厭氧生物處理

12024/10/26厭氧生物處理主要內容一、概述/厭氧生物處理法的基本原理二、厭氧生物處理的分類

（6種典型的工藝形式,UASB為主）三、厭氧微生物的培養(yǎng)和馴化四、厭氧生物處理的運行管理

(UASB法）32024/10/26一、厭氧生物處理法的

基本原理1、厭氧微生物處理凈化機理廢水厭氧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過程，也稱厭氧消化。與好氧過程的根本區(qū)別在于不以分子態(tài)的氧作為受氫體。42024/10/26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、產氫產乙酸細菌和甲烷細菌三種細菌的聯(lián)合作用完成的。三個過程如下：2、厭氧生物處理法的

基本過程52024/10/26水解酸化階段----大分子變小分子，不溶解有機物變溶解性有機物。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。

62024/10/2672024/10/263、厭氧微生物處理影響因素溫度——低溫區(qū)（10~30℃）、中溫區(qū)（30~35℃

）高溫區(qū)（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。pH——6.8~7.2（6.5~7.5）(甲烷細菌6.8~7.2，產酸細菌4.5~8）

揮發(fā)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營養(yǎng)物質的配比——碳：氮：磷=200~300：5：1攪拌——使溫度、底物和甲烷菌分布均勻，避免消化池表面結殼，加速消化氣的釋放。82024/10/264、厭氧生物處理特點應用范圍廣——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，沼氣可作為能源負荷高——有機負荷2~10kgBOD/（m3·d)剩余污泥少氮磷營養(yǎng)需要量較少有殺菌效果92024/10/26二、厭氧生物處理的分類

（幾種典型的工藝形式）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

102024/10/26工藝1：厭氧接觸法工藝流程見圖6~4：

脫氣脫氣112024/10/26工藝特點：允許廢水中含有較多的懸浮固體，泥水接觸充分消化池內污泥濃度高，運行穩(wěn)定操作簡單氣泡粘附在污泥上，影響污泥沉降中溫時，有機負荷2~5kgCOD/(m3·d),屬于中低負荷2024/10/26工藝2：厭氧生物濾池

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132024/10/26142024/10/26厭氧濾池又稱厭氧固定膜反應器，是60年代末開發(fā)的新型高效厭氧處理裝置，其工藝如圖15-19所示。濾池呈圓柱形，池內裝放填料，池底和池頂密封。厭氧微生物附著于填料的表面生長，當廢水通過填料層時，在填料表面的厭氧生物膜作用下，廢水中的有機物被降解；并產生沼氣，沼氣從池頂部排出。濾池中的生物膜不斷地進行新陳代謝，脫落的生物膜隨出水流出池外。廢水從池底進入，從池上部排出，稱升流式厭氧濾池；廢水從池上部進入，以降流的形式流過填料層，從池底部排出，稱降流式厭氧濾池。進水系統(tǒng)需考慮易于維修而又使布水均勻，并有一定的水力沖刷強度。對直徑較小的厭氧濾池常用短管布水，對直徑較大的厭氧濾池多用可拆卸的多孔管布水，見示意圖15-20。厭氧生物濾池的特點由于填料為微生物附著生長提供廣較大的表面積，濾池中的微生物量較高，生物膜停留時間長，平均停留時間長達100天左右，因而可承受的有機容積負荷高，COD容積負荷為2～16kgCOD/m3·d，且耐沖擊負荷能力強廢水與生物膜兩相接觸面大，強化了傳質過程，因而有機物去除速度快微生物固著生長為主，不易流失，因此不需污泥回流和攪拌設備啟動或停止運行后再啟動比前述厭氧工藝法時間短。缺點：處理含懸浮物濃度高的有機廢水，易發(fā)生堵塞，尤以進水部位更嚴重。濾池的清洗也還沒有簡單有效的方法。152024/10/26162024/10/26工藝3：UASB法上流式厭氧污泥床反應器，簡稱UASB反應器，它是國內外發(fā)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

