最新废水厌氧★生物处理过程设计与优化PPT课件.ppt

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1、废水厌氧废水厌氧生物处理过程设计生物处理过程设计与优化与优化废水厌氧生物处理过程废水厌氧生物处理过程设计与优化设计与优化一、厌氧生物处理过程及其特征一、厌氧生物处理过程及其特征厌厌氧氧生生物物处处理理过过程程又又称称厌厌氧氧消消化化，是是在在厌厌氧氧条条件件下下由由活活性性污污泥泥中中的的多多种种微微生生物物共共同同作作用用，使使有有机机物物分分解解并并生生成成CH4和和CO2的的过程过程。第一阶段，水解、发酵阶段第一阶段，水解、发酵阶段 复复杂杂有有机机物物在在微微生生物物作作用用下下进进行行水水解和发酵。解和发酵。例例如如，多多糖糖先先水水解解为为单单糖糖，再再通通过过酵酵解解途途径径进进

2、一一步步发发酵酵成成乙乙醇醇和和脂脂肪肪酸酸，如丙酸、丁酸、乳酸等；如丙酸、丁酸、乳酸等；蛋蛋白白质质则则先先水水解解为为氨氨基基酸酸，再再经经脱脱氨氨基基作用产生作用产生脂肪酸和氨脂肪酸和氨。第二阶段，产氢、产乙酸阶段第二阶段，产氢、产乙酸阶段 由一类专门的细菌，称为产氢产乙由一类专门的细菌，称为产氢产乙酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为转化为乙酸、乙酸、H2和和C02。第三阶段，产甲烷阶段第三阶段，产甲烷阶段 由产甲烷细菌利用乙酸和由产甲烷细菌利用乙酸和H2、C02，产生，产生CH4。研究表明，厌氧生物处理过程中约研究表明，厌氧生物处理过程中约有有7

3、0%CH4产自产自乙酸乙酸的分解，的分解，其余少量则产自其余少量则产自H2和和CO2的合成。的合成。三阶段理论是对厌氧生物处理过程较全三阶段理论是对厌氧生物处理过程较全面和较准确的描述。面和较准确的描述。几乎与几乎与Bryant提出提出三阶段理论三阶段理论的同时，的同时，Zeikus(1979)在第一届国际厌氧消化会在第一届国际厌氧消化会议上提出了议上提出了四种群说理论四种群说理论。4、四种群说理论、四种群说理论复杂有机物厌氧消化过程有四种群厌氧复杂有机物厌氧消化过程有四种群厌氧微生物参与，四种群即是：微生物参与，四种群即是：水解发酵菌，水解发酵菌，产氢产乙酸菌，产氢产乙酸菌，同型产乙酸菌（又

4、称耗氢产乙酸菌），同型产乙酸菌（又称耗氢产乙酸菌），以及产甲烷菌。以及产甲烷菌。四种群说有机物厌氧降解示意图四种群说有机物厌氧降解示意图5、有硫酸盐存在条件下葡萄糖的厌氧消化、有硫酸盐存在条件下葡萄糖的厌氧消化6、厌氧生物处理的主要特征、厌氧生物处理的主要特征与与好好氧氧生生物物处处理理相相比比较较，厌厌氧氧生生物物处处理理的主要特征有：的主要特征有：能量需求大大降低，还可产生能量。能量需求大大降低，还可产生能量。因因为为厌厌氧氧生生物物处处理理不不要要求求供供给给氧氧气气，相相反反却却能能生生产产出出含含有有50%70%甲甲烷烷(CH4)的的沼沼气气，含含有有较较高高的的热热值值(约约为为2

5、100025000Kg/m3)，可用作能源。，可用作能源。为去除为去除1kgCOD，好氧生物处理大约需，好氧生物处理大约需消耗消耗0.51.0kWh电能电能。而厌氧生物处理每去除而厌氧生物处理每去除1kgCOD大大约能约能产生产生3.5kWh电能电能。污泥产量极低。污泥产量极低。因为厌氧微生物的增殖速率比好氧因为厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多。微生物低得多。一般，厌氧消化中产酸细菌的产率一般，厌氧消化中产酸细菌的产率(VSS/COD)为为0.150.34，产甲烷细菌，产甲烷细菌为为0.03左右，左右，混合菌群的产率约混合菌群的产率约0.17；而好氧微生物的产率约为而好氧微生物的产率约为

6、0.250.6。因此，去除每千克因此，去除每千克COD，好氧生物处理的污泥产量约为好氧生物处理的污泥产量约为250600gVSS；而厌氧生物处理的污泥产量仅为而厌氧生物处理的污泥产量仅为180200gVSS。对温度、对温度、pH等环境因素更为敏感。等环境因素更为敏感。厌厌氧氧细细菌菌可可分分为为高高温温菌菌和和中中温温菌菌两两大大类类，其其适适宜宜的的温温度度范范围围分分别别为为55左右和左右和35左右。左右。如如温温度度降降至至10以以下下，厌厌氧氧微微生生物物的的活活动能力将非常低下。动能力将非常低下。而而好好氧氧微微生生物物对对温温度度的的适适应应能能力力较较强强，在在5以以上上的的温温

