污水厌氧生物处理讲义全

厌氧生物处理活性污泥法与生物膜法是在有氧条件下，由好氧微生物降解污水中的有机物，最终产物是水和二氧化碳，作为无害化和高效化的方法被推广应用。

但当污水中有机物含量很高时，特别是对于有机物含量大大超过生活污水的工业废水，采用好氧法就显得能耗太多，很不经济了。

因此，对于高浓度有机废水一般采用厌氧消化法。

即在无氧的条件下，由兼性菌及专性厌氧细菌降解有机物，最终产物是二氧化碳和甲烷气体。

厌氧生物处理具有高效低耗的特点，因此比好氧生物处理技术更具优越性。

第一节概述一、厌氧生物处理中的厌氧微生物厌氧生物处理是以厌氧细菌为主而构成的微生物生态系统。

厌氧细菌有两种，一种是只要有氧存在就不能生长繁殖的细菌，称为绝对厌氧菌；另一种是不论有氧存在与否都能增长的细菌，称为兼性厌氧细菌(也称兼性细菌) 。

当流入废水的BOD浓度较高，细菌在好氧状态下增长以后，由于缺氧会使各种厌氧细菌繁殖起来。

一般污水散发出恶臭是由于厌氧细菌增长产生了硫化氢、胺等气体所造成的。

厌氧生物处理中的厌氧微生物主要有产甲烷细菌和产酸发酵细菌，常见的甲烷菌有四类：既甲烷杆菌、甲烷球菌、甲烷八叠球菌、甲烷螺旋菌；产酸发酵细菌主要有气杆菌属、产碱杆菌属、芽孢杆菌属、梭状芽孢杆菌属、小球菌属、变形杆菌属、链球菌属等。

二、厌氧生物处理技术厌氧生物处理技术于19 世纪末首先在英国得到应用，到1914 年美国已建立14 座厌氧消化池。

厌氧生物处理利用厌氧微生物的代谢过程，在无需提供氧气的情况下把有机物转化为无机物和少量的细胞物质，这些无机物主要包括大量的生物气和水。

此生物气俗称沼气，沼气的主要成分是约2/3 的甲烷和1/3 的二氧化碳，是一种可回收的能源。

厌氧水处理是一种低成本的水处理技术，它又是把水的处理和能源的回收利用相结合的一种技术。

发展中国家面临严重的环境污染问题、能源短缺以及经济发展与环境治理所面临的资金不足等问题，这些国家需要有效、简单又费用低廉的技术；厌氧水处理技术可以作为能源生产和环境保护体系的一个核心部分，其产物可以被燃烧利用而产生经济价值。

如处理过的洁净水可用于鱼塘养鱼和农田灌溉；产生的沼气可作为能源；剩余污泥可以作为肥料用于土壤改良。

1、厌氧处理具有下列优点：( 1)、处理成本低。

在废水处理成本上比好氧处理要便宜得多，特别是对中等以上浓度(COD>1500mg/L的废水更是如此。

厌氧法成本的降低主要由于动力的大量节省、营养物添加费用和污泥脱水费用的减少，即使不计沼气作为能源所带来的收益，厌氧法也仅约为好氧法成本的1/3 ；如所产沼气能被利用，则费用更会大大降低，甚至带来相当的利润。

