第六章 污水的厌氧生物处理

第六章 污水的厌氧生物处理
传统的厌氧处理：长期限制其应用 七十年代以后：获得了高速发展 厌氧生物处理的对象：
高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动 植物的残体及粪便等
第一节 厌氧生物处理的基本原理
一、 厌氧消化的生化反应阶段
布赖恩特的四阶段理论：
由于水解发酵细菌和产甲烷菌的生理特性和对环境 条件的要求不一致。在实际应用中，经常将甲烷发 酵分为两段：水解发酵产生有机酸阶段和产甲烷段。
发酵系统中的CO2分压很高(20.3～40.5kPa)，发 酵液的实际pH值比在大气条件下的实测值为低。 一般认为，实测值应在7.2～7.4之间为好。 低于 7.0时，pH值有继续下降的趋势，低于6.5时，将 使正常的处理系统遭到破坏。 与原水或污泥pH值有一定关系 ：最好为6～8
高于9或低于5，导致处理系统的pH值很快偏移。
• 采用缺氧－好氧工艺相结合，达到生物脱氮 除磷的目的。 A/O A/A/O
二、厌氧发酵的控制条件 1、温度 两个最适温度：
在35º C和55º C附近
工程中的中温消化温度为 30－38º C（33－35º C）， 高温消化温度为50－55º C， 厌氧消化对温度的变化很 敏感，要求日变化小于 ±2º C，温度突变幅度太大， 会导致系统停止产气。
2、pH值
厌氧发酵的最佳的pH为6.8－7.2
三、消化池的热量计算 将废水提高到池温所需的热量：
Q1＝qv C（t2-t1）
消化池温度高于周围环境，通过池壁、池盖 等散失的热量Q2
Q2＝KA（t2-t1)
第四节 厌氧和好氧技术的联合运用
• 高浓废水的处理，通过厌氧处理，大幅度降 低BOD，以便于进一步进行好氧处理。 • 好氧处理难降解或不降解的有机物，通过厌 氧分解成较小分子，再通过好氧菌进一步分解。 印染废水的处理：
六、分段厌氧处理法
将厌氧发酵过程分别在两个容器中独立进行，维 持各自最佳的环境条件，促进整个厌氧消化过程。 第一段：水解和液化固态有机物为有机酸；缓冲 和稀释负荷冲击与有害物质，并截留难降解的固 态物质。
第二段：保持严格的厌氧条件和pH值，以有利 于甲烷菌的生长，降解、稳定有机物，产生含甲 烷较多的消化气，截留悬浮物质，改善出水水质。
三、工 艺操作条件 （1）生物量 以污泥浓度表示 污泥浓度大，最大处理 能力也大 。存在一个最 佳污泥浓度。一般介于 10～30g VSS/L之间。
为了防止生物量流失，可采用安装三相分离器、 设置挂膜介质、降低水流速度和回流污泥等措施
(2)负荷率
三种表示方法 ： 容积负荷率：kg／m3.d或g／l.d 污泥负荷率：kg／kg.d或g／g.d 投配率 ：m3／m3.d 确定厌氧消化装置的负荷率的重要原则：在 酸化和气化速率保持稳定平衡的条件下，求 得最大的处理目标(最大处理量或最大产气量)。
4、营养条件
对可生物降解的有机物的浓度无严格限制， 一般要求COD大于 1000mg/l。 但若浓度太低， 比耗热量高，经济上不合算，水力停留时间 短，生物污泥易流失，难以实现稳定运行。 厌氧生物处理也要求供给全面的营养，细菌 增殖慢，BOD中仅有5－10％的用于菌体合成， 故对氮磷要求低（200-300：5：1）。
度；处理能力较高；不需另设泥水分 离设备，出水SS较低；设备简单、操 作方便等。
尤其是下部，生物膜很厚。堵塞后， 没有简单有效的清洗方法。因此，悬 浮物高的废水不适用。
缺点：滤料费用较贵；滤料容易堵塞，
三、厌氧接触法
四、上流式厌氧污泥反应器（UASB）
UASB是应用最广泛的一种厌氧生物处理装置， 1999年 1303个厌氧反应器，59％（近800座） 工作原理： 顶部的三相分离器作用是 防止污泥固体流失，它的 性能对UASB的处理效果很 关键。
悬浮物含量高，前一段采用厌氧接触系统， 后一段采用厌氧接触系统（水量大时）或 UASB（水量小时）。
悬浮物含量很少且水量不很大时，可考虑两 上流式厌氧污泥反应器串联组合，后段也可 采用厌氧生物滤池。 如处理溶解态的有机废水，可采用两个厌氧 生物滤池串联，也可采用两个污泥床串联。
第三节 厌氧生物处理法的设计
特点：
•反应器内的污泥浓度高，有机负荷高(10-20kg COD/m3.d)，水力停留时间短
•反应器内设三相分离器，污泥自动回流到反应 区，无需污泥回流设备，无需混合搅拌设备 •污泥床内不需填充载体，节省造价且避免堵塞
缺点：
• 反应器内有短流现象，影响处理能力
• 难消化的有机固体不宜太高 • 运行启动时间长，对水质和负荷变化较敏感
