環(huán)境工程學(xué)課件第15章

第15

章厭氧生物處理The

Anaerobic

Processes由于厭氧微生物的分離和純種培養(yǎng)十分困難,致使人們對(duì)厭氧生物處理的認(rèn)識(shí)和利用遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于好氧生物處理。直到最近20年,厭氧生物技術(shù)的完善和發(fā)展,為廢水處理的可持續(xù)發(fā)展方法的實(shí)現(xiàn)提供了新的途徑。經(jīng)過(guò)厭氧生物處理的廢水可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)與能源生產(chǎn),其產(chǎn)物可以被積極利用而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值。厭氧處理與好氧處理厭氧法的優(yōu)缺點(diǎn)厭氧法的基本原理厭氧法的工藝和設(shè)備厭氧法的影響因素15.1厭氧處理與好氧處理的區(qū)別15.2厭氧生物處理法優(yōu)缺點(diǎn)厭氧生物處理法優(yōu)點(diǎn)厭氧生物處理法缺點(diǎn)厭氧生物處理法優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用范圍廣能耗低氮、磷營(yíng)養(yǎng)需要量較少有殺菌作用污泥易貯存（1）應(yīng)用范圍廣因供氧限制，好氧法一般適用于中、低濃度有機(jī)廢水的處理，而厭氧法適用于中、高濃度有機(jī)廢水。有些有機(jī)物對(duì)好氧生物處理法來(lái)說(shuō)是難降解的，但對(duì)厭氧生物處理是可降解的，如固體有機(jī)物、著色劑蒽醌和某些偶氮染料等。(2)能耗低好氧法需要消耗大量能量供氧，曝氣費(fèi)用隨著有機(jī)物濃度的增加而增大，而厭氧法不需要充氧，而且產(chǎn)生的沼氣可作為能源。廢水有機(jī)物達(dá)一定濃度后，沼氣能量可以抵償消耗能量。研究表明，當(dāng)原水BOD5達(dá)到1500mg/L時(shí)，采用厭氧處理即有能量剩余。有機(jī)物濃度愈高，剩余能量愈多。一般厭氧法的動(dòng)力消耗約為活性污泥法的1/10。（3）氮、磷營(yíng)養(yǎng)需要量較少好氧法一般要求BOD:N:P為l00:5:1，而厭氧法的BOD:N:P為l00:2.5:0.5，對(duì)氮、磷缺乏的工業(yè)廢水所需投加的營(yíng)養(yǎng)鹽量較少。（4）有殺菌作用厭氧處理過(guò)程有一定的殺菌作用，可以殺死廢水和污泥中的寄生蟲(chóng)卵、病毒等。（5）污泥易貯存厭氧活性污泥可以長(zhǎng)期貯存，厭氧反應(yīng)器可以季節(jié)性或間歇性運(yùn)轉(zhuǎn)。厭氧生物處理法缺點(diǎn):（1）厭氧微生物增殖緩慢，因而厭氧設(shè)備啟動(dòng)和處理所需時(shí)間比好氧設(shè)備長(zhǎng)；（2）出水往往達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)一步處理，故一般在厭氧處理后串聯(lián)好氧處理；（3）厭氧處理系統(tǒng)操作控制因素較為復(fù)雜。（4）厭氧過(guò)程會(huì)產(chǎn)生氣味對(duì)空氣有污染。15.3厭氧生物處理原理厭氧生物處理是指在無(wú)分子氧條件下通過(guò)厭氧微生物(包括兼氧微生物）的作用，將廢水中的各種復(fù)雜有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過(guò)程，也稱為厭氧消化。與好氧過(guò)程的根本區(qū)別在于不以分子態(tài)氧作為受氫體，而以化合態(tài)氧、碳、硫、氮等作為受氫體。厭氧生物處理是一個(gè)復(fù)雜的微生物化學(xué)過(guò)程，依靠三大主要類群的細(xì)菌，即水解產(chǎn)酸細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌的聯(lián)合作用完成。復(fù)雜有機(jī)物的厭氧降解有機(jī)物厭氧消化產(chǎn)甲烷的過(guò)程是一個(gè)由多種微生物共同作用的非常復(fù)雜的生化過(guò)程。關(guān)于厭氧消化過(guò)程的原理主要有兩種學(xué)說(shuō),即兩階段學(xué)說(shuō)和三階段學(xué)說(shuō)。1.

