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污水的厌氧生物处理 The Anaerobic Processes 1 概述 2 厌氧法的基本原理 3 厌氧法的工艺和设备 4 厌氧法的影响因素 5 分段厌氧处理法 污水厌氧生物处理的发展过程 早期发展 18811950年 第二代厌氧反应器 1955年 开发了 厌氧接触法 新工艺 ，标志着 现代厌氧反应器的开端。 第三代厌氧反应器 1980年 Switzenbaum等推出了厌氧附着 膜膨胀床反应器（ AAFEB） ,还有厌氧流化床 （ AFB）。 1概述 厌氧生化法的优点： （ 1）应用范围广 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。 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 有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。 (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， 而且产生的沼气可作为能源。 废水有机物达一定浓度后，沼气能量可以抵偿 消耗能量。研究表明，当原水 BOD5达到 1500mg/L 时，采用厌氧处理即有能量剩余。有机物浓度愈高， 剩余能量愈多。 一般厌氧法的动力消耗约为活性污 泥法的 1/10。 （ 3）氮、磷营养需要量较少 好氧法一般要求 BOD:N:P为 l00:5:1， 而厌氧法 的 BOD:N:P为 l00:2.5:0.5， 对氮、磷缺乏的工业废 水所需投加的营养盐量较少。 （ 4）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。 （ 5）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 。 厌氧生物处理法缺点 : （ 1） 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； （ 2） 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； （ 3） 厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。 （ 4） 厌氧过程会产生气味对空气有污染。 2 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 厌氧微生物 (anaerobic microbes)(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 (methane)和二氧化碳 (carbon dioxide)等物质的 过程，也称为厌氧消化 (anaerobic digestion) 。 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 液 化阶段 ；接着降解产物气化，称 气化阶段 ；在常温 下，整个过程历时半年以上。 传统的 厌氧消化理论为 两阶段理论 第一阶段： 酸化阶段 ， 最显著的特征是液态污泥的 pH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 CO2、 H2、 NH3、 H2S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 pH值有抑制细菌生长的作用， NH3的溶解产物 NH4OH有中和作用。 第二阶段： 气化阶段 ，由低分子的 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，主体是 CH4， CO2也相当多， 还有微量 H2、 H2S等，因此气化阶 段常称甲烷化阶段。 第一阶段 普通厌氧菌 碳水化合物、 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 厌氧消化两阶段示意图 厌氧消化四阶段 复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段 水解阶段 、 发 酵阶段 （ 又称酸化阶段 ） 、 产乙酸阶段 、 产甲烷阶 段 框图表示见下图 1 水解阶段 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 2发酵阶段 梭状芽孢杆菌 、 拟杆菌等 酸化细菌 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 化碳、氢气、氨等 复杂有机物 1水解 2发酵 脂肪酸 乙酸 H2 + CO2 3产乙酸 CH4 + CO2 H2S+ CO2 硫酸盐还原 硫酸盐还原 4产甲烷 4产甲烷 硫酸盐还原 3 产乙酸阶段 上一阶段的产物被进一步转化为乙酸 、 氢气 、 碳酸以及新的细 胞物质 ， 这一阶段的主导细菌是 乙酸菌 。 同时水中有硫酸盐 时 ， 还会有 硫酸盐还原菌 参与产乙酸过程 。 4 产甲烷阶段 乙酸 、 氢气 、 碳酸 、 甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲烷 和以及 甲烷菌 细胞物质 。 经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷 、 二氧化碳 、 氢 气 、 硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥 。 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）。 