7、度度条条件件下下均均能能较较好好地地发发挥作用。挥作用。产产甲甲烷烷菌菌的的最最适适pH范范围围也也较较好好氧氧菌菌为为小。小。如温度降至如温度降至10以下，厌氧微生物的活以下，厌氧微生物的活动能力将非常低下。动能力将非常低下。而好氧微生物对温度的适应能力较强，而好氧微生物对温度的适应能力较强，在在5以上的温度条件下均能较好地发以上的温度条件下均能较好地发挥作用。挥作用。产甲烷菌的最适产甲烷菌的最适pH范围也较好氧菌为范围也较好氧菌为小。小。温度对微生物活性的影响温度对微生物活性的影响处处理理后后废废水水有有机机物物浓浓度度高高于于好好氧氧处理。处理。厌氧微生物可对好氧微生物所不厌氧微生物可对

8、好氧微生物所不能降解的一些有机物进行降解能降解的一些有机物进行降解(或部或部分降解分降解)。处理过程的反应较复杂。处理过程的反应较复杂。厌厌氧氧消消化化是是由由多多种种不不同同性性质质、不不同同功功能能的的微微生生物物协协同同工工作作的的一一个个连连续续的的微微生生物物学学过过程程，远远比比好好氧氧生生物处理中的微生物过程复杂。物处理中的微生物过程复杂。二、厌氧消化微生物二、厌氧消化微生物(一一)发酵细菌发酵细菌(产酸细菌产酸细菌)主主要要包包括括梭梭菌菌属属(Clostridigm)、似似杆杆菌菌 属属(Bacteroides)、丁丁 酸酸 弧弧 菌菌 属属(Butyrivibrio)、真真

9、细细菌菌属属(Eubacterium)和和 双双 歧歧 杆杆 菌菌 属属(Bifidobacterium)等。等。这这类类细细菌菌的的主主要要功功能能是是先先通通过过胞胞外外酶酶的的作作用用将将不不溶溶性性有有机机物物水水解解成成可可溶溶性性有有机机物物，再再将将可可溶溶性性的的大大分分子子有有机机物物转转化化成成脂肪酸，醇类脂肪酸，醇类等。等。不溶性有机物不溶性有机物 可溶性有机物可溶性有机物可溶性的大分子有机物可溶性的大分子有机物 小分子小分子 研研究究表表明明，该该类类细细菌菌对对有有机机物物的的水水解解过过程程相相当当缓缓慢慢，pH和和细细胞胞平平均均停停留留时时间间等等因因素素对对水

10、水解解速速率率的的影影响很大。响很大。因因此此，当当处处理理的的废废水水中中含含有有大大量量难难水水解解的的类类脂脂时时，水水解解就就会会成成为为厌厌氧氧消消化化过程的限速步骤。过程的限速步骤。但但产产酸酸的的反反应应速速率率较较快快，并并远远高高于于产甲烷反应。产甲烷反应。发发酵酵细细菌菌大大多多数数为为专专性性厌厌氧氧菌菌，但但也也有有大量兼性厌氧菌。大量兼性厌氧菌。除除发发酵酵细细菌菌外外，在在厌厌氧氧消消化化的的发发酵酵阶阶段段，也也可可发发现现真真菌菌和和为为数数不不多多的的原原生生动动物。物。(二二)产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌近近年年来来的的研研究究所所发发现现的的产产氢氢产产乙乙酸

11、酸菌菌包包括括互互营营单单孢孢菌菌属属(Syntrophomonas)、杆杆 菌菌 属属(Syntrophobacter)、梭梭 菌菌 属属(Clostridium)、暗暗杆杆菌菌属属(Petobacter)等。等。这这类类细细菌菌能能把把各各种种挥挥发发性性脂脂肪肪酸酸降降解解为为乙乙酸酸和和H2。其反应如下：。其反应如下：降解乙醇降解乙醇CH3CH2OH十十H2OCH3COOH+2H2降降 解解 丙丙 酸酸 CH3CH2COOH十十 2H2OCH3COOH+3H2+CO2降降 解解 丁丁 酸酸 CH3CH2CH2COOH+2H2O2CH3COOH+2H2上上述述反反应应只只有有在在乙乙酸酸

12、浓浓度度低低、液液体体中中氢氢分压也很低时才能完成。分压也很低时才能完成。产产氢氢产产乙乙酸酸细细菌菌可可能能是是绝绝对对厌厌氧氧菌菌或或是是兼性厌氧菌兼性厌氧菌。(三三)产甲烷细菌产甲烷细菌 产甲烷菌大致可分为两类：产甲烷菌大致可分为两类：一类主要一类主要利用乙酸利用乙酸产生甲烷；产生甲烷；另另一一类类数数量量较较少少，利利用用氢氢和和CO2合合成成生生成甲烷。成甲烷。也也有有极极少少量量细细菌菌，既既能能利利用用乙乙酸酸，也也能能利用氢利用氢。以下是两个典型的产甲烷反应：以下是两个典型的产甲烷反应：利用乙酸利用乙酸CH3COOHCH4+CO2利用利用H2和和CO24H2十十CO2CH4+2