兩階段學(xué)說(shuō)1930年,Buswell和Neave指出,有機(jī)物厭氧消化過(guò)程分為酸性發(fā)酵和堿性發(fā)酵兩個(gè)階段,即兩階段學(xué)說(shuō),如圖15-2所示。(1)第一階段糖類、脂類和蛋白質(zhì)等復(fù)雜的有機(jī)物,在產(chǎn)酸菌

(厭氧菌和兼性厭氧菌)的作用下被分解成為以脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸)、醇類(乙醇等)、C02和H2等為主的產(chǎn)物。由于大量脂肪酸的產(chǎn)生會(huì)使發(fā)酵液的pH降低,所 以,該階段稱為酸性發(fā)酵階段,或產(chǎn)酸階段。此時(shí)的微生物具有生長(zhǎng)速度快及對(duì)環(huán)境條件的適應(yīng)性較強(qiáng)的特點(diǎn)。(2)第二階段產(chǎn)甲烷菌(專性厭氧菌)將第一階段的產(chǎn)物最終轉(zhuǎn)化為CH4和CO2等小分子。由于有機(jī)酸不斷被轉(zhuǎn)化為CH4和CO2,同時(shí)系統(tǒng)中有

NH4+的存在,發(fā)酵液的pH不斷升高。所以,該階段稱為堿性發(fā)酵階段,或稱產(chǎn)甲烷階段。產(chǎn)甲烷菌生長(zhǎng)很慢且對(duì)環(huán)境條件非常敏感。2.三階段學(xué)說(shuō)1979年,Bryant根據(jù)對(duì)產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的研究結(jié)果,認(rèn)為兩階段理論不夠完善,進(jìn)而提出了更為細(xì)化的三階段理論。該理論認(rèn)為產(chǎn)甲烷菌不能將除乙酸、H2、CO2和甲醇等之外的有機(jī)酸和醇類轉(zhuǎn)化為CH4和CO2,長(zhǎng)鏈脂肪酸和醇類必須經(jīng)過(guò)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌轉(zhuǎn)化為乙酸H2和CO2等后,才能被產(chǎn)甲烷菌利用。1.水解階段：碳水化合物（脂肪、蛋白質(zhì)）在水解發(fā)酵菌作用下轉(zhuǎn)化為糖類、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳；產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：脂肪酸在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌作用下轉(zhuǎn)化成H2、CO2、乙酸

CH3CH2COOH→CO2+CH3COOH+H2產(chǎn)甲烷階段：最后兩組生理不同的產(chǎn)甲烷菌，有共同的產(chǎn)物復(fù)雜有機(jī)物較高級(jí)有機(jī)酸乙酸CH44H2+CO2→CH4+2H2O2CH3COOH→2CH4+2CO24%76%（1/3）CO2還原（2/3）乙酸脫羧H228%72%生成甲烷水解與發(fā)酵20%生成乙酸與脫羧上述三個(gè)階段的反應(yīng)速度依廢水性質(zhì)而異，在含纖維素、半纖維素、果膠和脂類等污染物為主的廢水中，水解易成為速度限制步驟；簡(jiǎn)單的糖類、淀粉、氨基酸和一般的蛋白質(zhì)均能被微生物迅速分解，對(duì)含這類有機(jī)物為主的廢水，產(chǎn)甲烷易成為限速階段。15.4

