北京科技大学环境工程.pptx

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1、2023/3/211第第12章章 废水的厌氧处理废水的厌氧处理121 概述 L132 厌氧法的基本原理 L123 厌氧法的工艺和设备 L124 厌氧法的影响因素 L L125 厌氧设备的运行管理 L L126 厌氧和好氧技术的联合运用简介 L L第1页/共73页2023/3/213厌氧生化法的特点：厌氧生化法的特点：（1 1）应用范围广因因供供氧氧限限制制，好好氧氧法法一一般般只只适适用用于于中中、低低浓浓度度有有机机废废水水的的处处理理，而而厌厌氧氧法法既既适用于高浓度有机废水，又适用于中、低浓度有机废水。适用于高浓度有机废水，又适用于中、低浓度有机废水。有有些些有有机机物物对对好好氧氧生生

2、物物处处理理法法来来说说是是难难降降解解的的，但但对对厌厌氧氧生生物物处处理理是是可可降降解解的，如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。的，如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。第3页/共73页2023/3/214（2 2）能耗低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，而且产生的沼气可作为能源。法不需要充氧，而且产生的沼气可作为能源。废水有机物达一定水有机物达一定浓度后，沼气能量可以抵度后，沼气能量可以抵偿消耗能量。研究表明，当原水消耗能量。研究表明，当原水BOD5达到达到

3、1500mg/L1500mg/L时，采用，采用厌氧氧处理即有能量剩余。有机物理即有能量剩余。有机物浓度愈高，剩余能度愈高，剩余能量愈多。量愈多。一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。第4页/共73页2023/3/215（3 3）负荷高通常好氧法的有机容积负荷为通常好氧法的有机容积负荷为24 kgBOD/(m3d)，而厌氧法为，而厌氧法为2l0 kgCOD/(m3d)，高的可达，高的可达50 kgCOD/(m3d)。（4 4）剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好好好氧氧法法每每去去除除l kgCOD将将产产生生0.40.6 kg生生物物量量，而而厌厌氧

4、氧法法去去除除l kgCOD只只产产生生0.020.l kg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的生物量，其剩余污泥量只有好氧法的520。同同时时，消消化化污污泥泥在在卫卫生生学学上上和和化化学学上上都都是是稳稳定定的的。因因此此，剩剩余余污污泥泥处处理理和和处处置置简简单单、运运行费用低，甚至可作为肥料、饲料或饵料利用。行费用低，甚至可作为肥料、饲料或饵料利用。第5页/共73页2023/3/216（5 5）氮、磷营养需要量较少好好氧氧法法一一般般要要求求BOD:N:P为为l00:5:1，而而厌厌氧氧法法的的BOD:N:P为为l00:2.5:0.5，对对氮氮、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较少。

5、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较少。（6 6）有杀菌作用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。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。（7 7）污泥易贮存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。第6页/共73页2023/3/217（8 8）厌氧生物处理法也存在下列缺点:（a a）厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备）厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备长；长；（b b）出水往往达不到排放标准，需要进一步处

6、理，故一般在厌氧处理后串）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；联好氧处理；（c c）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。（d d）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。返回目录第7页/共73页2023/3/21813132 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厌氧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微生物(anaerobic microbes)(anaerobic microbes)(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

7、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(methane)(methane)和二氧化碳和二氧化碳(carbon dioxide)(carbon dioxide)等物质等物质的过程，也称为的过程，也称为厌氧消化厌氧消化(anaerobic digestion)(anaerobic digestion)。与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢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。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，依靠三大主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

8、群的细菌，即：要类群的细菌，即：水解产酸细菌水解产酸细菌(fermentative bacteria)(fermentative bacteria)产氢产乙酸细菌产氢产乙酸细菌(acetogenic bacteria)(acetogenic bacteria)产甲烷细菌产甲烷细菌(methanogenic bacteria)(methanogenic bacteria)的联合作用完成的联合作用完成。第8页/共73页2023/3/219厌氧消化过程划分为三个连续的阶段，即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。第一阶段为水解酸化阶段。复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、

9、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。第二阶段为产氢产乙酸阶段。在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H2，在降解奇数碳素有机酸时还形成CO2。第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2和H2等转化为甲烷。第9页/共73页2023/3/2110厌氧消化的三个阶段和厌氧消化的三个阶段和CODCOD转化率转化率(1)水解酸化(2)产氢产乙酸(3)产甲烷复杂有机物高级有机酸H2乙酸CH4第10页/共73页2023/3/2111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，另一此