172024/10/26UASB反應器構造如圖6~6

UASB布置結果示意圖布水區(qū)反應區(qū)三相分離區(qū)超高升流式厭氧污泥床在構造202024/10/261、UASB工藝特點：反應器內顆粒污泥的形成，使反應器內污泥濃度大幅度提高，水力停留時間大大縮短，加上UASB內設三相分離器而省去了沉淀池，又不需要攪拌設備和填料，從而使結構簡單。與厭氧接觸法比，有如下優(yōu)點：運行費用低、投資省、效果好、耐沖擊負荷、適應pH和溫度變化、結構簡單及便于操作等適用于幾乎所有的有機污水2、UASB的結構組成污泥床反應器內沒有載體，是一種懸浮生長型的消化器，其構造如圖6-9所示。由反應區(qū)、沉淀區(qū)和氣室三部分組成。反應區(qū)由污泥層和懸浮層組成。在反應器的底部是濃度較高的污泥層，在污泥床上都是濃度較低的懸浮污泥層，通常把污泥層和懸浮層統(tǒng)稱為反應區(qū)212024/10/26222024/10/26在反應區(qū)上部設有氣、液、固三相分離器．廢水從污泥床底部進入，與污泥床中的污泥進行混合接觸，微生物分解廢水中的有機物產生沼氣，微小沼氣泡在上升過程中，不斷合并逐漸形成較大的氣泡。由于氣泡上升產生較強烈的攪動，在污泥床上部形成懸浮污泥層。氣、水、泥的混合液上升至三相分離器內，沼氣氣泡碰到分離器下部的反射板時，折向氣室而被有效地分離排出；污泥和水則經孔道進入三相分離器的沉淀區(qū)，在重力作用下，水和泥分離，上清液從沉淀區(qū)上部排出，沉淀區(qū)下部的污泥沿著斜壁返回到反應區(qū)內。在一定的水力負荷下，絕大部分污泥顆粒能保留在反應區(qū)內，使反應區(qū)具有足夠的污泥量。反應區(qū)中污泥層高度約為反應區(qū)總高度的1/3，但其污泥量約占全部污泥量的2/3以上。由于污泥層中的污泥量比懸浮層大，底物濃度高，酶的活性也高，有機物的代謝速度較快，因此，大部分有機物在污泥層被去除。研究結果表明，廢水通過污泥層已有80％以上的有機物被轉化，余下的再通過污泥懸浮層處理，有機物總去除率達90％以上。雖然懸浮層去除的有機物量不大，但是其高度對混合程度、產氣量和過程穩(wěn)定性至關重要。因此，應保證適當懸浮層乃至反應區(qū)高度。3.UASB結構形式

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，多用鋼結構或鋼筋混凝土結構，三相分離器可由多個單元組合而成。當廢水流量較小，濃度較高時，需要的沉淀區(qū)面積小，沉淀區(qū)的面積和池形可與反應區(qū)相同，當廢水流量較大，濃度較低時，需要的沉淀面積大，為使反應區(qū)的過流面積不致太大，可采用沉淀區(qū)面積大于反應區(qū)，即反應器上都面積大于下部面積的池形。232024/10/264、三相分離器242024/10/26設置氣、液、固三相分離器是上流式厭氧污泥床的重要結構特性，它對污泥床的正常運行和獲得良好的出水水質起十分重要的作用。上流式厭氧污泥床的三相分離器的構造有多種型式，到目前為止，大型生產上采用的三相分離器多為專利。圖15-17是幾種三相分離器示意圖，圖中（c）、（d）分別為德國專利結構，其特點是使混合液上升和污泥回流嚴格分開,有利于污泥絮凝沉淀和污泥回流，圖中c設有浮泥擋板，使浮渣不能進入沉淀區(qū)。252024/10/26一般來說，三相分離器應滿足以下條件（1）沉淀區(qū)斜壁角度的50度，使沉淀在斜底上的污泥不積聚，盡快滑回反應區(qū)內（2）沉淀區(qū)的表面負荷應在0.7m3/m2·h以下，混合液進入沉淀區(qū)前，通過入流孔道（縫隙）的流速不大于2m/h；（3）應防止氣泡進入沉淀區(qū)影響沉淀;（4）應防止氣室產生大量泡沫；并控制好氣室的高度，防止浮渣堵塞出氣管，保證氣室出氣管暢通無阻。從實踐來看，氣室水面上總是有一層浮渣，其厚度與水質有關。因此，在設計氣室高度時，應考慮浮渣層的高度。此外還需考慮浮渣的排放。262024/10/265.布水系統(tǒng)272024/10/26282024/10/26上流式厭氧污泥床的混合是靠上流的水流和消化過程中產生的沼氣泡來完成的。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。圖15-18是德國專利所介紹的進水系統(tǒng)平面分布及配水設備示意圖。在反應器的底平面上均勻設置許多布水管（管口高度不同），從水泵來的水通過配水設備流進布水管，從管口流出。配水設備是由一根可旋轉的配水管與配水槽構成，配水槽為一圓環(huán)形，配水槽分隔為若干單元，每個與一通過反應器的布水管相連。從水泵來的水管與可旋轉的配水管相連接。工作時配水管旋轉，在一定時間間隔內，污水流進配水槽的一個單元，由此流進一根布水管進入反應器。這種有水對反應器來說是連續(xù)進水，而對每個布水點而言，則是間隙進水，布水管的瞬間流量與整個反應器流量相等。6.材料與防腐腐蝕來源：酸堿腐蝕、電化學腐蝕、二氧化碳對混凝土的腐蝕氣液分離區(qū)防腐和液下區(qū)域7.排泥設備：控制污泥齡8.加熱設備：間接加熱和直接加熱（分罐外和罐內兩種）9.沼氣利用：收集、處理、儲存、輸配、燃燒利用292024/10/26工藝4：厭氧流化床