厭氧法的工藝和設(shè)備處理污水的厭氧反應(yīng)器:第一階段是普通厭氧消化池,它的代表反應(yīng)器是化糞池,其沉淀過(guò)程與厭氧發(fā)酵過(guò)程同時(shí)進(jìn)行,厭氧菌濃度低,細(xì)菌與有機(jī)污染物接觸差,處理效果差;第二階段以提高微生物濃度和停留時(shí)間、縮短液體停留時(shí)間的反應(yīng)器為代表,如厭氧生物濾池、厭氧流化床、上流式厭氧污泥床等;第三階段的反應(yīng)器主要解決了上流式厭氧污泥床的傳質(zhì)問(wèn)題,擴(kuò)大了水力負(fù)荷和有機(jī)負(fù)荷,厭氧顆粒污泥膨脹床研究應(yīng)用比較多。15.4.1懸浮式厭氧生物處理工藝典型的懸浮式厭氧生物處理工藝包括普通消化工藝、厭氧接觸工藝、兩相(或兩段)厭氧消化工藝和上流式厭氧污泥床工藝等。主要涉及的構(gòu)筑物有傳統(tǒng)的化糞池、普通消化池、沉淀池及污泥回流裝置、升流式厭氧污泥床反應(yīng)器等。1.普通消化工藝化糞池普通消化池化糞池用于處理來(lái)自廁所的糞便污水。曾廣泛應(yīng)用于不設(shè)污水處理廠的合流制排水系統(tǒng),也可用于郊區(qū)的別墅式建筑?；S池是一個(gè)矩形密閉的池子,用隔墻分為兩室或三室,各室之間用水下連接管接通:污水進(jìn)入第一室,水中懸浮物或沉于池底,或浮于池面,池水一般分為三層,上層為浮渣層,下層為污泥層,中間為水流。然后污水進(jìn)入第二室,阻攔底泥和浮渣流出池子。污水在池內(nèi)的停留時(shí)間一般為12-24h。懸浮物沉于池底后進(jìn)行緩慢的厭氧消化,各室的頂蓋上設(shè)有入孔,可定期(一般為數(shù)月)將消化后的污泥挖出,供作農(nóng)肥,出水不能直接排入水體。普通消化池又稱傳統(tǒng)或常規(guī)消化池消化池常用密閉的圓柱形池，廢水定期或連續(xù)進(jìn)入池中，經(jīng)消化的污泥和廢水分別由消化池底和上部排出，所產(chǎn)沼氣從頂部排出。池徑從幾米至三、四十米，柱體部分的高度約為直徑的1/2，池底呈圓錐形，以利排泥。為使進(jìn)水與微生物盡快接觸，需要一定的攪拌。常用攪拌方式有三種：(a)池內(nèi)機(jī)械攪拌；(b)沼氣攪拌；(c)循環(huán)消化液攪拌。螺旋槳(機(jī)械)攪拌的消化池循環(huán)消化液攪拌式消化池普通消化池的特點(diǎn):可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液。厭氧消化反應(yīng)與固液分離在同一個(gè)池內(nèi)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。缺乏持留或補(bǔ)充厭氧活性污泥的特殊裝置，消化器中難以保持大量的微生物細(xì)胞。對(duì)無(wú)攪拌的消化器，還存在料液的分層現(xiàn)象嚴(yán)重，微生物不能與料液均勻接觸的問(wèn)題。溫度不均勻，消化效率低。2.厭氧接觸法為了克服普通消化池不能持留或補(bǔ)充厭氧活性污泥的缺點(diǎn),在消化池后增設(shè)沉淀池,將沉淀污泥回流至消化池以維持較高的污泥濃度,便形成了厭氧接觸法。厭氧接觸法實(shí)質(zhì)上是厭氧活性污泥法，不需要曝氣而需要脫氣。厭氧接觸法對(duì)懸浮物高的有機(jī)廢水(如肉類加工廢水等)效果很好，懸浮顆粒成為微生物的載體，并且很容易在沉淀池中沉淀。在混合接觸池中，要進(jìn)行適當(dāng)攪拌以使污泥保持懸浮狀態(tài)。攪拌可以用機(jī)械方法，也可以用泵循環(huán)池水。厭氧接觸法的特點(diǎn):（a）通過(guò)污泥回流，保持消化池內(nèi)污泥濃度較高，一般為10-15g/L，耐沖擊能力強(qiáng)；（b）消化池的容積負(fù)荷較普通消化池高，中溫消化時(shí)，一般為2-l0kgCOD/m3·d，水力停留時(shí)間比普通消化池大大縮短，如常溫下，普通消化池為15-30天，而接觸法小于10天；（c）可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液，不存在堵塞問(wèn)題；（d）混合液經(jīng)沉降后，出水水質(zhì)好；（e）但需增加沉淀池、污泥回流和脫氣等設(shè)備；（f）厭氧接觸法存在混合液難于在沉淀池中進(jìn)行固液分離的缺點(diǎn)。幾種脫氣方法:真空脫氣，由消化池排出的混合液經(jīng)真空脫氣器(真空度為0.005MPa)，將污泥絮體上的氣泡除去，改善污泥的沉降性能；熱交換器急冷法，將從消化池排出的混合液進(jìn)行急速冷卻。絮凝沉降，向混合液中投加絮凝劑，使厭氧污泥易凝聚成大顆粒，加速沉降；用超濾器代替沉淀池，以改善固液分離效果。3.二段厭氧處理法消化可將水解酸化過(guò)程和甲烷化過(guò)程分開(kāi)在兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)分階段進(jìn)行，以使兩類微生物都能在各自的最適條件下生長(zhǎng)繁殖。第一段的功能是：水解和液化固態(tài)有機(jī)物為有機(jī)酸緩沖和稀釋負(fù)荷沖擊與有害物質(zhì)截留難降解的固態(tài)物質(zhì) 第二段的功能是：保持嚴(yán)格的厭氧條件和pH值，以利于甲烷菌的生長(zhǎng)降解、穩(wěn)定有機(jī)物，產(chǎn)生含甲烷較多的消化氣截留懸浮固體，以改善出水水質(zhì)二段式厭氧處理法可以采用不同構(gòu)筑物予以組合。例如對(duì)懸浮物高的工業(yè)廢水，采用厭氧接觸法與上流式厭氧污泥床反應(yīng)器串聯(lián)的組合，其流程如下圖。二段式厭氧處理法的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行穩(wěn)定可靠能承受pH值、毒物的沖擊有機(jī)負(fù)荷率高消化氣中甲烷含量高缺點(diǎn)：使用設(shè)備較多