10、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，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的l/3l/3后者约占后者约占2/32/3。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主的废水中，污染物为主的废水中，水解水解易成为速度限制步骤易成为速度限制步骤；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废水，物为主的废水

11、，产甲烷产甲烷易成为限速阶段。易成为限速阶段。返回目录第11页/共73页2023/3/211212123 3厌氧法的工艺和设备厌氧法的工艺和设备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(anaerobic activated sludge)和和厌氧生厌氧生物膜法物膜法(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分批式分批式(batch)、连续式连续式(continuous)和和半连续式半连续式(semi-continuous)；根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在同一反应器中并在同

12、一工艺条件下完成，在同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为又可分为一步厌氧消化一步厌氧消化(one stage digestion)与与两步厌氧消化两步厌氧消化(two stage digestion)等等厌氧活性污泥法包括厌氧活性污泥法包括普通消化池普通消化池、厌氧接触厌氧接触工艺工艺、上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器等。等。第12页/共73页2023/3/211312123 31 1普通厌氧消化池普通厌氧消化池普通消化池又称传统或常规消化池(conventional digester)。消化池常用密闭的圆柱形池，废水定期或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别由消化池底和上

13、部排出，所产沼气从顶部排出。L池径从几米至三、四十米，柱体部分的高度约为直径的1/2，池底呈圆锥形，以利排泥。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：(a)池内机械搅拌；(b)沼气搅拌；(c)循环消化液搅拌。第13页/共73页2023/3/2114螺旋桨搅拌的消化池螺旋桨搅拌的消化池污泥排出管检修口搅拌器沼气排出管集气罩第14页/共73页2023/3/2115循环消化液搅拌式消化池循环消化液搅拌式消化池高温厌氧消化需要加温，常用加热方式有三种:(a)废水在消化池外先经热交换器预热到规定温度再进入消化池；(b)热蒸汽直接在消化器内加热；(c)在消化池内部安装热交换管。污循环

14、消化液排泥蒸汽沼气进水出水第15页/共73页2023/3/2116普通消化池的特点是:可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较简单。厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较简单。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。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。对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象严重，微生物不能与料液均匀接触的对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象严重，微生物不能与料液均匀接触的问题。问题。温度不均匀，消化效率低

15、。温度不均匀，消化效率低。第16页/共73页2023/3/211712123 32 2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 contact process)。厌氧接触法工艺进水沼气消化池沉淀池剩余污泥回流污泥出水真空脱气器第17页/共73页2023/3/2118厌氧接触法的特点:（a a）通通过过污污泥泥回回流流，保保持持消消化化池池内内污污泥泥浓浓度度较较高高，一一般般为为101015g/L15g/L，耐耐冲击能力强；冲击能力强；（b b）消消化化池池的的容容积积负负

16、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 2l0kgCOD/ml0kgCOD/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151530d30d，而而接接触触法法小小于于10d10d；第18页/共73页2023/3/2119（c c）可以直接处理悬浮固体含量较）可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，不存在堵塞高或颗粒较大的料液，不存在堵塞问题；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）但需增加沉淀池

17、、污泥回流和脱气等设备脱气等设备（f f）厌氧接触法存在）厌氧接触法存在混合液难于在混合液难于在沉淀池中进行固液分离沉淀池中进行固液分离的缺点的缺点。第19页/共73页2023/3/2120几种脱气方法:L(a)(a)真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气器真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气器(真空度为真空度为0.005 MPa)0.005 MPa)，将污，将污泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉降性能；泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉降性能；(b)(b)热交换器急冷法，将从消化池排出的混合液进行急速冷却。热交换器急冷法，将从消化池排出的混合液进行急速冷却。(c)(c)絮凝沉降，向混合液中

18、投加絮凝剂，使厌氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降；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；(d)(d)用超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效果用超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效果。第20页/共73页2023/3/212112123 33 3上流式厌氧污泥床反应上流式厌氧污泥床反应器器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 upflow anaerobic sludge blanket reactor)reactor)，简称，简称UASBUASB反应器，是由荷兰的反应器，是由荷兰的G.Lettnga

