废水厌氧生物处理

废水厌氧生物处理废水厌氧生物处理能源ENERGY资源RESOURCE环境ENVIRONMENTAL短缺短缺恶化恶化¾¾发达国家用于废水处理的能耗已经占到了发达国家用于废水处理的能耗已经占到了全国总全国总电耗的电耗的1%1%左右左右低能高效的污水处理技术Compact、LowCost、HighEfficiencyASepticTankSystem两阶段理论两阶段理论两阶段理论••19301930年年BuswellBuswell和和NeaveNeave肯定了肯定了ThummThumm和和Reichie(1914)Reichie(1914)与与Imhoff(1916)Imhoff(1916)的看法，有的看法，有机物厌氧消化过程分为机物厌氧消化过程分为酸性发酵酸性发酵和和碱性碱性发酵发酵两个阶段两个阶段..厌氧生物处理机理两阶段理论三阶段论三阶段论三阶段论••两阶段理论这一观点，几十年来一直占两阶段理论这一观点，几十年来一直占统治地位统治地位（近（近5050年）年），在国内外有关厌，在国内外有关厌氧消化的专著和教科书中一直被广泛应氧消化的专著和教科书中一直被广泛应用。用。••M.P.Bryant(1979)M.P.Bryant(1979)根据对产甲烷菌和产氢根据对产甲烷菌和产氢产乙酸菌的研究结果，认为两阶段理论产乙酸菌的研究结果，认为两阶段理论不够完善，提出了三阶段理论。不够完善，提出了三阶段理论。三阶段理论创新点：创新点：创新点：••该理论认为产甲烷菌不能利用除乙酸，该理论认为产甲烷菌不能利用除乙酸，HH22/CO/CO22，和甲醇等以外的有机酸和醇，和甲醇等以外的有机酸和醇类，长链脂肪酸和醇类必须经过产氢产类，长链脂肪酸和醇类必须经过产氢产乙酸菌转化为乙酸、乙酸菌转化为乙酸、HH22和和COCO22等后，才等后，才能被产甲烷菌利用。能被产甲烷菌利用。四种群说四种群说四种群说••J.C.Zeikuus(1979)J.C.Zeikuus(1979)在第一届国际厌氧消在第一届国际厌氧消化会议上提出了四种群说理论。化会议上提出了四种群说理论。复杂有机物（多糖、脂、蛋白质）复杂有机物（多糖、脂、蛋白质）A类有机物B类有机物CO2+H2NH3,H2S乙酸氢产甲烷作用甲基合成，氢还原CH4+CO2NH3,H2S第二阶段第二阶段产氢产产氢产乙酸乙酸细菌细菌第三阶段第三阶段产产甲烷甲烷细菌细菌横向转化横向转化同型产同型产乙酸乙酸细菌细菌第一阶段第一阶段水解水解发酵细菌发酵细菌水解发酵作用产氢产乙酸作用同型产乙酸作用液化酸化气化A类有机物:三甲一乙：甲酸、甲醇、甲胺、乙酸B类有机物：A类有机物之外的其它简单有机物有机酸、醇、酮等三阶段三阶段--四种群说四种群说第一阶段z液化z水解z不溶解性大分子有机物经胞外水解酶的作用，在溶液中分解为水溶性的小分子有机物，如氨基酸、脂肪酸、葡萄糖、甘油等z纤维素经水解转化成较简单的糖类；z蛋白质转化成较简单的氨基酸；z脂类转化成脂肪酸和甘油等。‹发酵（酸化）‹这些简单的有机物在产酸菌的作用下（胞内酶）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。‹完成者：发酵细菌(厌氧菌和兼性厌氧菌)。第二阶段„酸化„水解的产物被发酵细菌摄入体内，进行代谢,由于菌种不同，产物也不一样，众多产物中仅CO2、H2、三甲一乙可以被产甲烷细菌利用.„其它产物（丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类）经产氢产乙酸细菌进一步转化成H2和乙酸等方可被利用„完成者：发酵细菌、产氢产乙酸细菌（同型产乙酸细菌）第三阶段„气化„产甲烷细菌利用CO2、H2、三甲一乙将有机物中的碳最终以CH4、CO2等产物形式逸出。