流程和操作復(fù)雜不能對(duì)各種廢水都提高負(fù)荷上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（upflow

anaerobicsludgeblanket

reactor)，簡(jiǎn)稱UASB反應(yīng)器，是由荷蘭的G.Lettnga等人在70年代初研制開(kāi)發(fā)的。污泥床反應(yīng)器內(nèi)沒(méi)有人工載體，反應(yīng)器內(nèi)微生物以自身聚集生長(zhǎng)，為顆粒污泥狀態(tài)存在，因而能達(dá)到高生物量和高效高負(fù)荷。4.升流式厭氧污泥床反應(yīng)器UASB上流式厭氧污泥床的池形有圓形、方形、矩形。小型裝置常為圓柱形，底部呈錐形或圓弧形。大型裝置為便于設(shè)置氣、液、固三相分離器，則一般為矩形，高度一般為3-8m，其中污泥床1-2m，污泥懸浮層2-4m，多用鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。UASB反應(yīng)器示意圖，、由圖可見(jiàn)，UASB工作時(shí)，廢水從反應(yīng)器底部進(jìn)入與污泥床層的高濃度顆粒污泥接觸，污染物被分解產(chǎn)生沼氣。污水、污泥和沼氣一起向上流動(dòng)，進(jìn)入反應(yīng)器的上部的三相分離器，完成氣液、固三相的分離。被分離的消化氣從上部導(dǎo)出，被分離的污泥則自動(dòng)滑落到懸浮污泥層。出水則從澄清區(qū)流出。UASB的構(gòu)造UASB反應(yīng)器的組成進(jìn)水配水系統(tǒng)將廢水盡可能均勻地分配到整個(gè)反應(yīng)器，并有水力攪拌功能。反應(yīng)區(qū)其中包括污泥床區(qū)和污泥懸浮層區(qū)，有機(jī)物主要在這里被厭氧菌所分解。三相分離器由沉淀區(qū)、回流縫和氣封組成，其功能是把沼氣、污泥和液體分開(kāi)。出水系統(tǒng)其作用是把沉淀區(qū)表層處理過(guò)的水均勻地加以收集，排出反應(yīng)器。氣室，也稱集氣罩，其作用是收集沼氣。浮渣清除系統(tǒng)其功能是清除沉淀區(qū)液面和氣室表面的浮渣，根據(jù)需要設(shè)置。排泥系統(tǒng)其功能是均勻地排除反應(yīng)區(qū)的剩余污泥。上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)負(fù)荷居第二代反應(yīng)器之首,水力負(fù)荷滿足要求;污泥顆粒化后使反應(yīng)器對(duì)不利條件的抗性增強(qiáng);在一定的水力負(fù)荷下，可以靠反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)污泥與基質(zhì)的充分接觸。（a）反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高一般平均污泥濃度為30-40g/L，其中底部污泥床(sludgebed)污泥濃度60-80g/L，污泥懸浮層(sludge

blanket)污泥濃度5-7g/L；污泥床中的污泥由活性生物量占70-80％的高度發(fā)展的顆粒污泥(sludge

granules)組成，顆粒的直徑一般在0.5-5.0mm之間，顆粒污泥是UASB反應(yīng)器的一個(gè)重要特征。有機(jī)負(fù)荷高，水力停留時(shí)間短，中溫消化，COD容積負(fù)荷在小試驗(yàn)和中型試驗(yàn)中可高達(dá)20-40kgCOD/（m3·d）在大型生產(chǎn)裝置中可達(dá)到6-8kgCOD/（m3·d）。反應(yīng)器內(nèi)設(shè)三相分離器，被沉淀區(qū)分離的污泥能自動(dòng)回流到反應(yīng)區(qū)，一般無(wú)污泥回流設(shè)備；簡(jiǎn)化了工藝，節(jié)約了投資和運(yùn)行費(fèi)用。無(wú)混合攪拌設(shè)備。投產(chǎn)運(yùn)行正常后，利用本身產(chǎn)生的沼氣和進(jìn)水來(lái)攪動(dòng)；污泥床內(nèi)不填載體，提高了容積利用率，節(jié)省造價(jià)及避免堵塞問(wèn)題。（a）大型裝置內(nèi)會(huì)有短流現(xiàn)象（要求配水裝置性能要好）（b）進(jìn)水SS要求≤200mg/L，以免對(duì)污泥顆粒化不利或減少反應(yīng)區(qū)的有效容積，甚至引起堵塞（c）在沒(méi)有顆粒污泥接種的情況下，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)（d）對(duì)水質(zhì)和負(fù)荷突然變化比較敏感（e）要求水溫高些，最好35℃左右。上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的缺點(diǎn)UASB反應(yīng)器的啟動(dòng)運(yùn)行直接啟動(dòng)：用顆粒污泥接種，所需時(shí)間較短，負(fù)荷上升 較快；間接啟動(dòng)：用絮狀污泥啟動(dòng)，首先需要培養(yǎng)顆粒污泥。 顆粒污泥的培養(yǎng)對(duì)于反應(yīng)器的穩(wěn)定高效運(yùn)行十分關(guān)鍵， 一般需要按以下步驟進(jìn)行：①