13、H2O产产甲甲烷烷菌菌都都是是绝绝对对厌厌氧氧细细菌菌，要要求求生生活活环环 境境 的的 氧氧 化化 还还 原原 电电 位位 在在 150 400mV范围内。范围内。氧氧和和氧氧化化剂剂对对产产甲甲烷烷菌菌有有很很强强的的毒毒害害作作用。用。产产甲甲烷烷菌菌的的增增殖殖速速率率慢慢，繁繁殖殖世世代代期期长长，甚至达甚至达46d。因因此此，在在一一般般情情况况下下产产甲甲烷烷反反应应是是厌厌氧氧消化的控制阶段。消化的控制阶段。(四四)厌氧微生物群体间的关系厌氧微生物群体间的关系 在在厌厌氧氧生生物物处处理理反反应应器器中中，不不产产甲甲烷烷菌菌和和产产甲甲烷烷菌菌相相互互依依赖赖，互互为为对对方

14、方创创造造与与维维持持生生命命活活动动所所需需要要的的良良好好环环境境和和条条件件，但又相互制约。但又相互制约。厌氧微生物群体间的相互关系厌氧微生物群体间的相互关系1不不产产甲甲烷烷细细菌菌为为产产甲甲烷烷细细菌菌提提供供生生长和产甲烷所需要的基质长和产甲烷所需要的基质不不产产甲甲烷烷细细菌菌把把各各种种复复杂杂的的有有机机物物质质，如如碳碳水水化化合合物物、脂脂肪肪、蛋蛋白白质质等等进进行行厌厌氧氧降降解解，生生成成游游离离氢氢、二二氧氧化化碳碳、氨氨、乙乙酸酸、甲甲酸酸、丙丙酸酸、丁丁酸酸、甲甲醇醇、乙乙醇醇等产物。等产物。丙酸、丁酸、乙醇等又可被丙酸、丁酸、乙醇等又可被产氢产氢产乙酸菌产

15、乙酸菌转化为氢、二氧化碳、转化为氢、二氧化碳、乙酸等。乙酸等。所所以以，不不产产甲甲烷烷细细菌菌通通过过其其生生命命活活动动为为产产甲甲烷烷细细菌菌提提供供了了合合成成细细胞胞物物质质和和产产甲甲烷烷所所需需的的碳碳前前体体和和电电子子供供体体、氢氢供供体体和和氮源。氮源。产产甲甲烷烷细细菌菌充充当当厌厌氧氧环环境境有有机机物物分分解解中微生物食物链的中微生物食物链的最后一个生物体最后一个生物体。2不不产产甲甲烷烷细细菌菌为为产产甲甲烷烷细细菌菌创创造造适适宜的氧化还原条件宜的氧化还原条件厌厌氧氧发发酵酵初初期期，由由于于加加料料使使空空气气进进入入发发酵酵池池，原原料料、水水本本身身也也携携

16、带带氧氧气气，这这对对产甲烷细菌产甲烷细菌是有害的。是有害的。不不产产甲甲烷烷细细菌菌类类群群中中那那些些需需氧氧和和兼兼性性厌厌氧微生物氧微生物将其去除。将其去除。各各种种厌厌氧氧微微生生物物对对氧氧化化还还原原电电位位的的适适应应不不相相同同，通通过过它它们们有有顺顺序序地地交交替替生生长长和和代代谢谢活活动动，使使发发酵酵液液氧氧化化还还原原电电位位不不断断下下降降，逐逐步步为为产产甲甲烷烷细细菌菌生生长长和和产产甲甲烷烷创造适宜的氧化还原条件。创造适宜的氧化还原条件。3不不产产甲甲烷烷细细菌菌为为产产甲甲烷烷细细菌菌清清除除有有毒物质毒物质在在以以工工业业废废水水或或废废弃弃物物为为发

17、发酵酵原原料料时时，其其中中可可能能含含有有酚酚类类、苯苯甲甲酸酸、氰氰化化物物、长长链链脂脂肪肪酸酸、重重金金属属等等对对于于产产甲甲烷烷细细菌菌有毒害作用有毒害作用的物质。的物质。不不产产甲甲烷烷细细菌菌中中有有许许多多种种类类能能裂裂解解苯苯环环、降降解解氰氰化化物物等等从从中中获获得得能能源源和和碳碳源源。这这些些作作用用不不仅仅解解除除了了对对产产甲甲烷烷细细菌菌的的毒毒害害，而且给产甲烷细菌提供了养分。而且给产甲烷细菌提供了养分。此此外外，不不产产甲甲烷烷细细菌菌的的产产物物硫硫化化氢氢，可可以以与与重重金金属属离离子子作作用用生生成成不不溶溶性性的的金金属属硫硫化化物物沉沉淀淀，

18、从从而而解解除除一一些些重重金金属属的的毒毒害作用害作用4产产甲甲烷烷细细菌菌为为不不产产甲甲烷烷细细菌菌的的生生化化反应解除反馈抑制反应解除反馈抑制不不产产甲甲烷烷细细菌菌的的发发酵酵产产物物可可以以抑抑制制其其本本身身的的不不断断形形成成。氢氢的的积积累累可可以以抑抑制制产产氢氢细细菌菌的的继继续续产产氢氢，酸酸的的积积累累可可以以抑抑制制产酸细菌继续产酸。产酸细菌继续产酸。A+BC+D 在在正正常常的的厌厌氧氧发发酵酵中中，产产甲甲烷烷细细菌菌连连续续利利用用由由不不产产甲甲烷烷细细菌菌产产生生的的氢氢、乙乙酸酸、二二氧氧化化碳碳等等，使使厌厌氧氧系系统统中中不不致致有有氢氢和和酸酸的的