五、厌氧流化床反应器
载体：沙子
低密度载体（无烟煤和塑料物质）
（减少所需的液体上升流速，从而减少提 升费用）
优点： •填料比表面积大，微生物浓度高，有机负荷大 •载体处于流化状态，无堵塞现象，对高、中、 低浓度的废水均有较好的处理能力 •有较高的净化速度 •结构紧凑，占地少，基建投资省。 缺点：载体重量较大，介质颗粒流化和膨胀需 要大量的回流，增加了运行过程的能耗，并且 其三相分离特别是固液分离比较困难，要求较 高的运行和设计水平，实际应用较少。
加热的方法有池内蒸气喷射、料液预热、池 内外热水间接加热等，并应采取一定的控温 措施，防止产生温度的波动，
(4)pH值的控制
最佳的pH值为6.8－7.2
料液pH值低于6.5或高于8.0时，则应对料液 预先中和。当有机酸的积累而使反应液的pH 值低于6.8～7时，应适当减小有机物负荷或 毒物负荷，使pH值恢复到7.0以上(最好为 7.2～7.4)。若pH低于6.5，应停止加料，并 及时投加石灰中和。
第二节 污水的厌氧消化处理方法
化粪池
厌氧生物滤池、厌氧接触氧化法、上流式厌 氧污泥床反应器、分段消化法
一、化粪池 用于处理粪便污水，可用于别墅式建筑。兼 有污水沉淀和污泥发酵双重作用。
粪便污水和生活污水经化粪池沉淀和厌氧分 解，BOD可降低60％左右，可排入下水道。
二、厌氧生物滤池
1、结构及工作机理 2、优缺点 优点：滤池内可保持很高的微生物浓
酸化：能力强，速率快，对环境条件的适应能力也强 气化：能力相对较弱，速率较慢，适应能力较脆弱 三种发酵状态 ：
负荷率很高 ：酸性发酵状态
负荷率适中 ：碱性发酵状态
低效而又不稳定
7-7.5 高效而又稳定
负荷率偏小 ：碱性发酵状态
>7.5 稳定但低效
(3)加热 中温消化温度为30－38º C 高温消化温度为50－55º C 为把料液控制到要求的发酵温度，则必须加 热。在料液温度较高、以及必须严格消毒的 场合，才采用高温消化法。其它情况下，宜 用中温消化 。
特点：
• 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 • 两阶段反应不在同一反应器内进行，相互影 响小，可更好的控制工艺条件
• 消化效率高，尤其适应于处理含悬浮固体多， 难消化降解的高浓度有机废水 缺点：
两步法设备多，流程和操作复杂
分段厌氧处理法的流程尚无定式，根据废水 水量和水质的不同而采用不同的组合方式。
• 流程和设备的选择 •反应器和构筑物的构造和容积的确定 • 需热量的计算和搅拌设备的设计
处理工艺； 设备的选择； 消化温度； 采用单级或两段消化
几种厌氧处理法的比较 P202 表15－4
二、厌氧反应器的设计 1、生化反应动力学和基本方程式同样适用于 厌氧生物处理，动力学常数的数值有显著差别。 2、厌氧速率显著低于好氧反应。
5．氧化还原电位 •要求厌氧环境，主要以体系氧化还原电位反映。
•一般情况下，氧及其它一些氧化剂或氧化态物 质存在（Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性废 水中的H＋等），使体系的氧化还原电位升高， 当达到一定浓度时，会危害厌氧消化过程的进行。 • 产酸细菌 ＋100～－100mv的兼性条件 甲烷细菌 －350mv或更低。 • 就大多数生活污水的污泥及性质相近的高浓 度有机废水，只要严密隔断与空气的接触，即 可保证必要的氧化还原电位
3、有毒物质
有毒物质的最高抑制浓度与处理系统的运行 方式、污泥驯化程度、废水特性和操作控制 等因素有关。无机酸浓度不应使消化液的pH 值降到6.8以下；氨氮浓度不宜高于1500mg ／l。
一些化学物质的抑制浓度（mg/l) 物质 S2－ ClCr6+ Cu2+ Cr3+ CN－ 抑制浓度 100 200 3 100-250 25 2－10 物质 AL TNT Na2S2O3 去垢剂 去垢剂 HCHO－ 抑制浓度 60 60 200 100（阳离子型） 500（阴离子型）按照所得 的参数值进行计算，也可按照类似废水的经验 值选择采用。
确定反应器容积常用参数为负荷率N和消化时间t
V=qv.t 或 V=qv.ρ/N 采用中温消化，传统消化法，消化时间在1～ 5d，负荷率在1～3 kg(COD)／m3· d，BOD5 去 除率可达50％～90％。厌氧生物滤池和厌氧接 触法，消化时间可缩短至0.5～3d，负荷率提高 到3～10kg(COD)／m3· d。上流式厌氧污泥床反 应器，可采用更高的负荷率，但上部的三相分 离器应慎密设计，避免上升的消化气影响固液 分离，造成污泥流失。