投加接種污泥：厭氧消化污泥，或剩余活性污泥等；接種量一般為10~20kgVSS/m3；② 啟動(dòng)初期的污泥負(fù)荷應(yīng)低于0.1~0.2kgCOD/kgSS.d，容積負(fù)荷應(yīng)小于0.5kgCOD/m3.d；5.厭氧折流板反應(yīng)器厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)是P,LMcCarty等人于1982年研制的新型厭氧生物處理裝置,是一種厭氧污泥層工藝,按水的流向劃分,屬于平流式。ABR不但大大提高了厭氧反應(yīng)器的負(fù)荷和處理效率,而且使其穩(wěn)定性和對(duì)不良因素(如有毒物質(zhì))的適應(yīng)性太為增強(qiáng)。ABR內(nèi)部有若干組垂直折流板,把長(zhǎng)條形的反應(yīng)器分成若干個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)室,該結(jié)構(gòu)迫使水流以上下折流的形式通過(guò)反應(yīng)器。反應(yīng)器內(nèi)各室累積著較多厭氧污泥,當(dāng)廢水通過(guò)ABR時(shí),要自下而上與大量的活性污泥發(fā)生多次接觸,從而大大提高了反應(yīng)器的容積利用率。就單個(gè)反應(yīng)室而言,因產(chǎn)生沼氣的攪拌作用,水流流態(tài)基本上是完全混合的,但各個(gè)反應(yīng)室之間是串聯(lián)的,具有塞流流態(tài)。由此可見(jiàn),ABR相當(dāng)于把若干完全混合態(tài)反應(yīng)器串聯(lián)在一起,因此,理論上比單一的完全混合態(tài)反應(yīng)器處理效率高。ABR中的每個(gè)反應(yīng)室內(nèi)都有一個(gè)厭氧污泥層,其功能與UASB反應(yīng)區(qū)相似,所不同的是上部未專設(shè)三相分離器。產(chǎn)生的沼氣通過(guò)反應(yīng)器上部的集氣室,一同由導(dǎo)管排出反應(yīng)器外。ABR的升流條件使厭氧污泥可形成顆粒污泥的形式。另外,采用部分出水回流,可緩解第一室中由于大量繁殖的產(chǎn)酸菌產(chǎn)酸導(dǎo)致的pH下降,同時(shí)也使得塞流系統(tǒng)向完全混合系統(tǒng)過(guò)度。ABR的特點(diǎn):①上下折流的水流形式使水中的有機(jī)物和微生物充分接觸,有利于提高微生物的利用率;②無(wú)需單獨(dú)設(shè)置三相分離器,無(wú)填料,無(wú)需攪拌設(shè)備,因而反應(yīng)器構(gòu)造簡(jiǎn)單;③不易發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象,不會(huì)發(fā)生大量污泥流失現(xiàn)象,出水懸浮物含量較低;④易形成沉降性能好的顆粒污泥,維持較高的生物量;⑤因沒(méi)有填料,不易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。15.4.2固著式厭氧生物處理工藝固著式厭氧生物處理工藝主要是厭氧生物膜法,包括厭氧生物濾池、厭氧附著膜膨脹床、厭氧流化床、厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)等處理方法。與懸浮式厭氧生物工藝相比,該方法有許多優(yōu)點(diǎn),如由于厭氧生物膜中的生物在填料表面固著生長(zhǎng),故能夠在很短的水力停留時(shí)間里獲得較長(zhǎng)的,甚至長(zhǎng)達(dá)10O天以上的污泥停留時(shí)間。同時(shí),該方法很好地提高了溶解性有機(jī)污染廢水厭氧處理過(guò)程中微生物的沉降性,降低了流失率,從而使反應(yīng)器內(nèi)維持一個(gè)較高的生物量水平。1.厭氧生物濾池(Anaerobic

filter,AF)又稱厭氧固定膜反應(yīng)器，是60年代末開(kāi)發(fā)的新型高效厭氧處理裝置。濾池呈圓柱形，池內(nèi)裝放填料，池底和池頂密封。厭氧微生物附著于填料的表面生長(zhǎng)，當(dāng)廢水通過(guò)填料層時(shí)，在填料表面的厭氧生物膜作用下廢水中的有機(jī)物被降解，并產(chǎn)生沼氣，沼氣從池

