污水的厌氧生物处理.ppt

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1、污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理 The Anaerobic Processes1 1 概述概述 2 2 厌氧法的基本原理厌氧法的基本原理 3 3 厌氧法的工艺和设备厌氧法的工艺和设备 4 4 厌氧法的影响因素厌氧法的影响因素5 5 分段厌氧处理法分段厌氧处理法污水的厌氧生物处理污水厌氧生物处理的发展过程污水厌氧生物处理的发展过程 早期发展早期发展 18811950年年 第二代厌氧反应器第二代厌氧反应器 1955年年开发了开发了厌氧接触法厌氧接触法新工艺新工艺，标志着，标志着现代厌氧反应器的开端。现代厌氧反应器的开端。第三代厌氧反应器第三代厌氧反应器 1980年年Switzenbaum等推

2、出了厌氧附着等推出了厌氧附着膜膨胀床反应器（膜膨胀床反应器（AAFEB）,还有厌氧流化床还有厌氧流化床（AFB）。）。1概述概述污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理（1 1）应用范用范围广广 因供氧限制，好氧法一般适用于中、低浓因供氧限制，好氧法一般适用于中、低浓度有机废水的处理，而厌氧法适用于中、高浓度有机废水的处理，而厌氧法适用于中、高浓度有机废水。度有机废水。有些有机物对好氧生物处理法来说是难降有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的，但对厌氧生物处理是可降解的，如固体解的，但对厌氧生物处理是可降解的，如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。(2)能

3、耗低能耗低 好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，而且产生的沼气可作为能源。而且产生的沼气可作为能源。而且产生的沼气可作为能源。而且产生的沼气可作为能源。废废废废水有机物达一定水有机物达一定水有机物达一定水有机物达一定浓浓浓浓度后，沼气能量可以抵度后，沼气能量可以抵度后，沼气能量可以抵度后，沼气能量可

4、以抵偿偿偿偿消耗能量。研究表明，当原水消耗能量。研究表明，当原水消耗能量。研究表明，当原水消耗能量。研究表明，当原水BODBOD5 515001500达到达到达到达到mg/Lmg/L时时时时，采用采用采用采用厌厌厌厌氧氧氧氧处处处处理即有能量剩余。有机物理即有能量剩余。有机物理即有能量剩余。有机物理即有能量剩余。有机物浓浓浓浓度愈高，剩度愈高，剩度愈高，剩度愈高，剩 余能量愈多。余能量愈多。余能量愈多。余能量愈多。一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的法的法的法的1/101/10。（3 3）氮、磷）氮

5、、磷）氮、磷）氮、磷营营养需要量养需要量养需要量养需要量较较少少少少 好氧法一般要求好氧法一般要求好氧法一般要求好氧法一般要求BOD:N:PBOD:N:P为为为为l00:5:1l00:5:1，而厌氧法而厌氧法而厌氧法而厌氧法的的的的BOD:N:PBOD:N:P为为为为l00:2.5:0.5l00:2.5:0.5，对氮、磷缺乏的工业废对氮、磷缺乏的工业废对氮、磷缺乏的工业废对氮、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较少。水所需投加的营养盐量较少。水所需投加的营养盐量较少。水所需投加的营养盐量较少。（4 4）有）有）有）有杀杀菌作用菌作用菌作用菌作用 厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废厌氧处理

6、过程有一定的杀菌作用，可以杀死废厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。（5 5）污污泥易泥易泥易泥易贮贮存存存存 厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以季节性或间歇性运转季节性或间歇性运转季节性或间歇性运转季节性或间歇性运转。污水的水的厌氧生物氧生物处理理（1 1）厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启厌氧微生物增殖缓

7、慢，因而厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备长；动和处理所需时间比好氧设备长；（2 2）出水往往达不到排放标准，需要进一步出水往往达不到排放标准，需要进一步处理，故一般在厌氧处理后串联好氧处理；处理，故一般在厌氧处理后串联好氧处理；（3 3）厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。（4 4）厌氧过程会产生气味对空气有污染。厌氧过程会产生气味对空气有污染。2 2 厌氧法的基本原理厌氧法的基本原理 废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物厌氧

8、微生物厌氧微生物厌氧微生物(anaerobic microbes)(anaerobic microbes)(包括兼氧微生物）包括兼氧微生物）包括兼氧微生物）包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷烷烷烷(methane)methane)和二氧化碳和二氧化碳和二氧化碳和二氧化碳(carbon dioxide)carbon dioxide)等物质的等物质的等物质的等物质的过程，也称为厌氧消化过程，也称为厌氧消化过程，也称为厌氧消化过程，也称为厌氧