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 6.87.2 不太敏感，最佳 pH为5.57.0 氧化还原电位 Eh -350mv(中温 )， -560mv(高温 ) -150200mv 对温度的敏感性 最佳温度： 3038 ， 5055 最佳温度： 2035 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。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 (fermentative bacteria)、 产氢产乙酸细菌 (acetogenic bacteria)和 产甲烷细菌 (methanogenic bacteria)的联合作用完成 。 参与消化的细菌，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。 新的研究成果阐明厌氧消化经历四个阶段 大分子有机物 （碳水化合物、蛋白质、脂肪等） 水解 细菌的胞外酶 水解和溶解的有机物 酸化 产酸细菌 有机酸、醇类、醛类等 / H2， CO2 乙酸化 乙酸细菌 乙酸 甲烷细菌 甲烷化 甲烷细菌 CH4 CH4 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。 产甲烷细菌将乙酸、乙 酸盐、 CO2和 H2等转化 为甲烷。 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。 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 或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的 l/3 后者约占 2/3。 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， 产甲烷易成为限速阶段 。 甲烷菌的微生物学特征 简介：甲烷菌属于古菌中的一类。 古 菌 （ Archaeobacteria）与原核生物 极其接近。研究利用基因分析手段（ DNA的 G+C%， 16SrRNA碱基顺序比较）发现，有 一些特点与真核生物相同。 古菌的特点 形 态 ： 薄、扁平、直角几何形态； 细胞结构： 组分特异性；含有内含子 ； 代 谢： 特殊的辅酶，代谢多样性； 呼吸类型： 多为厌氧； 繁殖速度： 比细菌慢； 生活习性： 适应极端环境。 古菌的分类 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 伯杰氏系统细菌学手册 分为五大群： 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， 极端嗜热硫代谢菌 甲烷发酵理论与机制 甲烷发酵理论先后提出了 二阶段、 三阶段和四阶段 发酵理论。 目前应用较多的仍是布赖恩特 (Bryant)于 1979年提出的 四阶段 的发酵理论 ： 水解和发酵性细菌群 将 复杂有机物转化 成有机酸： 纤维素、淀粉等水解为单糖，再酵解为 丙 酮酸 ； 将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成 有机酸 和氨； 脂类水解为各种低级 脂肪酸 和醇，例如乙 酸、丙酸、丁酸、长链脂肪酸、乙醇、二 氧化碳、氢、氨和硫化氢等。 第一阶段：有机酸的产生 微生物群落是水解、发酵性细菌群， 有专性厌氧的 : 梭菌属 (Clostridium) 拟杆菌属 (Bacteriodes) 丁酸弧菌属 (Butyrivibrio) 真细菌 (Eubacterium) 双歧杆菌属 (Bifidobacterium) 革兰氏阴性杆菌 兼性厌氧的有 : 链球菌 肠道菌 据研究，每 mL下水污泥中含有水解、 发酵性细菌 108109个，每克挥发性 固体含 10101011个，其中蛋白质水 解菌有 107个，纤维素水解菌有 105 个。 微生物群落： 微生物群落为产氢、产乙酸细菌； 只有 少数 被分离出来。 硫酸还原菌和其他产乙酸和氢气的 细菌； 第二阶段：乙酸和氢气的产生 产生过程 产氢和产乙酸细菌群 进一步把第一 阶段的产物分解为 乙酸和氢气； 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 有机酸、长链脂肪酸、芳香族酸及 醇等分解为乙酸和氢气。 第二阶段：乙酸和氢气的产生 第三阶段：甲烷的产生 微生物：两组生理不同的专性厌氧的 产甲烷菌群 一组将 H2和 CO2合成 CH4或 CO和 H2 合成 CH4； 另一组将乙酸脱羧生成 CH4和 CO2； 或利用甲酸、甲醇、及甲基胺裂解 为 CH4。 有 28的甲烷来自 H2的氧化和 CO2的还 原。 72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 (NH3) 以亚硝酸铵 (NH4NO2)、碳酸氢铵 (NH4HCO3)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 了生存所需的弱碱性环境。氨可被产甲 烷菌用作氮源。 研究表明： 概念： 同型产乙酸细菌 将 H2和 CO2转化 为乙酸的过程，称为 同型产乙酸阶段 ； 产甲烷菌只能利用 H2、 CO2、 CO、甲 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。 第四阶段：同型产乙酸阶段 由酸和醇的甲基形成甲烷。 14CH3COOH 14CH4+CO2 414CH3OH 314CH4+CO2+2H2O 施大特曼 (stadtman)和巴克尔 (Barker) 及庇涅 (Pine)和维施尼 (vishhnise) 1951和 1957年用 14C示踪原子标记乙酸 的甲基碳原子 证明甲烷是由甲基直接形成 甲烷产生的机制： 14CH4+2C3H7COOH 1949年，施大特曼和巴克尔于用同位素 14CO2 使乙醇和丁醇氧化，产生带同位素 14C的甲烷，证 明甲烷可由 CO2还原形成。 