19、积积累累，就就不不会会产产生生反反馈馈抑抑制制，不不产产甲甲烷烷细细菌菌也也就就得得以以继继续续正正常常的的生生长长和和代代谢。谢。例如：降解乙醇例如：降解乙醇 CH3CH2OH十十H2O CH3COOH+2H2 5不不产产甲甲烷烷细细菌菌和和产产甲甲烷烷细细菌菌共共同同维维持环境中适宜的持环境中适宜的pH值值在在厌厌氧氧发发酵酵初初期期，不不产产甲甲烷烷细细菌菌首首先先降降解解原原料料中中的的糖糖类类、淀淀粉粉等等物物，产产大大量量的的有有机机酸酸，产产生生的的二二氧氧化化碳碳也也部部分分溶溶于于水，使水，使发酵液的发酵液的pH明显下降明显下降。而此时，一方面不产甲烷细菌类群中的而此时，一方

20、面不产甲烷细菌类群中的氨化细菌迅速进行氨化作用，产生的氨氨化细菌迅速进行氨化作用，产生的氨中和部分酸；中和部分酸；厌氧消化过程厌氧消化过程另一方面，产甲烷细菌利用乙酸、甲酸、另一方面，产甲烷细菌利用乙酸、甲酸、氢和二氧化碳形成甲烷，氢和二氧化碳形成甲烷，消耗酸消耗酸和二氧和二氧化碳。化碳。因此，两个类群的共同作用使因此，两个类群的共同作用使pH稳定稳定在一个适宜范围内。在一个适宜范围内。三、厌氧生物处理的影响因素三、厌氧生物处理的影响因素 由由于于产产甲甲烷烷菌菌对对环环境境因因素素的的影影响响较较非非产产甲甲烷烷菌菌(包包括括发发酵酵细细菌菌和和产产氢氢产产乙乙酸酸细细菌菌)敏敏感感得得多多

21、，产产甲甲烷烷反反应应常常是是厌厌氧消化的控制阶段氧消化的控制阶段。1温度温度温温度度是是影影响响微微生生物物生生命命活活动动最最重重要要因因素之一，其对厌氧微生物尤为显著。素之一，其对厌氧微生物尤为显著。可可见见，厌厌氧氧消消化化速速率率随随温温度度的的变变化化比比较较复复杂杂，在在厌厌氧氧消消化化过过程程中中存存在在着着两两个不同的最佳稳度范围：个不同的最佳稳度范围：一为一为55左右，一为左右，一为35左右。左右。厌厌氧氧微微生生物物分分为为嗜嗜热热菌菌(高高温温细细菌菌)和和嗜嗜温温菌菌(中中温温细细菌菌)两两大大类类，相相应应的的厌厌氧氧消消化化则则被被称称为为高高温温消消化化(55左

22、左右右)和和中中温温消消化化(35左左右右)。高高温温消消化化的的反反应应速速率率约约为为中中温温消消化化的的1.51.9倍，产气率也高。倍，产气率也高。但但气气体体中中甲甲烷烷所所占占百百分分率率却却较较中中温温消消化为低。化为低。当当处处理理含含有有病病原原菌菌和和寄寄生生虫虫卵卵的的废废水水或或污污泥泥时时，采采用用高高温温消消化化可可取取得得较较理理想想的的卫卫生生效效果果，消消化化后后污泥的脱水性能也较好。污泥的脱水性能也较好。在在工工程程实实践践中中，当当然然还还应应考考虑虑经经济济因因素素，采采用用高高温温消消化化需需要要消消耗耗较较多多的的能能量量，当当处理废水量很大时，往往不

23、宜采用。处理废水量很大时，往往不宜采用。随随着着各各种种新新型型厌厌氧氧反反应应器器的的开开发发，温温度度对对厌厌氧氧消消化化的的影影响响由由于于生生物物量量的的增增加加而而变得不再显著。变得不再显著。因因此此处处理理废废水水的的厌厌氧氧消消化化反反应应常常在在常常温温条条件件(2025)下下进进行行，以以节节省省能能量量的的消耗和运行费用。消耗和运行费用。2.pH产产甲甲烷烷菌菌最最适适pH范范围围为为6.87.2。在在pH=6.5以以下下或或pH=8.2以以上上的的环环境境中中，厌厌氧氧消消化化会会受受到到严严重重的的抑抑制制，这这主主要要是是对产甲烷菌的抑制。对产甲烷菌的抑制。水水解解细

24、细菌菌和和产产酸酸菌菌也也不不能能承承受受低低pH的的环境。环境。厌厌氧氧发发酵酵体体系系中中的的pH除除受受进进水水pH的的影影响响外外，还还取取决决于于代代谢谢过过程程中中自自然然建建立立的的缓冲平衡缓冲平衡。影响酸碱平衡的主要参数：影响酸碱平衡的主要参数：挥发性脂肪酸、碱度和挥发性脂肪酸、碱度和CO2含量含量。但产甲烷细菌的作用会产生但产甲烷细菌的作用会产生HCO3，使，使系统的系统的pH回升。回升。系统中没有足够的系统中没有足够的HCO3，将使挥发酸，将使挥发酸积累，导致系统缓冲作用的破坏，即所积累，导致系统缓冲作用的破坏，即所谓的谓的“酸化酸化”。3氧化还原电位氧化还原电位绝绝对对的