厭氧流化床工藝是借鑒流態(tài)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圖15-22所示。302024/10/26312024/10/26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(wěn)定載體處于流化狀態(tài)，無床層堵塞現(xiàn)象，對高、中、低濃度廢水均表現(xiàn)出較好的效能載體流化時，廢水與微生物之間接觸面大，同時兩者相對運動速度快，強化了傳質過程，從而具有較高的有機物凈化速度322024/10/26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(tǒng)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，回流化床運行；（2）盡可能取質輕、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(xiàn)床層流態(tài)化。工藝5：兩相厭氧法

兩相厭氧消化法是一種由上述厭氧反應器組合的工藝系統(tǒng)。厭氧消化反應分別在兩個獨立的反應器中進行，每一反應器完成一個階段的反應，比如一為產酸階段，另一為產甲烷階段；故又稱兩段厭氧消化法。

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消化反應器。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消化器，流程見圖15-25。

332024/10/26342024/10/26根據(jù)不產甲烷菌與產甲烷菌代謝特性及適應環(huán)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。兩步厭氧法具有如下特點耐沖擊負荷能力強，運行穩(wěn)定，避免了一步法不耐高有機酸濃度的缺陷；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。但兩步法設備較多，流程和操作復雜352024/10/26362024/10/26工藝6：水解（酸化）法工藝原理與特征:原理：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。特征：1、微生物通過釋放胞外自由酶或連接在細胞外壁上的固定酶來完成生物催化反應。2、生物催化反應主要表現(xiàn)為大分子物質的斷鏈和水溶。372024/10/26酸化其原理與特征：基本特征是微生物的代謝產物主要為各種有機酸（如乙酸、丙酸、丁酸）。水解和酸化無法截然分開，這是因為水解菌實際上是一種有水解能力的發(fā)酵細菌。如果廢水中同時存在不溶性和溶解性有機物時，水解和酸化更時不可分割地同時進行。在實際工程中，應使酸化過程控制在最小的范圍，因為酸化使混合液pH下降太多時，不利于水解的進行。382024/10/26影響水解（酸化）過程的重要因素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(tài)有很大影響：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??；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。

392024/10/26三、厭氧微生物的培養(yǎng)和馴化1、培菌前的準備工作厭氧消化系統(tǒng)的啟動，就是完成厭氧活性污泥的培養(yǎng)或甲烷菌的培養(yǎng)。當厭氧池經過滿水試驗和氣密性試驗后，便可開始甲烷菌的培養(yǎng)。人員準備工藝、化驗、設備、自控、儀表等相關專業(yè)技術人員各1人；接受過培訓的各崗位人員到位。

