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简述厌氧折流板反应器的原理及发展摘要：着重介绍了厌氧处理技术原理及第一代反应器到第三代反应器的发展过程,分析了新型第三代工艺-ABR反应器的性能特点及发展。
关键字：厌氧 ABR工艺厌氧反应器厌氧折流板反应器随着工业的飞速发展和人口的不断增加，能源，资源和环境等问题日趋严重，近30年来，能源的短缺变的突出。
采用传统的好氧生物处理方法处理废水要消耗大量能源，发达国家用于废水的能耗已占到了全国总电耗的1%左右。
废水好氧生物处理方法的实质是利用电能的消耗型来达到改善废水品质使其符合水域环境质量要求的一种技术措施。
所以，废水好氧生物处理是耗能型的废水处理技术。
在众多的废水生物处理工艺中，人们又重新认识采用厌氧生物处理工艺处理有机废水和有机废物技术。
1废水厌氧生物处理概述1.1 厌氧消化的基本原理有机物厌氧消化产甲烷过程是一个非常复杂的由多种微生物共同作用的生化过程。
M.P.Bryany（1979）根据对产甲烷菌和产氢产乙酸菌的研究结果，提出了三阶段理论。
第一阶段为水解发酵阶段。
在该阶段，复杂的有机物在厌氧菌孢外酶的作用下，首先被分解成简单的有机物，如纤维素经水解转化成较简单的糖类；蛋白质转化成较简单的氨基酸；脂类转化成脂肪酸和甘油等。
参与这个阶段的水解发酵菌主要是厌氧菌和兼性厌氧菌。
第二阶段为产氢产乙酸阶段。
在该阶段，产氢产乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以为的第一阶段产生的中间产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸，和醇类等转化成乙酸和兼性厌氧菌。
第三阶段为产甲烷阶段。
在高阶段中，产甲烷菌把第一阶段和第二阶段产生的乙酸、H2、和CO2等转化为甲烷。
1.2 厌氧处理工艺的发展概况废水厌氧生物处理技术发展至今，已有120多年的了。
早在1860年法国人Louis Mouras把简易沉淀池改进为污水污泥处理构筑物使用。
1890年，Scoot-Moncereff第一个初步的厌氧滤池建造了一个底部空，上边铺一层石子的消化池。
这也是第一个初步的厌氧滤池。
厌氧微生物处理反应式：→⎪⎭⎫ ⎝⎛•-•--++O H d e d s b c n N O H C c b a n 242092+•+⎪⎭⎫ ⎝⎛•-•--+•N O H C d s CO d e d s C n CH d e 2752420858-+⎪⎭⎫ ⎝⎛•-+⎪⎭⎫ ⎝⎛•-342020HCO d s C NH d s C (15—1)式（15-1）中，括号内的符号和数值为反应的平衡系数，其中：d=4n+a-2b-3c 。
s 值代表转化成细胞的部分有机物，值代表转化成沼气的部分有机物。
设 1=+e s （15—2） s 值随有机物成分、厌氧反应器中污泥泥龄和微生物细胞的自身氧化系数（1/d ）而变化：()()c d c d e k k a s θθ•+•+=12.01 （15—3） 式（15-3）中，0.2代表细胞不可降解的系数，a e 为转化成微生物细胞的有机物的最大系数值。
几种废物厌氧消化的a e 值（以COD 计的比值）如表15-1所示。
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，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。
因而粗略地将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，如图15-2所示。
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、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。
碳水化合物、脂肪和蛋白质的水熔酸化过程分别为：由于简单碳水化合物的分解产酸作用，要比含氮有机物的分解产氨作用迅速，故蛋白质的分解在碳水化合物分解后产生。