25、的厌厌氧氧环环境境是是产产甲甲烷烷菌菌进进行行正正常常活活动动的的基基本本条条件件，可可以以用用氧氧化化还还原原电电位位表示表示厌氧反应器中含氧浓度厌氧反应器中含氧浓度。不不产产甲甲烷烷菌菌可可以以在在氧氧化化还还原原电电位位为为+100100mV的的环环境境下下进进行行正正常常的的生理活动；生理活动；产甲烷菌的最适氧化还原电位为：产甲烷菌的最适氧化还原电位为：150400mV，培培养养产产甲甲烷烷菌菌的的初初期期，氧氧化化还还原原电电位位不不能能高高于于320mV。4营养营养厌厌氧氧微微生生物物对对碳碳、氮氮等等营营养养物物质质的的要要求求略低于略低于好氧微生物。好氧微生物。但但大大多多数数

26、厌厌氧氧菌菌不不具具有有合合成成某某些些必必要要的的维生素或氨基酸维生素或氨基酸的功能。的功能。为为了了保保证证细细菌菌的的增增殖殖和和活活动动，还还需需要要补补充充某某些些专专门门的的营营养养，如如钾钾、钠钠、钙钙等等金金属属盐盐类类是是形形成成细细胞胞或或非非细细胞胞的的金金属属络络合合物物所所必必需需的的，而而镍镍、铝铝、钴钴、钼钼等等微微量量金金属属，则则可可提提高高若若干干酶酶系系统统的的活活性性，使产气量增加。使产气量增加。主要是对化工废水5食料食料/微生物比微生物比与与好好氧氧生生物物处处理理相相似似，厌厌氧氧生生物物处处理理过过程程中中的的食食料料/微微生生物物比比对对其其进进

27、程程影影响响很很大。大。在在实实际际中中常常以以有有机机负负荷荷(COD/VSS)表表示示，单位为单位为kg/(kgd)。在在有有机机负负荷荷、处处理理程程度度和和产产气气量量三三者者之间，存在着密切的联系和平衡关系。之间，存在着密切的联系和平衡关系。一一般般，较较高高的的有有机机负负荷荷可可获获得得较较大大的的产气量，但处理程度会降低。产气量，但处理程度会降低。再再者者，由由于于厌厌氧氧消消化化过过程程中中产产酸酸阶阶段段的的反反应应速速率率比比产产甲甲烷烷阶阶段段的的反反应应速速率率高高得得多多，必必须须十十分分谨谨慎慎地地选选择择有有机机负负荷荷，使使挥挥发发酸酸的的生生成成及及消消耗耗

28、平平衡衡，不不致致形形成成挥挥发酸的积累。发酸的积累。有机负荷处理程度产气量为为保保持持系系统统的的平平衡衡，有有机机负负荷荷的的绝绝对对值值不宜太高不宜太高。随随着着反反应应器器中中生生物物量量(厌厌氧氧污污泥泥)浓浓度度的的增增加加，有有可可能能在在保保持持相相对对较较低低污污泥泥负负荷荷的条件下得到较高的容积负荷。的条件下得到较高的容积负荷。这这样样，能能够够在在满满足足一一定定处处理理程程度度的的同同时时，缩短消化时间，减少缩短消化时间，减少反应容积反应容积。总总的的说说来来，（厌厌氧氧生生物物）处处理理可可采采用用较较（好好氧氧生生物物）处处理理高高得得多多的的有有机机负负荷荷。一一

29、般般COD浓浓度度可可达达510kg/(m3d)，有有的甚至可高达的甚至可高达50kg/(m3d)。6有毒物质有毒物质有有毒毒物物质质会会对对厌厌氧氧微微生生物物产产生生不不同同程程度度的的抑抑制制，使使厌厌氧氧消消化化过过程程受受到到影影响响甚甚至遭到破坏。至遭到破坏。最最常常见见的的抑抑制制性性物物质质为为硫硫化化物物、氨氨氮氮、重重金金属属、氰氰化化物物以以及及某某些些人人工工合合成成的的有有机物机物。如：铜。如：铜。硫酸盐和其他硫的氧化物容易在厌氧消硫酸盐和其他硫的氧化物容易在厌氧消化过程中被还原为硫化物。化过程中被还原为硫化物。可溶性的硫化物和可溶性的硫化物和H2S气体气体在达到一在

30、达到一定浓度时，对产甲烷过程产生抑制。定浓度时，对产甲烷过程产生抑制。如何减轻硫化物的抑制作用？如何减轻硫化物的抑制作用？氨氨是是厌厌氧氧消消化化的的缓缓冲冲剂剂，但但高高浓浓度度的的氨氨对厌氧消化有害。对厌氧消化有害。有有人人认认为为NH3-N浓浓度度50200mg/L即即能能产产生生控控制制，但但通通过过对对产产甲甲烷烷细细菌菌的的驯驯化化，厌氧过程对氨的适应能力能够得到加强。厌氧过程对氨的适应能力能够得到加强。重重金金属属常常能能使使厌厌氧氧消消化化过过程程失失效效，表表现现为产气量降低和挥发酸的积累。为产气量降低和挥发酸的积累。原原因因是是细细菌菌的的代代谢谢酶酶受受到到破破坏坏而而失