19、G.Lettnga等人在等人在7070年代年代初研制开发的。污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化初研制开发的。污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器。器。由由反应区反应区(reaction region)(reaction region)、沉淀区沉淀区(settling region)(settling region)和和气室气室(gas collection dome)(gas collection dome)三部分组成。三部分组成。第21页/共73页2023/3/2122UASBUASB反应器示意图反应器示意图颗粒污泥层悬浮污泥层出水进水三相分离器沉淀区沼气气室第22页

20、/共73页2023/3/2123第23页/共73页2023/3/2124第24页/共73页2023/3/2125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，底部呈锥形或圆弧形。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3 8m，其中污泥床1 2m，污泥悬浮层24m，多用钢结构或钢筋混凝土结构，上流式厌氧污泥床反应器的特点上流式厌氧污泥床反应器的特点:（a a）反应器内污泥浓度高，）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓一般平均污泥浓度为度为303040g/L40g/L，其中底部，其中底部污泥床污泥床(sludge(sludge bed)bed)污泥浓度污泥浓

21、度606080g/L80g/L，污泥悬浮层污泥悬浮层(sludge blanket)(sludge blanket)污泥浓度污泥浓度5 57g/L7g/L；第25页/共73页2023/3/2126 污泥床中的污泥由活性生物量占污泥床中的污泥由活性生物量占70708080的高度发展的的高度发展的颗粒污泥颗粒污泥(sludge granules)(sludge granules)组成，颗粒的直径一般在组成，颗粒的直径一般在0.50.55.0mm5.0mm之间，之间，颗粒污泥是颗粒污泥是UASBUASB反应器的一个重要特征反应器的一个重要特征。（b b）有机负荷高，）有机负荷高，水力停留时间短，中温

22、消水力停留时间短，中温消化，化，CODCOD容积负荷一般为容积负荷一般为101020kg 20kg COD/(mCOD/(m3 3d)d)；（c c）反应器内设三相分离器）反应器内设三相分离器，被沉淀区分离，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；流设备；（d d）无混合搅拌设备。）无混合搅拌设备。投产运行正常后，利投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动；用本身产生的沼气和进水来搅动；第26页/共73页2023/3/2127（e e）污泥床内不填载体，）污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。节省造价及避免堵塞问题。（f f）反

23、应器内有短流现象，）反应器内有短流现象，影响处理能力。进水中的悬浮影响处理能力。进水中的悬浮物应比普通消化池低得多，特别是难消化的有机物固体不宜太高，以免对污物应比普通消化池低得多，特别是难消化的有机物固体不宜太高，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞；泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞；（g g）运行启动时间长，）运行启动时间长，对水质和负荷突然变化比较敏感。对水质和负荷突然变化比较敏感。第27页/共73页2023/3/212812123 34 4厌氧滤池厌氧滤池厌氧滤池（厌氧滤池（anaerobic filteranaerobic filter又称又称厌氧

24、固定膜厌氧固定膜反应器，是上世纪反应器，是上世纪6060年代末开发的年代末开发的新型高效厌氧处理装置。新型高效厌氧处理装置。滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。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。膜作用下，废水中的有机物被降解，并产生沼气，沼气从池顶部排出。第28页/共73页2023/3/2129废水从池底进入，从池上部排出，称升流式厌氧滤池；废水从池上部进入，以降流的形式流

25、过填料层，从池底部排出，称降流式厌氧滤池。进水出水沼气虑料承托层布水板第29页/共73页2023/3/2130厌氧生物滤池的特点及改进：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泥的形式存在于滤料的孔隙中。污泥的形式存在于滤料的孔隙中。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，相应的有机物去除速度快。物去除速度快。当废水中有机物浓度高时，特别是进水悬浮固体浓度和颗粒较大时，进水部当废水中有机物浓度高时，特别是进水悬浮固体浓度

26、和颗粒较大时，进水部位容易发生堵塞现象位容易发生堵塞现象。第30页/共73页2023/3/2131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。厌氧生物滤池的特点是：厌氧生物滤池的特点是：（a a）由于填料为微生物附着生长提供了较大的表面积，滤池中的微生物量较高，又因生物膜停留时间长，平均停留时间长达100天左右，因而可承受的有机容积负荷高，COD容积负荷为216 kgCOD/(m3d)，且耐冲击负荷能力强；第31页/共73页2023/3/2132（b b）废水与生物膜两相

27、接触面大，强化了传质过程，因而有机物去除速度快；）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；（c c）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；）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；（d d）启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短。）启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短。（e e）处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发生堵塞，尤以进水部位更严重。）处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发生堵塞，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。滤池的清洗也还没有简单有效的方法。第32页/共73页2023/3/213312123