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。
第十五章污水的厌氧生物处理1．厌氧生物处理的基本原理是什么？答：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 (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烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。
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，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。
2、厌氧发酵分为哪个阶段？为什么厌氧生物处理有中温消化和高温消化之分？污水的厌氧生物处理有什么优势，又有哪些不足之处？答：通常厌氧发酵分为三个阶段：第一阶段为水解发酵阶段：复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下，首先被分解为简单的有机物。
继而简单的有机物在产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化转化成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等。
第二阶段为产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌把第一阶段中产生的中间产物转化为乙酸和氢,并有二氧化碳生成。
第三阶段为产甲烷阶段：产甲烷菌把第一阶段和第二阶阶段产生的乙酸、氢气和二氧化碳等转化为甲烷.厌氧生物处理可以在中温(35℃一38℃)进行（称中温消化)，也可在高温（52℃一55℃)进行(称高温消化）。
因为在厌氧生物处理过程中需考虑到各项因素对产甲烷菌的影响,因为产甲烷菌在两个温度段(即35℃一38℃和52℃一55℃)时，活性最高，处理的效果最好.厌氧生物处理优势在于：应用范围广,能耗低，负荷高，剩余污泥量少，其浓缩性、脱水性良好，处理及处置简单.另外，氮、磷营养需要量较少,污泥可以长期贮存，厌氧反应器可间歇性或季节性运转.其不足之处：厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备长；出水达不到要求，需进一步进行处理;处理系统操作控制因素较复杂；过程中产生的异味与气体对空气有一定影响。
3、影响厌氧生物处理的主要因素有哪些？提高厌氧处理的效能主要从哪些方面考虑？答：影响厌氧生物处理的主要因素有如下：pH、温度、生物固体停留时间、搅拌和混合、营养与C/N比、氧化还原电位、有机负荷、厌氧活性污泥、有毒物质等。
厌氧生物处理3.1基本概念3.1.1厌氧生物处理的基本原理一、厌氧生物处理的基本生物过程及其特征——又称厌氧消化、厌氧发酵；——实际上，是指在厌氧条件下由多种（厌氧或兼性）微生物的共同作用下，使有机物分解并产生CH4和CO2的过程。
1、厌氧生物处理工艺的发展简史：①上述的厌氧过程广泛地存在于自然界中；②人类第一次利用厌氧消化处理废弃物，是始于1881年——Louis Mouras的“自动净化器”；③随后人类开始较大规模地应用厌氧消化过程来处理城市污水（如化粪池、双层沉淀池等）和剩余污泥（如各种厌氧消化池等）；——长的HRT、低的处理效率、浓臭的气味等；④50、60年代，特别是70年代中后期，随着能源危机的加剧，人们对利用厌氧消化过程处理有机废水的研究得以强化，出现了一批被称为现代高速厌氧消化反应器的处理工艺，厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理；——HRT大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率也大大提高；——厌氧接触法、厌氧滤池（AF）、上流式厌氧污泥床（UASB）反应器、厌氧流化床（AFB）、AAFEB、厌氧生物转盘（ARBC）和挡板式厌氧反应器等；——HRT与SRT分离，SRT相对很长，HRT则可以较短，反应器内生物量很高。