9、消化(anaerobic digestion)anaerobic digestion)。对批量污泥静置考察，可以见到污泥的消化过对批量污泥静置考察，可以见到污泥的消化过对批量污泥静置考察，可以见到污泥的消化过对批量污泥静置考察，可以见到污泥的消化过程明显分为两个阶段。固态有机物先是液化，称程明显分为两个阶段。固态有机物先是液化，称程明显分为两个阶段。固态有机物先是液化，称程明显分为两个阶段。固态有机物先是液化，称液液液液化阶段化阶段化阶段化阶段；接着降解产物气化，称；接着降解产物气化，称；接着降解产物气化，称；接着降解产物气化，称气化阶段气化阶段气化阶段气化阶段；在常温；在常温；在常温；在常温

10、下，整个过程历时半年以上。下，整个过程历时半年以上。下，整个过程历时半年以上。下，整个过程历时半年以上。传统的传统的厌氧消化理论为厌氧消化理论为两阶段理论两阶段理论第一阶段：第一阶段：第一阶段：第一阶段：酸化阶段酸化阶段酸化阶段酸化阶段，最显著的特征是液态污泥的最显著的特征是液态污泥的最显著的特征是液态污泥的最显著的特征是液态污泥的pHpH值迅速下降。污泥中的固态有机物或污水中的大值迅速下降。污泥中的固态有机物或污水中的大值迅速下降。污泥中的固态有机物或污水中的大值迅速下降。污泥中的固态有机物或污水中的大分子化合物，如淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等，在分子化合物，如淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等，

11、在分子化合物，如淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等，在分子化合物，如淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等，在无氧环境中降解时，转化为有机酸、醇、醛、水分子无氧环境中降解时，转化为有机酸、醇、醛、水分子无氧环境中降解时，转化为有机酸、醇、醛、水分子无氧环境中降解时，转化为有机酸、醇、醛、水分子等液态产物和等液态产物和等液态产物和等液态产物和COCO2 2、HH2 2、NHNH3 3、HH2 2S S等气体分子，气等气体分子，气等气体分子，气等气体分子，气体大多溶解在泥液中。转化产物中有机酸是主体。低体大多溶解在泥液中。转化产物中有机酸是主体。低体大多溶解在泥液中。转化产物中有机酸是主体。低体大多溶解在泥液中。

12、转化产物中有机酸是主体。低pHpH值有抑制细菌生长的作用，值有抑制细菌生长的作用，值有抑制细菌生长的作用，值有抑制细菌生长的作用，NHNH3 3的溶解产物的溶解产物的溶解产物的溶解产物NHNH4 4OHOH有中和作用。有中和作用。有中和作用。有中和作用。第二阶段：第二阶段：气化阶段气化阶段，由低分子的，由低分子的有机酸经微生物作用转化为气体，有机酸经微生物作用转化为气体，气体类似沼泽散发的气体，可称沼气体类似沼泽散发的气体，可称沼气，主体是气，主体是CH4，CO2也相当多，还也相当多，还有微量有微量H2、H2S等，因此气化阶段等，因此气化阶段常称甲烷化阶段。常称甲烷化阶段。第一阶段普通厌氧菌碳

13、水化合物、脂肪、蛋白质消化有机酸、乙醇、乙醛第二阶段绝对厌氧菌甲烷二氧化碳消化细胞合成新细胞酶细胞合成污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理n复复杂杂污污染染物物的的厌厌氧氧降降解解过过程程可可以以分分为为四四个个阶阶段段水水解解阶阶段段、发发酵酵阶阶段段（又又称称酸酸化化阶阶段段）、产产乙乙酸酸阶阶段段、产产甲甲烷烷阶阶段段n框图表示见下图框图表示见下图 n1水解阶段水解阶段n在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物n2发酵阶段发酵阶段 n梭状芽孢杆菌梭状芽孢杆菌、拟杆菌等拟杆菌等酸化细菌酸

14、化细菌吸收并转化为更为简单的化吸收并转化为更为简单的化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨等化碳、氢气、氨等复杂有机物复杂有机物1 1水解水解 2 2发酵发酵脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸 乙酸乙酸乙酸乙酸 HH2 2+CO+CO2 23 3产乙酸产乙酸 CHCH4 4+CO+CO2 2HH2 2S+COS+CO2 2硫酸盐还原硫酸盐还原4 4产甲烷产甲烷4 4产甲烷产甲烷硫酸盐还原n n3 3产乙酸阶段产乙酸阶段产乙酸阶段产乙酸阶段n上上一一阶阶段段的的产产物物被被进进一一步步转转化化为为乙乙酸酸、氢氢气气、碳碳