28、 35 5厌氧流化床厌氧流化床进水出水循环泵沼气载体平移的上界面第33页/共73页2023/3/2134厌氧流化床特点:（a a）载体颗粒细，比表面积大，可高达）载体颗粒细，比表面积大，可高达20003000m2/m3左右，使床内左右，使床内具有很高的微生物浓度，因此有机物容积负荷大，一般为具有很高的微生物浓度，因此有机物容积负荷大，一般为1040kgCOD/m3d，水力停留时间短，具有较强的耐冲击负荷能力，水力停留时间短，具有较强的耐冲击负荷能力，运行稳定；运行稳定；（b b）载体处于流化状态，无床层堵塞现象，对高、中、低浓度废水均表现出）载体处于流化状态，无床层堵塞现象，对高、中、低浓度废

29、水均表现出较好的效能；较好的效能；第34页/共73页2023/3/2135（c c）载体流化时，废水与微生物之间接触面大，同时两者相对运动速度快，）载体流化时，废水与微生物之间接触面大，同时两者相对运动速度快，强化了传质过程，从而具有较高的有机物净化速度；强化了传质过程，从而具有较高的有机物净化速度；（d d）床内生物膜停留时间较长，剩余污泥量少；）床内生物膜停留时间较长，剩余污泥量少；（e e）结构紧凑、占地少以及基建投资省等。）结构紧凑、占地少以及基建投资省等。（f f）但载体流化耗能较大，且对系统的管理技术要求较高。）但载体流化耗能较大，且对系统的管理技术要求较高。第35页/共73页20

30、23/3/2136为了降低动力消耗和防止床层堵塞，可采取如下措施：（a a）间歇性流化床工艺，即以固定床与流化床间歇性交替操作。固定床操作时，不需回流，在一定时间间歇）间歇性流化床工艺，即以固定床与流化床间歇性交替操作。固定床操作时，不需回流，在一定时间间歇后，又启动回流泵，呈流化床运行；后，又启动回流泵，呈流化床运行；（b b）尽可能取质轻、粒细的载体，如粒径）尽可能取质轻、粒细的载体，如粒径2030m、相对密度1.051.2g/cm3的载体。保持低的回流量，的载体。保持低的回流量，甚至免除回流就可实现床层流态化甚至免除回流就可实现床层流态化。第36页/共73页2023/3/21371212

31、3 36 6厌氧生物转盘和挡板反应厌氧生物转盘和挡板反应器器厌氧生物转盘厌氧生物转盘的构造与好氧生物转盘相似，不同之处在于盘片大部分的构造与好氧生物转盘相似，不同之处在于盘片大部分 (70(70以上以上)或全部浸没在废水中，为保证厌氧条件和收集沼气，整个生物转盘或全部浸没在废水中，为保证厌氧条件和收集沼气，整个生物转盘设在一个密闭的容器内。设在一个密闭的容器内。厌氧挡板反应器厌氧挡板反应器是从研究厌氧生物转盘发展而来的，生物转盘不转动即变成是从研究厌氧生物转盘发展而来的，生物转盘不转动即变成厌氧挡板反应器。厌氧挡板反应器。挡板反应器与生物转盘相比，可减少盘的片数和省去转动装置挡板反应器与生物转

32、盘相比，可减少盘的片数和省去转动装置。第37页/共73页2023/3/2138厌氧生物转盘示意图厌氧生物转盘示意图进水沼气隔板转轴反应出水转动盘片固定盘片第38页/共73页2023/3/2139厌氧挡板反应器示意图厌氧挡板反应器示意图进水循环泵出水沼气回流挡板第39页/共73页2023/3/2140厌氧生物转盘的特点：（a a）厌氧生物转盘内微生物浓度高，因此有机物容积负荷高，水力停留时间）厌氧生物转盘内微生物浓度高，因此有机物容积负荷高，水力停留时间短；短；（b b）无堵塞问题，可处理较高浓度的有机废水；）无堵塞问题，可处理较高浓度的有机废水；（c c）一般不需回流，所以动力消耗低；）一般不