由醇的氧化使二氧化碳还原形成甲烷及有机酸 2CH3CH2OH+14CO2 14CH4+2CH3COOH 2C3H7CH2OH+14CO2 CH4+4CH3COOH 脂肪酸有时用水作还原剂或供氢 体产生甲烷 2C3H7COOH+CO2+2H2O 1906 年索根 (Soehnge， )及费舍尔 (Fisher)观察到： 利用 H2使 CO2还原形成甲烷 4H2+CO2 CH4+2H2O 在 H2和 H2O存在时，巴氏甲烷八叠球菌 (Methanosarcina barkerii)与甲酸甲烷 杆菌 (Methanobacterium formicicum) 能将 CO还原形成甲烷。 3H2+CO CH4+H2O 2H2O+4CO CH4+3CO2 巴氏甲烷八叠球菌 甲酸甲烷杆菌 几种物质沼气发酵的产气量 物 质 乙醇 纤维素 脂 肪 蛋白质 沼气 mL 974 830 1250 704 CH4 75 50 68 71 CO2 25 50 32 29 影响废水厌氧消化处理效果的因素： 厌氧活性污泥 中 微生物的种类、组成、 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 厌 氧消化池 。 最根本、最重要的是微生物的种类 和组成 。 3 厌氧法的工艺和设备 按微生物生长状态分为 厌氧活性污泥法 (anaerobic activated sludge)和 厌氧生物膜法 (anaerobic slime)； 按投料、出料及运行方式分为 分批式 (batch)、 连续式 (continuous)和 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在 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 (one stage digestion)与 两步厌氧消化 (two stage digestion)等 厌氧活性污泥法包括 普通消化池、厌氧接触工 艺、上流式厌氧污泥床反应器 等。 3.1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 由消化池底和上部排出，所产沼气从顶部排 出。 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。 螺旋桨 (机械 )搅拌的消化池 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。 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。 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。 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。 温度不均匀，消化效率低。 化粪池 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 的别墅式建筑。 下图是化粪池的一种构造方式。 3.2厌氧滤池 厌氧滤池（ anaerobic filter又称 厌氧 固定膜 反应器，是 60年代末开发的新型高效厌 氧处理装置。 滤池呈圆柱形，池内装放填料， 池底和池顶密封。 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。 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，以降流的形式流过填料层， 从池底部排出，称 降流式厌氧滤池 。 填料可采用 拳状石质滤料， 如碎石、卵石 等，也可使用 塑料填料。 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，进水部位 容易发生堵塞现象 。 对厌氧生物滤池采取如下改进： （ a） 出水回流； （ b） 部分充填载体； （ c） 采用软性填料。 厌氧生物滤池的特点是： （ 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 2 - 16 kgCOD/(m3d)， 且耐冲击负荷能力强； （ b） 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） 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） 启动或停止运行后再启动比前述厌氧工 艺法时间短。 （ 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。滤池的清洗 也还没有简单有效的方法。 主要缺点： 滤料费用较贵 滤料容易堵塞 主要优点： 处理能力较高 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 SS较 低 设备简单、操作方便 3.3 厌氧接触法 在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消 化池，形成了 厌氧接触法（ anaerobic contact process)。 厌 氧 接 触 法 工 艺 动 画 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。 厌氧接触法对悬浮物高的有机废水 (如 肉类加工废水等 )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 淀。 