15、酸酸以以及及新新的的细细胞胞物物质质，这这一一阶阶段段的的主主导导细细菌菌是是乙乙酸酸菌菌。同同时时水水中中有有硫硫酸酸盐盐时时，还会有还会有硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌参与产乙酸过程。参与产乙酸过程。n n4 4产甲烷阶段产甲烷阶段产甲烷阶段产甲烷阶段n乙乙酸酸、氢氢气气、碳碳酸酸、甲甲酸酸和和甲甲醇醇等等被被甲甲烷烷菌菌利利用用被被转转化化为为甲甲烷烷和以及和以及甲烷菌甲烷菌细胞物质。细胞物质。n经经过过这这些些阶阶段段大大分分子子的的有有机机物物就就被被转转化化为为甲甲烷烷、二二氧氧化化碳碳、氢氢气、硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥。气、硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥。污水的厌氧生物处

16、理污水的厌氧生物处理在厌氧消化系统中微生物主要分为两大类：非产甲烷菌（non-menthanogens）和产甲烷细菌（menthanogens）。表19-1 产酸菌和产甲烷菌的特性参数参数参数产产甲甲烷烷菌菌产产酸菌酸菌对对pHpH的敏感性的敏感性敏感，最佳敏感，最佳pHpH为为6.87.26.87.2不太敏感，最佳不太敏感，最佳pHpH为为5.57.05.57.0氧化氧化还还原原电电位位EhEh-350mv(-350mv(中温中温)，-560mv(-560mv(高温高温)-150200mv-150200mv对对温度的敏感性温度的敏感性最佳温度：最佳温度：30383038，50555055最佳

17、温度：最佳温度：20352035 与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌水解产酸细菌(fermentative bacteria)、产氢产乙酸细菌产氢产乙酸细菌(acetogenic bacteria)和和产甲烷细菌产甲烷细菌(methanogenic bacteria)的联合作用完成的联合作用完成。参与消参与消化的细菌

18、，酸化阶段的统称产酸或酸化细菌，几乎化的细菌，酸化阶段的统称产酸或酸化细菌，几乎包括所有的兼性细菌；甲烷化阶段的统称甲烷细菌。包括所有的兼性细菌；甲烷化阶段的统称甲烷细菌。新的研究成果阐明厌氧消化经历四个阶段新的研究成果阐明厌氧消化经历四个阶段大分子有机物大分子有机物大分子有机物大分子有机物（碳水化合物、蛋白质、脂肪等）（碳水化合物、蛋白质、脂肪等）（碳水化合物、蛋白质、脂肪等）（碳水化合物、蛋白质、脂肪等）水解水解水解水解 细菌的胞外酶细菌的胞外酶细菌的胞外酶细菌的胞外酶水解和溶解的有机物水解和溶解的有机物水解和溶解的有机物水解和溶解的有机物 酸化酸化酸化酸化 产酸细菌产酸细菌产酸细菌产酸细

19、菌 有机酸、醇类、醛类等有机酸、醇类、醛类等有机酸、醇类、醛类等有机酸、醇类、醛类等 /H/H2 2，COCO2 2 乙酸化乙酸化乙酸化乙酸化 乙酸细菌乙酸细菌乙酸细菌乙酸细菌 乙酸乙酸乙酸乙酸 甲烷细菌甲烷细菌甲烷细菌甲烷细菌 甲烷化甲烷化甲烷化甲烷化 甲烷细菌甲烷细菌甲烷细菌甲烷细菌 CHCH4 4 CHCH4 4复杂的大分子、不溶性有机复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较类等。这个阶

20、段主要产生较高级脂肪酸。高级脂肪酸。产甲烷细菌将乙酸、乙产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、酸盐、COCO2 2和和H H2 2等转化等转化为甲烷。为甲烷。在产氢产乙酸细菌的作用在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸有机酸被分解转化成乙酸和和H H2 2，在降解奇数碳素有在降解奇数碳素有机酸时还形成机酸时还形成COCO2 2。vv此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总