„完成者：产甲烷菌复杂有机物复杂有机物复杂有机物复杂有机物1111水解水解水解水解2222发酵发酵发酵发酵脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸乙酸乙酸乙酸乙酸乙酸乙酸乙酸乙酸HH22+CO+CO223333产乙酸产乙酸产乙酸产乙酸CHCH44+CO+CO22HH22S+COS+CO22硫酸盐还原硫酸盐还原4444产甲烷产甲烷产甲烷产甲烷4444产甲烷产甲烷产甲烷产甲烷硫酸盐还原硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌（（（（SRBSRBSRBSRB））））代谢代谢代谢代谢：：：：碳源碳源碳源碳源酶酶酶酶CO2H2OCH3COOH产生产生产生产生ATPSO42-+H2O消耗消耗消耗消耗ATPS2-+OH-4H2+SO42-H2S+2H2O+2OH-CH3COO-+SO42-HS-+2HCO3-硫酸盐还原反应硫酸盐还原反应硫酸盐还原反应硫酸盐还原反应：：：：优点优点优点优点：：：：促进有机物的酸化分解促进有机物的酸化分解促进有机物的酸化分解促进有机物的酸化分解缺点缺点缺点缺点：：：：与甲烷菌竞争基质与甲烷菌竞争基质与甲烷菌竞争基质与甲烷菌竞争基质，，，，抑制甲烷菌生长抑制甲烷菌生长抑制甲烷菌生长抑制甲烷菌生长（（2）、厌氧生物处理技术的优点）、厌氧生物处理技术的优点„„1)1)厌氧生物处理可节省动力消耗厌氧生物处理可节省动力消耗;;„„2)2)厌氧生物处理可产生生物能厌氧生物处理可产生生物能;;„„3)3)厌氧生物处理的污泥产量少厌氧生物处理的污泥产量少;;„„4)4)对氮和磷的需要量较低对氮和磷的需要量较低;;„„5)5)厌氧消化对某些难降解有机物有较好的降厌氧消化对某些难降解有机物有较好的降解能力解能力..zz理论上完全氧化理论上完全氧化1kgBOD1kgBOD55，必须提供，必须提供1kg1kg分分子氧。一般的曝气设备，充子氧。一般的曝气设备，充lkglkg氧到水中约氧到水中约需消耗需消耗0.50.5--1.01.0度电。这也可以说，要完全度电。这也可以说，要完全氧化废水中氧化废水中lkgBODlkgBOD55，约需消耗，约需消耗0.50.5--lkWhlkWh电力。电力。1)厌氧生物处理可节省动力消耗;zz由于厌氧菌分解有机物是营无分子氧呼由于厌氧菌分解有机物是无分子氧呼吸，在分解有机物过程是不必提供氧气吸，在分解有机物过程是不必提供氧气的，而好氧菌降解有机物是营分子氧呼的，而好氧菌降解有机物是分子氧呼吸，在分解有机物过程必须提供分子氧。吸，在分解有机物过程必须提供分子氧。例Š1990年我国的城市废水排放总量以达354亿m3／a，如废水的平均BOD5以200mg／L计，BOD5去除率以90％计，要把这些BOD5用活性污泥法去除，每年的电耗将达31.86-63.72亿kWh，如在南方地区的城市生活废水采用厌氧法作为预处理，按BOD5去除率70％计，则可节省大量电能。Š对于高浓度有机废水，采用厌氧生物法其节省的电耗更是大得惊人Š如目前我国轻工业的造纸、食品发酵、皮革、制糖等行业每年排出的BOD5达200万t.如采用厌氧法，以去除BOD580％计，则年节电达8.0~16亿kwh。环境效益与经济效益十分显著。„城市污水厂的污泥厌氧消化，含水率96％的污泥，每m3污泥可产沼气约8-12m3。„视污泥中有机物含量不同有所差别，其热值一般为20～24MJ／m3(沼气)，每m3沼气约可发电1.5-1.8kWh，并可回收余热约8-9MJ。„利用沼气发的电可给本厂使用，其所产生的余热可作为消化池加热用，也可用于热水供应及采暖。2)厌氧生物处理可产生生物能3)厌氧生物处理的污泥产量少zz厌氧菌世代期长，如产甲烷菌的倍增时间厌氧菌世代期长，如产甲烷菌的倍增时间约约44～～6d6d，所以产率，所以产率YY比好氧小。比好氧小。zz有机物在好氧降解时，如碳水化合物，其有机物在好氧降解时，如碳水化合物，其中约有中约有22／／33被合成为细胞，约有被合成为细胞，约有11／／33被氧被氧化分解提供能量。化分解提供能量。zz厌氧降解时，只有少量有机物被同化为细厌氧降解时，只有少量有机物被同化为细胞，而大部分被转化为胞，而大部分被转化为CHCH44和和COCO22。所以好。所以好氧处理产泥量高，而厌氧处理产泥量低，氧处理产泥量高，而厌氧处理产泥量低，且污泥已稳定，可降低污泥处理费用。