⑤最近（90年代以后），随着UASB反应器的广泛应用，在其基础上又发展起来了EGSB和IC反应器；——EGSB反应器可以在较低温度下处理低浓度的有机废水；——IC反应器则主要应用于处理高浓度有机废水，可以达到更高的有机负荷。
2、厌氧消化过程的基本生物过程①两阶段理论：——30~60年代，被普遍接受的是“两阶段理论”第一阶段：发酵阶段，又称产酸阶段或酸性发酵阶段；——水解和酸化，产物主要是脂肪酸、醇类、CO2和H2等；——主要参与微生物统称为发酵细菌或产酸细菌；——其特点有：1）生长快，2）适应性（温度、pH等）强。
●第二阶段：产甲烷阶段，又称碱性发酵阶段；——产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2；——主要参与微生物统称为产甲烷菌；——其特点有：1）生长慢；2）对环境条件（温度、pH、抑制物等）非常敏感。
第十五章污水的厌氧生物处理一、填空题1．methanogenesis的中文翻译为：______；堆肥的英文为：______。
[中国科学技术大学2012年研]【答案】产甲烷作用；compost【解析】methanogenesis的中文翻译是产甲烷作用，是厌氧消化的最后阶段。
在该阶段中，产甲烷菌把第一阶段和第二阶段产生的乙酸、H2和CO2等转化为甲烷。
堆肥的英文是compost，堆肥是指利用含有肥料成分的动植物遗体和排泄物，加上泥土和矿物质混合堆积，在高温、多湿的条件下，经过发酵腐熟、微生物分解而制成的一种有机肥料。
2．列举3种厌氧生物处理装置：______、______和______。
[宁波大学2015年研]【答案】化粪池；普通厌氧消化池；厌氧生物滤池【解析】在没有分子氧及化合态氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法称为厌氧生物处理。
处理工艺包括化粪池、普通厌氧消化池、厌氧生物滤池、厌氧接触法、升流式厌氧污泥床反应器、厌氧流化床和颗粒污泥膨胀床、厌氧内循环反应器、厌氧折流板反应器、厌氧生物转盘、厌氧序批式反应器、两相厌氧法和分段厌氧处理法等。
3．厌氧消化过程划分为三个连续的阶段，即______、______和______。
[中国科学技术大学2015年研；宁波大学2017年研]【答案】水解发酵阶段；产氢产乙酸阶段；产甲烷阶段【解析】厌氧消化分为三个阶段，包括：①水解发酵阶段，在该阶段复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下，首先被分解成简单的有机物，参与这个阶段的水解发酵菌主要是专性厌氧菌和兼性厌氧菌；②产氢产乙酸阶段，在该阶段产氢产乙酸菌把除乙酸、甲烷、甲醇以外的第一阶段产生的中间产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等转化成乙酸和氢气，并有CO2产生；③产甲烷阶段，在该阶段产甲烷菌把第一阶段和第二阶段产生的乙酸、H2和CO2等转化为甲烷。
4．厌氧消化通过搅拌使污泥和底物充分混合，搅拌方式有______、______、______。
三、厌氧生物处理的影响因素——产甲烷反应是厌氧消化过程的控制阶段，因此，一般来说，在讨论厌氧生物处理的影响因素时主要讨论影响产甲烷菌的各项因素；——主要因素有：温度、pH值、氧化还原电位、营养物质、F/M比、有毒物质等。
1、温度：●温度对厌氧微生物的影响尤为显著：●厌氧细菌可分为嗜热菌（或高温菌）、嗜温菌（中温菌）；相应地，厌氧消化分为：高温消化（55︒C左右）和中温消化（35︒C左右）；●高温消化的反应速率约为中温消化的1.5~1.9倍，产气率也较高，但气体中甲烷含量较低；●当处理含有病原菌和寄生虫卵的废水或污泥时，高温消化可取得较好的卫生效果，消化后污泥的脱水性能也较好；●随着新型厌氧反应器的开发研究和应用，温度对厌氧消化的影响不再非常重要（新型反应器内的生物量很大），因此可以在常温条件下（20~25︒C）进行，以节省能量和运行费用。