21、量的l/3l/3后后者约占者约占2/32/3。vv上述三个阶段的反应速度依废水性质而异，在上述三个阶段的反应速度依废水性质而异，在含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为主的废水中，水解易成为速度限制步骤；主的废水中，水解易成为速度限制步骤；vv简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质均简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质均能被微生物迅速分解，对含这类有机物为主的能被微生物迅速分解，对含这类有机物为主的废水，废水，产甲烷易成为限速阶段产甲烷易成为限速阶段。污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理 简介：甲烷菌属于古菌中的一类。简介：甲烷菌属于古菌中的一类。古

22、古 菌菌 （Archaeobacteria）与原核生物）与原核生物极其接近。研究利用基因分析手段（极其接近。研究利用基因分析手段（DNA的的G+C%，16SrRNA碱基顺序比较）发现，有碱基顺序比较）发现，有一些特点与真核生物相同。一些特点与真核生物相同。污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理l 形形 态态：薄、扁平、直角几何形态；薄、扁平、直角几何形态；细胞结构：细胞结构：组分特异性；含有内含子组分特异性；含有内含子；代代 谢：谢：特殊的辅酶，代谢多样性；特殊的辅酶，代谢多样性；呼吸类型：呼吸类型：多为厌氧；多为厌氧；繁殖速度：繁殖速度：比细菌慢；比细菌慢；生活习性：生活习性：适应极端环境。适

23、应极端环境。污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理 按照生活习性和生理特性分为三大类：按照生活习性和生理特性分为三大类：产甲烷菌，嗜热嗜酸菌，极端嗜盐菌产甲烷菌，嗜热嗜酸菌，极端嗜盐菌 伯杰氏系统细菌学手册伯杰氏系统细菌学手册分为五大群：分为五大群：产甲烷古菌，古生硫酸盐还原菌，产甲烷古菌，古生硫酸盐还原菌，极端嗜盐菌，无细胞壁古生菌，极端嗜盐菌，无细胞壁古生菌，极端嗜热硫代谢菌极端嗜热硫代谢菌污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理甲烷发酵理论先后提出了甲烷发酵理论先后提出了二阶段、二阶段、三阶段和四阶段三阶段和四阶段发酵理论。发酵理论。目前应用较多的仍是布赖恩特目前应用较多的仍是布赖恩特(Bry

24、ant)于于1979年提出的年提出的四阶段四阶段的发酵理论的发酵理论：水解和发酵性细菌群水解和发酵性细菌群将将复杂有机物转化复杂有机物转化成有机酸：成有机酸：纤维素、淀粉等水解为单糖，再酵解为纤维素、淀粉等水解为单糖，再酵解为丙丙酮酸酮酸；将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸有机酸和氨；和氨；脂类水解为各种低级脂类水解为各种低级脂肪酸脂肪酸和醇，例如乙和醇，例如乙酸、丙酸、丁酸、长链脂肪酸、乙醇、二酸、丙酸、丁酸、长链脂肪酸、乙醇、二氧化碳、氢、氨和硫化氢等。氧化碳、氢、氨和硫化氢等。第一阶段：有机酸的产生第一阶段：有机酸的产生微生物群落是水解、发酵性细菌群，微生

25、物群落是水解、发酵性细菌群，u有专性厌氧的有专性厌氧的:梭菌属梭菌属(Clostridium)拟杆菌属拟杆菌属(Bacteriodes)丁酸弧菌属丁酸弧菌属(Butyrivibrio)真细菌真细菌(Eubacterium)双歧杆菌属双歧杆菌属(Bifidobacterium)革兰氏阴性杆菌革兰氏阴性杆菌u兼性厌氧的有兼性厌氧的有:链球菌链球菌肠道菌肠道菌 据研究，每据研究，每mL下水污泥中含有水解、下水污泥中含有水解、发酵性细菌发酵性细菌108109个，每克挥发性个，每克挥发性固体含固体含10101011个，其中蛋白质水个，其中蛋白质水解菌有解菌有107个，纤维素水解菌有个，纤维素水解菌有10

26、5个。个。u微生物群落：微生物群落：微生物群落为产氢、产乙酸细菌；微生物群落为产氢、产乙酸细菌；只有只有少数少数被分离出来。被分离出来。硫酸还原菌和其他产乙酸和氢气的硫酸还原菌和其他产乙酸和氢气的细菌；细菌；第二阶段：乙酸和氢气的产生第二阶段：乙酸和氢气的产生产生过程产生过程u产氢和产乙酸细菌群产氢和产乙酸细菌群进一步把第一进一步把第一阶段的产物分解为阶段的产物分解为乙酸和氢气；乙酸和氢气；u硫酸还原菌和其他产乙酸和氢气的硫酸还原菌和其他产乙酸和氢气的细菌将第一阶段发酵的三碳以上的细菌将第一阶段发酵的三碳以上的有机酸、长链脂肪酸、芳香族酸及有机酸、长链脂肪酸、芳香族酸及醇等分解为乙酸和氢气。醇