且污泥已稳定，可降低污泥处理费用。4)对氮和磷的需要量较低zz氮和磷等营养物质是组成细胞的重要的元素，采氮和磷等营养物质是组成细胞的重要的元素，采用生物法处理废水，如废水中缺少氮磷元素，必用生物法处理废水，如废水中缺少氮磷元素，必须投加氮和磷，以满足细菌合成细胞的需要。须投加氮和磷，以满足细菌合成细胞的需要。zz前已述及，厌氧生物处理要去除前已述及，厌氧生物处理要去除lkgBODlkgBOD55所合成所合成细胞量远低于好氧生物处理，因此可减少细胞量远低于好氧生物处理，因此可减少NN和和PP的的需要量，需要量，zz只要满足只要满足BODBOD55：：NN：：PP＝＝(200(200～～300)300)：：55：：11。。对对于缺乏于缺乏NN和和PP的有机废水采用厌氧生物处理可大大的有机废水采用厌氧生物处理可大大节省节省NN和和PP的投加量，使运行费用降低。的投加量，使运行费用降低。5)厌氧消化对某些难降解有机物有较好的降解能力zz实践证明，一些难降解的有机工业废水采用常规实践证明，一些难降解的有机工业废水采用常规的好氧生物处理工艺不能获得满意的处理效果，的好氧生物处理工艺不能获得满意的处理效果，如炼焦废水、煤气洗涤废水、农药废水、印染废如炼焦废水、煤气洗涤废水、农药废水、印染废水等。水等。zz而采用厌氧生物法则可取得较好的处理效果。近而采用厌氧生物法则可取得较好的处理效果。近年来，经研究发现厌氧微生物具有某些脱毒和降年来，经研究发现厌氧微生物具有某些脱毒和降解有害有机物的功效，而且还具有某些好氧微生解有害有机物的功效，而且还具有某些好氧微生物不具有的功能，如多氯链烃和芳烃的还原脱物不具有的功能，如多氯链烃和芳烃的还原脱氯，芳香环还原成烷烃环结构或环的断裂等。氯，芳香环还原成烷烃环结构或环的断裂等。zz应用厌氧处理工艺作为前处理可以使一些应用厌氧处理工艺作为前处理可以使一些好氧处理难以处理的难降解有机物得到部好氧处理难以处理的难降解有机物得到部分降解，并使大分子降解成小分子，提高分降解，并使大分子降解成小分子，提高了废水的可生化性，使后续的好氧处理变了废水的可生化性，使后续的好氧处理变得比较容易。所以，常常使用厌氧一好氧得比较容易。所以，常常使用厌氧一好氧串联工艺来处理难降解有机废水。串联工艺来处理难降解有机废水。（（3）、厌氧生物处理技术的缺点）、厌氧生物处理技术的缺点„1)、厌氧生物法不能去除废水中的氮和磷；„2)、厌氧法启动过程较长；„3)、运行管理较为复杂；„4)、卫生条件较差；„5)、厌氧处理去除有机物不彻底。1)厌氧生物法不能去除废水中的氮和磷Š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。Š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。Š应采用厌氧与好氧工艺相结合的处理工艺。2)厌氧法启动过程较长Š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动过程很长。一般启动期长达3-6个月，甚至更长。Š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。在经济上是不合理的。3)运行管理较为复杂Š由于厌氧菌的种群较多，如产酸菌与产甲烷菌性质各不相同，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。Š如进水负荷突然提高，反应器的pH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，甚至使反应器不能再恢复正常运行，必须重新启动。4)卫生条件较差Š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。Š如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做成密封，以防臭气散发。5)厌氧处理去除有机物不彻底Š厌氧处理废水中有机物时往往