33、需回流，所以动力消耗低；（d d）耐冲击能力强，运行稳定，运转管理方便。但盘片造价高。）耐冲击能力强，运行稳定，运转管理方便。但盘片造价高。第40页/共73页2023/3/214112123 37 7两步厌氧法和复合厌氧法两步厌氧法和复合厌氧法厌氧消化反应分别在两个独立的反应器中进行，厌氧消化反应分别在两个独立的反应器中进行，每一反应器完成一个阶段的每一反应器完成一个阶段的反应反应，比如一为产酸阶段，另一为产甲烷阶段，故又称，比如一为产酸阶段，另一为产甲烷阶段，故又称两段式厌氧消化法两段式厌氧消化法。按照所处理的废水水质情况，两步按照所处理的废水水质情况，两步可以采用同类型或不同类型的消化反应

34、器可以采用同类型或不同类型的消化反应器。第一步反应器可采用简易非密闭装置、在常温、较宽第一步反应器可采用简易非密闭装置、在常温、较宽pHpH值范围条件下运行；值范围条件下运行；第二步反应器则要求严格密封、严格控制温度和第二步反应器则要求严格密封、严格控制温度和pHpH值范围。值范围。第41页/共73页2023/3/2142接触消化池接触消化池-上流式污泥床两步消化工上流式污泥床两步消化工艺艺水解产酸反应，控制条件使之产生脂肪酸，尽量不产生沼气沉降分离，去除不溶性有机物出水沼气排泥进水热交换器废水被加热到需要的温度产甲烷阶段，使第一步反应产生的有机酸生成甲烷和二氧化碳等最终产物第42页/共73页

35、2023/3/2143两步厌氧法具有如下特点:（a a）耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免了一步法不耐高有机酸浓度的缺陷；）耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免了一步法不耐高有机酸浓度的缺陷；（b b）两阶段反应不在同一反应器中进行，互相影响小，可更好地控制工艺条）两阶段反应不在同一反应器中进行，互相影响小，可更好地控制工艺条件；件；（c c）消化效率高，尤其适于处理含悬浮固体多、难消化降解的高浓度有机废）消化效率高，尤其适于处理含悬浮固体多、难消化降解的高浓度有机废水。水。（d d）但两步法设备较多，流程和操作复杂。）但两步法设备较多，流程和操作复杂。第43页/共73页2023/3/2144纤维填

36、料厌氧滤池和上流式厌氧污泥床纤维填料厌氧滤池和上流式厌氧污泥床复合法工艺复合法工艺返回目录出水进水沼气产甲烷阶段，使第一步反应产生的有机酸生成甲烷和二氧化碳等最终产物废水箱泵流量计复合厌氧反应器沉淀池第44页/共73页2023/3/214512124 4厌氧法的影响因素厌氧法的影响因素控制厌氧处理效率的基本因素有两类控制厌氧处理效率的基本因素有两类:一类是基础因素，包括一类是基础因素，包括微生物量微生物量 (污泥浓度污泥浓度)、营养比、混合接触状况、有、营养比、混合接触状况、有机负荷等；机负荷等；另一类是环境因素，如另一类是环境因素，如温度、温度、pHpH值、氧化还原电位、有毒物质值、氧化还原

37、电位、有毒物质等。等。产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。程速率的限制步骤。第45页/共73页2023/3/214612124 41 1温度条件温度条件各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，产甲烷菌的温度范围为产甲烷菌的温度范围为5 56060。在在3535和和5353上下可以分别获得较高的消化效率，温度为上下可以分别获得较高的消化效率，温度为40404545时，厌时，厌氧消化效率较低。氧消化效率较低。据产甲烷菌适宜温度条件的不同，

38、厌氧法可分为据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可分为常温消化常温消化、中温消化中温消化和和高温高温消化消化三种类型。三种类型。第46页/共73页2023/3/2147温度对厌氧消化过程的影响温度对厌氧消化过程的影响第47页/共73页2023/3/2148温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。短时内温度升降温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。短时内温度升降55，沼气，沼气产量明显下降，波动的幅度过大时，甚至停止产气。产量明显下降，波动的幅度过大时，甚至停止产气。温度的波动，不仅影响沼气产量，还影响沼气中甲烷的含量，尤其高温消化温度的波动，不仅影响沼气产量，还影响沼气中甲烷的含量，

39、尤其高温消化对温度变化更为敏感。对温度变化更为敏感。温度的暂时性突然降低不会使厌氧消化系统遭受根本性的破坏，温度一经恢温度的暂时性突然降低不会使厌氧消化系统遭受根本性的破坏，温度一经恢复到原来水平时，处理效率和产气量也随之恢复复到原来水平时，处理效率和产气量也随之恢复。第48页/共73页2023/3/214912124 42 pH2 pH值值每种微生物可在一定的每种微生物可在一定的pHpH值范围内活动，产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其值范围内活动，产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的适宜的pHpH值范围较广，在值范围较广，在4.58.0之间。之间。产甲烷菌要求环境介质产甲烷菌要求环境