(2)、低能耗。

厌氧处理不但能源需求很少而且还能产生大量的能源。

厌氧法处理污水可回收沼气。

回收的沼气可用于锅炉燃料或家用燃气。

当处理水COD在4000~5000mg/L之间，回收沼气的经济效益较好。

(3)、应用范围广。

厌氧生物处理技术比好氧生物处理技术对有机物浓度适应性广。

好氧生物处理只能处理中、低浓度有机污水，而厌氧生物处理则对高、中、低浓度有机污水均能处理。

( 4)、污泥负荷高。

厌氧反应器容积负荷比好氧法要高得多，单位反应器容积的有机物去除量也因此要高得多，特别是使用新一代的高速厌氧反应器更是如此。

因此其反应器负荷高、体积小、占地少。

厌氧法可直接处理高浓度有机废水和剩余污泥。

(5) 剩余污泥量少好氧法处理污水，因为微生物繁殖速度快，剩余污泥生成率很高。

而厌氧法处理污水，由于厌氧世代时间很长、微生物增殖缓慢，因而处理同样数量的废水仅产生相当于好氧法1/10~1/6 的剩余污泥；剩余污泥脱水性能好，脱水时可不使用或少使用絮凝剂，因此剩余污泥处理要容易得多；可减轻后续污泥处理的负担和运行费用；污泥高度无机化，可用作农田肥料或作为新运行的废水处理厂的种泥出售。

(6) 厌氧方法对营养物的需求量较低一般认为，若以可以生物降解的BOD为计算依据，好氧方法氮和磷的需求量为BOD N: P=100: 5：1,而厌氧方法为(350~500): 5: 1。

有机废水一般已含有一定量的氮和磷及多种微量元素，可满足厌氧微生物的营养要求, 因此厌氧方法可以不添加或少添加营养盐。

而好氧法处理单一有机物的废水, 往往还需投加其他营养物,如N、P 等,这就增加了运行费用。

( 7 ) 、易管理厌氧方法的菌种 (例如厌氧颗粒污泥) 可以在停止供给废水与营养的情况下保留其生物活性与良好的沉淀性能至少1 年以上。

它的这一特性为其间断地或季节性地运行提供了有利条件,厌氧颗粒污泥因此可作为新建厌氧处理厂的种泥出售。

(8)灵活性强。

厌氧系统规模灵活,可大可小,设备简单,易于建设,无需昂贵的设备。

目前处理工业废水的上流式厌氧污泥床反应器( UASB，从几十立方米到上万立方米的规模都运行良好。

厌氧方法用于大规模的工业废水和生活污水的处理只是近几十年的事, 厌氧技术的发展尚不充分,也有不足之处。

( 1)采用厌氧生物法不能去除废水中的氮和磷采用厌氧生物处理废水,一般不能去除废水中氮和磷等营养物质。

含氮和磷的有机物通过厌氧消化, 其所含的氮和磷被转化为氨氮和磷酸盐, 由于只有很少的氮和磷被细胞合成利用, 所以绝大部分的氮和磷以氨氮和磷酸盐的形式在出水排出。

因为氮和磷是营养物质, 排入水体可引起湖泊发生富营养化, 虽然厌氧法在去除COC和BOD方面具有高效低耗的优点，但因不能去除氮和磷，使该法的应用存在局限性, 当被处理的废水含有过量的氮和磷时, 不能单独采用厌氧法, 而应采用厌氧与好氧工艺相结全的处理工艺。

( 2)厌氧法启动过程较长因为厌氧微生物的世代期长,增长速率低,污泥增长缓慢, 所以厌氧反应器的启运过程很长, 一般启动期长达3~6个月,甚至更长, 如要达到快速启动, 必须增加接种污泥量,这就会增加启动费用。

( 3)运行管理较为复杂由于厌氧菌的种群较多,如产酸菌与产甲烧菌性质各不相同, 而互相又密切相关, 要保持这两大类种群的平衡, 对运行管理较为严格,稍有不慎,可能使两种群失去平衡，使反应器不能正常工作，如进水负荷突然提高，反应器的PH值会下降，如不及时发现控制,反应器就会出现“酸化”现象,使产甲烷菌受到严重抑制、甚至使反应都不能再恢复正常运行,必须重新启动。

( 4)卫生条件较差, 一般废水中均含有硫酸盐, 厌氧条件下会产生硫酸盐还原作用而放出硫化氢等气体, 其中硫化氢是一种有毒和具有恶臭的气体, 如果反应器不能做到完全密闭, 就会散发出臭气,引起二次污染,因此, 厌氧处理系统的各处理构筑物应尽可能密封, 以防臭气散发。

