2 兩相厭氧生物處理技術(shù)兩相厭氧生物處理技術(shù) 15.5.3 最適液相末端發(fā)酵產(chǎn)物的選擇最適液相末端發(fā)酵產(chǎn)物的選擇15.5.1 兩相厭氧生物處理原理兩相厭氧生物處理原理兩相厭氧消化工藝是在上世紀(jì)兩相厭氧消化工藝是在上世紀(jì)70年

57、代產(chǎn)生的。年代產(chǎn)生的。其基本出發(fā)點(diǎn)是：在單相反應(yīng)器中，存在著脂肪酸的產(chǎn)其基本出發(fā)點(diǎn)是：在單相反應(yīng)器中，存在著脂肪酸的產(chǎn)生與被利用（產(chǎn)甲烷）之間的平衡，維持兩類微生物之生與被利用（產(chǎn)甲烷）之間的平衡，維持兩類微生物之間的協(xié)調(diào)與平衡十分不易；兩相厭氧消化工藝就是為了間的協(xié)調(diào)與平衡十分不易；兩相厭氧消化工藝就是為了克服單相厭氧消化工藝的上述缺點(diǎn)而提出的?？朔蜗鄥捬跸に嚨纳鲜鋈秉c(diǎn)而提出的。 兩個反應(yīng)器中分別培養(yǎng)發(fā)酵細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌，并控制不兩個反應(yīng)器中分別培養(yǎng)發(fā)酵細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌，并控制不同的運(yùn)行參數(shù)，使其分別滿足兩類不同細(xì)菌的最適生長同的運(yùn)行參數(shù)，使其分別滿足兩類不同細(xì)菌的最適生長條件；反應(yīng)器可以

58、采用前述任一種反應(yīng)器，二者可以相條件；反應(yīng)器可以采用前述任一種反應(yīng)器，二者可以相同也可以不同同也可以不同兩相厭氧生物處理原理兩相厭氧生物處理原理實(shí)現(xiàn)二相分離的方法主要有：實(shí)現(xiàn)二相分離的方法主要有： （1） 化學(xué)法：投加抑制劑或調(diào)整氧化還原電位，抑化學(xué)法：投加抑制劑或調(diào)整氧化還原電位，抑制產(chǎn)甲烷菌在產(chǎn)酸相中的生長；制產(chǎn)甲烷菌在產(chǎn)酸相中的生長； （2）物理法：采用選擇性的半透明膜使進(jìn)入兩個反應(yīng)）物理法：采用選擇性的半透明膜使進(jìn)入兩個反應(yīng)器的基質(zhì)有顯著的差別，以實(shí)現(xiàn)相的分離；器的基質(zhì)有顯著的差別，以實(shí)現(xiàn)相的分離； （3） 動力學(xué)控制法：利用產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在生長動力學(xué)控制法：利用產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在生

59、長速率上的差異，控制兩個反應(yīng)器的水力停留時間，使速率上的差異，控制兩個反應(yīng)器的水力停留時間，使產(chǎn)甲烷菌無法在產(chǎn)酸相中生長。產(chǎn)甲烷菌無法在產(chǎn)酸相中生長。 目前應(yīng)用的最多的相分離的方法，是最后一種，即動目前應(yīng)用的最多的相分離的方法，是最后一種，即動力學(xué)控制法。但實(shí)際上，很難做到相的完全分離。力學(xué)控制法。但實(shí)際上，很難做到相的完全分離。兩相厭氧生物處理原理兩相厭氧生物處理原理主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)： （1）有機(jī)負(fù)荷比單相工藝明顯提高；）有機(jī)負(fù)荷比單相工藝明顯提高； （2）產(chǎn)甲烷相中的產(chǎn)甲烷菌活性得到提高，產(chǎn)氣量增）產(chǎn)甲烷相中的產(chǎn)甲烷菌活性得到提高，產(chǎn)氣量增加；加； （3） 運(yùn)行更加穩(wěn)定，承受沖擊負(fù)荷的能

60、力較強(qiáng)；運(yùn)行更加穩(wěn)定，承受沖擊負(fù)荷的能力較強(qiáng)； （4）當(dāng)廢水中含有）當(dāng)廢水中含有SO42-等抑制物質(zhì)時，其對產(chǎn)甲烷等抑制物質(zhì)時，其對產(chǎn)甲烷菌的影響由于相的分離而減弱；菌的影響由于相的分離而減弱； （5） 對于復(fù)雜有機(jī)物（如纖維素等），可以提高其對于復(fù)雜有機(jī)物（如纖維素等），可以提高其水解反應(yīng)速率，因而提高了其厭氧消化的效果。水解反應(yīng)速率，因而提高了其厭氧消化的效果。15.5.2 兩相厭氧生物處理技術(shù)兩相厭氧生物處理技術(shù)國內(nèi)外的兩相厭氧生物處理工藝所采用的反應(yīng)器形式國內(nèi)外的兩相厭氧生物處理工藝所采用的反應(yīng)器形式來看，主要有兩種：來看，主要有兩種： 一種是兩相均采用一種是兩相均采用UASB反應(yīng)器；