2、pH值和碱度：●pH值是厌氧消化过程中的最重要的影响因素；●重要原因：产甲烷菌对pH值的变化非常敏感，一般认为，其最适pH值范围为6.8~7.2，在<6.5或>8.2时，产甲烷菌会受到严重抑制，而进一步导致整个厌氧消化过程的恶化；●厌氧体系中的pH值受多种因素的影响：进水pH值、进水水质（有机物浓度、有机物种类等）、生化反应、酸碱平衡、气固液相间的溶解平衡等；●厌氧体系是一个pH值的缓冲体系，主要由碳酸盐体系所控制；●一般来说：系统中脂肪酸含量的增加（累积），将消耗`HCO_3^-`,使pH下降；但产甲烷菌的作用不但可以消耗脂肪酸，而且还会产生`HCO_3^-`，使系统的pH值回升。
●碱度曾一度在厌氧消化中被认为是一个至关重要的影响因素，但实际上其作用主要是保证厌氧体系具有一定的缓冲能力，维持合适的pH值；●厌氧体系一旦发生酸化，则需要很长的时间才能恢复。
3、氧化还原电位：●严格的厌氧环境是产甲烷菌进行正常生理活动的基本条件；●非产甲烷菌可以在氧化还原电位为+100~ -100mv的环境正常生长和活动；●产甲烷菌的最适氧化还原电位为-150~ -400mv，在培养产甲烷菌的初期，氧化还原电位不能高于-330mv；4、营养要求：●厌氧微生物对N、P等营养物质的要求略低于好氧微生物，其要求COD：N：P = 200：5：1；多数厌氧菌不具有合成某些必要的维生素或氨基酸的功能，所以有时需要投加：①K、Na、Ca等金属盐类；②微量元素Ni、Co、Mo、Fe等；③有机微量物质：酵母浸出膏、生物素、维生素等。
厌氧生物处理法废水厌氧生物处理是环境工程与能源工程中的一项重要技术改革，过去，它在构筑物型式上主要采用普通消化池，由于存在水力停留时间长、有机负荷低等缺点，较长时期限制了它在废水处理中的应用。
70年代以来，世界能源短缺日益突出，从节约和利用能源上考虑，废水厌氧处理技术受到重视，开发了各种新型处理工艺和设备，大大提高了厌氧反应器内活性污泥的持留量，使处理时间大大缩短，处理效率有了很多提高。
目前，厌氧生化法不仅可用于处理有机污泥和高浓度有机废水，也可用于处理中、低浓度有机废水，包括城市污水。
厌氧生物处理与好氧生物处理相比具有下列优点：（1）应用范围广。
好氧法因供氧限制一般只适用于中、低浓度有机废水的处理，而厌氧法既用于高浓度有机废水，又适用于中、低浓度有机废水的处理。
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。
（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，而厌氧法不需要充氧，而且产生的沼气能量可以抵偿消耗能量。
（3）负荷高。
通常好氧法的有机容积负荷（BOD）为2～4Kg（m3·d），而厌氧法为2～10Kg（m3·d）。
（4）剩余污泥量少，且污泥浓缩、脱水性良好。
好氧法每去除1KgCOD将产生0.4～0.6Kg生物量，而厌氧法去除1KgCOD只产生0.02～0.1Kg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5％～20％.此外，消化污泥在卫生学上和化学上都是较稳定的，因此剩余污泥的处理和处置简单，运行费用低，甚至可作为肥料利用。
（5）氮、磷营养需要量较少。
好氧一般要求BOD：N：P 为100：5：1，而厌氧法要求的BOD：N：P为100：2.5：0.5，因此厌氧法对氮磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐较少。
（6）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。
（7）厌氧活性污泥可以长期储存，厌氧反应器可以季节性或间歇性运行，在停止运行一段时间后，能较迅速启动。
厌氧生物处理的21个技术问答1、厌氧反应器内出现泡沫、化学沉淀等现象的原因是什么？厌氧反应器中有时会产生大量泡沫，泡沫呈半液半固状，严重时可充满气相空间并带入沼气管道，导致沼气系统的运行困难。