頂部排出。濾池中的生物膜不斷地進(jìn)行新陳代謝，脫落的生物膜隨出水流出池外。廢水從池底進(jìn)入，從池上部排出，稱升流式厭氧濾池；廢水從池上部進(jìn)入，以降流的形式流過(guò)填

料層，從池底部排出，稱降流式厭氧濾池。填料可采用拳狀石質(zhì)濾料，如碎石、卵石等,粒徑在

40mm左右，也可使用塑料填料,質(zhì)輕、孔隙率高、價(jià)格較貴。厭氧生物濾池的特點(diǎn)及改進(jìn)：在厭氧生物濾池中，厭氧微生物大部分存在于生物膜中，少部分以厭氧活性污泥的形式存在于濾料的孔隙中。厭氧微生物總量沿池高度分布是很不均勻的，在池進(jìn)水部位高，相應(yīng)的有機(jī)物去除速度快。當(dāng)廢水中有機(jī)物濃度高時(shí)，特別是進(jìn)水懸浮固體濃度和顆粒較大時(shí)，進(jìn)水部位容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。對(duì)厭氧生物濾池采取如下改進(jìn)：（a）出水回流；（b）部分充填載體；（c）采用軟性填料。主要優(yōu)點(diǎn)：處理能力較高濾池內(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(jiǎn)單、操作方便主要缺點(diǎn)：濾料費(fèi)用較貴濾料容易堵塞尤其是下部,生物膜很厚,堵塞后,沒(méi)有簡(jiǎn)單有效的清洗方法。因此,懸浮物含量高的廢水不適用。2.厭氧附著膜膨脹床(Anaerobic

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bed,AAFEB)厭氧附著膜膨脹床是一種高效厭氧生物膜工藝,是

Jewell于2O世紀(jì)7O年代中期研制的厭氧消化工藝,已成功地用于處理不同類型和濃度的有機(jī)污水。在反應(yīng)器內(nèi),厭氧微生物被固定在載體上,形成具有生物膜結(jié)構(gòu)的顆粒污泥,從而為厭氧附著膜膨脹床反應(yīng)器高效穩(wěn)定地運(yùn)行創(chuàng)造了重要的條件。運(yùn)行過(guò)程反應(yīng)器密閉(上部收集產(chǎn)氣)，廢水從反應(yīng)器底部進(jìn)入后上升流動(dòng)，大部分有機(jī)物在床中經(jīng)厭氧發(fā)酵并轉(zhuǎn)化為氣體，攪動(dòng)床層并使廢水回流，控制床層膨脹率為10

～20%，當(dāng)載體上附有生物膜而反應(yīng)器產(chǎn)氣量又趨穩(wěn)定時(shí)轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。厭氧附著膜膨脹床特點(diǎn):①微生物優(yōu)先選擇載體上的微孔、裂縫和凹陷部位附著和生長(zhǎng)繁殖，在局部形成生物膜;②厭氧生物膜形成過(guò)程是一個(gè)微生物種群演變的過(guò)程。隨著載體上生物膜的形成和發(fā)展,微生物組成由球菌占優(yōu)勢(shì),逐步過(guò)渡為索氏甲烷絲菌占優(yōu)勢(shì);③反應(yīng)器運(yùn)行中生物膜活性呈上升趨勢(shì),運(yùn)行效能逐漸提高;④厭氧附著膜膨脹床的高效穩(wěn)態(tài)運(yùn)行取決于反應(yīng)器中能否形成活性高的生物膜。存在問(wèn)題目前該工藝在實(shí)際應(yīng)用中的一個(gè)較突出的問(wèn)題是載體生物膜的形成過(guò)程需經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)期,反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。因此,如果對(duì)厭氧附著膜膨脹床反應(yīng)器內(nèi)的載體先經(jīng)一定時(shí)間的好氧預(yù)掛膜處理,就可加快厭氧生物膜的附著生長(zhǎng),并形成生物顆粒,進(jìn)而縮短反應(yīng)器的啟動(dòng)時(shí)間,減少人力、物力和財(cái)力的消耗。3.厭氧流化床流化床反應(yīng)器以顆粒較小的填料粒子為載體(如沙粒、塑料、活性炭、沸石、玻璃等，粒徑多在0.2-0.7mm,為球形或半球形),依靠在惰性的載體表面形成的生物膜來(lái)保留厭氧污泥,同時(shí)液體與污泥的混合、物質(zhì)的傳遞依靠這些流態(tài)化的帶有生物膜的微粒來(lái)實(shí)現(xiàn)。流化床反應(yīng)器的主要特點(diǎn)①流化態(tài)能最大程度使厭氧污泥與被處理的廢水接觸;②由于顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度高,液膜擴(kuò)散阻力小,且由于形成的生物膜較薄,傳質(zhì)作用強(qiáng)，因此生物化學(xué)過(guò)程進(jìn)行較快,允許廢水在反應(yīng)器內(nèi)有較短的水力停留時(shí)間;③克服了厭氧濾器堵塞的問(wèn)題;④較高的反應(yīng)器容積負(fù)荷可減少反應(yīng)器體積,同時(shí)由于其高度與直徑的比例大于其他厭氧反應(yīng)器,因此可以減少占地面積。存在的問(wèn)題為了實(shí)現(xiàn)良好的流態(tài)化并使污泥和填料不致從反應(yīng)器流失,必須使生物膜顆粒保持均勻的形狀、大小和密度,但這幾乎難以做到,因此穩(wěn)定的流態(tài)化也難以保證;一些較新的研究認(rèn)為,流化床反應(yīng)器需要有單獨(dú)的預(yù)酸化反應(yīng)器;為取得較高的上流速度以保證流化態(tài),流化床反應(yīng)器需要大量的回流水,這樣導(dǎo)致能耗加大,成本上升。由于以上原因,流化床反應(yīng)器至今沒(méi)有生產(chǎn)規(guī)模的設(shè)施運(yùn)行。一般認(rèn)為膨脹率為10％～20％稱膨脹床，顆粒略呈膨脹狀態(tài)，但仍保持互相接觸；膨脹率為20％～70％時(shí)，稱為流化床，顆粒在床中作無(wú)規(guī)則自由運(yùn)動(dòng)。4.厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)在）了空封封置厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)的構(gòu)造與好氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)相似,不同之處于盤(pán)片大部分（