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 法，也可以用泵循环池水。 厌氧接触法的特点 : （ a） 通过污泥回流，保持消化池内污泥 浓度较高，一般为 10-15g/L， 耐冲击能 力强； （ b） 消化池的容积负荷较普通消化池高 ， 中温消化时 ， 一般为 2-l0kgCOD/m3d， 水力停留时间比普通消化池大大缩短 ， 如常温下 ， 普通消化池为 15-30天 ， 而 接触法小于 10天； （ c） 可以直接处理悬浮固体含量较高或 颗粒较大的料液，不存在堵塞问题； （ d） 混合液经沉降后，出水水质好， （ e） 但需增加沉淀池、污泥回流和脱气 等设备 （ f） 厌氧接触法存在 混合液难于在沉淀 池中进行固液分离 的缺点 。 几种脱气方法 : (a)真空脱气，由消化池排出的混合液经真空 脱气器 (真空度为 0.005 MPa)， 将污泥絮体 上的气泡除去，改善污泥的沉降性能； (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。 (c)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)用超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效 果 。 3.4上流式厌氧污泥床反应器 UASB 3.4.1 概述 3.4.2 基本特点（优点、缺点） 3.4.3 UASB的构造和组成 3.4.4 颗粒污泥 3.4.5 UASB的设计 （ 1）容积 （ 2）配水 （ 3）排泥的设计 （ 4）结构设计的要求 （ 5）三相分离器设计 3.4.6 UASB的启动 上流式厌氧污泥床反应器（ upflow anaerobic sludge blanket reactor)， 简称 UASB反应器，是由荷兰的 G. Lettnga等人 在 70年代初研制开发的。 污泥床反应器内没有人工载体，反应器内微 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。 3.4.1概述 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 2-4m， 多用钢结构 或钢筋混凝土结构。 UASB反应器示意图 3.4.2上流式厌氧污泥床反应器的 基本 特点 优点： 有机负荷居第二代反应器之首 ,水力负荷满足 要求 ;污泥颗粒化后使反应器对不利条件的抗性增 强 ;在一定的水力负荷下，可以靠反应器内产生的 气体来实现污泥与基质的充分接触。 （ a） 反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度 为 30-40g/L， 其中底部污泥床 (sludge bed)污泥浓 度 60-80g/L， 污泥悬浮层 (sludge blanket)污泥浓 度 5-7g/L； 污泥床中的污泥由活性生物量占 70-80的高度发 展的 颗粒污泥 (sludge granules)组成，颗粒的直径一般 在 0.5-5.0mm之间，颗粒污泥是 UASB反应器的一个重 要特征。 （ b） 有机负荷高， 水力停留时间短，中温消化， COD 容积负荷在小试验和中型试验中可高达 20-40kg COD/ （ m3d ） 在大型生产装置中可达到 6-8kg COD/ （ m3d ） 。 （ c） 反应器内设三相分离器 ，被沉淀区分离的污泥能自 动回流到反应区，一般无污泥回流设备； 简化了工艺， 节约了投资和运行费用。 （ d） 无混合搅拌设备。 投产运行正常后，利用本身产 生的沼气和进水来搅动； （ e） 污泥床内不填载体， 提高了容积利用率， 节省造价及 避免堵塞问题。 缺点： （ a） 大型装置内会有短流现象（要求配水装置性能要好） （ b） 进水 SS要求 200mg/L ，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 （ c）在没有颗粒污泥接种的情况下，启动时间长 （ d） 对水质和负荷突然变化比较 敏感 （ e）要求水温高些，最好 35 左右。 由图可见， UASB工作 时，废水从反应器底部进入， 与污泥床层的高浓度颗粒污 泥接触，污染物被分解产生 沼气。污水、污泥和沼气一 起向上流动，进入反应器的 上部的三相分离器，完成气、 液、固三相的分离。被分离 的消化气从上部导出，被分 离的污泥则自动滑落到悬浮 污泥层。出水则从澄清区流 出。 3.4.3 UASB的构造和组成 UASB反应器的组成 (1)进水配水系统 将废水尽可能均匀地分配 到整个反应器，并有水力搅拌功能。 (2)反应区 其中包括污泥床区和污泥悬浮层 区，有机物主要在这里被厌氧菌所分解。 (3)三相分离器 由沉淀区、回流缝和气封组 成，其功能是把沼气、污泥和液体分开。 (4)出水系统 其作用是把沉淀区表层处理过的水 均匀地 加以收集，排出反应器。 (5)气室 也称集气罩，其作用是收集沼气。 (6)浮渣清除系统 其功能是清除沉淀区液面和气 室表面的浮渣， 根据需要设置 。 (7)排泥系统 其功能是均匀地排除反应区的剩余 污泥。 厌氧污泥的主要聚集形式包括颗粒 (granules)、 团体 (pellets)、絮体（ flocs)、 絮状污泥 (nocculent sludge)等。 定义：团体和颗粒是结构紧密的聚集体。 这些聚集体沉降后呈现固定的形态。 絮体和絮状污泥则是具有蓬松结构的聚集体， 这些聚集体沉降后无固定形态。 