40、介质pHpH值在中性附近，最适宜值在中性附近，最适宜pHpH值为值为7.07.2，pH 6.67.4较较为适宜。为适宜。在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，避免过多的酸积累，常保持反应器内的pH值在6.57.5(最好在6.87.2)的范围内。第49页/共73页2023/3/2150在在厌厌氧氧消消化化过过程程中中，pHpH值值的的升升降降变变化化除除了了外外界界因因素素的的影影响响之之外外，还还取取决决于于有有机物代谢过程中某些产物的增减。机物代谢过程中某些产物的增减。产产酸酸作作用用产产物物使使有有机机酸酸的的含含量量增增加加，会会使使pHpH值

41、值下下降降。含含氮氮有有机机物物分分解解产产物物氨氨的增加，会引起的增加，会引起pHpH值升高。值升高。在在厌厌氧氧处处理理中中，pH值值除除受受进进水水的的pH影影响响外外，主主要要取取决决于于代代谢谢过过程程中中自自然然建建立的缓冲平衡，取决于挥发酸、碱度、立的缓冲平衡，取决于挥发酸、碱度、CO2、氨氮、氢之间的平衡。氨氮、氢之间的平衡。第50页/共73页2023/3/215112124 43 3氧化还原电位氧化还原电位无氧环境是严格厌氧的产甲烷菌繁殖的最基本条件之一。产甲烷菌对氧和氧无氧环境是严格厌氧的产甲烷菌繁殖的最基本条件之一。产甲烷菌对氧和氧化剂非常敏感，这是因为它不象好氧菌那样具

42、有过氧化氢酶。化剂非常敏感，这是因为它不象好氧菌那样具有过氧化氢酶。氧是影响厌氧反应器中氧化还原电位条件的重要因素，但不是唯一因素。氧是影响厌氧反应器中氧化还原电位条件的重要因素，但不是唯一因素。挥发性有机酸的增减、挥发性有机酸的增减、pHpH值的升降以及铵离子浓度的高低等因素均影响系统值的升降以及铵离子浓度的高低等因素均影响系统的还原强度。如的还原强度。如pHpH值低，氧化还原电位高；值低，氧化还原电位高；pHpH值高，氧化还原电位低。值高，氧化还原电位低。第51页/共73页2023/3/215212124 44 4有机负荷有机负荷在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简在厌氧法中，有机负

43、荷通常指容积有机负荷，简称称容积负荷容积负荷，即消化器单位有效容积每天接受的，即消化器单位有效容积每天接受的有机物量（有机物量（kgCOD/mkgCOD/m3 3d)d)。对悬浮生长工艺，也有用对悬浮生长工艺，也有用污泥负荷污泥负荷表达的，即表达的，即kg kg COD/(kgCOD/(kg污泥污泥d)d)。在污泥消化中，有机负荷习惯上以在污泥消化中，有机负荷习惯上以投配率投配率或或进料进料率率表达，即每天所投加的湿污泥体积占消化器有表达，即每天所投加的湿污泥体积占消化器有效容积的百分数。效容积的百分数。由于各种湿污泥的含水率、挥发组分不尽一致，由于各种湿污泥的含水率、挥发组分不尽一致，投配率

44、不能反映实际的有机负荷，为此，又引入投配率不能反映实际的有机负荷，为此，又引入反应器单位有效容积每天接受的挥发性固体质量反应器单位有效容积每天接受的挥发性固体质量这一参数，即这一参数，即kgMLVSS/mkgMLVSS/m3 3d d。第52页/共73页2023/3/2153有机负荷值因工艺类型、运行条件以及废水中污染物的种类及其浓度而异。有机负荷值因工艺类型、运行条件以及废水中污染物的种类及其浓度而异。在通常的情况下，常规厌氧消化工艺中温处理高浓度工业废水的有机负荷为在通常的情况下，常规厌氧消化工艺中温处理高浓度工业废水的有机负荷为23 kgCOD/(m3d)，在高温下为，在高温下为46 k