27、等分解为乙酸和氢气。第二阶段：乙酸和氢气的产生第二阶段：乙酸和氢气的产生污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理微生物：两组生理不同的专性厌氧的微生物：两组生理不同的专性厌氧的产甲烷菌群产甲烷菌群一组将一组将H2和和CO2合成合成CH4或或CO和和H2合成合成CH4；另一组将乙酸脱羧生成另一组将乙酸脱羧生成CH4和和CO2；或利用甲酸、甲醇、及甲基胺裂解或利用甲酸、甲醇、及甲基胺裂解为为CH4。有有28的甲烷来自的甲烷来自H2的氧化和的氧化和CO2的还的还原。原。72的甲烷来自乙酸盐的裂解。由的甲烷来自乙酸盐的裂解。由于大部分甲烷和二氧化碳逸出，氨于大部分甲烷和二氧化碳逸出，氨(NH3)以亚硝酸铵

28、以亚硝酸铵(NH4NO2)、碳酸氢铵、碳酸氢铵(NH4HCO3)形式留在污泥中，它们可中形式留在污泥中，它们可中和第一阶段产生的酸，为产甲烷菌创造和第一阶段产生的酸，为产甲烷菌创造了生存所需的弱碱性环境。氨可被产甲了生存所需的弱碱性环境。氨可被产甲烷菌用作氮源。烷菌用作氮源。研究表明：研究表明：概念：概念：同型产乙酸细菌同型产乙酸细菌将将H2和和CO2转化转化为乙酸的过程，称为为乙酸的过程，称为同型产乙酸阶段同型产乙酸阶段；产甲烷菌只能利用产甲烷菌只能利用H2、CO2、CO、甲、甲酸、乙酸、甲醇及甲基胺等简单物质产酸、乙酸、甲醇及甲基胺等简单物质产生甲烷和组成自身细胞物质。生甲烷和组成自身细胞

29、物质。第四阶段：同型产乙酸阶段第四阶段：同型产乙酸阶段由酸和醇的甲基形成甲烷。由酸和醇的甲基形成甲烷。14CH3COOH14CH4+CO2414CH3OH314CH4+CO2+2H2Ol施大特曼施大特曼(stadtman)和巴克尔和巴克尔(Barker)及庇涅及庇涅(Pine)和维施尼和维施尼(vishhnise)l1951和和1957年用年用14C示踪原子标记乙酸示踪原子标记乙酸的甲基碳原子的甲基碳原子l证明甲烷是由甲基直接形成证明甲烷是由甲基直接形成甲烷产生的机制：甲烷产生的机制：14CH4+2C3H7COOH 1949年，施大特曼和巴克尔于用同位素年，施大特曼和巴克尔于用同位素14CO2

30、使乙醇和丁醇氧化，产生带同位素使乙醇和丁醇氧化，产生带同位素14C的甲烷，证的甲烷，证明甲烷可由明甲烷可由CO2还原形成。还原形成。由醇的氧化使二氧化碳还原形成甲烷及有机酸由醇的氧化使二氧化碳还原形成甲烷及有机酸2CH3CH2OH+14CO214CH4+2CH3COOH 2C3H7CH2OH+14CO2CH4+4CH3COOH脂肪酸有时用水作还原剂或供氢脂肪酸有时用水作还原剂或供氢体产生甲烷体产生甲烷2C3H7COOH+CO2+2H2O 1906 年索根年索根(Soehnge，)及费舍尔及费舍尔(Fisher)观察到：观察到：利用利用H2使使CO2还原形成甲烷还原形成甲烷4H2+CO2CH4+

31、2H2O在在H2和和H2O存在时，巴氏甲烷八叠球菌存在时，巴氏甲烷八叠球菌(Methanosarcina barkerii)与甲酸甲烷与甲酸甲烷杆菌杆菌(Methanobacterium formicicum)能将能将CO还原形成甲烷。还原形成甲烷。3H2+COCH4+H2O2H2O+4COCH4+3CO2巴氏甲烷八叠球菌巴氏甲烷八叠球菌甲酸甲烷杆菌甲酸甲烷杆菌污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理物物 质质乙醇乙醇纤维素纤维素脂脂 肪肪蛋白质蛋白质沼气沼气mL 974 830 1250704CH4 75 50 68 71CO2 25 50 32 29影响废水厌氧消化处理效果的因素：影响废水厌氧