402024/10/26設備準備和其他準備工作收集工藝設計圖及設計說明、自控、儀表和設備說明書等相關資料；檢查化驗室儀器、器皿、藥品等是否齊全，以便開展水質分析；檢查各構筑物及其附屬設施尺寸、標高是否與設計相符，管道和構筑物中有無堵塞物；檢查總供電及各設備供電是否正常；檢查設備能否正常開機，各種閘閥能否正常開啟和關閉；檢查儀表及控制系統(tǒng)是否正常；檢查維修、維護工具是否齊全，常用易損件有無備件；準備合適的絮凝劑。412024/10/262、培菌方法污泥的厭氧消化中，甲烷菌的培養(yǎng)和馴化方法有兩種：接種培養(yǎng)法逐步培養(yǎng)法422024/10/26接種培養(yǎng)法（適用于小型消化池）

接種污泥取自：已運行污水處理廠的消化污泥

廢坑塘中腐化有機底泥

人糞、牛糞、豬糞、酒糟或初沉污泥

大型污水處理廠需接種量太大，可分組分別啟動

432024/10/26接種步驟：(5個方面）

投入10~30%厭氧菌種污泥（含固3~5%）；

加入新鮮污泥至液面，然后通入蒸汽加熱，升溫速度1℃/h（對大型消化池不可能，因鍋爐供應不上），直到消化溫度；如污泥呈酸性，加石灰調整pH至6.5~7.5；維持消化溫度，穩(wěn)定3~5d即可；配以新鮮污泥，轉入正式運行。442024/10/26逐步培養(yǎng)法（指向消化池內逐步投入生污泥，使生污泥自行逐漸轉化為厭氧活性污泥的過程）

一般需6~10個月，如果在池內污泥到達一定數(shù)后，通蒸汽加溫，控制升溫速度1℃/h，當池內溫度升到預定溫度時，可減少蒸汽量，保持溫度不變，并逐日投加一定數(shù)量的新鮮污泥，直到設計液面時停止加泥，整個成熟過程一直維持恒溫，成熟時間約需30~40d。污泥成熟后，即可投配新鮮污泥并轉入正式運行。

452024/10/263、培菌注意事項加快培養(yǎng)啟動過程——厭氧消化污泥加溫控制污泥投加量——初期30~50%，60天后可逐漸增加，若消化不了應減少。無需加入營養(yǎng)物沼氣安全問題——投泥前用氮氣（不活潑氣體）將輸氣管路系統(tǒng)中的空氣置換出去。462024/10/264、馴化

通過馴化使厭氧菌成為優(yōu)勢菌群。具體做法：提高高效厭氧污泥接種量；逐步提高負荷，減少污泥流失促進污泥快速增殖，使污泥適應廢水水質。472024/10/26四、厭氧生物處理的運行管理(UASB—5個部分）UASB反應器運行的三個重要前提反應器內形成沉降性能良好的顆粒污泥或絮狀污泥由產氣和進水的均勻分布所形成的良好的自然攪拌作用設計合理的三相分離器，這使沉淀性能良好的污泥能保留在反應器內482024/10/261、水質分析項目與運行指標水質分析項目反映處理效果的項目：進出水COD、VFA、進出水SS、進出水的有毒物質（對應工業(yè)廢水）反映污泥情況的項目：污泥沉降比（SV%）、MLSS、MLVSS、SVI等；堿度ALK；揮發(fā)酸VFA，沼氣產量；反映污泥營養(yǎng)和環(huán)境條件的項目：氮磷、pH、水溫等。492024/10/26測定頻次進出水總的COD、進出水SS

——每天一次氮、磷、MLSS、SVI——定期測定記錄進水量、剩余污泥量502024/10/26運行控制指標（表6-5）項目允許范圍最佳范圍pH6.4~7.86.5~7.5氧化還原電位ORP/mV－490~－550－520~－530揮發(fā)性VFA（以乙酸計）/mg/L）50~250050~500堿度ALK（CaCO3計）/mg/L）1000~50001500~3000VFA/ALK0.1~0.50.1~0.3沼氣中甲烷（CH4）體積含量＞55%＞60%沼氣中CO2體積含量＜40%＜35%512024/10/262、UASB反應器的啟動