产生泡沫的主要原因是厌氧系统运行不稳定，因为泡沫主要是由于CO2产量太大形成的，当反应器内温度波动或负荷发生突变等情况发生时，均可导致系统运行的不稳定和CO2的产量增加，进而导致泡沫的产生。
如果将运行不稳定因素及时排除，泡沫现象一般也会随之消失。
在厌氧污泥培养初期，由于CO2产量大而甲烷产量少，也会出现泡沫，随着甲烷菌的培养成熟，CO2产量减少，泡沫一般也会逐渐消失。
进水中含有蛋白质是产生泡沫的一个原因，而微生物本身新陈代谢过程中产生的一些中间产物也会降低水的表面张力而生成气泡。
厌氧生物处理过程中大量产气会产生类似好氧处理的曝气作用而形成气泡问题，负荷突然升高所带来的产气量突然增加也可能出现泡沫问题。
碳酸钙（CaCO3）沉淀：处理废水钙含量高或利用石灰补充碱度，都会增加产生碳酸钙沉淀的可能性。
高浓度的碳酸氢盐和磷酸盐都有利于钙的沉淀。
鸟粪石（MgNH4PO4）沉淀：进水中含有较高浓度的溶解性正磷酸盐、氨氮和镁离子时，就会生成鸟粪石沉淀。
厌氧处理系统鸟粪石沉淀主要在管道弯头、水泵入口和二沉池进出口等处出现。
2、厌氧生物处理的三个阶段是怎样的？理论研究认为三个阶段，即厌氧消化过程分为水解发酵阶段、产乙酸产氢阶段、产甲烷阶段三部分。
水解发酵阶段和产乙酸产氢阶段又可合称为酸性发酵阶段。
在这个阶段，污水中的复杂有机物，在酸性腐化菌或产酸菌的作用下，分解成简单的有机物，如有机酸，醇类等，以及CO2、NH3和H2S等无机物。
由于有机酸的积累，污水的pH值下降到6以下。
此后，由于有机酸和含氮化合物的分解，产生碳酸盐和氨等使酸性减退，pH值回升到6.6～6.8左右。
⑴水解酸化阶段。
污水中复杂的大分子、不溶性的有机物在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，水解产生挥发性有机酸、醇类及醛类等。
第19章厌氧生物处理19.1 厌氧生物处理基本原理Bryant认为消化经历四个阶段：1.水解阶段，固态有机物被细菌的胞外酶水解；2.酸化；3.乙酸化阶段,指进入甲烷化阶段之前，代谢中间液态产物都要乙酸化4.第四阶段是甲烷化阶段。
根据厌氧消化的两大类菌群，厌氧消化过程又可分为两个阶段，即：酸性发酵阶段和碱性发酵阶段，如(图 19-1)所示。
1.酸性发酵阶段两阶段理论将液化阶段和产酸阶段合称为酸性发酵阶段。
在酸性发酵阶段，高分子有机物首先在兼性厌氧菌胞外酶的作用下水解和液化，然后渗入细胞体内，在胞内酶的作用下转化为醋酸等挥发性有机酸和硫化物。
pH 值下降。
氢的产生，是消化第一阶段的特征，所以第一阶段也称作“氢发酵”。
兼性厌氧菌在分解有机物的过程中产生的能量几乎全部消耗作为有机物发酵所需的能源，只有少部分合成新细胞。
因此酸性消化时，细胞的增殖很少。
产酸菌在低 pH 值时也能生存，具有适应温度、 pH 值迅速变化的能力。
2.碱性消化阶段专性厌氧菌将消化过程第一阶段产生的中间产物和代谢产物均被甲烷菌利用分解成二氧化碳、甲烷和氨，pH 值上升。
由于消化过程第二阶段的特征是产生大量的甲烷气体，所以第二阶段称为“甲烷发酵”。
由于甲烷菌的生长条件特别严格，即使在合适的条件下其增殖速度也非常小，因此甲烷化过程控制污水或者污泥的厌氧消化进程。
图 19-1 厌氧消化两阶段示意图19.1.1废水处理工艺中的厌氧微生物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 ）。
厌氧消化过程的非产甲烷菌和产甲烷菌的生理特性有较大的差异，对环境条件的要求迥异，见(表19-1)。
表 19-1 产酸菌和产甲烷菌的特性参数参数产甲烷菌产酸菌对 pH 的敏感性敏感，最佳 pH 为 6.8～7.2 不太敏感，最佳 pH 为5.5～7.0氧化还原电位 Eh < -350mv( 中温 ) ， < -560mv( 高温 ) < -150～200mv 对温度的敏感性最佳温度： 30～38 ℃， 50～55 ℃最佳温度： 20～35 ℃非产甲烷菌又称为产酸菌（ acidogens ），它们能将有机底物通过发酵作用产生挥发性有机酸（ VFA ）和醇类物质，使处理系统中液体的 pH 值降低。