32、消化处理效果的因素：厌氧活性污泥厌氧活性污泥中中微生物的种类、组成、微生物的种类、组成、结构及污泥的颗粒大小结构及污泥的颗粒大小。能保证微生物生长条件的、结构好的能保证微生物生长条件的、结构好的厌厌氧消化池氧消化池。最根本、最重要的是微生物的种类最根本、最重要的是微生物的种类和组成和组成。污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理 按微生物生长状态分为按微生物生长状态分为按微生物生长状态分为按微生物生长状态分为厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法(anaerobic activated sludge)anaerobic activated sludge)和和和和厌氧生物膜法厌氧生

33、物膜法厌氧生物膜法厌氧生物膜法(anaerobic slime)anaerobic slime)；按投料、出料及运行方式分为按投料、出料及运行方式分为按投料、出料及运行方式分为按投料、出料及运行方式分为分批式分批式分批式分批式(batch)batch)、连续式连续式连续式连续式(continuous)continuous)和和和和半连续式半连续式半连续式半连续式(semi-continuous)semi-continuous)；根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在同一反应

34、器中并在同一工艺条件下完成，又可分为同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为一步厌氧消化一步厌氧消化一步厌氧消化一步厌氧消化(one stage digestion)one stage digestion)与与与与两步厌氧消化两步厌氧消化两步厌氧消化两步厌氧消化(two stage digestion)two stage digestion)等等等等 厌氧活性污泥法包括厌氧活性污泥法包括厌氧活性污泥法包括厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触工普通消化池、厌氧接触工普通消化池、厌氧接触工普通消化池、厌氧

35、接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器艺、上流式厌氧污泥床反应器艺、上流式厌氧污泥床反应器艺、上流式厌氧污泥床反应器等。等。等。等。污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理 普通消化池又称传统或常规消化池普通消化池又称传统或常规消化池(conventional digester)conventional digester)消化池常用密闭的圆柱形池，废水定期消化池常用密闭的圆柱形池，废水定期或连续进入池中，或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别经消化的污泥和废水分别由消化池底和上部排出，所产沼气从顶部排由消化池底和上部排出，所产沼气从顶部排出。出。池径从几米至三、四十米，柱体部分的池径从几米至三、四十米，

36、柱体部分的高度约为直径的高度约为直径的1/21/2，池底呈圆锥形，以利排，池底呈圆锥形，以利排泥。泥。为使进水与微生物尽快接触，需要一定为使进水与微生物尽快接触，需要一定的搅拌。常用搅拌方式有三种：的搅拌。常用搅拌方式有三种：(a)a)池内机械池内机械搅拌；搅拌；(b)b)沼气搅拌；沼气搅拌；(c)c)循环消化液搅拌。循环消化液搅拌。螺旋桨(机械)搅拌的消化池循环消化液搅拌式消化池循环消化液搅拌式消化池v高温厌氧消化需要加温，高温厌氧消化需要加温，常用加热方式有三种常用加热方式有三种:v(a)废水在消化池外先经废水在消化池外先经热交换器预热到规定温热交换器预热到规定温度再进入消化池；度再进入消

37、化池；v(b)热蒸汽直接在消化器热蒸汽直接在消化器内加热；内加热；v(c)在消化池内部安装热在消化池内部安装热交换管。交换管。普通消化池的特点是普通消化池的特点是:v可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。的料液。v厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较简单。结构较简单。v缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，消化器中难以保持大量的微生物细胞。消化器中难以保持大量的微生物细胞。v对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象严重，微生物

38、不能与料液均匀接触的问题。严重，微生物不能与料液均匀接触的问题。v温度不均匀，消化效率低。温度不均匀，消化效率低。化粪池化粪池 化粪池用于处理来自厕所的粪便污水。广泛化粪池用于处理来自厕所的粪便污水。广泛化粪池用于处理来自厕所的粪便污水。广泛化粪池用于处理来自厕所的粪便污水。广泛用于不设污水厂的合流制排水系统。例如，郊区的用于不设污水厂的合流制排水系统。例如，郊区的用于不设污水厂的合流制排水系统。例如，郊区的用于不设污水厂的合流制排水系统。例如，郊区的别墅式建筑。别墅式建筑。别墅式建筑。别墅式建筑。下图是化粪池的一种构造方式。下图是化粪池的一种构造方式。下图是化粪池的一种构造方式。下图是化粪池