45、gCOD /(m3d)。上流式厌氧污泥床反应器、厌氧滤池、厌氧流化床等新型厌氧工艺的有机负上流式厌氧污泥床反应器、厌氧滤池、厌氧流化床等新型厌氧工艺的有机负荷在中温下为荷在中温下为515 kgCOD/(m3d)，可高达，可高达30 kgCOD/(m3d)。在处。在处理具体废水时，最好通过试验来确定其最适宜的有机负荷。理具体废水时，最好通过试验来确定其最适宜的有机负荷。第53页/共73页2023/3/215412124 45 5厌氧活性污泥厌氧活性污泥厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成。厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成。厌氧活性污泥的

46、浓度和性状与消化的效能有密切的关系。性状良好的污泥是厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关系。性状良好的污泥是厌氧消化效率的基础保证。厌氧消化效率的基础保证。厌氧活性污泥的性质主要表现为它的作用效能与沉降性能。厌氧活性污泥的性质主要表现为它的作用效能与沉降性能。故在一定的范围内，活性污泥浓度愈高，厌氧消化的效率也愈高。但也不是故在一定的范围内，活性污泥浓度愈高，厌氧消化的效率也愈高。但也不是越高越好越高越好。第54页/共73页2023/3/215512124 46 6搅拌和混合搅拌和混合通过搅拌可消除池内梯度，增加食料与微生物之间的接触，避免产生分层，通过搅拌可消除池内梯度，增加食料与

47、微生物之间的接触，避免产生分层，促进沼气分离。促进沼气分离。在连续投料的消化池中，还使进料迅速与池中原有料液相混匀。在连续投料的消化池中，还使进料迅速与池中原有料液相混匀。在传统厌氧消化工艺中，也将有搅拌的消化器称为高效消化器。在传统厌氧消化工艺中，也将有搅拌的消化器称为高效消化器。搅拌程度与强度要适当。搅拌程度与强度要适当。第55页/共73页2023/3/2156搅拌的方法：（a）机械搅拌器搅拌法；机械搅拌器搅拌法；（b b）消化液循环搅拌法；）消化液循环搅拌法；（c c）沼气循环搅拌法等。其中沼气循环搅拌，还有利于使沼气中的）沼气循环搅拌法等。其中沼气循环搅拌，还有利于使沼气中的CO2作为

48、产作为产甲烷的底物被细菌利用，提高甲烷的产量。甲烷的底物被细菌利用，提高甲烷的产量。厌氧滤池和上流式厌氧污泥床等新型厌氧消化设备，虽没有专设搅拌装置，厌氧滤池和上流式厌氧污泥床等新型厌氧消化设备，虽没有专设搅拌装置，但以上流的方式连续投入料液，通过液流及其扩散作用，也起到一定程度的但以上流的方式连续投入料液，通过液流及其扩散作用，也起到一定程度的搅拌作用。搅拌作用。第56页/共73页2023/3/215712124 47 7废水的营养比废水的营养比厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取碳、氮、磷以及其他微量元素。工厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取碳、氮、磷以及其他微量元素。工程上主要控制

49、进料的碳、氮、磷比例，因为其他营养元素不足的情况较少见。程上主要控制进料的碳、氮、磷比例，因为其他营养元素不足的情况较少见。厌氧法中碳厌氧法中碳:氮氮:磷控制为磷控制为(200(200300):5:1300):5:1为宜。为宜。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要。研究表明，合适在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要。研究表明，合适的的C/NC/N为为(10(1018):118):1。第57页/共73页2023/3/2158 C/N C/N与新细胞合成与新细胞合成量量氮浓度与处理量的关系氮浓度与处理量的关系 及产气量关系及产气量关系第58页/共73页2023/3/

50、215912124 48 8有毒物质有毒物质包括有毒有机物、重金属离子和一包括有毒有机物、重金属离子和一些阴离子等。对有机物来说，带醛些阴离子等。对有机物来说，带醛基、双键、氯取代基、苯环等结构，基、双键、氯取代基、苯环等结构，往往具有抑制性。往往具有抑制性。有毒物质的最高容许浓度与处理系有毒物质的最高容许浓度与处理系统的运行方式、污泥驯化程度、废统的运行方式、污泥驯化程度、废水特性、操作控制条件等因素有关。水特性、操作控制条件等因素有关。返回目录第59页/共73页2023/3/216012125 5厌氧设备的运行管理厌氧设备的运行管理 12 125 51 1厌氧设备的启动厌氧设备的启动厌氧处