3.4.4 厌氧颗粒污泥 3.4.5 UASB 的设计 （ 1） UASB反应器容积的确定 进水容积负荷法 V 反应器有效容积， m3 ； Q 废水流量， m3 d； So 进水 COD或 BOD5浓度， g mL； NV COD或 BOD5容积负荷， kg (m3 d) NV 与水温、水质、污染物可生化性有关，一般取 68kgCOD/ m3 d VN QS V 0 （ 2）进水配水系统的设计 （ 3）排泥系统设计 （ 4） UASB反应器的结构设计要求 （ 5）三相分离器设计 三相分离器的基本构造 ： 三相分离器的型式是多种多样 的，但其三项 主要功能均为气液分 离、固液分离和污泥回流； 主要组 成部分为气封、沉淀区和回流缝。 3.4.6升流式厌氧污泥床反应器的启动 UASB反应器的启动可分为两个阶段 : 接种污泥在适宜的驯化过程中获得一个合 理分布的微生物群体。 这种合理分布群体的大量生长、繁殖 启动具体过程如下： 工业级 UASB装置 http:/www.fkk.co. jp/e/ourbusiness/w ater-body2-e.html http:/ http:/www.biogas.ch/emmi.htm 钢制圆形结构 混凝土方形结构 （便于施工及分 离器设置） 4 厌氧法的影响因素 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 微生物量 (污泥浓度 )、营 养比、混合接触状况、有机负荷等； 另一类是 环境因素，如 温度、 pH值、氧化还原电位、有 毒物质 等。 产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和 成败的主要微生物，对于一般工业废水，产甲 烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。 4.1 温度条件 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 25-60 。 在 35 和 53 上下可以分别获得较高的消化 效率，温度为 40-45 时，厌氧消化效率较低。 据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可 分为 常温消化、中温消化 和 高温消化 三种类 型。 温度对厌氧消化过程的影响 0 2 4 6 8 25 30 35 40 45 50 55 60 温度（） 有机物负荷 (g/L . d） 0 1 2 3 4 产气量 （L / L . d） 有机负荷 产气量 4.2 pH值 每种微生物可在一定的 pH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 pH 值范围较广，在 4.5-8.0之间。 产甲烷菌要求环境介质 pH值在中性附近，最适 宜 pH值为 7.0-7.2。 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 6.5-7.5(最好在 6.8-7.2)的范围内 。 4.3 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。 挥发性有机酸的增减、 pH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 pH值低，氧化还原电位高； pH值高，氧化 还原电位低。 4.4 有机负荷 在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称 容积负荷 ，即消化器单位有效容积每天接受的有机 物量（ kgCOD/m3d)。 对悬浮生长工艺，也有用 污泥负荷 表达的，即 kg COD/(kg污泥 d)。 在污泥消化中，有机负荷习惯上以 投配率 或 进料率 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。 由于各种湿污泥的含水率、挥发组分不尽一致，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重量 这一参 数，即 kgMLVSS/m3d。 4.5 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。 但也不是越高越好。 4.6 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，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。 4.7 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 :氮 :磷控制为 200-300:5:1为宜。 4.8 有毒物质 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 基、双键、氯取代基、苯环等结构， 往往具有抑制性。 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 水特性、操作控制条件等因素有关。 5 分段厌氧处理法 消化可将 水解酸化 过程和 甲烷化过程 分开在两个 反应器内分阶段进行，以使两类微生物都能在各自的 最适条件下生长繁殖。 第一段的功能是： 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 截留难降解的固态物质 第二段的功能是： 保持严格的厌氧条件和 pH值，以利于甲烷菌的生长 降解、稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气 截留悬浮固体，以改善出水水质 二段式厌氧处理法可以采用不同构筑物予以组 合。例如对悬浮物高的工业废水，采用厌氧接 触法与上流式厌氧污泥床反应器串联的组合， 其流程如下图。 二段式厌氧处理法的特点 优点： 运行稳定可靠 能承受 pH值、毒物的冲击 有机负荷率高 消化气中甲烷含量高 缺点： 使用设备较多 流程和操作复杂 不能对各种废水都提高负荷