39、的一种构造方式。污水的厌氧生物处理 厌氧滤池（厌氧滤池（anaerobic filteranaerobic filter又称又称厌氧固厌氧固定膜定膜反应器，是反应器，是6060年代末开发的新型高效厌氧年代末开发的新型高效厌氧处理装置。处理装置。滤池呈圆柱形，池内装放填料，滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。池底和池顶密封。厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废水通过填料层时，在填料表面的厌氧生物膜作水通过填料层时，在填料表面的厌氧生物膜作用下，废水中的有机物被降解，并产生沼气，用下，废水中的有机物被降解，并产生沼气，沼气从池顶部排出。沼气从池顶部排出。

40、vv废水从池底进入，从池上部排出，称废水从池底进入，从池上部排出，称废水从池底进入，从池上部排出，称废水从池底进入，从池上部排出，称升流式厌升流式厌升流式厌升流式厌氧滤池氧滤池氧滤池氧滤池；vv废水从池上部进入，以降流的形式流过填料层，废水从池上部进入，以降流的形式流过填料层，废水从池上部进入，以降流的形式流过填料层，废水从池上部进入，以降流的形式流过填料层，从池底部排出，称从池底部排出，称从池底部排出，称从池底部排出，称降流式厌氧滤池。降流式厌氧滤池。降流式厌氧滤池。降流式厌氧滤池。填料可采用填料可采用填料可采用填料可采用拳状石质滤料，拳状石质滤料，拳状石质滤料，拳状石质滤料，如碎石、卵石如

41、碎石、卵石如碎石、卵石如碎石、卵石等，也可使用等，也可使用等，也可使用等，也可使用塑料填料。塑料填料。塑料填料。塑料填料。厌氧生物滤池的特点及改进：厌氧生物滤池的特点及改进：v在厌氧生物滤池中，厌氧微生物大部分在厌氧生物滤池中，厌氧微生物大部分存在于生物膜中，少部分以厌氧活性污存在于生物膜中，少部分以厌氧活性污泥的形式存在于滤料的孔隙中。泥的形式存在于滤料的孔隙中。v厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均匀的，在池进水部位高，相应的有机物匀的，在池进水部位高，相应的有机物去除速度快。去除速度快。v当废水中有机物浓度高时，特别是进水当废水中有机物浓度高时，特别是进水

42、悬浮固体浓度和颗粒较大时，进水部位悬浮固体浓度和颗粒较大时，进水部位容易发生堵塞现象容易发生堵塞现象。v对厌氧生物滤池采取如下改进：对厌氧生物滤池采取如下改进：（a a）出水回流；出水回流；（b b）部分充填载体；部分充填载体；（c c）采用软性填料。采用软性填料。v厌氧生物滤池的特点是：厌氧生物滤池的特点是：（a a）由由于于填填料料为为微微生生物物附附着着生生长长提提供供了了较较大大的的表表面面积积，滤滤池池中中的的微微生生物物量量较较高高，又又因因生生物物膜膜停停留留时时间间长长，平平均均停停留留时时间间长长达达100100天天左左右右，因因而而可可承承受受的的有有机机容容积积负负 荷荷

43、 高高，CODCOD容容 积积 负负 荷荷 为为 2-16 2-16 kgCOD/(mkgCOD/(m3 3d)d)，且耐冲击负荷能力强；且耐冲击负荷能力强；（b b）废水与生物膜两相接触面大，强化了传废水与生物膜两相接触面大，强化了传质过程，因而有机物去除速度快质过程，因而有机物去除速度快（c c）微生物固着生长为主，不易流失，因此微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污泥回流和搅拌设备；不需污泥回流和搅拌设备；（d d）启动或停止运行后再启动比前述厌氧工启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短。艺法时间短。（e e）处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发生

44、堵塞，尤以进水部位更严重。滤池的清洗生堵塞，尤以进水部位更严重。滤池的清洗也还没有简单有效的方法。也还没有简单有效的方法。主要缺点：主要缺点：滤料费用较贵滤料费用较贵 滤料容易堵塞滤料容易堵塞主要优点：主要优点：处理能力较高处理能力较高 滤池内可以保持很高的微生物浓度滤池内可以保持很高的微生物浓度 不需另设泥水分离设备、出水不需另设泥水分离设备、出水SS较较 低低 设备简单、操作方便设备简单、操作方便3 3.3 .3 厌氧接触法厌氧接触法 在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了化池，形成了厌氧接触法（厌氧接触法（anaerobic contac