（經驗+理論）顆粒污泥化的過程和優(yōu)點顆粒污泥有極好的沉降性能，它能在很高的產氣量和高上流速度下保留在反應器內。因此使UASB反應器有更高的有機負荷和水力負荷。一般絮狀污泥的UASB反應器負荷在10KgCOD/（m3·d)，而顆粒污泥使UASB反應器負荷在30~5010KgCOD/（m3·d)。522024/10/26UASB反應器的初次啟動

初次啟動通常指對一個新建的UASB系統(tǒng)以未經馴化的非顆粒污泥（例如污水廠污泥消化池的消化污泥）接種，使反應器到達設計負荷和有機物去除率的過程，通常這一過程伴隨著顆粒化的完成，因此也稱之為污泥的顆粒化。532024/10/26UASB反應器初次啟動的若干認識——洗出的污泥不再返回——當進液COD濃度大于5000mg/L時采用出水循環(huán)或稀釋進液——逐步增加有機負荷，有機負荷的增加應當在可降解COD能被去除80%之后再進行——保持乙酸濃度始終低于1000mg/L；——啟動時稠型污泥的接種量大約為10~15KgVSS/m3，小于40KgVSS/m3的稀釋消化污泥接種量可略為小些；——低濃度的廢水有利于顆粒化的形成，但當濃度也應當足夠維持良好的細菌生產條件，最小的COD濃度應為1000mg/L；542024/10/26——過量的懸浮物會阻礙顆?；男纬?；——溶解性碳水化合物為主要底物的廢水VFA為主的廢水顆?；^程快，當廢水含有蛋白質時，應使蛋白質盡可能降解；——高的離子濃度（例如Ca2+、Mg2+）能引起化學沉淀（CaCO3、CaPHO4、MgNH4PO4），由此導致形成灰分含量高的顆粒污泥；——在中溫范圍，最佳溫度38~40℃，高溫范圍為50~60℃；——在反應器內pH應始終保持在6.2以上；——營養(yǎng)物質和微量元素應當滿足微生物生長的需要；——毒性化合物應當?shù)陀谝种茲舛然蚪o于污泥足夠的馴化時間。552024/10/26b)UASB的初次啟動的過程UASB的初次啟動和顆?；^程分為三個階段：——階段1：即啟動的初始階段負荷＜2KgCOD/（m3·d)，污泥負荷0.5~1.5KgCOD/（KgVSS·d）開始。這一階段洗出的污泥僅限于非常細小的分散污泥，主要由于上升水流和少量沼氣帶出。——階段2：即當反應器負荷上升至2~5KgCOD/（m3·d)，的啟動階段。這階段洗出污泥量增大，其中大多為絮狀污泥。洗出原因是產氣和上流速度增加引起的污泥床膨脹。大量污泥洗出的結果是在留下的污泥中開始產生顆粒狀污泥。后期由于顆粒污泥形成，洗出污泥減少?！A段3：這一階段是指反應器負荷超過5KgCOD/（m3·d)以后。絮狀污泥迅速減少，而顆粒污泥加速形成，直到反應器內不再有絮狀污泥存在。當反應器大部分被顆粒污泥充滿時，其最大負荷可以超過50KgCOD/（m3·d)。562024/10/26c)初次啟動過程的一些要點UASB反應器啟動的過程實質上是對菌種馴化、選擇、增殖的過程。因此在啟動階段應有一定的目標和遵順某些基本原則；——對啟動初期的目標應明確。在UASB啟動初期，特別是第一階段，不能夠追求反應器的處理效率、產氣率的改進和出水的質量等。因為細菌尚處在活化、選擇、馴化增殖過程中；——進液濃度。COD濃度＜5000mg/L不需稀釋；——負荷增加的操作方法。起步時0.5~1.5KgCOD/（m3·d），當可生物降解COD去除率到達80%后再逐步增大負荷。每次負荷增加不超過50%；——啟動前應了解廢水的特征。572024/10/26二次啟動初次啟動是指顆粒污泥以外的污泥作為種泥，啟動一個UASB反應器的過程。需要一個較長的啟動時間，一般需2~3個月，甚至更長。二次啟動是指用顆粒污泥來直接啟動一個UASB反應器，此時所用的顆粒污泥和其所處理的廢水，可以是同類和不同類，其啟動速度要比初次啟動快得多，一般在一個月以內。二次啟動時負荷與初次啟動污泥負荷相同，但負荷的增加速度要快得多。582024