70%以上或全部浸沒(méi)在廢水中；為收集沼氣和防止液面上的間有氧存在，上部加蓋密。厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)由盤(pán)片、密的反應(yīng)槽、轉(zhuǎn)軸及驅(qū)動(dòng)裝等組成。厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)特點(diǎn):①微生物濃度高,可承受較高的有機(jī)物負(fù)荷;②廢水在反應(yīng)器內(nèi)按水平方向流動(dòng),不需提升廢水,節(jié)能;③不需進(jìn)行水回流,與厭氧膨脹床和流化床相比較既節(jié)能又便于操作;④處理含懸浮物含量較高的廢水,不存在堵塞問(wèn)題;⑤由于轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng),不斷使老化生物膜脫落,使生物膜經(jīng)常保持較高的活性;⑥有承受沖擊負(fù)荷的能力,處理過(guò)程穩(wěn)定性較強(qiáng);⑦可采用多級(jí)串聯(lián),各級(jí)微生物處于最佳生存條件;⑧便于運(yùn)行管理。厭氧生物處理工藝的運(yùn)行管理1、運(yùn)行管理指標(biāo)廢水厭氧生物處理的運(yùn)行管理指標(biāo)主要有：COD去除率、有機(jī)容積負(fù)荷、有機(jī)污泥負(fù)荷、水力停留時(shí)間、剩余污