31、失活活，是一种非竞争性抑制。是一种非竞争性抑制。不不同同重重金金属属离离子子及及其其不不同同的的存存在在形形态态，会产生不同的抑制作用。会产生不同的抑制作用。据据报报道道277mg/L的的硫硫酸酸镍镍不不会会引引起起消消化过程的变化，化过程的变化，而而30mg/L的的硝硝酸酸镍镍却却能能使使产产气气量量减减少少80%。重金属的浓度也会显著影响其抑制重金属的浓度也会显著影响其抑制作用。作用。当氯化镍的浓度为当氯化镍的浓度为500mg/L时，其时，其对沼气产量的影响可以忽略不计，对沼气产量的影响可以忽略不计，而浓度为而浓度为1000mg/L时会使产气量大时会使产气量大大减少。大减少。氰氰化化物物对

32、对厌厌氧氧消消化化的的抑抑制制作作用用决决定定于于其其浓度和接触时间浓度和接触时间。如如浓浓度度小小于于10mg/L，接接触触时时间间为为1h，抑制作用不明显。抑制作用不明显。浓浓度度如如增增高高到到100mg/L，气气体体产产量量会会明明显降低。显降低。研研究究表表明明，厌厌氧氧微微生生物物对对很很多多在在好好氧氧条条件件下下难难以以降降解解的的合合成成有有机机物物，如如蒽蒽醌醌类类染染料料、偶偶氮氮染染料料、含含氯氯的的有有机机杀杀虫虫剂剂等等，都都具有降解的能力具有降解的能力。但但仍仍有有相相当当一一部部分分合合成成有有机机物物对对厌厌氧氧微微生生物物有有毒毒害害作作用用，其其作作用用大

33、大小小与与浓浓度度相相关关，如如3-氧氧-1，2-丙丙二二醇醇、2氯氯丙丙酸酸、1-氯氯丙丙烷烷、2-氯氯丙丙烯烯、丙烯醛和甲醛等。丙烯醛和甲醛等。提高降解有毒有机物的措施提高降解有毒有机物的措施A、在厌氧条件下、在厌氧条件下混合细菌种群混合细菌种群对有毒对有毒性的合成有机物进行降解的速率要比单性的合成有机物进行降解的速率要比单一菌种的速率要快。一菌种的速率要快。B、对厌氧微生物的、对厌氧微生物的驯化驯化也可提高也可提高其适应和降解合成有机物的能力。其适应和降解合成有机物的能力。其他？其他？四、厌氧消化工艺的发展及其应用四、厌氧消化工艺的发展及其应用人类对厌氧生物处理方法的研究首先人类对厌氧生

34、物处理方法的研究首先从从处理粪便处理粪便开始。开始。随着工业的发展和人口的增加，并不断随着工业的发展和人口的增加，并不断向城镇集中，向城镇集中，城镇污水城镇污水和和工业废水工业废水的处的处理才引起人们的重视。理才引起人们的重视。废水厌氧生物处理可追溯到废水厌氧生物处理可追溯到100多年前。多年前。1860年，法国人年，法国人LouisMouras把简易把简易沉淀池改进作为污水处理构筑物使用。沉淀池改进作为污水处理构筑物使用。1881年法国年法国Cosmos杂志登载介绍了杂志登载介绍了Mouras创造的处理污水污泥的自动净创造的处理污水污泥的自动净化器（化器（AutomaticScasenger

35、）。）。后来人们把后来人们把Mouras作为厌氧消化处理作为厌氧消化处理的创始人的创始人。1890年，年，Scotto-Moncrieff第一个建造第一个建造了初步的厌氧滤池（了初步的厌氧滤池（AnaerobicFilter）。）。该池底部空，上面铺一层石子。石子的该池底部空，上面铺一层石子。石子的作用是拦截废水中的固体颗粒物。作用是拦截废水中的固体颗粒物。1894年年Talbot设计了一个与设计了一个与Mouras自自动净化器相似的消化罐，主要不同是中动净化器相似的消化罐，主要不同是中间设置了一些垂直挡板，用于阻挡流过间设置了一些垂直挡板，用于阻挡流过的废水。的废水。1895年，年，Dona

36、ldCameron在英国设计在英国设计了世界上第一个厌氧化粪池（了世界上第一个厌氧化粪池（SepticTank）。）。这是厌氧处理工艺发展史上的一个里程这是厌氧处理工艺发展史上的一个里程碑。碑。化粪池化粪池1899年，年，HarryWClerk设计了一个分设计了一个分离的消化器（离的消化器（SeparateDigester），），先把污水沉淀后，再厌氧发酵。先把污水沉淀后，再厌氧发酵。1903年，年，Travis发明了发明了Travis池。池。废水从一端流入，从另一端流出，两侧废水从一端流入，从另一端流出，两侧沉淀分离的污泥在反应池中间的下部消沉淀分离的污泥在反应池中间的下部消化，产生的沼气从

37、中间上部排出。化，产生的沼气从中间上部排出。Travis反应池反应池1906年德国人年德国人Imhoff对对Travis反应池作反应池作了改进，设计了了改进，设计了Imhoff池，又称隐化池，池，又称隐化池，也称双层沉淀池。也称双层沉淀池。Imhoff池Imhoff池把污水的沉淀和污泥的消化完池把污水的沉淀和污泥的消化完全分开，彼此不发生干扰。全分开，彼此不发生干扰。鉴于敞开式厌氧消化池消化效果不好，鉴于敞开式厌氧消化池消化效果不好，而且向周围环境散发恶臭，而且向周围环境散发恶臭，1912年德国人年德国人Kremer提出了加盖的密提出了加盖的密闭式消化池，称为传统消化池闭式消化池，称为传统消化