( 5)厌氧处理去除有机物不彻底厌氧处理废水中有机物时往往不够彻底, 一般单独采用厌氧生物处理不能达到排放标准,所以厌氧处理必须要与好氧处理相配合。

( 6)厌氧微生物对有毒物质较为敏感厌氧微生物对有毒物质较为敏感, 因此, 对于有毒废水性质了解的不足或操作不当可能导致反应器运行条件的恶化。

但是随着人们对有毒物 质的种类、毒性物质的允许浓度和可驯化性的了解以及工艺上的改进， 这一问题正在得到克 服。

近年来人们发现，厌氧细菌经驯化后可以极大地提高其对毒性物质的耐受力。

三、厌氧生物处理技术的发展厌氧处理法最早用于处理城市污水处理厂的沉淀污泥，即污泥消化，后来用于处理高浓 度有机废水，采用的是普通厌氧生物处理法。

普通厌氧处理法的主要缺点是水力停留时间长， 污泥中温消化时，一般需 20~30d 。

因为水力停留时间长，所以消化池的容积大，基本建设费用和运行管理费用都较高，这个缺点长期限制了厌氧生物处理法在各种有机废水处理中的 应用。

20世纪60年代以后，由于能源危机导致能源价格猛涨，厌氧发醇技术日益受到人们的 重视，对这一技术在废水领域的应用开展了广泛、 深入的科学研究工作， 开发了一系列高效率的厌氧生物处理工艺，这些新型高效厌氧反应器工艺与传统消化池比较有一共同的特点： 提高了厌氧反应负荷和处理效率， 延长了污泥停留时间， 提高了污泥浓度，改善了反应器内的流态。

污泥停留时间的延长与污泥浓度的提高使厌氧系统更具有稳定性，有效增强了对不 良因素（例如有毒物质）的适应性，因此十几年来，厌氧废水处理技术得以很快推广，成为 水处理领域里一项有效的新技术。

如：厌氧接触法、升流式厌氧污泥床（UASB 、厌氧流化床（AFB 、厌氧膨胀床（EGSB 、厌氧滤池（AF ）、厌氧生物转盘等。

第二节厌氧生物处理机理污水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物 （包括兼性厌氧微生物）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。

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，因而可将厌氧消化过程划分为三个连续阶段，既水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。

T 1、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 后转入细胞体内，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、脂肪和蛋白质的水解酸化过程分别为：多糖如纤维素 水解 单糖 酸化’脂肪酸、醇类低聚糖细胞外酶卜 糖产酸细菌* CO 2、H 2蛋白质细胞外＞ 氨基酸 一 NH 3、脂HT 醇类、H 2S 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。

含氮有机物分解产生的 NH 除了提供合成细胞物质的氮源外，在水中部分电离，形成 NHHCO,具有缓冲消化液 PH 值的作用，有时也把继碳水化合物分解后的蛋白质分解产氨过 程称为酸性减退期，其反应为： (13-1 ) 脂肪—长链脂肪酸、甘油 酸化,脂肪酸、醇类 产酸细菌. H 2O 、CO 2 (13-2 )(13-3 )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、果胶和脂类等污染物为主的废水中，水解作用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，对含这类有机物为主的废水，产甲烷反应易成为限速阶段。

综上，厌氧消化三阶段的模式如图14-1所示。

图13- 1有机物厌氧消化三阶段模式图虽然厌氧消化过程从理论上可分为以上3个阶段，但是在厌氧反应器中，这3个阶段是同时进行的，并保持某种程度的动态平衡，这种动态平衡一旦被pH值、温度、有机负荷等外加因素所破坏，则首先将使产甲烷阶段受到抑制，其结果会导致低级脂肪酸的积存和厌氧进程的异常变化，甚至会导致整个厌氧消化过程停滞。

第三节污泥厌氧生物处理污泥厌氧生物处理亦称污泥厌氧消化：是指在人工控制条件下，通过微生物的代谢作用，使污泥中的有机质稳定化的过程。