45、t process)。厌厌厌厌氧氧氧氧接接接接触触触触法法法法工工工工艺艺艺艺动动动动画画画画 厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法，厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法，不需要曝气而需要脱气。不需要曝气而需要脱气。厌氧接触法对悬浮物高的有机废水厌氧接触法对悬浮物高的有机废水(如如肉类加工废水等肉类加工废水等)效果很好，悬浮颗粒成为效果很好，悬浮颗粒成为微生物的载体，并且很容易在沉淀池中沉微生物的载体，并且很容易在沉淀池中沉淀。淀。在混合接触池中，要进行适当搅拌以在混合接触池中，要进行适当搅拌以使污泥保持悬浮状态。搅拌可以用机械方使污泥保持悬浮状态。搅拌可以用机械方法，也可以用泵循环池水。法，也可以用

46、泵循环池水。厌氧接触法的特点厌氧接触法的特点:（a a）通过污泥回流，保持消化池内污泥通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为浓度较高，一般为10-1510-15g/Lg/L，耐冲击能耐冲击能力强；力强；（b b）消消化化池池的的容容积积负负荷荷较较普普通通消消化化池池高高，中中温温消消化化时时，一一般般为为2 2-l0kgCOD/m-l0kgCOD/m3 3d d，水水力力停停留留时时间间比比普普通通消消化化池池大大大大缩缩短短，如如常常温温下下，普普通通消消化化池池为为15-3015-30天天，而而接触法小于接触法小于1010天；天；（c c）可以直接处理悬浮固体含量较高或可以直接处

47、理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，不存在堵塞问题；颗粒较大的料液，不存在堵塞问题；（d d）混合液经沉降后，出水水质好，混合液经沉降后，出水水质好，（e e）但需增加沉淀池、污泥回流和脱气但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备等设备 （f f）厌氧接触法存在厌氧接触法存在混合液难于在沉淀混合液难于在沉淀池中进行固液分离池中进行固液分离的缺点的缺点。几种脱气方法几种脱气方法:(a)真空脱气，由消化池排出的混合液经真空真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气器脱气器(真空度为真空度为0.005 MPa)，将污泥絮体将污泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉降性能；上的气泡除去，改善污泥的沉降性能；(b)

48、热交换器急冷法，将从消化池排出的混合热交换器急冷法，将从消化池排出的混合液进行急速冷却。液进行急速冷却。(c)絮凝沉降，向混合液中投加絮凝剂，使厌絮凝沉降，向混合液中投加絮凝剂，使厌氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降；氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降；(d)用超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效用超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效果果。污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理3.4.1 概述概述3.4.2 基本特点（优点、缺点）基本特点（优点、缺点）3.4.3 UASB的构造和组成的构造和组成3.4.4 颗粒污泥颗粒污泥3.4.5 UASB的设计的设计 （1 1）容积）容积）容积）容积 （2 2）配水）配

49、水）配水）配水 （3 3）排泥的设计）排泥的设计）排泥的设计）排泥的设计 （4 4）结构设计的要求）结构设计的要求）结构设计的要求）结构设计的要求 （5 5）三相分离器设计）三相分离器设计）三相分离器设计）三相分离器设计3.4.6 UASB的启动的启动vv上流式厌氧污泥床反应器（上流式厌氧污泥床反应器（upflow anaerobic sludge blanket reactor)，简称简称UASB反应器，是由荷兰的反应器，是由荷兰的G.Lettnga等人等人在在70年代初研制开发的。年代初研制开发的。vv污泥床反应器内没有人工载体，反应器内微污泥床反应器内没有人工载体，反应器内微生物以自身聚

50、集生长，为颗粒污泥状态存在，生物以自身聚集生长，为颗粒污泥状态存在，因而能达到高生物量和高效高负荷。因而能达到高生物量和高效高负荷。污水的厌氧生物处理污水的厌氧生物处理vv上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆形。小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形。弧形。vv大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，则一般为矩形，高度一般为则一般为矩形，高度一般为3-8m，其中污其中污泥床泥床1-2m，污泥悬浮层污泥悬浮层2-4m，多用钢结构多用钢结构或钢筋混凝土结构。或钢筋混凝土结构。UAS