38、池（ConventionalDigester），又称普），又称普通消化池。通消化池。传统消化池（普通消化池）传统消化池（普通消化池）为了提高传统消化池的产气效率和缩小为了提高传统消化池的产气效率和缩小反应池体积，人们常采取一定措施，主反应池体积，人们常采取一定措施，主要是：要是：（1）加热）加热（2）增设搅拌设备）增设搅拌设备使之成为高速消化池（使之成为高速消化池（HighRateDigester）高速消化池高速消化池1950年南非人年南非人Stander发现厌氧反应器发现厌氧反应器中保持大量细菌的重要性，开发了处理中保持大量细菌的重要性，开发了处理酒厂和药厂废水的所谓厌氧澄清器酒厂和药厂废水

39、的所谓厌氧澄清器（AnaerobicClaridigester）。）。把厌氧消化和沉淀合为一体。把厌氧消化和沉淀合为一体。厌氧澄清器厌氧澄清器废水从池底流进污泥区，废水从池底流进污泥区，污泥中产生的甲烷和二氧化碳气体上升污泥中产生的甲烷和二氧化碳气体上升起搅拌作用，起搅拌作用，消化液自下而上经过中间小洞进入沉淀消化液自下而上经过中间小洞进入沉淀区；沉淀下来的污泥自上而下通过小洞区；沉淀下来的污泥自上而下通过小洞下掉返回消化区。下掉返回消化区。1956年年Schroefer等人成功开发出厌氧等人成功开发出厌氧接触工艺（接触工艺（AnaerobicContactProcess）。）。由于采用回流，

40、使消化池保持足够实力由于采用回流，使消化池保持足够实力的厌氧菌，使反应器容积负荷提高，处的厌氧菌，使反应器容积负荷提高，处理效能提高。理效能提高。厌氧接触工艺厌氧接触工艺厌氧接触工艺标志着现代废水厌氧生物厌氧接触工艺标志着现代废水厌氧生物处理工艺的诞生。处理工艺的诞生。1967年年J.C.Young和和P.L.McCarty开开发出厌氧滤池（发出厌氧滤池（AnaerobicFilter）。）。起初，厌氧滤池以块石作为填料，为厌起初，厌氧滤池以块石作为填料，为厌氧微生物的附着提供支撑。氧微生物的附着提供支撑。近来填料材质有了很大改进。近来填料材质有了很大改进。不足是：可能有堵塞，空间利用率较低。

41、不足是：可能有堵塞，空间利用率较低。厌氧滤池厌氧滤池1974年荷兰年荷兰GLettinga等人开发出升流等人开发出升流式厌氧污泥层反应器（式厌氧污泥层反应器（UpflowAnaerobicSludgeBlanket），简称），简称UASB。特点是形成颗粒污泥，处理不含固体颗特点是形成颗粒污泥，处理不含固体颗粒的废水。粒的废水。升流式厌氧污泥层反应器升流式厌氧污泥层反应器1978年年WJJewell等人和等人和1979年年RPBowker等人分别开发出厌氧膨胀污泥等人分别开发出厌氧膨胀污泥床（床（AnaerobicExpandedBlanket）和厌氧流化床（和厌氧流化床（AnaerobicFl

42、uidizedBed）。）。厌氧膨胀床和流化床厌氧膨胀床和流化床反应器的特点是反应器内充填着细颗粒反应器的特点是反应器内充填着细颗粒载体，如细砂。载体，如细砂。为使充填物膨胀或流化，均需要部分出为使充填物膨胀或流化，均需要部分出水回流。水回流。1980年年SJTait等人开发出厌氧生物转等人开发出厌氧生物转盘工艺（盘工艺（AnaerobicRotatingBiologicalReactor）。）。厌氧生物转盘厌氧生物转盘1982年年McCarty等人开发出厌氧折流板等人开发出厌氧折流板反应器（反应器（AnaerobicBaffledReactor）。）。厌氧折流板反应器厌氧折流板反应器新型厌氧

43、反应器1981年，年，Lettinga等人在利用等人在利用UASB反反应器处理生活污水时，为了增加污水与应器处理生活污水时，为了增加污水与污泥的接触，更有效地利用反应器的容污泥的接触，更有效地利用反应器的容积，改变了积，改变了UASB反应器的结构设计和反应器的结构设计和操作参数，使反应器中颗粒污泥床在较操作参数，使反应器中颗粒污泥床在较高的液体表面上升流速下充分膨胀，由高的液体表面上升流速下充分膨胀，由此产生了此产生了EGSB（ExpandedGranularSludgeBed）反应器。）反应器。1982年加拿大人年加拿大人Guiot把把UASB反应器反应器和厌氧滤池相结合，开发出厌氧复合反和

44、厌氧滤池相结合，开发出厌氧复合反应器（应器（UpflowAnaerobicBed-filter）1985年由荷兰年由荷兰Paques公司在公司在反应器的基础上开发成功的高效厌氧反反应器的基础上开发成功的高效厌氧反应器内循环厌氧反应器，即应器内循环厌氧反应器，即IC反应反应器（器（InternalCirculation）。1982年美国年美国Fannion等人在处理海藻废等人在处理海藻废水时，开发出水时，开发出UBR反应器（反应器（UpflowSolidReactor）。）。反应器不需要三相分离器和污泥回流，反应器不需要三相分离器和污泥回流，靠靠SS的自然沉淀作用，使的自然沉淀作用，使SRT比比