泥產(chǎn)量、產(chǎn)氣量等。2、水質(zhì)管理指標(biāo)水質(zhì)管理指標(biāo)又稱為監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，即通過(guò)水質(zhì)監(jiān)測(cè)，對(duì)厭氧反應(yīng)器進(jìn)行管理，使其達(dá)到運(yùn)行要求；主要有：進(jìn)水量、進(jìn)出水水質(zhì)（COD、BOD、SS、pH、VFA等）、污泥濃度、溫度、產(chǎn)氣量、氣體成分等。厭氧生物處理工藝的運(yùn)行管理3、安全問(wèn)題甲烷易燃（5％～15％）：設(shè)備密封；嚴(yán)禁明火和電氣火花。預(yù)防H2S和CO2在低凹處積聚。各種常見(jiàn)的厭氧生物工藝比較各種常見(jiàn)的厭氧生物工藝比較15.4.3有機(jī)固體廢棄物厭氧處理厭氧堆肥化垃圾衛(wèi)生填埋利用有機(jī)廢棄物資源化制取乳酸1.厭氧堆肥化從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,土地填埋的場(chǎng)所一般難以保證,焚燒處理的成本太高,而且二次污染嚴(yán)重。我國(guó)的具體情況是垃圾量大,農(nóng)業(yè)又要求提供大量的有機(jī)肥料作為土壤改良劑。因此,堆肥是一條可行的垃圾處理途徑。厭氧堆肥是利用厭氧微生物完成固體廢棄物的分解反應(yīng),空氣與堆肥相隔絕,工藝比較簡(jiǎn)單,產(chǎn)品中氮保存量比較多。城市垃圾經(jīng)過(guò)堆肥,可轉(zhuǎn)化為腐殖肥料或飼料蛋白、乙醇及糖類,同時(shí)可回收沼氣。因此,固體廢物堆肥化是對(duì)有機(jī)固體廢物實(shí)現(xiàn)資源化利用的無(wú)害化處理、處置的重要方法。2.垃圾衛(wèi)生填埋垃圾填埋是目前應(yīng)用最廣的處置方法,許多固體廢物約占總量50%以上的國(guó)家均沿用此法。填埋場(chǎng)內(nèi)的垃圾降解實(shí)際上主要是微生物的厭氧消化過(guò)程,包括水解、酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷過(guò)程。所謂衛(wèi)生填埋的方式,就是在垃圾填埋場(chǎng)最底層鋪設(shè)抗腐蝕、抗老化能力非常強(qiáng)的進(jìn)口防滲膜,像大口袋一樣將整個(gè)填埋區(qū)包裹起來(lái),上面再鋪上黃土、沙子、碎石,這樣可確保垃圾處理過(guò)程中的滲濾液不會(huì)污染到周邊土壤。而垃圾壓實(shí)過(guò)程中產(chǎn)生的滲濾液將通過(guò)管道收集,進(jìn)行處理,符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)后排入城市污水管網(wǎng)。3.利用有機(jī)廢棄物資源化制取乳酸目前用于發(fā)酵生產(chǎn)乳酸的原料,多采用玉米、小麥、大米、馬鈴薯等農(nóng)作物淀粉,這些原料成本較高,因此考慮利用含豐富淀粉及纖維素類物質(zhì)的廢棄物進(jìn)行乳酸發(fā)酵,無(wú)疑能大大降低生產(chǎn)成本。當(dāng)前國(guó)際上常采用的有機(jī)廢物原料為農(nóng)業(yè)廢棄物,如玉米渣、土豆渣、麥糠、麩皮、農(nóng)作物秸稈以及廢棄的甜菜葉、莖等。3.利用有機(jī)廢棄物資源化制取乳酸利用淀粉及纖維素類物質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)乳酸需要兩個(gè)步驟,首先用酶或酸使原料水解為單糖或雙糖,然后才能用乳酸菌發(fā)酵生產(chǎn)乳酸。目前使用淀粉酶生產(chǎn)乳酸的技術(shù)較為成熟,而對(duì)產(chǎn)纖維素酶高效菌株的獲取是研究的熱點(diǎn)之一。利用廚房垃圾生產(chǎn)乳酸也是該領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。Sakai等人于2000年發(fā)現(xiàn)廚房垃圾的自然發(fā)酵會(huì)產(chǎn)生一定量的乳酸,在調(diào)整pH為7.0的情況下,37℃發(fā)酵3-5d,可得到27-45g/L的乳酸。3.利用有機(jī)廢棄物資源化制取乳酸發(fā)酵菌種方面,在工業(yè)上應(yīng)用最多的是德氏乳桿菌(鏈球菌屬(Streptotoccus

sp

)、凝結(jié)芽孢桿菌(Bacillus

coagulans)以及霉菌中的米根霉(Rhizopusoryzae

sp.)等。Garde等人在2002年用戊糖乳桿菌(Lbpentosus)和短乳桿菌(Lb

brevis)聯(lián)合發(fā)酵麥秸水解物,可使水解物中95%的半纖維素轉(zhuǎn)化為乳酸。15.5

厭氧法的影響因素控制厭氧處理效率的基本因素有兩類:一類是基礎(chǔ)因素，包括微生物量(污泥濃度)、營(yíng)養(yǎng)比、混合接觸狀況、有機(jī)負(fù)荷等；另一類是環(huán)境因素，如溫度、pH值、氧化還原電位、有毒物質(zhì)等。產(chǎn)甲烷細(xì)菌是決定厭氧消化效率和成敗的主要微生物，對(duì)于一般工業(yè)廢水，產(chǎn)甲烷階段是厭氧過(guò)程速率的限制步驟。1.溫度條件各類微生物適宜的溫度范圍是不同的，一般認(rèn)為，產(chǎn)甲烷菌的溫度范圍為25-60℃。在

35℃和53℃上下可以分別獲得較高的消化效率，溫度為40-45℃時(shí)，厭氧消化效率較低。據(jù)產(chǎn)甲烷菌適宜溫度條件的不同，厭氧法可分為常溫消化、中溫消化和高溫消化三種類型。溫度對(duì)厭氧消化過(guò)程的影響0246825

30

35

40

45

50

55

60溫度（℃）有機(jī)物負(fù)荷(g/L.

d）01234產(chǎn)氣量（L/L.d）有機(jī)負(fù)荷產(chǎn)氣量2.pH值每種微生物可在一定的