45、HRT更长，提高了更长，提高了SS的消化率。的消化率。USR反应器反应器 1.储料槽；储料槽；2.进料泵；进料泵；3.USR；4.取样口；取样口；5.出水；出水；6.沼气；沼气；7气水分离器；气水分离器；8.沼气计量；沼气计量；9.排渣管排渣管新型厌氧反应器打破了传统观念：新型厌氧反应器打破了传统观念：厌氧处理工艺处理效率低；需要较高温厌氧处理工艺处理效率低；需要较高温度、较高废水浓度和较长停留时间。度、较高废水浓度和较长停留时间。厌氧生物处理工艺与好氧生物处理工艺厌氧生物处理工艺与好氧生物处理工艺存在一定联系。存在一定联系。厌氧处理工艺的发展过程及与好氧处理厌氧处理工艺的发展过程及与好氧处理

46、工艺的关系工艺的关系早期厌氧消化的运行条件如温度等均未早期厌氧消化的运行条件如温度等均未得到控制，这些初级的厌氧处理设备均得到控制，这些初级的厌氧处理设备均需很长的停留时间，出水水质也较差。需很长的停留时间，出水水质也较差。但但化化粪粪池池和和双双层层沉沉淀淀池池曾曾在在美美、德德、法法等国得到推广，并沿用至今。等国得到推广，并沿用至今。在在我我国国的的很很多多大大小小城城市市中中，目目前前也也仍仍有有不少化粪池在运行。不少化粪池在运行。至至今今，人人们们公公认认厌厌氧氧接接触触法法的的诞诞生生，标标志志着着厌厌氧氧消消化化工工艺艺的的发发展展进进入入了了一一个个新新阶段。阶段。运运用用20世

47、世纪纪50年年代代获获得得的的一一些些厌厌氧氧处处理理经经验验和和厌厌氧氧处处理理所所涉涉及及的的微微生生物物学学、生生物物化化学学和和生生化化工工程程的的最最新新研研究究成成果果，开开发发出出一一批批厌厌氧氧反反应应器器，称称为为“第第二二代代废废水厌氧处理反应器水厌氧处理反应器”。其中典型的代表有：厌氧滤池其中典型的代表有：厌氧滤池(AF)、上、上流式厌氧污泥床反应器流式厌氧污泥床反应器(UASB)、厌氧、厌氧流化床流化床(AFB)等。等。高高效效厌厌氧氧消消化化反反应应器器的的共共同同特特点点是是保保持持有有很很高高浓浓度度的的生生物物量量，通通过过不不同同的的方方式式，使生物量在反应器

48、中使生物量在反应器中停留时间很长停留时间很长。第第二二代代厌厌氧氧反反应应器器解解决决了了厌厌氧氧微微生生物物生生长长缓缓慢慢(厌厌氧氧过过程程本本身身特特点点)和和生生物物量量易易随随液液体体流流出出(传传统统消消化化池池的的弱弱点点)等等不不利利于反应器高效运行的关键问题。于反应器高效运行的关键问题。它们具有以下突出的优点它们具有以下突出的优点具具有有相相当当高高的的有有机机负负荷荷和和水水力力负负荷荷，因因而而反反应应器器的的容容积积比比传传统统装装置置减减少少90以上；以上；在在不不利利条条件件下下(低低温温、冲冲击击负负荷荷、存存在抑制物等在抑制物等)仍具有很仍具有很高的稳定性高的稳

49、定性；反反应应器器构构造造简简单单，结结构构紧紧凑凑，从从而而投投资资小小，占占地地面面积积少少。并并适适合合于于各各种种规规模模和和可可作作为为运运行行单单元元被被结结合合在在整整体体的的处处理理技术中；技术中；处处理理低低浓浓废废水水的的高高效效率率已已具具备备与与好好氧氧处理竞争的能力；处理竞争的能力；通通常常几几乎乎不不需需要要操操作作和和管管理理费费用用，是是能源净生产过程。能源净生产过程。2020世纪世纪9090年代初国际上相继出现：年代初国际上相继出现：以以厌厌氧氧膨膨胀胀颗颗粒粒污污泥泥床床(EGSB)(EGSB)、内内循循环环反反应应器器(ICIC）、升升流流式式厌厌氧氧污污

50、泥泥床床过过滤滤器器(UBF)(UBF)为为典典型型代代表表的的厌厌氧氧反反应应器器，称称为为第三代第三代厌厌氧反氧反应应器器第三代厌氧反应器的共同特点是：第三代厌氧反应器的共同特点是：微微生生物物均均以以颗颗粒粒污污泥泥固固定定化化方方式式存存在在于于反反应应器器之之中中，反反应应器器单单位位容容积积的的生生物物量更高；量更高；能能承承受受更更高高的的水水力力负负荷荷，并并具具有有较较高高的有机污染物净化效能；的有机污染物净化效能；具有较大的高径比，一般在具有较大的高径比，一般在5-105-10以上；以上；占地面积小；占地面积小；动力消耗小。动力消耗小。厌氧消化工艺的应用范围厌氧消化工艺的应